摘要：本文介紹了一種基于意法半導體公司的STM32單片機和CAN總線的濕度采集系統的設計和實現。CAN憑借其高性能，高可靠性以及獨特的設計越來越多的被應用在工業領域中。STM32的接口豐富，價格低廉，功能強大，使其在工業現場中應用越來越廣泛。文章從硬件和軟件兩部分介紹基于STM32和CAN總線的濕度采集系統的實現。

關鍵詞：STM32；CAN總線；數據采集濕度傳感器

1引言

現實生活中，濕度的測量和控制在紡織工業、林業、化工以及氣象觀測等領域中有著廣泛的應用。傳統的人工測試方法費時費力，因而有必要研制更智能方便的濕度測量采集系統，以便實時監測濕度，并根據所測量的數據來控制加濕器、空調器等設備的運行，確保得到合適的濕度環境。

這里提出的濕度測量采集系統是為民用設計的，可實時監測倉庫，溫室等對濕度有嚴格要求的場合下的濕度，根據檢測結果對濕度加以控制，同時還具有在線修訂濕度上下限，濕度顯示和報警功能，并可向主控室傳送數據。

2系統總體設計

濕度測量采集系統首先是一個實時性系統，需要傳感器的各種測量數據能及時的顯示，同時，監控系統又是一個多點檢測系統，需要在不同的點布置傳感器，這些傳感器通過總線連接并實現與上位機的數據傳輸。從總體上講，分為上位機和下位機系統。上位機是總的控制和顯示系統，其通過CAN總線與各種傳感器的感應模塊連接。系統在即時性、可靠性、安全性等方面都有特定的要求，其要實現的目標如下：（1）對濕度參數進行實時采集MCU對各個傳感器采集的數據進行循環檢測傳輸。（2）超限數據報警。（3）通信系統應有較高的可靠性、較好的實時性和較強的抗干擾能力。

CAN總線是一種多主方式的串行總線，可以組建多主對等的總線通信系統；STM32F103VET6內置了CAN控制器，選取TJA1050作為CAN收發器，實現STM32與CAN的通信，濕度傳感器掛接在STM32單片機上實現數據實時接收與處理。CAN適配卡連接上位機系統和CAN總線，此外還有報警模塊、顯示軟件等共同組成了完整的濕度測量采集系統。如圖2-1所示。

圖2-1基于STM32和CAN總線的濕度測量采集系統結構框圖

3硬件設計

3.1硬件核心

系統采用STM32F103VET6作為主控制器，該微控制器內核采用ARM32為的Cotex-M3CPU,最高工作頻率可達72MHz，512KBFlash存儲器，3個12位模/數轉換器，112個快速I/O端口，11個定時器，13個通信接口，其中就包括CAN（2.0）。具有接口資源豐富，功耗低，體積小，實時性能好，易于開發等優勢。濕度傳感器連接在STM32F103VET6上可以確保數據及時和準確的傳輸。

3.2CAN總線簡介

CAN（ControllorAreaNetwork控制器局域網）總線是近些年來非常流行的現場總線之一。具有非破壞性總線仲裁技術，讓優先級高的信息得到更加快速的處理；具有強大的錯誤檢測機制，可以檢測到總線上的任何錯誤；采用短幀結構、位填充和CRC校驗等措施，使傳輸具有高可靠性。這些優點使CAN總線在眾多工業領域，尤其是汽車、航天等產業中得到了泛的推廣和應用。

CAN總線的特點

（1）可以多主方式工作，網絡上任意一個節點均可以在任意時刻主動地向網絡上的其他節點發送信息，而不分主從，通信方式靈活。

（2）網絡上的節點可分成不同的優先級，可以滿足不同的實時要求。

（3）采用非破壞性位仲裁總線結構機制，當兩個節點同時向網絡上傳送信息時，優先級低的節點主動停止數據發送，而優先級高的節點可不受影響地繼續傳送數據。

（4）可以點對點，一點對多點及全局廣播幾種傳送方式接收數據。

（5）直接通信距離最遠可達10km(速率4Kbps以下)。

（6）通信速率最高可達1MB/s(此時距離最長40m)。

3.3bxCAN

STM32F的bxCAN支持CAN協議2.0A和2.0B的主動模式，波特率最高可達1Mb/s支持時間出發功能。發送具有三個發送郵箱，發送報文的優先級可軟件配置，可以屏蔽中斷，郵箱使用單獨的一塊地址，便于軟件效率的提高。STM32F的bxCAN設計目標是以最小的CPU負荷來高效的處理收到的大量報文。

3.4CAN收發器TJA1050

TJA1050速率可達1Mbit/s，電磁抗干擾能力極強，電磁輻射低，輸出級和3.3V以及5V的器件兼容，有高速和靜音兩種工作模式。TJA1050接口電路如圖3-1所示。

圖3-1TJA1050接口電路

3.5濕度傳感器

在充分考慮了系統的精度和抗干擾性的基礎上，選擇了濕度傳感器SHT10。他是SENSIRION公司生產的SHT1x系列數字濕度集成傳感器的一種，SHT1x系列單芯片傳感器是一款含有已校準數字信號輸出的濕度傳感器，包括一個電容性聚合體濕度敏感元件，一個用能隙材料制成的溫度敏感元件，并在同一芯片上與14位的A/D轉換器以及串行接口電路實現無縫連接。每個傳感器芯片都在極為精確的濕度腔室中進行標定，以鏡面冷凝式濕度計為參照。校準系數以程序形式存儲在OTP內存中，在校正過程中使用兩線制的串行接口，使外圍系統集成變得快速而簡單。單路SHT10傳感器連接如圖3-2。

圖3-2單路SHT10傳感器

3.6濕度控制電路

濕度控制電路是設計的重要組成部分。濕度控制電路如圖（3-3）所示。當所測濕度低于最低設定值，P1.5輸出高電平，反向后為低電平，SSR1交流觸電接通，交流接觸器1線圈得電，接通加濕設備（圖中以水泵為例），直到達到指定濕度范圍。當所測量濕度高于最高設定值時，P1.6輸出高電平，反向后為低電平，SSR2交流觸點接通，交流接觸器2線圈得電，接通干燥設備（圖中以風扇為例），直到達到指定濕度范圍干燥設備才停止工作。

圖3-2濕度控制電路

4系統上位機軟件設計

軟件采用NI（NationInstrument）公司開發的LabVIEW進行編寫。系統軟件主要包括主程序和按鍵處理、中斷、執行機構控制、顯示和通信等子程序。主程序完成器件的初始化，并判斷有誤按鍵按下、有無中斷請求，然后根據判斷結果調用相應的子程序。圖（4-1）為主程序流程圖。

圖4-1主程序流程圖

5實驗測試結果與分析

該系統樣機在某倉庫進行了試運行，調試后在室內進行里模擬實驗，檢驗了系統的控制精度。下表給出了一天不同時刻預設濕度與實測濕度的部分數據比較情況。

表1測試結果

從以上結果可以看出其濕度最大誤差為±3%RH。

5結束語

本文使用STM32作為主控芯片，CAN總線的引入將專用微處理器置入傳統的測量控制儀表，使他們各自具有了數字計算和數字通信的能力。上位機可以對濕度的上下限進行設定并對濕度進行相應控制。文中介紹的濕度采集系統硬件設計簡單易于實現，經軟件測試，精度高，工作穩定，具有一定的實用性。

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