XX 学
工业控制网络 课程设计（文）
题目： 基CAN总线液位控制装置设计
院（系）： 电气工程学院
专业班级： 动化班
学 号：
学生姓名：
指导教师： （签字）
起止时间： 2013121820131227
课程设计（文）务评语
院（系）：电气工程学院 教研室：动化
学 号
学生姓名
专业班级
动化班
课程设计（文）题目
基CAN总线液位控制装置设计
课程设计（文）务
课题完成功设计务求技术参数
实现功
基CAN总线液位控制器实现通CAN总线接收控制指令传数根指令进行液位控制功硬件设计包括CPU选型CAN总线控制器CAN总线收发器液位采集驱动电路等软件采a汇编语言C语言调试分析
设计务求
1确定设计方案画出方案框图
2控制器硬件设计包括元器件传感器选择
3画出控制器原理图
4绘出程序流程图编写CAN总线初始化接收发送程序
5求认真独立完成规定全部容设计容求正确合理
6学校规定格式撰写印设计说明书份设计说明书应4000字技术参数
1CAN总线符合CAN20B规范
2CAN总线通讯速率500kbits
3CAN总线进行光电隔离设计
4液位控制精度1
5液位调整阀驱动电流±20mA
进度计划
1布置务查阅资料确定系统设计方案（2天）
2系统硬件设计模块选择（3天）
3系统软件设计编写功程序调试（3天）
4撰写印设计说明书（1天）
5验收答辩（1天）
指导教师评语成绩
时： 文质量： 答辩：
总成绩： 指导教师签字：
年 月 日
注：成绩：时20 文质量60 答辩20 百分制计算
摘
着网络技术电子信息技术发展CAN总线作种局域网控制技术超声波测距领域应越越广泛简化控制系统电控单元间信息享提供方便台
设计wi86755型静压投入式液位传感器接受水体压力信号传感器接收器进行接收信号放滤波AD转换进入单片机C8051F060然利CAN控制器进行处理CAN总线收发器ISO1050光电耦合模块送入CAN总线进入阀驱动电路
该系统够工艺求正常运行单片机控制系统够液位快调节工艺指标附 CAN总线符合CAN20B规范通讯速率达500kbits液位控制精度1液位调整阀驱动电流±20mA
关键词：CAN总线C8051F060液位控制
目 录
第1章 绪 1
11设计研究背景意义 1
12 CAN总线发展 1
第2章 课程设计方案 3
21系统功分析 3
22系统方案设计 3
第3章 硬件设计 4
31 CPU系统设计 4
32 液位传感器选型 5
33液位采集系统 6
331 信号调理电路 6
331 AD转换电路 6
34 阀驱动电路 8
35 CAN接口电路 8
351 CAN总线收发器 8
352 光电隔离器 9
36 总体硬件图 10
第4章 软件设计 11
41 流程图 11
42 软件编程 11
421 系统初始化 14
422 中断程序 16
第5章 课程设计总结 18
参考文献 19
第1章 绪
11设计研究背景意义
年关液位控制形式方法越越技术性越发先进动化程度较提高类型水罐水池液位控制说许项目没达动化程度设计然设置较精密仪表电气设备没达充分开发合理配置动化程序较低许电气仪表装置系统中起液位显示报警功液位控制全生产运行员根系统工艺流程手动电动操作水罐水池进出口阀门实现液位控制液位保持正常生产状态范围受工艺流程生产系统中影响液位变化稳定性受较影响生产运行员工作中时时监测液位变化半点疏忽样较增加生产运行员劳动强度
九十年代计算机已渗透工业农业国防科研等部门民生活方面工业生产程计算机控制计算机技术应重发展远景领域信息时代天工控界正进行着场新革命种新型控制设备断出现产品性性断提高价格进步降作该领域重组成部分工控软件受越越工程技术员重视正着产业化方发展
工控软件特点开发周期长控象复杂样软件具体工程设备交织起长期软件通性维护性直困扰着工程技术员设备理员编程员变动控制系统运行带极便甚影响正常工作许企业决策者表现出极关注改变状况国外许专家学者工程技术员工控软件进行积极探索然目前工控软件存两方面问题工控软件缺乏通性工控公司提供特定设备驱动程序旦设备更新变动系统必须重新设计二国外工控软件价格昂贵许国户特高校中型企业难接受花费许精力开发专测控软件
12 CAN总线发展
设计求CAN总线进行设计80年代末汽车工业中众控制设备测试仪器间需进行量数交换传统总线法满足需求德国BOSCH公司提出CAN总线种新串行数通讯协议CAN总线控制器局域网总线通信接口中集成CAN协议物理层数链路层功完成通信数成帧处理包括位填充数块编码循环冗余检验优先级判等项工作具特点
CAN目前止数国际标准现场总线总线协议已国际标准化组织认证技术较成熟控制芯片已商品化性价高特适分布式测控系统间数通讯
CAN总线没采取传统站址编码节点进行址规定通信数块进行编码种方法优点网络节点数理受限制数块标识码11位29位二进制数组成种数块编码方式报文标识符指定报文优先级报文容高优先级节点享传送报文优先权节点时接收相数点分布式控制系统中非常采短帧结构帧效字节数8数传输时间短受干扰概率低重新发送时间短保证通信实时性
