基于P87C591的CAN总线生产油井温度采集系统设计

摘 要：介绍一种以Philips公司的P87C591单片机作为温度采集系统的控制核心及CAN总线控制器,以82C250作为CAN总线收发器的CAN总线温度采集系统.

关 键 词：温度采集P87C591CAN总线

中图分类号：TP274.2文献标识码：A文章编号：1007-9416(2012)02-0057-02

石油天然气已经成为国民生产以及国民日常活动中最主要的能源之一,为了油井生产工作能够安全、高效地进行,就需要很好地掌握生产油井的工作状态.井口温度就是油井生产过程中必须检测的重要参数,但是生产油井远离主控室,如何将现场采集的数据和信息快速、准确地上传到主控室,数据传输过程中的实时性和可靠性成为影响整个性能的关键.搭建现场总线控制系统能很好地解决这一问题.

本文介绍基于CAN总线生产油井温度采集系统的智能节点设计,该系统以Philips公司的P87C591单片机作为控制核心.由于P87C591具有片上自带的CAN控制器并且为CAN的应用提供了许多专用的硬件功能,因此又将它作为系统的CAN总线控制器,大大节省了主控系统的资源.CAN总线的收发器采用82C250,温度传感器采用DS18B20.P87C591单片机对各节点数据采集并且作为CAN控制器把数据通过CAN总线通信上传到主控室工控机,实现实时对生产油井的温度采集、监控.

1.生产油井温度采集系统的硬件设计

1.1CAN总线设计部分

CAN总线设计部分的硬件电路如图1所示.

为了增强CAN总线节点的抗干扰能力,P87C591的TXDC脚和RXDC脚并不是直接与82C250的TXD和RXD相连,而是通过高速光耦6N137后与82C250相连,这样就很好的实现了总线上各CAN节点间的电气隔离,不过应该特别说明的一点是,光耦部分电路所采用的两个电源VCC和VDD必须完全隔离,否则采用光耦也就失去了意义.电源的完全隔离可采用小功率电源隔离模块或带多5V隔离输出的开关电源模块实现.这些部分虽然增加了节点的复杂,但是却提高了节点的稳定性和安全性.

82C250与CAN总线的接口部分也采用了一定的安全和抗干扰措施.82C250的CANH和CANL引脚各自通过一个5欧的电阻与CAN总线相连,电阻可起到一定的限流作用,保护82C250免受过流冲击.CANH和CANL与地之间并联了两个30P的小电容,可以起到滤除总线上的高频干扰和一定的防电磁辐射的能力.另外在两根CAN总线接入端与地之间分别反接了一个保护二极管,当CAN总线有较高的负电压时,通过二极管的短路可起到一定的过压保护作用.82C250的Rs脚上接有一个斜率电阻,电阻大小可根据总线通讯速度适当调整,一般在16K～140K之间,图1.

1.2温度采集部分

在测温系统中,最重要的器件之一就是温度传感器.典型的一体化温度传感器如Maxim公司的DS18B20数字温度传感器,它具有数字输出特点,可以与单片机直接接口,器件少,不需要变换电路和A/D转换器；只有一条数据线,占用单片机资源少.所以用DS18B20与单片机组合的温度系统具有结构简单的优点.

DS18B20与单片机连接很简单,DQ引脚接单片机的一个I/O口,并通过4.7kΩ的上拉电阻接到电源VCC上.

2.生产油井温度采集系统的软件编写

软件的编写工作主要有两个部分：温度采集部分和CAN总线的通信部分.

2.1温度采集部分的软件设计

温度采集部分是通过单片机控制DS18B20来完成温度测量.由于DS18B20单总线通信功能是分时完成的,它有严格的时隙概念,因此读写时序很重要,系统对DS18B20的各种操作按协议进行.单片机启动DS18B20开始进行温度转换、读取温度数据的流程如图2.

2.2CAN总线通讯部分软件的编写

这部分软件编写主要有:初始化、报文接收处理、报文发送处理、CAN总线中断处理及错误处理函数.本文主要介绍报文发送,其它具体程序的编写可参考P87C591的用户手册.

报文数据的发送由CAN控制器根据CAN协议规范自动完成.单片机将要发送的数据传送到发送缓冲区并置位命令寄存器的发送请求位,发送处理可以通过中断请求或查询状态标志进行控制.

3.结语

本文基于CAN总线的数据通信完成了主控室工控机对生产油井温度采集、监控的设计.该设计以P87C591单片机作为温度采集系统的控制核心及CAN总线控制器,以82C250作为CAN总线收发器,通过单总线方式读取温度传感器DS18B20获得温度数据,再由CAN总线上传到主控室工控机.本设计大大节省硬件,主要是将温度传感器的控制核心和CAN总线控制器集成到一起,采用P87C591一个器件完成两种芯片的工作.