眾所周知，我國(guó)是一個(gè)煙草大國(guó)，煙草行業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位。
煙草行業(yè)涵蓋煙葉種植、煙葉烘烤、煙葉發(fā)酵、卷煙生產(chǎn)及銷(xiāo)售等環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)的生產(chǎn)過(guò)程、管理水平、生產(chǎn)能力和生產(chǎn)質(zhì)量都將直接影響到最終產(chǎn)品的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益。在整個(gè)煙草生產(chǎn)過(guò)程中，煙葉烘烤的質(zhì)量起到了至關(guān)重要的作用，然而令人遺憾的是，目前貴州省乃至全國(guó)煙農(nóng)多數(shù)使用人工作坊式進(jìn)行煙葉的烘烤，烤房?jī)?nèi)的溫度、濕度等對(duì)煙葉質(zhì)量有影響的環(huán)境參數(shù)只能靠人工方式進(jìn)行測(cè)量和控制，因而無(wú)法保證烤煙的質(zhì)量，使得農(nóng)民的收入沒(méi)有得到明顯提高。為了保證烤煙質(zhì)量，必須采取先進(jìn)的控制手段來(lái)對(duì)環(huán)境溫度和濕度以及持續(xù)時(shí)間進(jìn)行有效控制，自動(dòng)控制技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展給烤煙環(huán)境的精確控制帶來(lái)了可能。
本系統(tǒng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)和單片機(jī)控制技術(shù)，構(gòu)建了分布烤煙控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)分散在不同位置的烤房進(jìn)行實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控。
1  CAN總線(xiàn)概述
 當(dāng)今計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)正迅速向分散的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)（FCS）方向發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的使用，使得包含工業(yè)控制系統(tǒng)在內(nèi)的各類(lèi)控制系統(tǒng)的控制功能徹底下放到控制現(xiàn)場(chǎng)，系統(tǒng)的性能進(jìn)一步提高。
 在眾多的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)中，CAN（Control Area Network）以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在各類(lèi)控制系統(tǒng)的應(yīng)用日益廣泛。CAN總線(xiàn)協(xié)議簡(jiǎn)單、實(shí)現(xiàn)容易、成本低，能方便與微控制器接口，特別適合中小型控制系統(tǒng)中。因此，考慮到行業(yè)特點(diǎn)及控制要求，在方案中我們選擇了CAN總線(xiàn)作為整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。
2  控制系統(tǒng)方案
 本系統(tǒng)基于CAN總線(xiàn)構(gòu)建，將CAN總線(xiàn)接口內(nèi)置于烤煙控制器中，并使用雙絞線(xiàn)作為總線(xiàn)連接至監(jiān)控計(jì)算機(jī)的CAN總線(xiàn)適配器，形成分布式控制系統(tǒng)，如圖1所示。
500)this.style.width=500;" border="0" />

圖1  控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
2．1烤煙控制器
內(nèi)置單片微控制器（AT89C52）的烤煙控制器對(duì)烤煙環(huán)境的溫度及濕度進(jìn)行采樣，依據(jù)一定的控制規(guī)律（烤煙環(huán)境的溫度和濕度控制規(guī)律）產(chǎn)生控制信號(hào)對(duì)溫度及濕度進(jìn)行控制，并接收監(jiān)控計(jì)算機(jī)發(fā)送來(lái)的命令完成控制參數(shù)的修改或上傳檢測(cè)到的溫度和濕度。
由于烤煙過(guò)程對(duì)環(huán)境的要求并不是非常高，為簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，降低成本，使用了如下方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。