CAN总线采竞争式总线结构通信介质双绞线轴电缆光导纤维站运行分散仲裁CAN总线意节点点点广播集中方式传送接受数意时刻动网络节点发送信息分次节点间实现通信CAN通讯距离10公里(设速率5Kbps)通信速率1Mbits(设通信距离40米)
CAN采非破坏性总线仲裁技术载波侦听路访问突检测(CSMACD)总线仲裁方式节点时发送数时优先级低节点会动停止发送高优先级节点继续传输节省总线仲裁时间避免节点时开始发送消息造成总线突保证优先级高报文够优先发送
CAN总线协议采完善错误检测错误处理机制包括CRC校验错误报文动重发错误状态判断时错误动恢复等措施保证数通信性节点错误严重情况具动关闭总线功切断总线联系总线操作受影响
CAN总线采双线串行通信方式检错力强高噪声干扰环境中工作具实时性强传输距离较远抗电磁干扰力强成低等优点根报文ID决定接收屏蔽该报文错误处理检错机制发送信息遭破坏动重发报文包含源址目标址仅标志符指示功信息优先级信息CAN卓越特性极高性独特设计特适合工业程监控设备通信越越受工业界重视已公认前途现场总线
第2章 课程设计方案
21系统功分析
水位进行控制方式应较2种种简单机械式控制装置控制种复杂控制器控制方式两种方式实现：
简单机械式控制方式常形式浮标式电极式等种控制形式优点结构简单成低廉存问题精度高进行数值显示外容易引起误动作单独控制计算机进行通信较难实现
复杂控制器控制方式种控制方式通液位传感器出口压力变成标准工业电信号模拟信号放滤波AD转换成数字信号传送单片机单片机运算定参量较出调节参量CAN总线控制器进行调控进入CAN总线接收电路驱动电磁阀驱动电路调节电磁阀开度达控制水位目
设计选择复杂控制器控制方式实现功完成基CAN总线液位传感器实现通CAN总线接收控制指令传数根指令进行液位控制功硬件电路设计软件设计
22系统方案设计
图21 系统总体框图
该系统1液位传感器单片机CAN控制器CAN收发器CAN总线部分组成该系统总体框图图21示
第3章 硬件设计
设计求硬件设计包括CPU选型CAN总线控制器选型CAN总线收发器选型液位采集驱动电路求CAN总线符合CAN20B规范CAN总线通讯速率500kbits 时需进行光电隔离设计
31 CPU系统设计
设计求通CAN总线接受控制指令控制调节液位选择C8051F060单片机该单片机种51系列单片机核兼容单片机CPU系统图图31示特点：
图31 C8051F060系统
（1）核采流水线结构速度达25MIPS（25MHz晶振）普通51单片机快10倍指令标准系列51单片机兼容掌握开发程非常容易该芯片JTAG调试方式支持系统全速非插入调试编程占片资源
（2）片集成64kB Flash4352B部RAM（256+4kB外扩64kB）59I0口2通道16位1MSPS编程增益ADC8通道10位200kSPS编程增益ADC2路12位DAC3路模拟较器部电压基准片电源监视降压检测门狗功C8051F060高集成度需外扩ROMRAMADDAwatchdog编程IO口EEPROM（片Flash实现）简化硬件电路构成C8051F060核心单片机系统创造条件时提高系统性
C8051F060该设计中特点控制器已集成CPU中需进行CAN总线控制器选型接线
32 液位传感器选型
课程设计需检测液位选wi86755型静压投入式液位变送器进行测量变送该液位传感器测量量程 0～300m该仪表够输出4～20mA 0～5V 0～10mA等标准信号供户选供电电压 12～36VDC稳定性满度零位长期稳定性达 01FS 年补偿温度 40～ 85 ℃范围温度飘移低 01FS 整允许工作温度范围低 03FS 具反保护限流保护电路安装时正负极接反会损坏变送器异常时送器会动限流 35mA 选择wi86755型静压投入式液位变送器图32示
设计选择输出信号4～20mA供电电压12～36VDC档位
具体工作原理（静压测量原理）：液位变送器投入测液体中某深度时传感器迎液面受压力公式：
Pρgh+P0 31
式中：P ：变送器迎液面受压力ρ：测液体密度g：重力加速度P0：液面气压h：变送器投入液体深度
时通导气锈钢液体压力引入传感器正压腔液面气压P0 传感器负压腔相连抵消传感器背面P0 传感器测压力：ρgh 显然 通测取压力F液位深度
图32 wi86755型静压投入式液位变送器实物图
33液位采集系统
331 信号调理电路
设计中液位传感器检测信号压力模拟量传感器信号直接转换数字量输出信号4~20mA变换数字信号前必须进行调理信号调理电路图33示
图33 调理电路图
调理放缓定标模拟信号等适合模数转换器(ADC)输入然ADC模拟信号进行数字化数字信号送MCU数字器（设计中C8051F060单片机）便系统数处理
