作者：王洪義；趙國豪；王文記

引言

裝備器材科技含量和性能的提高，使它對溫度、濕度和壓力等保管條件的要求也越來越嚴格，為了保證裝備器材的可靠性和裝備器材庫的安全性，必須加強對裝備器材庫的管理與監控。目前，對裝備器材庫的溫度、濕度、壓力以及煙霧的監控，很大程度上依靠管理人員巡檢和相對簡單的監控系統，這已經不能滿足裝備管理發展的需要。尤其在環境急劇變化的情況下，如果管理人員不能及時發現并實時解決問題，大量裝備器材特別是武器備件、化學防護器材和彈藥就會腐蝕、銹蝕、失效，甚至爆炸，造成難以預料的后果。針對以上問題，設計了基于CAN總線的智能監控系統，它能有效地監測各裝備器材庫溫度、濕度的變化情況、壓力情況以及有無火災發生等情況，可實時報警并通過人機交互界面進行顯示，具有成本低、應用廣、使用方便且可靠性高等優點。

系統總體結構

CAN總線是一種多主機控制局域網標準，具有物理層和數據鏈路層的網絡協議、多主節點、無損仲裁，它可靠性高、擴充性能好。CAN總線能有效支持分布式控制系統的串行通信網絡，一方面，其通信方式靈活，可實現多主方式工作，還可實現點對點、點對多點等多種數據收發方式；另一方面，它能在相對較大的距離范圍間進行較高位速率的數據通信。本系統是由上位機對多個并列的裝備器材庫監控單元進行控制管理，各監控單元之間要進行快速的數據傳輸，CAN總線能很好地滿足該系統的要求。

如圖1所示，本系統由上位監控機、CAN節點0與其它CAN節點組成。其中，上位監控機為PC機，各C AN節點的微控制器為TC89LE54RD+， STC89LE54RD+外接CAN控制器SJA1000，外部設備主要為SHT11數字溫度、濕度傳感器、PPT-R壓力傳感器和KG8005A煙霧傳感器。

上位監控機（PC機）采用IBM-PC兼容機，主要負責對系統各節點的監控數據的接收與管理、控制命令的發送以及各控制單元動態參數和設備狀態的實時顯示。

CAN節點0是一個至關重要的節點，它主要有兩個功能：一是作為上位機（PC機）與CAN總線的接口，完成CAN總線數據與RS-232接口的數據轉換，對智能節點傳送過來的數據信息進行緩存，對告警信號進行告警以通知維護人員進行處理；二是負責協調上位機與各個CAN節點的通信，以確保各個節點的監控數據能夠快速、準確地傳給上位機。

監控CAN節點為智能型的監控模塊，以單片機為核心，主要負責對現場的環境參數和設備狀態進行監測，對采集來的數據進行打包處理并將處理過的數字信號通過CAN通信控制器SJA1000送入CAN總線，實現對系統中各個裝備器材庫的壓力、溫度、濕度和煙霧的測量。一般情況下，智能監控節點會把監控數據進行存儲，定期上傳給上位機，并可接受上位機的輪詢。若超出正常工作范圍則進行告警，同時向上位機實時報告數據。

硬件結構的設計

如圖2所示，監控CAN節點以STC89LE54RD+為微控制器，外圍模塊包 括CAN總線接口模塊、溫濕度采集模塊、壓力采集模塊、煙霧采集模塊以及報警模塊等。為充分利用STC89LE54RD+的接口資源，除CAN接口模塊外其余均采用串行接口器件，這樣就減小了電路體積，降低了電路的硬件成本。STC89LE54RD+是高速/低功耗且兼容Philips公司51MX內核的新一代單片機，12時鐘/機器周期和6時鐘/機器周期可反復設置，內部集成有MX810專用復位電路。執行指令的速度為標準8051的12倍，支持在系統編程ISP、在應用編程IAP。

CAN總線接口模塊

在本模塊中，我們選用SJA1000作為CAN控制器，PCA82C25作為CAN控制器接口芯片。SJA1000集成了CAN協議的物理層和數據鏈路層功能，可處理通信數據幀處理PCA82C250是CAN協議控制器和物理總線之間的接口，此器件對總線提供差動發送能力，對CAN控制器提供差動接收能力，增大通信距離，提高系統的瞬間抗干擾能力，保護總線，降低射頻干擾，實現熱防護。把STC89LE54RD+的ALE、RD、WR和 SJA1000的ALE、RD、WR相連就構成一個最小系統節點，通過讀、寫外部數據存儲器的形式來訪問 SJA1000。將SJA1000的TX1腳懸空，RX1引腳接地，形成CAN協議所要求的電平邏輯。

為進一步提高系統抗干擾能力，在CAN控制器SJA1000和CAN控制器接口PCA82C250之間加接6N137光電隔離芯片，并采用DC/DC變換器隔離電源；通信信號傳輸到導線的端點時會發生反射，反射信號會干擾正常信號的傳輸，因而總線兩端兩個124W的電阻對匹配總線阻抗起著相當重要的作用，如果忽略它們，會使數據通信的抗干擾性和可靠性大大降低，甚至無法通信；PCA82C250第8腳與地之間的電阻RS稱為斜率電阻，它的取值決定了系統處于高速工作方式還是斜率控制方式，把該引腳直接與地相連，系統將處于高速工作方式。在這種方式下，為避免射頻干擾，使用屏蔽電纜作總線；而在波特率較低、總線較短時，一般采用斜率控制方式，上升和下降的斜率取決于RS的阻值。通常情況下，15kW“200kW為RS較理想的取值范圍，在這種方式下，使用平行線或雙絞線作總線。

