基于组态的CAN总线温度控制系统设计 2基于组态的CAN总线温度控制系统设计院系：电气信息工程学院专业：自动化11-01姓名：黄俊龙学号：541101010115目录1概述 01.1 .............................. 温度控制的发展状况1.2 .............................. 温度控制完成的功能22方案设计 (3)2.1 ............................... i CAN-6202模块简介32.2 .......................................... 热电偶52.3 .................................. iCAN-2404模块82.4 ...................................... CAN接口卡113CAN总线技术基础与温度控制系统的基本原理 (13)4基于MCGS的HMI设计 (17)4.1 ........................................ 人机界面174.2 .................... 人机界面产品的组成及工作原理174.3 .............................. 人机界面产品的特点185人机界面设计 (19)6心得体会 (21)7参考文献 (22)基于组态的CAN总线温度控制系统设计1概述温度是日常生活中无时不在的物理量，温度的控制在各个领域都有积极的意义。

很多行业中都有大量的用电加热设备，如用于加热的电烤箱，用于融化金属的坩埚电阻炉及各种不同用途的温度箱等，采用单片机对它们进行控制步进具有控制方便、简单、灵活性大的特点，而且还可以大幅度提高被控温度的技术指标，从而能够大大提高产品的质量。

因此，智能化温度控制技术正被广泛地采用。

本温度设计以CAN总线为基础，采用iCAN模块采集和控制信号。

iCAN模块集成了转换电路、单片机、CAN控制器、CAN接发器等，其中转换电路包括I/V(V/I)电路，ADC(DAC)。

CAN模块的采用，大大地使接线简单化。

1.1温度控制的发展状况随着社会的发展，科技的进步，以及测温仪器在各个领域的应用，智能化已是现代温度控制系统发展的主流方向。

特别是近年来，温度控制系统已应用到人们生活的各个方面，但温度控制一直是一个未开发的领域，却又是与人们息息相关的一个实际问题。

针对这种实际情况，设计一个温度控制系统，具有广泛的应用前景与实际意义。

温度是科学技术中最基本的物理量之一，物理、化学、生物等学科都离不开温度。

在工业生产和实验研究中，像电力、化工、石油、冶金、航空航天、机械制造、粮食存储、酒类生产等领域内，温度常常是表征对象和过程状态的最重要的参数之一。

比如，发电厂锅炉的温度必须控制在一定的范围之内；许多化学反应的工艺过程必须在适当的温度下才能正常进行；炼油过程中，原油必须在不同的温度和压力条件下进行分馏才能得到汽油、柴油、煤油等产品。

没有合适的温度环境，许多电子设备就不能正常工作，粮仓的储粮就会变质霉烂，酒类的品质就没有保障。

因此，各行各业对温度控制的要求都越来越高。

可见，温度的测量和控制是非常重要的。

CAN总线在工业生产中的应用已经越来越广泛，在很多的工业生产过程控制中也用到了温度检测和温度控制。

随着温度控制器应用范围的日益广泛和多样，各种适用于不同场合的智能温度控制器应运而生。

1.2温度控制完成的功能本设计是针对温度进行实时检测与控制，设计的温度控制系统实现了基本的温度控制功能：当温度低于给定值时，系统自动启动加热继电器加温；当温度高于给定值时，系统自动关闭继电器加温。

2方案设计本设计采用一只iCAN-2404继电器功能模块，一只iCAN接口卡和一只iCAN-6202热电偶模块。

其系统框图如图1所示。

图1 温度控制框图2.1 iCAN-6202模块简介iCAN-6202热电偶模块用于温度采集。

iCAN-6202模块具有2路热电偶输入通道， iCAN-6202模块还提供2路数字量输出，这2路数字量输出既可用于指示模块工作状态也可由用户自行控制。

a) iCAN-6202模块基本参数● 单电源供电，供电电压：＋10V~＋30V DC ；● 热电偶输入通道数： 2路；● 数字量输出通道数： 2路，可独立配置为输入通道状态指示模式或用户控制模式；● 输出通道类型：集电极开漏输出，最大负载电压＋30V ，最大负载电流30mA ；● 支持的热电偶类型及测温范围：J 型 -210℃~1200℃、K 型 -200℃~1370℃、E 型 -100℃~1000℃、T 型 -200℃~400℃、N 型 -200℃~1300℃、B 型 650℃~1800℃、R型 0℃~1750℃、S型 0℃~1760℃；●温度值分辨率：0.1℃；●热电偶冷端补偿精度：±1℃；●转换速率：4次/秒（2通道/次）；●定时循环传送时间间隔：最小值 10毫秒、最大值 2.55秒；●温度超限报警。

b)iCAN-6202模块接口说明(图2)图2 iCAN-6202模块接口示意图c)iCAN-6202原理框图（图3）图3 iCAN-6202模块原理框图2.2热电偶a)热电偶输入原理热电偶由两个焊接在一起的异金属导线（以形成两个节点）所组成，结点之间的温差会在两根导线之间产生热电势（即电压），电压大小取决于组成热电偶的两种金属材料。