331 AD转换电路
液位传感器采集信号模拟量进入单片机信号需数字量选择AD转换器进行转换设计选择ADC0809进行AD转换
AD转换程模拟信号变换数采集控制程执行计算显示读出目数字信号方便MPU进行运算控制
设计选择AD转换器型号ADC0809美国国家半导体公司生产CMOS工艺8通道8位逐次逼式AD模数转换器部8通道路开关根址码锁存译码信号选通8路模拟输入信号中进行AD转换8路模拟开关址锁存译码器较器8位开关树型AD转换器逐次逼寄存器逻辑控制定时电路组成ADC0809引脚图图34示
图34 ADC0809引脚图
特性：
1）8路输入通道8位AD转换器分辨率8位
2）具转换起停控制端
3）转换时间100μs(时钟640KHz时)130μs（时钟500KHz时）
4）单+5V电源供电
5）模拟输入电压范围0～+5V需零点满刻度校准
6）工作温度范围40～+85摄氏度
7）低功耗约15mW
34 阀驱动电路
IRF540 MOS应VDSS100V RDS<0077 ID22AVGS(th)4V
VGS10 RDS接0007 ID11A负载电流情况5V驱动IRF540IN4007 MOS部等效10010W（2W）功率电阻
电路驱动24V电磁阀电流2A左右太 Vgs 5VIRF540没达完全导通状态果增电流重新设计驱动电路Vgs10V左右充分发挥IRF540驱动力
图35 阀驱动电路
35 CAN接口电路
CAN接口电路包括CAN总线控制器CAN总线收发器设计选择CPU C8051F060部已集成CAN总线控制器需选择CAN总线收发器
351 CAN总线收发器
设计选择收发器 ISO1050 CAN协议控制器物理总线间接口该器件总线提供差动发送力CAN控制器提供差动接收力全世界广泛CAN收发器更高击穿电压电源电压范围驱动低45Ω总线负载ISO1050隐性状态拉电流更掉电情况总线输出特性定改善特性：抗瞬间干扰保护总线斜率控制降低射频干扰（RFI）差分接收器抗宽范围模干扰抗电磁干扰（EMI）热保护防止电池间短路低电流机模式未电节点总线影响
ISO1050引脚分布图36示
图36 ISO1050引脚图
352 光电隔离器
光电隔离电路作电隔离情况光媒介传送信号输入输出电路进行隔离效抑制系统噪声消接回路干扰电路需两光电耦合器组成
光电耦合器般三部分组成：光发射光接收信号放输入电信号驱动发光二极（LED）发出定波长光光探测器接收产生光电流进步放输出完成电—光—电转换起输入输出隔离作
图37 CAN接口电路
36 总体硬件图
图38总体硬件图
第4章 软件设计
41 流程图
图41 软件工作流程图
42 软件编程
程序编程：
#include
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
sbit MORP2^7
sbit MOTP2^6
sbit LEDP2^0
code uchar tab[]{0x3f0x060x5b0x4f0x66
0x6d0x7d0x070x7f0x6f}
void delay (uint n)
{
while(n)
}
void LED_SHOW()
{
if(P10xfe)
{
P0tab[8]
LED0
MOR0
MOT1
}
if(P10xfd)
{
P0tab[7]
LED0
MOR0
MOT1
}
if(P10xfb)
{
P0tab[6]
LED1
MOR1
MOT1
}
if(P10xf7)
{
P0tab[5]
LED1
MOR1
MOT1
}
if(P10xfd)
{
P0tab[4]
LED1
MOR1
MOT1
}
if(P10xef)
{
LED1
MOR1
MOT1
}
if(P10xdf)
{
P0tab[2]
LED0
MOR1
MOT0
}if(P10xbf)
{
P0tab[1]
LED0
MOR1
MOT0
}
if(P10x7f)
{
P0tab[0]
LED0
MOR1
MOT0
}
}
void main()
{
while(1)
{
LED_SHOW()
}
}
421 系统初始化
C8051f060单片机初始化设置包括I／O口交叉编译设置系统时钟设置ADC采集系统设置CAN控制器设置相应功设置3文介绍CAN寄存器设置现根需CAN控制器进行初始化设置：接受遥传短节命令数文设置消息象接受数：
Unsigned int id
Unsigned int MsgNum
unsigned int temp
id—Oxl8B
MsgNum—l
SFRPAGECANO—PAGE：
CANOADRlFlCMDMSK／／指IFl Com—mand Mask Registers
CANODAT0xOOb3
／*IF1 Command Mask Registers0x00b3
