眾所周知，我國是一個煙草大國，煙草行業在國民經濟中占有十分重要的地位。
煙草行業涵蓋煙葉種植、煙葉烘烤、煙葉發酵、卷煙生產及銷售等環節，各環節的生產過程、管理水平、生產能力和生產質量都將直接影響到最終產品的質量和經濟社會效益。在整個煙草生產過程中，煙葉烘烤的質量起到了至關重要的作用，然而令人遺憾的是，目前貴州省乃至全國煙農多數使用人工作坊式進行煙葉的烘烤，烤房內的溫度、濕度等對煙葉質量有影響的環境參數只能靠人工方式進行測量和控制，因而無法保證烤煙的質量，使得農民的收入沒有得到明顯提高。為了保證烤煙質量，必須采取先進的控制手段來對環境溫度和濕度以及持續時間進行有效控制，自動控制技術、通信技術和計算機技術的不斷發展給烤煙環境的精確控制帶來了可能。
本系統結合現場總線和單片機控制技術，構建了分布烤煙控制系統，實現了對分散在不同位置的烤房進行實時遠程監控。
1 CAN總線概述
當今計算機控制系統正迅速向分散的現場總線控制系統（FCS）方向發展，現場總線的使用，使得包含工業控制系統在內的各類控制系統的控制功能徹底下放到控制現場，系統的性能進一步提高。
在眾多的現場總線中，CAN（Control Area Network）以其獨特的優勢在各類控制系統的應用日益廣泛。CAN總線協議簡單、實現容易、成本低，能方便與微控制器接口，特別適合中小型控制系統中。因此，考慮到行業特點及控制要求，在方案中我們選擇了CAN總線作為整個系統的數據通信系統。
2 控制系統方案
本系統基于CAN總線構建，將CAN總線接口內置于烤煙控制器中，并使用雙絞線作為總線連接至監控計算機的CAN總線適配器，形成分布式控制系統，如圖1所示。
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圖1 控制系統結構
2．1烤煙控制器
內置單片微控制器（AT89C52）的烤煙控制器對烤煙環境的溫度及濕度進行采樣，依據一定的控制規律（烤煙環境的溫度和濕度控制規律）產生控制信號對溫度及濕度進行控制，并接收監控計算機發送來的命令完成控制參數的修改或上傳檢測到的溫度和濕度。
由于烤煙過程對環境的要求并不是非常高，為簡化控制系統結構，降低成本，使用了如下方案進行設計。
溫度的采樣采用全數字溫度傳感器DS18B20（DALLAS公司生產），該傳感器使用串行接口（1-Wire總線）與微控制器連接，測量溫度最高達125℃，精度可達0.005℃，完全可滿足烤煙溫度檢測的需要；而溫度的調節直接通過直流電機驅動火門控制進風量進行。
環境的濕度可間接從采樣到的濕球溫度計算得到，從而避免使用昂貴的濕度傳感器；而濕度通過直流電機控制窗戶的開啟大小來控制。
CAN總線接口使用菲利浦公司的SJA1000協議接口芯片、6N137光電隔離器和82C250總線收發器構成。
2．2 監控計算機
利用CAN總線適配器（USB接口）實現計算機控制信息和CAN總線協議數據的相互轉換，完成對現場控制節點的集中管理。
監控軟件采用Visual Basic平臺進行開發，完成對控制節點的實時監控。
3 烤煙控制節點設計
依據上述控制功能要求，烤煙控制節點包含AT89C52、LCD顯示器、CAN總線接口電路、兩片DS18B20、兩套直流電機控制電路，如圖2所示。
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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、控制算法運算、鍵盤掃描、LCD顯示、數據通信等功能。
LCD顯示器用于現場顯示采樣的溫度及濕度、控制參數設定值等，由于需要顯示的內容較少，選用段式顯示器；而鍵盤用于在現場設置控制參數，為了簡化接口電路，采用獨立式鍵盤電路，即每個按鍵占用AT89C52的一位開關量輸入。