溫度的采樣采用全數(shù)字溫度傳感器DS18B20（DALLAS公司生產(chǎn)），該傳感器使用串行接口（1-Wire總線(xiàn)）與微控制器連接，測(cè)量溫度最高達(dá)125℃，精度可達(dá)0.005℃，完全可滿(mǎn)足烤煙溫度檢測(cè)的需要；而溫度的調(diào)節(jié)直接通過(guò)直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)火門(mén)控制進(jìn)風(fēng)量進(jìn)行。
環(huán)境的濕度可間接從采樣到的濕球溫度計(jì)算得到，從而避免使用昂貴的濕度傳感器；而濕度通過(guò)直流電機(jī)控制窗戶(hù)的開(kāi)啟大小來(lái)控制。
CAN總線(xiàn)接口使用菲利浦公司的SJA1000協(xié)議接口芯片、6N137光電隔離器和82C250總線(xiàn)收發(fā)器構(gòu)成。
2．2 監(jiān)控計(jì)算機(jī)
利用CAN總線(xiàn)適配器（USB接口）實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制信息和CAN總線(xiàn)協(xié)議數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)換，完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)控制節(jié)點(diǎn)的集中管理。
監(jiān)控軟件采用Visual Basic平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，完成對(duì)控制節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。
3  烤煙控制節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
依據(jù)上述控制功能要求，烤煙控制節(jié)點(diǎn)包含AT89C52、LCD顯示器、CAN總線(xiàn)接口電路、兩片DS18B20、兩套直流電機(jī)控制電路，如圖2所示。
500)this.style.width=500;" border="0" />

3．1  硬件組成
AT89C52是烤煙控制器的核心，完成溫度和濕度的采樣與控制、控制算法運(yùn)算、鍵盤(pán)掃描、LCD顯示、數(shù)據(jù)通信等功能。
 LCD顯示器用于現(xiàn)場(chǎng)顯示采樣的溫度及濕度、控制參數(shù)設(shè)定值等，由于需要顯示的內(nèi)容較少，選用段式顯示器；而鍵盤(pán)用于在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置控制參數(shù)，為了簡(jiǎn)化接口電路，采用獨(dú)立式鍵盤(pán)電路，即每個(gè)按鍵占用AT89C52的一位開(kāi)關(guān)量輸入。
 DS18B20和直流電機(jī)控制電路組成溫濕度采樣與控制電路。DS18B20的控制程序按其規(guī)定的時(shí)序進(jìn)行編寫(xiě)，通過(guò)單片機(jī)執(zhí)行SETB P1.7（或P1.6）和CLR P1.7（P1.6）即可產(chǎn)生所需要的軟件脈沖，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫濕度的數(shù)字化輸入；而直流電機(jī)的控制通過(guò)對(duì)P1.5（P1.4）進(jìn)行控制產(chǎn)生高低電平，再送由三極管和直流繼電器組成的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)控制，通過(guò)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)火門(mén)（或窗門(mén)）移動(dòng)對(duì)溫度和濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)。
 烤煙控制器CAN總線(xiàn)接口由SJA1000、6N137和82C250組成，如圖3所示。SJA1000以并行接口芯片和中斷形式與AT89C52連接，AT89C52對(duì)映射到存儲(chǔ)器的SJA1000有關(guān)寄存器進(jìn)行讀寫(xiě)，即可實(shí)現(xiàn)SJA1000初始化設(shè)置、數(shù)據(jù)收發(fā)、數(shù)據(jù)校驗(yàn)等操作；6N137組成光電隔離電路以提高系統(tǒng)的抗干擾能力；82C250則提高總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)能力。
500)this.style.width=500;" border="0" />

3．2  程序設(shè)計(jì)
 烤煙控制器程序除了完成定時(shí)對(duì)溫濕度的采樣與閉環(huán)控制和實(shí)現(xiàn)人機(jī)接口外，還要對(duì)監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過(guò)CAN總線(xiàn)發(fā)送來(lái)的遠(yuǎn)程命令進(jìn)行響應(yīng)，以便執(zhí)行特定的功能。由于系統(tǒng)采用中斷方式實(shí)現(xiàn)溫濕度的定時(shí)采樣和CAN總線(xiàn)的通信，因此程序包括主程序和中斷服務(wù)程序兩部分，其中定時(shí)中斷程序較為簡(jiǎn)單，在此不再詳細(xì)介紹。