WR／RD1MaskOArb1ControllClrIntPnd—OTxRqst0DataA1DataB1次发送8字节数*／
CANOADR—IFlARBl
CANODATOxOOOO
／*lFl Arbitration Registers 1OxOOOOIDl5O—O*／
temp—id<2／／标准idlD28IDl8左移2位
temp&Oxlfff
temp Iox8000
CANoDAT—temp／／址增指IFl ArbitrationRegisters 2
／*IFl Arbitration Registers21 01(id)OOb
MsgVal1XtdO标准模式扩展1D效DirO接收*／
CANODATOx0088
／*IFl Message Control Registers—Ox0088
NewDat0MsgIst0IntPnd—O
UMask—OTxIE—ORxIEORmtEnO
TxRqst0
EoB1DIC3—01000数长度8*／
CANOADRIFlCMDRQST
CANODATMsgNum
／*IF 1 Command Request Registers—Ms—gNum配置写入MsgNum号消息*／该程序作1号消息象配置接收(帧lDoxl8 b)缓区样CAN总线IDOxl8 b数帧会接收放消息号1消息寄存器中然样方法2号消息象设远程帧(帧IDoxl8 b)接收缓区3号象设置发送(帧IDOx28b)数缓区接着配置波特率发生器CAN传输速度配置800 Kbps：
SFRPAGE—CANo—PAGE／／切换CAN配置页面
CANOCN0X41：
CANOADRBlTREG：
CANODAToX2542／／配置波特率
开CAN中断启动CAN：
SFRPAGECANo—PAGE／／切换CAN配置页面
CANODATIOxFF：
for(i1i<33i++)
{
CANOADR—lFlCMDRQST
CANODATIi
}／／消息清零
CANOCN—Ox02：
／／CAN中断Init清零结束初始化操作CAN控制器进入正常工作
422 中断程序
单片机执行完系统初始化进入程序开始数采集数预处理等遥传命令准备数传送里编写CAN中断子程序中完成数接收编写数发送程序中完成数发送
void CAN—ISR(void)interrupt 1 9／／CAN中
断子程序
{
uint tempi
uchar status
uchar temppage
temppage—SFRPAGE
SFRPAGECANO—PAGE：
statusCANOSTA：
if((status＆oxlO)O)／／RxoK1成功接收报文
{
CANOSTA＆Oxef
CANOADRINTPENDl
temp—CANODAT
if((temp＆OX01)O)／／果数帧
{
／／接收数
}
}
if((status&Ox08)O){
CANOSTA&Oxf7
CANOADRINTPENDl：
temp—CANODAT
if((temp＆Ox02)O)／／果远程帧
{
／／发送数
}}
SFRPAGE—temppage
}
接受CAN中断单片机转入CAN中断子程序首先判断接收中断发送中断然进行数接收者发送进完成数传输通讯
第5章 课程设计总结
设计够完成液位控制功元件简单应CAN总线控制器硬件结合软件完成液位监测判断液位高度进行调节控制
次课程设计程中整控制系统硬件结构进行仔细解熟悉控制程时熟练掌握CAN总线应进步强化控制方法起初通查阅相关资料解模块作场合合理选择适合次设计模块设计液位监控设计系统系统原理液位传感器接受水体压力信号传感器接收器进行接收信号放滤波AD转换进入单片机然利CAN控制器进行处理CAN收发器光电耦合模块送入CAN总线进入阀驱动电路程中程序根接受信号变化调节阀开度控制完成液位检测控制节点设计
次课程设计中培养专业知识专业技分析解决问题力熟练掌握CAN总线实际问题中应常编程设计思路技巧掌握方面前迈步日成合格应型良基础
参考文献
[1] 杨宪慧现场总线技术应[M]北京清华学出版社200810：5999
[2] 周立功iCAN现场总线原理应[M]．北京航空航天学出版社．20076
[3] 杜尚丰CAN总线测控技术应[M]．电子工业出版社．20079：1619
[4] 邹益仁现场总线控制系统设计开发[M] 国防工业出版社 2003
[5] 谢宋 单片机原理应系统开发技术[M] 北京航空航天学出版社 1999
[6] 唐灵军唐杰胡斌基单片机水位控制系统设计[J]电子设计工程2012(8)
[7] 吴群基单片机水位控制系统[J]电子科技2013(6)
[8] 易军费敏锐王红蕾 基CAN总线技术类智节点开发应[J] 测控技术 2003(07)
[9] 李伟光 基SJA1000CAN系统节点设计[J] 机电工程技术 2009(06)
[10] 谢元光 单片机原理系统开发[M] 机械工业出版社 1999