国际电工委员会（IEC）推荐了八种类型的热电偶作为标准化热电偶，它们分别为J、K、T、E、N、B、R、S。

热电偶结构图如图4所示。

在使用热电偶测量温度时，还要求采用冷端补偿技术。

因为热电偶的输出电压以0℃时的参考结点的温度来定义。

图4 热电偶结构图根据测量温度范围不同，热电偶分为7种规格：一用于高温测量的K型，N型是可用于替换K型的新型号热电偶；二是用于中温测量的E型（-200~＋800 ℃）和J型（-200~＋750 ℃）；三是用于低温测量的T型（-200~＋350 ℃）；四是用于超高温测量的B型（＋500~＋1700 ℃），R型（0~＋1600 ℃），S型（0~＋1600 ℃）。

b)热电偶输入控制原理热电偶测量模块测量的数据为热电偶的电压值，通过将测得的电压换算为相对应的温度，从而获得所要测量的温度值在iCAN-6202温度测量模块中，通过高分辨率的ADC直接将热电偶的输出数字化，通过软件实现线性化和校准。

热电偶测量原理如图5所示。

图5 热电偶测量原理框图c)热电偶测量冷端补偿热电偶的输出电压以0℃时的参考结点的温度来定义，所以在使用热电偶测量温度时，还要求采用冷端补偿技术。

在iCAN-6202模块模块中，采用热敏电阻测量冷端温度。

d)热电偶输入的接线热电偶的接线方法很简单，直接将热电偶输入信号正端连接到模块的SEN＋端，输入信号负端连接到模块SEN－端即可。

热电偶接线图如图6示。

图6 热电偶接线图e) 数字量输出原理晶体管输出等效电路（图7）。

图7晶体管输出等效电路f) 输出信号输出信号内部等效电路(图8)。

图8输出信号内部等效电路g) 数字量输出信号的接线数字量输出信号接线（图9）。

DOUT 内部等效电路V OUT =0.3VV OUT =0V 等效电路图9 数字量输出信号接线输出信号驱动继电器（图10）。

图10 输出信号驱动继电器接线图2.3iCAN-2404模块iCAN-2404功能模块提供继电器输出通道，模块具有4路具有自保持功能的继电器输出通道。

为防止继电器切换引起的干扰，iCAN-2404模块的继电器输出通道与控制部分采用了光电隔离措施。

a)iCAN-2404模块基本参数●单电源供电，供电电压：＋10V~+30V DC；●输出通道数： 4路；●触点形式：2a 或2b（触点输出状态自保持）；●触点控制：“1”吸合，“0”断开；●导通时间：6ms；●断开时间：4ms；●触点容量：DC： 24VDC/1A；AC： 220VAC/0.5A；●触点寿命：5×105 ；●隔离电压：1000V DC（信号输入）；b)iCAN-2404模块接口说明（图11）图11 iCAN-2404模块接口说明c)iCAN-2404原理框图（图12）图12 iCAN-2404原理框图d)继电器输出原理继电器是一种电子控制器件，它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路），通常应用于自动控制电路中，它实际上是用较小的电流去控制较大电流的一种“自动开关”。

故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

电磁继电器是我们最常用的一种继电器。

电磁继电器等效示意图如图13。

图13 电磁继电器等效示意图e)iCAN-2404输出状态定义在iCAN-2404模块中，对于继电器输出导通和断开的信号定义如表1示。

表1 继电器信号状态图输出状态继电器开关状态状态 1 继电器输出开关闭合状态0 继电器输出开关断开f)iCAN-2404输出连接iCAN-2404继电器与输出端口连接（图14）。

图14 iCAN-2404继电器与输出端口连接图g)继电器输出的接线方式iCAN-2404输出端口的接线方式（图15）.图15 iCAN-2404输出端口的接线方式2.4CAN接口卡本设计中的接口才采用USBCAN-Ⅱ（图16）。

USBCAN-Ⅱ双路智能CAN接口卡是与USB总线兼容的CAN-bus数据转换卡，通过USB电缆与PC进行连接。

可应用于CAN-bus实验室、工业控制、智能楼宇等CAN-bus应用领域，进行CAN-bus网络数据分析、处理；也可单独用作CAN-bus网络的网关、网桥，构成不同层次网络中的数据转换系统。

同时，USBCAN智能CAN转换卡可作为开发模块直接嵌入到用户产品。

USBCAN-Ⅱ双路智能CAN接口卡集成有2个CAN通道、1路USB接口，是CAN-bus产品开发、CAN-bus数据分析的有力工具，因为具有体积小，即插即用等特点，也是便携式系统用户的最佳选择。

图16 USBCAN-Ⅱ双路智能CAN接口卡USBCAN智能CAN接口卡采用SMD表面贴装工艺、四层电路板技术，抗干扰能力强，非常适合在长期工作环境下使用。

而且，具有体积小巧、即插即用等特点，也是便携式系统用户的最佳选择。

USBCAN-Ⅱ双路智能CAN接口卡提供广泛和强大的软件支持。

这些软件支持包括通用的ZLGVCI驱动程序接口，自动实现安装，支持在VC++、C++Builder、Delphi和VB等开发环境下进行设计，可适合不同的开发人员使用。

同样，USBCAN智能CAN接口卡不仅适应基本的CAN-bus产品、也满足基于高层协议如DeviceNet、CanOpen等CAN-bus产品的开发。