3．2．1  主程序
 主程序完成對(duì)定時(shí)器和CAN總線(xiàn)的初始化，并循環(huán)掃描鍵盤(pán)和控制LCD顯示。
對(duì)CAN總線(xiàn)的初始化主要是對(duì)SJA1000的工作方式、接收濾波方式、接收屏蔽寄存器（AMR）、接收代碼寄存器（ACR）、波特率參數(shù)和中斷允許寄存器進(jìn)行設(shè)置，在初始化前必須使SJA1000進(jìn)行復(fù)位模式，當(dāng)初始化設(shè)置完成后，須使SJA1000回到正常工作模式，才能實(shí)現(xiàn)正常工作。為增強(qiáng)程序的可讀性，在程序執(zhí)行代碼前使用EQU偽指令將SJA1000各寄存器所對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)器地址定義成特定的符號(hào)。
MOV DPTR,#MOD   ；方式寄存器
MOV A,#09H
MOVX @DPTR,A   ；使SJA1000進(jìn)入復(fù)位模式
……      ；其他寄存器設(shè)置
MOV DPTR,#MOD   ；方式寄存器
MOV A,#08H
MOVX @DPTR,A   ；使SJA1000進(jìn)入工作模式
……
3．2．2  中斷服務(wù)程序
 當(dāng)監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過(guò)CAN總線(xiàn)向控制節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，一旦CAN數(shù)據(jù)幀內(nèi)的接收方地址與初始化程序中設(shè)置的地址匹配時(shí)，SJA1000即通過(guò)INT1（外部中斷）向AT89C52發(fā)送中斷請(qǐng)求，當(dāng)AT89C52響應(yīng)中斷請(qǐng)求后立即轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序執(zhí)行，在中斷服務(wù)程序內(nèi)進(jìn)行信息的解釋?zhuān)⑦M(jìn)行相應(yīng)的控制，如傳送溫濕度數(shù)據(jù)、修改控制參數(shù)等。在對(duì)SJA1000接收的信息進(jìn)行處理前，還需要對(duì)總線(xiàn)脫離、錯(cuò)誤報(bào)警、接收溢出等進(jìn)行處理。
 MOV DPTR，#SR   ；狀態(tài)寄存器地址
 MOVX A，@DPTR
 ANL A,#0C3H    ；讀取總線(xiàn)脫離、錯(cuò)誤報(bào)警、接收溢出、有數(shù)據(jù)等位
 JNZ  ERRPROG   ；轉(zhuǎn)錯(cuò)誤處理程序
 ……      ；正常處理程序
4  監(jiān)控軟件開(kāi)發(fā)
監(jiān)控管理計(jì)算機(jī)完成對(duì)各烤房的實(shí)時(shí)監(jiān)控，為實(shí)現(xiàn)完整的信息管理功能，需要構(gòu)建數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。系統(tǒng)中基于MS-Access構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，利用VB開(kāi)發(fā)監(jiān)控軟件實(shí)現(xiàn)與烤煙控制器的通信并訪(fǎng)問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)。
 監(jiān)控軟件功能主要包含定時(shí)循環(huán)數(shù)據(jù)采樣（循環(huán)依此采樣各烤房數(shù)據(jù)）、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、溫濕度曲線(xiàn)顯示（打?。?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)報(bào)表（打?。┑?。
5  結(jié)束語(yǔ)
 CAN總線(xiàn)是目前廣泛采用的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)，其協(xié)議簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，能方便與各種微處理器接口，本文研究的CAN總線(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)目前已投入實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行，并取得了良好的控制效果。
 本文工作只是在現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)方面作了一些應(yīng)用研究工作，對(duì)更深入的應(yīng)用研究還有待進(jìn)一步深入。