[11] 郑国伟齐虹林瑞全基AT89S52单片机双水箱水位控制系统设计[J]闽江学院学报201233(3)
[12] 吴瑞坤黄铁勇基单片机水位测量控制电路设计[J]廊坊师范学院学报（然科学版）201313(5)
[13]罗新曼基AT89C51单片机水塔水位控制设计实现[J]吕梁学院学报20133(2)
[14] 吴坎 基SJA1000PCA82C250CAN总线接口设计[J] 机械设计制造 2010(07)
[15] 孙鲁 CAN总线应技术[A] 冶金轧制程动化技术交流会文集[C] 2005
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XX 学
工业控制网络 课程设计（文）
题目： 基CAN总线液位控制装置设计
院（系）： 电气工程学院
专业班级： 动化班
学 号：
学生姓名：
指导教师： （签字）
起止时间： 2013121820131227
课程设计（文）务评语
院（系）：电气工程学院 教研室：动化
学 号
学生姓名
专业班级
动化班
课程设计（文）题目
基CAN总线液位控制装置设计
课程设计（文）务
课题完成功设计务求技术参数
实现功
基CAN总线液位控制器实现通CAN总线接收控制指令传数根指令进行液位控制功硬件设计包括CPU选型CAN总线控制器CAN总线收发器液位采集驱动电路等软件采a汇编语言C语言调试分析
设计务求
1确定设计方案画出方案框图
2控制器硬件设计包括元器件传感器选择
3画出控制器原理图
4绘出程序流程图编写CAN总线初始化接收发送程序
5求认真独立完成规定全部容设计容求正确合理
6学校规定格式撰写印设计说明书份设计说明书应4000字技术参数
1CAN总线符合CAN20B规范
2CAN总线通讯速率500kbits
3CAN总线进行光电隔离设计
4液位控制精度1
5液位调整阀驱动电流±20mA
进度计划
1布置务查阅资料确定系统设计方案（2天）
2系统硬件设计模块选择（3天）
3系统软件设计编写功程序调试（3天）
4撰写印设计说明书（1天）
5验收答辩（1天）
指导教师评语成绩
时： 文质量： 答辩：
总成绩： 指导教师签字：
年 月 日
注：成绩：时20 文质量60 答辩20 百分制计算
摘
着网络技术电子信息技术发展CAN总线作种局域网控制技术超声波测距领域应越越广泛简化控制系统电控单元间信息享提供方便台
设计wi86755型静压投入式液位传感器接受水体压力信号传感器接收器进行接收信号放滤波AD转换进入单片机C8051F060然利CAN控制器进行处理CAN总线收发器ISO1050光电耦合模块送入CAN总线进入阀驱动电路
该系统够工艺求正常运行单片机控制系统够液位快调节工艺指标附 CAN总线符合CAN20B规范通讯速率达500kbits液位控制精度1液位调整阀驱动电流±20mA
关键词：CAN总线C8051F060液位控制
目 录
第1章 绪 1
11设计研究背景意义 1
12 CAN总线发展 1
第2章 课程设计方案 3
21系统功分析 3
22系统方案设计 3
第3章 硬件设计 4
31 CPU系统设计 4
32 液位传感器选型 5
33液位采集系统 6
331 信号调理电路 6
331 AD转换电路 6
34 阀驱动电路 8
35 CAN接口电路 8
351 CAN总线收发器 8
352 光电隔离器 9
36 总体硬件图 10
第4章 软件设计 11
41 流程图 11
42 软件编程 11
421 系统初始化 14
422 中断程序 16
第5章 课程设计总结 18
参考文献 19
第1章 绪
11设计研究背景意义
年关液位控制形式方法越越技术性越发先进动化程度较提高类型水罐水池液位控制说许项目没达动化程度设计然设置较精密仪表电气设备没达充分开发合理配置动化程序较低许电气仪表装置系统中起液位显示报警功液位控制全生产运行员根系统工艺流程手动电动操作水罐水池进出口阀门实现液位控制液位保持正常生产状态范围受工艺流程生产系统中影响液位变化稳定性受较影响生产运行员工作中时时监测液位变化半点疏忽样较增加生产运行员劳动强度
九十年代计算机已渗透工业农业国防科研等部门民生活方面工业生产程计算机控制计算机技术应重发展远景领域信息时代天工控界正进行着场新革命种新型控制设备断出现产品性性断提高价格进步降作该领域重组成部分工控软件受越越工程技术员重视正着产业化方发展
工控软件特点开发周期长控象复杂样软件具体工程设备交织起长期软件通性维护性直困扰着工程技术员设备理员编程员变动控制系统运行带极便甚影响正常工作许企业决策者表现出极关注改变状况国外许专家学者工程技术员工控软件进行积极探索然目前工控软件存两方面问题工控软件缺乏通性工控公司提供特定设备驱动程序旦设备更新变动系统必须重新设计二国外工控软件价格昂贵许国户特高校中型企业难接受花费许精力开发专测控软件
