基干CAN总线红外烟囱温度检测装置策划.docVIP

基于CAN总线的红外烟囱温度检测装置设计 　　摘 要：近年来全国城市不断出现雾霾现象，环境问题再次给我们敲响了警钟。雾霾的根源在汽车尾气和工厂排放的废气，因此对工厂烟囱内的检测显得格外重要，通过检测烟囱内的温度对排放气体进行分析，温度过高或者过低能够反映出燃料是否完全燃烧，有害气体含量的多少。烟囱内环境非常恶劣，一般传感器很容易损坏。因此采用非接触的红外传感器。可以将红外温度传感器安装在较好的环境中，通过远距离非接触测量烟囱内壁的温度，具有使用寿命长，测量效果好的特点 关键词：红外；温度检测；CAN总线 1 概述 工业废气对我们的环境影响巨大，因此对工厂烟囱的一些数据的测量也显得至关重要。基于此设计了一个非接触式的温度检测装置，而且可以实现对环境温度的远程监控。为烟囱排出的废气成分多了一个分析依据 2 设计的组成 烟囱内部的物理化学环境非常恶劣，对各种检测装置都带来了很大的挑战，本设计主要由微控制器，传感器以及CAN通讯线路组成。微控制器负责读取传感器信息并打包处理，通过CAN总线发送到远程设备上。在远程设备上可以随时监控和记录传感器采集到的数据信息 2.1 传感器的选择 常用的温度传感器都必须是接触被测物体，接触式测温只能测量被测物体与测温传感器达到热平衡后的温度，所以响应时间长，且极易受环境温度的影响，而且烟囱内部环境十分恶劣，普通的接触式的传感器很容易损坏。因此不能够选用常规的传感器。而红外测温是根据被测物体的红外辐射能量来确定物体的温度，不与被测物体接触，却可以影响到被测物体温度分布场，温度分辨率高、响应速度快、测温范围广、稳定性好等特点。这里选用MLX90614ESF-DCI远距数字非接触红外测温传感器 这款红外非接触温度传感器金属封装里同时集成了红外感应热电堆探测器芯片和信号处理专用集成芯片。由于集成了低噪声放大器，17位模数转换器和强大的数字信号处理单元，使得高精度和高分辨度的温度计得以实现 该传感器工作在5V电压下，工作模式下功耗2MA，可以实现低功耗设计，与微控制器连接可以通过串行通讯或者IIC通讯，使得设计使用变得非常简单。传感器工作的温度范围在-40～+125℃，虽然这个温度范围不够大，但是该传感器使用的是非接触式测量，可以不必放置在恶劣环境中，或者采用加装保护壳等方法使传感器处于一个较为温和的环境中。测量物体的温度范围-70～+380℃，如果工作在0到50℃范围内，测量精度可以达到0.5℃ 此模块测量物体距离比为19：1，即当发热物体为半径1CM大小时，测量最远距离为19CM。超过这个距离就会使得检测平面会有其他物体红外辐射的影响，从而影响测量准确度 2.2 微控制器选择 控制核心采用增强型51单片机c8051f040芯片上有1个12位多通道ADC，2个12位DAC，2个电压比较器，1个电压基准，1个32kB的FLASH存储器，与MCS-51指令集完全兼容的高速CIP-51内核，峰值速度可达25MIPS，并且还有硬件实现的UART串行接口和完全支持CAN2.0A和CAN2.0B的CAN控制器 2.3 CAN通讯设计 CAN总线具有高性能、高可靠性等特点。已经在很多领域都能看到它的身影。当通讯线路长度达到10km时，CAN总线的传输速度还可以达到50kbit/s。CAN通讯线路的物理层不同于普通数字电路，数字电路传输的是1和0的信号，当线路过长时就会出现信号衰减，使得1和0不能区分就会出现通讯错误。而CAN总线上的物理层使用的差分信号。通讯线路有两条导线它们的名字命名是CANH和CANL，而且还要使用双绞线。通过两条线路上信号的差值区分传输的数据，这样使得通讯更加稳定，不易出错。而且通讯两端不需要共地，仅仅使用CANH和CANL两条线路就可以实现双向通讯。因此，CAN总线已经广泛应用到了汽车、工业控制等多个领域 C8051f040内部的CAN控制内核是一个支持完整CAN协议的模块，而且还支持标准格式和扩展帧，这里只需要利用CAN通讯中的数据帧。发送一帧数据也不是那么简单的事情，要先初始化C8051f040内部的CAN模块，然后才能发送数据。CAN初始化一般步骤是：首先将SFRPAGE寄存器设置为CAN0_PAGE。其次再设置相应的时钟为CAN通讯的速率提供精准的时钟。最后设置ID和初始化必要的中断事件。这里特殊强调一下ID的设定，在标准帧下C8051f040内CAN的ID寄存器是一个32位寄存器，其有效位是18到28位，如将一个11位的标准ID放入寄存器就要先将数据左移18位，并且将无效位全置1才可以放入ID寄存器。C8051f040的CAN通讯有32个消息对象，这些消息对象都可以作为接收或者发送，选定一个消息对象之后，将要发送的数据