DS18B20和直流電機控制電路組成溫濕度采樣與控制電路。DS18B20的控制程序按其規定的時序進行編寫，通過單片機執行SETB P1.7（或P1.6）和CLR P1.7（P1.6）即可產生所需要的軟件脈沖，從而實現對溫濕度的數字化輸入；而直流電機的控制通過對P1.5（P1.4）進行控制產生高低電平，再送由三極管和直流繼電器組成的電機驅動電路，即可實現對電機的正反轉控制，通過傳動機構帶動火門（或窗門）移動對溫度和濕度進行調節。
烤煙控制器CAN總線接口由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對映射到存儲器的SJA1000有關寄存器進行讀寫，即可實現SJA1000初始化設置、數據收發、數據校驗等操作；6N137組成光電隔離電路以提高系統的抗干擾能力；82C250則提高總線驅動能力。
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3．2 程序設計
烤煙控制器程序除了完成定時對溫濕度的采樣與閉環控制和實現人機接口外，還要對監控計算機通過CAN總線發送來的遠程命令進行響應，以便執行特定的功能。由于系統采用中斷方式實現溫濕度的定時采樣和CAN總線的通信，因此程序包括主程序和中斷服務程序兩部分，其中定時中斷程序較為簡單，在此不再詳細介紹。
3．2．1 主程序
主程序完成對定時器和CAN總線的初始化，并循環掃描鍵盤和控制LCD顯示。
對CAN總線的初始化主要是對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）、波特率參數和中斷允許寄存器進行設置，在初始化前必須使SJA1000進行復位模式，當初始化設置完成后，須使SJA1000回到正常工作模式，才能實現正常工作。為增強程序的可讀性，在程序執行代碼前使用EQU偽指令將SJA1000各寄存器所對應的存儲器地址定義成特定的符號。
MOV DPTR,#MOD ；方式寄存器
MOV A,#09H
MOVX @DPTR,A ；使SJA1000進入復位模式
…… ；其他寄存器設置
MOV DPTR,#MOD ；方式寄存器
MOV A,#08H
MOVX @DPTR,A ；使SJA1000進入工作模式
……
3．2．2 中斷服務程序
當監控計算機通過CAN總線向控制節點發送數據時，一旦CAN數據幀內的接收方地址與初始化程序中設置的地址匹配時，SJA1000即通過INT1（外部中斷）向AT89C52發送中斷請求，當AT89C52響應中斷請求后立即轉向中斷服務程序執行，在中斷服務程序內進行信息的解釋，并進行相應的控制，如傳送溫濕度數據、修改控制參數等。在對SJA1000接收的信息進行處理前，還需要對總線脫離、錯誤報警、接收溢出等進行處理。
MOV DPTR，#SR ；狀態寄存器地址
MOVX A，@DPTR
ANL A,#0C3H ；讀取總線脫離、錯誤報警、接收溢出、有數據等位
JNZ ERRPROG ；轉錯誤處理程序
…… ；正常處理程序
4 監控軟件開發
監控管理計算機完成對各烤房的實時監控，為實現完整的信息管理功能，需要構建數據管理系統。系統中基于MS-Access構建數據庫平臺，利用VB開發監控軟件實現與烤煙控制器的通信并訪問數據庫。
監控軟件功能主要包含定時循環數據采樣（循環依此采樣各烤房數據）、實時數據采集、溫濕度曲線顯示（打印）、數據統計報表（打印）等。
5 結束語
CAN總線是目前廣泛采用的現場總線標準，其協議簡單，容易實現，能方便與各種微處理器接口，本文研究的CAN總線應用系統目前已投入實際生產運行，并取得了良好的控制效果。
本文工作只是在現場總線方面作了一些應用研究工作，對更深入的應用研究還有待進一步深入。