12 CAN总线发展
设计求CAN总线进行设计80年代末汽车工业中众控制设备测试仪器间需进行量数交换传统总线法满足需求德国BOSCH公司提出CAN总线种新串行数通讯协议CAN总线控制器局域网总线通信接口中集成CAN协议物理层数链路层功完成通信数成帧处理包括位填充数块编码循环冗余检验优先级判等项工作具特点
CAN目前止数国际标准现场总线总线协议已国际标准化组织认证技术较成熟控制芯片已商品化性价高特适分布式测控系统间数通讯
CAN总线没采取传统站址编码节点进行址规定通信数块进行编码种方法优点网络节点数理受限制数块标识码11位29位二进制数组成种数块编码方式报文标识符指定报文优先级报文容高优先级节点享传送报文优先权节点时接收相数点分布式控制系统中非常采短帧结构帧效字节数8数传输时间短受干扰概率低重新发送时间短保证通信实时性
CAN总线采竞争式总线结构通信介质双绞线轴电缆光导纤维站运行分散仲裁CAN总线意节点点点广播集中方式传送接受数意时刻动网络节点发送信息分次节点间实现通信CAN通讯距离10公里(设速率5Kbps)通信速率1Mbits(设通信距离40米)
CAN采非破坏性总线仲裁技术载波侦听路访问突检测(CSMACD)总线仲裁方式节点时发送数时优先级低节点会动停止发送高优先级节点继续传输节省总线仲裁时间避免节点时开始发送消息造成总线突保证优先级高报文够优先发送
CAN总线协议采完善错误检测错误处理机制包括CRC校验错误报文动重发错误状态判断时错误动恢复等措施保证数通信性节点错误严重情况具动关闭总线功切断总线联系总线操作受影响
CAN总线采双线串行通信方式检错力强高噪声干扰环境中工作具实时性强传输距离较远抗电磁干扰力强成低等优点根报文ID决定接收屏蔽该报文错误处理检错机制发送信息遭破坏动重发报文包含源址目标址仅标志符指示功信息优先级信息CAN卓越特性极高性独特设计特适合工业程监控设备通信越越受工业界重视已公认前途现场总线
第2章 课程设计方案
21系统功分析
水位进行控制方式应较2种种简单机械式控制装置控制种复杂控制器控制方式两种方式实现：
简单机械式控制方式常形式浮标式电极式等种控制形式优点结构简单成低廉存问题精度高进行数值显示外容易引起误动作单独控制计算机进行通信较难实现
复杂控制器控制方式种控制方式通液位传感器出口压力变成标准工业电信号模拟信号放滤波AD转换成数字信号传送单片机单片机运算定参量较出调节参量CAN总线控制器进行调控进入CAN总线接收电路驱动电磁阀驱动电路调节电磁阀开度达控制水位目
设计选择复杂控制器控制方式实现功完成基CAN总线液位传感器实现通CAN总线接收控制指令传数根指令进行液位控制功硬件电路设计软件设计
22系统方案设计
图21 系统总体框图
该系统1液位传感器单片机CAN控制器CAN收发器CAN总线部分组成该系统总体框图图21示
第3章 硬件设计
设计求硬件设计包括CPU选型CAN总线控制器选型CAN总线收发器选型液位采集驱动电路求CAN总线符合CAN20B规范CAN总线通讯速率500kbits 时需进行光电隔离设计
31 CPU系统设计
设计求通CAN总线接受控制指令控制调节液位选择C8051F060单片机该单片机种51系列单片机核兼容单片机CPU系统图图31示特点：
图31 C8051F060系统
（1）核采流水线结构速度达25MIPS（25MHz晶振）普通51单片机快10倍指令标准系列51单片机兼容掌握开发程非常容易该芯片JTAG调试方式支持系统全速非插入调试编程占片资源
（2）片集成64kB Flash4352B部RAM（256+4kB外扩64kB）59I0口2通道16位1MSPS编程增益ADC8通道10位200kSPS编程增益ADC2路12位DAC3路模拟较器部电压基准片电源监视降压检测门狗功C8051F060高集成度需外扩ROMRAMADDAwatchdog编程IO口EEPROM（片Flash实现）简化硬件电路构成C8051F060核心单片机系统创造条件时提高系统性
C8051F060该设计中特点控制器已集成CPU中需进行CAN总线控制器选型接线
32 液位传感器选型
课程设计需检测液位选wi86755型静压投入式液位变送器进行测量变送该液位传感器测量量程 0～300m该仪表够输出4～20mA 0～5V 0～10mA等标准信号供户选供电电压 12～36VDC稳定性满度零位长期稳定性达 01FS 年补偿温度 40～ 85 ℃范围温度飘移低 01FS 整允许工作温度范围低 03FS 具反保护限流保护电路安装时正负极接反会损坏变送器异常时送器会动限流 35mA 选择wi86755型静压投入式液位变送器图32示
设计选择输出信号4～20mA供电电压12～36VDC档位
具体工作原理（静压测量原理）：液位变送器投入测液体中某深度时传感器迎液面受压力公式：