溫濕度采集模塊

溫濕度采集模塊采用瑞士Scnsirion公司生產的SHT11數字溫濕度傳感器，該傳感器具有響應速度快、抗干擾能力強、精度高、功耗低以及不需要外部元件等特點。

SHT11芯片內部高度集成，如圖4所示，有相對濕度傳感器、溫度傳感器、放大器、14位A/D轉換器、校準存儲器、易失存儲器（RAM）、狀態寄存器、循環冗余校驗碼（CRC）寄存 器、二線串行接口、控制單元、加熱器及低電壓檢測電路。其測量原理是：首先利用兩只傳感器分別產生相對濕度、溫度的信號，然后經過放大，分別送至A/D轉換器進行模/數 轉換、校準和糾錯，最后通過二線串行接口將相對濕度及溫度的數據送至主控機。

壓力測量模塊

壓力測量模塊采用精密智能壓力傳感器PPT-R，PPT-R是霍尼威爾公司生產的高品質壓力傳感器，帶有不繡鋼隔膜，適用于對高溫、腐蝕性介質的測量。

PPT-R智能壓力傳感器性能優良、組態靈活，它可對每次測量的壓力信號進行積分，積分時間可在8mS”12S之間選擇，這樣可以 提高數 字控制系統在不同環境條件下的適應性和抗干擾能力。PPT傳感器具有良好的重復性和穩定性，其壓力信號可由單片機設置為數字輸出模式或模擬輸出模式，在本系統中將其設置為數字輸出模式。

煙霧測量模塊

煙霧測量模塊采用國產的KG8005A型煙霧傳感器，屬于國內首創，達到了國際先進水平，具有抗腐蝕能力強的敏感元件、高靈敏度的檢測電路、二級煙塵粉塵淘析結構和不銹鋼外殼結構，能對煙霧進行就地監測、遙測和集中監視，輸出標準的開關信號，長時自動監測到火災初期各類燃燒物質陰燃階段產生的不可見及可見煙霧，對各種火災進行準確、及時地預報，且能有效地防止粉塵干擾所引起的非火災誤報。

軟件的設計

系統軟件的設計采用模塊化，主要分為上位機程序模塊、數據采集處理模塊和CAN通信模塊等。在此主要介紹上位機軟件模塊與CAN通信模塊的設計。

上位機軟件的設計

上位機軟件以Borland公司推出的C++Builder6為開發平臺，具有系統參數設置、監控狀態設置、數據發送和接收、節點狀態查詢以及中斷接收數據管理等功能。上位機首先對CAN總線及其自身初始化，然后發送命令通知特定的節點向CAN總線上發送數據，通過CAN總線上傳到上位機，再由上位機處理。上位機采用定時輪循方式向各個節點發命令，采用中斷方式接收數據。

相關編程如下：

首先用CreateFile（ ）打開通信串口，函數引用格式為：

CreateFile（lpFileName，dwDesiredAccess，dwShareMode， lpSecurityAttributes， ，dwCreationDistribution， dwFlagsAndAttributes，

hTemplateFile）；

然后用BuildCommDCB（ ）和SetCommState（ ）函數，通過通信設備控制塊DCB（Device Control Block）設置串口通信參數（如波特率、停止位、數據位、校驗位等）；

當有通信事件產生時，就可用函數ReadFile（ ）和WriteFile （ ）直接對串口緩沖區進行讀寫操作。其引用格式分別為：

WriteFile（hFile，lpBuffer，nNumberOfBytesToWrite，lpNumberOfBytesWritten，lpOverlapped）;

ReadFile（hFile，lpBuffer，nNumberOfBytesToRead，lpNumberOfBytesRead，lpOverlapped）。

上位機軟件的其它功能的實現，可通過調用相應組件的屬性進行編程。

CAN通信模塊設計

CAN通信程序負責將采集到的數據發送到CAN控制器，再由其負責發送到CAN總線。

對于接收數據，本系統采用中斷方式實現。一旦中斷發生，即將接收的數據自動裝載到相應的報文寄存器中，此時還可采用屏蔽濾波方式，利用屏蔽濾波寄存器對接收報文的標識符和預先在接收緩沖器初始化時設定的標識符進行有選擇地逐位比較，只有標識符匹配的報文才能進入接收緩沖器，那些不符合要求的報文則將被屏蔽于接收緩沖器之外，從而減輕CPU處理報文的負擔。此外，不同數據應放入不同的報文寄存器中，其程序流程圖如圖5所示。

結束語

本系統基于CAN總線，采用了IBM-PC兼容機、單片機和SJA1000組成二級控制系統，實現了一體化的操作，可以實現部隊裝備器材庫智能化監控。本系統結構簡單，操作方便，安全可靠，造價低廉且運行穩定。

責任編輯：gt