Pρgh+P0 31
式中：P ：变送器迎液面受压力ρ：测液体密度g：重力加速度P0：液面气压h：变送器投入液体深度
时通导气锈钢液体压力引入传感器正压腔液面气压P0 传感器负压腔相连抵消传感器背面P0 传感器测压力：ρgh 显然 通测取压力F液位深度
图32 wi86755型静压投入式液位变送器实物图
33液位采集系统
331 信号调理电路
设计中液位传感器检测信号压力模拟量传感器信号直接转换数字量输出信号4~20mA变换数字信号前必须进行调理信号调理电路图33示
图33 调理电路图
调理放缓定标模拟信号等适合模数转换器(ADC)输入然ADC模拟信号进行数字化数字信号送MCU数字器（设计中C8051F060单片机）便系统数处理
331 AD转换电路
液位传感器采集信号模拟量进入单片机信号需数字量选择AD转换器进行转换设计选择ADC0809进行AD转换
AD转换程模拟信号变换数采集控制程执行计算显示读出目数字信号方便MPU进行运算控制
设计选择AD转换器型号ADC0809美国国家半导体公司生产CMOS工艺8通道8位逐次逼式AD模数转换器部8通道路开关根址码锁存译码信号选通8路模拟输入信号中进行AD转换8路模拟开关址锁存译码器较器8位开关树型AD转换器逐次逼寄存器逻辑控制定时电路组成ADC0809引脚图图34示
图34 ADC0809引脚图
特性：
1）8路输入通道8位AD转换器分辨率8位
2）具转换起停控制端
3）转换时间100μs(时钟640KHz时)130μs（时钟500KHz时）
4）单+5V电源供电
5）模拟输入电压范围0～+5V需零点满刻度校准
6）工作温度范围40～+85摄氏度
7）低功耗约15mW
34 阀驱动电路
IRF540 MOS应VDSS100V RDS<0077 ID22AVGS(th)4V
VGS10 RDS接0007 ID11A负载电流情况5V驱动IRF540IN4007 MOS部等效10010W（2W）功率电阻
电路驱动24V电磁阀电流2A左右太 Vgs 5VIRF540没达完全导通状态果增电流重新设计驱动电路Vgs10V左右充分发挥IRF540驱动力
图35 阀驱动电路
35 CAN接口电路
CAN接口电路包括CAN总线控制器CAN总线收发器设计选择CPU C8051F060部已集成CAN总线控制器需选择CAN总线收发器
351 CAN总线收发器
设计选择收发器 ISO1050 CAN协议控制器物理总线间接口该器件总线提供差动发送力CAN控制器提供差动接收力全世界广泛CAN收发器更高击穿电压电源电压范围驱动低45Ω总线负载ISO1050隐性状态拉电流更掉电情况总线输出特性定改善特性：抗瞬间干扰保护总线斜率控制降低射频干扰（RFI）差分接收器抗宽范围模干扰抗电磁干扰（EMI）热保护防止电池间短路低电流机模式未电节点总线影响
ISO1050引脚分布图36示
图36 ISO1050引脚图
352 光电隔离器
光电隔离电路作电隔离情况光媒介传送信号输入输出电路进行隔离效抑制系统噪声消接回路干扰电路需两光电耦合器组成
光电耦合器般三部分组成：光发射光接收信号放输入电信号驱动发光二极（LED）发出定波长光光探测器接收产生光电流进步放输出完成电—光—电转换起输入输出隔离作
图37 CAN接口电路
36 总体硬件图
图38总体硬件图
第4章 软件设计
41 流程图
图41 软件工作流程图
42 软件编程
程序编程：
#include
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
sbit MORP2^7
sbit MOTP2^6
sbit LEDP2^0
code uchar tab[]{0x3f0x060x5b0x4f0x66
0x6d0x7d0x070x7f0x6f}
void delay (uint n)
{
while(n)
}
void LED_SHOW()
{
if(P10xfe)
{
P0tab[8]
LED0
MOR0
MOT1
}
if(P10xfd)
{
P0tab[7]
LED0
MOR0
MOT1
}
if(P10xfb)
{
P0tab[6]
LED1
MOR1
MOT1
}
if(P10xf7)
{
P0tab[5]
LED1
MOR1
MOT1
}
if(P10xfd)
{
P0tab[4]
LED1
MOR1
MOT1
}
if(P10xef)
{
LED1
MOR1
MOT1
}
if(P10xdf)
{
P0tab[2]
LED0
MOR1
MOT0
}if(P10xbf)
{
P0tab[1]
LED0
MOR1
MOT0
}
if(P10x7f)
{
P0tab[0]
LED0
MOR1
MOT0
}
}
void main()
{
while(1)
{
LED_SHOW()
}
}
421 系统初始化
C8051f060单片机初始化设置包括I／O口交叉编译设置系统时钟设置ADC采集系统设置CAN控制器设置相应功设置3文介绍CAN寄存器设置现根需CAN控制器进行初始化设置：接受遥传短节命令数文设置消息象接受数：
Unsigned int id
Unsigned int MsgNum
unsigned int temp
id—Oxl8B
MsgNum—l
SFRPAGECANO—PAGE：
CANOADRlFlCMDMSK／／指IFl Com—mand Mask Registers
CANODAT0xOOb3
／*IF1 Command Mask Registers0x00b3
WR／RD1MaskOArb1ControllClrIntPnd—OTxRqst0DataA1DataB1次发送8字节数*／
CANOADR—IFlARBl
CANODATOxOOOO
／*lFl Arbitration Registers 1OxOOOOIDl5O—O*／
temp—id<2／／标准idlD28IDl8左移2位
temp&Oxlfff
temp Iox8000
CANoDAT—temp／／址增指IFl ArbitrationRegisters 2
／*IFl Arbitration Registers21 01(id)OOb
MsgVal1XtdO标准模式扩展1D效DirO接收*／
CANODATOx0088
／*IFl Message Control Registers—Ox0088
NewDat0MsgIst0IntPnd—O
UMask—OTxIE—ORxIEORmtEnO
TxRqst0
EoB1DIC3—01000数长度8*／
CANOADRIFlCMDRQST
CANODATMsgNum
／*IF 1 Command Request Registers—Ms—gNum配置写入MsgNum号消息*／该程序作1号消息象配置接收(帧lDoxl8 b)缓区样CAN总线IDOxl8 b数帧会接收放消息号1消息寄存器中然样方法2号消息象设远程帧(帧IDoxl8 b)接收缓区3号象设置发送(帧IDOx28b)数缓区接着配置波特率发生器CAN传输速度配置800 Kbps：
SFRPAGE—CANo—PAGE／／切换CAN配置页面
CANOCN0X41：
CANOADRBlTREG：
CANODAToX2542／／配置波特率
开CAN中断启动CAN：
SFRPAGECANo—PAGE／／切换CAN配置页面
CANODATIOxFF：
for(i1i<33i++)
{
CANOADR—lFlCMDRQST
CANODATIi
}／／消息清零
CANOCN—Ox02：
／／CAN中断Init清零结束初始化操作CAN控制器进入正常工作
422 中断程序
单片机执行完系统初始化进入程序开始数采集数预处理等遥传命令准备数传送里编写CAN中断子程序中完成数接收编写数发送程序中完成数发送
void CAN—ISR(void)interrupt 1 9／／CAN中
断子程序
{
uint tempi
uchar status
uchar temppage
temppage—SFRPAGE
SFRPAGECANO—PAGE：
statusCANOSTA：
if((status＆oxlO)O)／／RxoK1成功接收报文
{
CANOSTA＆Oxef
CANOADRINTPENDl
temp—CANODAT
if((temp＆OX01)O)／／果数帧
{
／／接收数
}
}
if((status&Ox08)O){
CANOSTA&Oxf7
CANOADRINTPENDl：
temp—CANODAT
if((temp＆Ox02)O)／／果远程帧
{
／／发送数
}}
SFRPAGE—temppage
}
接受CAN中断单片机转入CAN中断子程序首先判断接收中断发送中断然进行数接收者发送进完成数传输通讯
第5章 课程设计总结
设计够完成液位控制功元件简单应CAN总线控制器硬件结合软件完成液位监测判断液位高度进行调节控制
次课程设计程中整控制系统硬件结构进行仔细解熟悉控制程时熟练掌握CAN总线应进步强化控制方法起初通查阅相关资料解模块作场合合理选择适合次设计模块设计液位监控设计系统系统原理液位传感器接受水体压力信号传感器接收器进行接收信号放滤波AD转换进入单片机然利CAN控制器进行处理CAN收发器光电耦合模块送入CAN总线进入阀驱动电路程中程序根接受信号变化调节阀开度控制完成液位检测控制节点设计
次课程设计中培养专业知识专业技分析解决问题力熟练掌握CAN总线实际问题中应常编程设计思路技巧掌握方面前迈步日成合格应型良基础
参考文献
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