【正文】 地址域在幀的開始部分，由 8 位組成，理論上可能的設(shè)備地址（1～247），這些位標明了用戶指定的終端設(shè)備的地址，該設(shè)備將接收來自與之相連的主機數(shù)據(jù)。如果沒有錯誤，就執(zhí)行數(shù)據(jù)所請求的任務(wù)。這就不會使它們在初始化時占據(jù)通訊線路，而僅限于相應到達終端設(shè)備本機的查詢信號。 本章小結(jié)本章介紹了本課題設(shè)計總體思路基本原理和框圖及其要實現(xiàn)的功能，同時對框架的各個主要模塊提出了明確的設(shè)計方案，為下文的硬件、軟件設(shè)計奠定基礎(chǔ)。 方案三：采用315m超外差無線收發(fā)模塊。方案二：CC1100 是原Chipcon 公司推出的一種低成本、真正單片的超高頻無線收發(fā)器, 為低功耗無線應用而設(shè)計。5 GHz ISM頻段。因RS485接口具有良好的抗噪聲干擾性，長的傳輸距離和多站能力等上述優(yōu)點所以本次設(shè)計采用RS485接口。3000米，另外RS232C接口在總線上只允許連接1個收發(fā)器，⑶且該電平與TTL電平兼容，可方便與TTL⑴傳輸距離有限，最大傳輸距離標準值為50英尺，實際上也只能接口使用一根信號線和一根信號返回線而構(gòu)成共地的傳輸形式，電平不兼容故需使用電平轉(zhuǎn)換電路方能與TTL電路連接。綜合各因素本次設(shè)計采用方案二即RTU模式。代碼系統(tǒng)：十六進制，ASCII字符0…9，A…F，消息中的每個ASCII字符都是一個十六進制字符組成每個字節(jié)的位： 表21 ASCII模式起始位地址代碼功能代碼數(shù)據(jù)位LRC校驗碼結(jié)束位STARTADDRESSFUNCTIONDATALRC CHECKEND1字節(jié)2字節(jié)2字節(jié)n字節(jié)2字節(jié)2字節(jié)1 CHAR2 CHARS2 CHARSn CHARS2 CHARS2 CHARS 方案二、RTU（Remote Terminal Unit），即遠程終端單元。在改變數(shù)據(jù)傳輸模式時，同一 Modbus 網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸模式必須一致。⑶B機的溫度、時鐘通過Modbus協(xié)議與主機通訊實現(xiàn)將溫度值、時鐘的時分信號讀取顯示于上位機串口調(diào)試軟件上。考慮到現(xiàn)場有時候設(shè)備移動性比較強時，比如物料輸送時要監(jiān)測移動的設(shè)備的溫度時，有線方式通訊是受限的，所以設(shè)計中還結(jié)合了無線模塊來避免這種弊端。在短距離利用無線模塊與一些移動性強的設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換克服有線通訊的弊端，再基于Modbus通訊協(xié)議將采集到的數(shù)據(jù)顯示于上位機上實現(xiàn)遠程通訊。如果需要回應，控制器將生成反饋信息并用Modbus 協(xié)議發(fā)出。 Modbus 協(xié)議定義了一個控制器能認識使用的消息結(jié)構(gòu)，而不管它們是經(jīng)過何種網(wǎng)絡(luò)進行通信的。它描述了一控制器請求訪問其它設(shè)備的過程，如何回應來自其它設(shè)備的請求，以及怎樣偵測錯誤并記錄。通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)（例如以太網(wǎng)）和其它設(shè)備之間可以通信。為更好地普及和推動Modbus在基于以太網(wǎng)上的分布式應用，目前施耐德公司已將Modbus協(xié)議的所有權(quán)移交給IDA（Interface for Distributed Automation，分布式自動化接口）組織，并成立了ModbusIDA組織，為Modbus今后的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。用STC89C52單片機與DS18B20對溫度采集顯示于數(shù)碼管，在通過無線模塊發(fā)送到另一塊單片機系統(tǒng)里通過1602液晶顯示，成后，基于MODBUS通訊協(xié)議通過RS485的物理層實現(xiàn)串口通信，發(fā)送實時數(shù)據(jù)給主機。經(jīng)過一系列的處理后，溫度得以實時在兩個單片機系統(tǒng)中顯示并準確顯示在主機串口調(diào)試軟件中。在中國，Modbus已經(jīng)成為國家標準GB/T195822008。它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標準。它制定了消息域格局和內(nèi)容的公共格式。它描述了控制器請求訪問其它設(shè)備的過程，如何回應來自其它設(shè)備的請求，以及怎樣偵測錯誤并記錄。在其它網(wǎng)絡(luò)上，包含了Modbus 協(xié)議的消息轉(zhuǎn)換為在此網(wǎng)絡(luò)上使用的幀或包結(jié)構(gòu)。本論文的主要內(nèi)容總由五章組成。根據(jù)設(shè)計思路本次設(shè)計為A、B兩個系統(tǒng)模塊和PC機通訊模塊；A機和B機可以通過無線模塊雙向傳輸信號；在Modbus通訊中B機作為從機，PC機作為主機，通過RS232485接口實現(xiàn)通訊。系統(tǒng)中主要有MCU、液晶顯示、數(shù)碼管顯示、獨立按鍵、溫度采集、無線收發(fā)、RS232轉(zhuǎn)48上位機等單元。 方案一、ASCII（American Standard Code for Information Interchange），即美國信息交換標準代碼。當控制器設(shè)為在Modbus網(wǎng)絡(luò)上以RTU（遠程終端單元）模式通信，在消息中的每個8Bit字節(jié)包含兩個4Bit的十六進制字符。方案一、RS232接口。⑵這種共地傳輸容易產(chǎn)生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱。用在50米左右。RS485的電氣特性：邏輯“1”以兩線間的電壓差為+（2—6）電路連接。RS485接口是采用平衡驅(qū)動器和差分接收器的組合，抗共模干能力增強，即抗噪聲干擾性好。即單站能力。 方案一：采用nRF24L01無線收發(fā)芯片組成智能家庭安全系統(tǒng)的自適應無線傳感和控制網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)拓撲圖如圖所示。內(nèi)置頻率合成器、功率放大器、晶體振蕩器、調(diào)制器等功能模塊，并融合了增強型ShockBurst技術(shù)，其中輸出功率和通信頻道通過程序進行配置。整個應用電路的無線頻率主要設(shè)定在 315MHz、433MHz、868MHz 和 915MHz 四個 ISM (工業(yè)、科學和醫(yī)學) 頻段上,也可以容易地設(shè)置為300MHz～348MHz、400MHz～ 464MHz 和800MHz～ 928MHz 的其它頻率上。模塊優(yōu)點：成本低廉，頻率穩(wěn)定，接收靈敏度高。第３章 通訊系統(tǒng)實現(xiàn)的理論原理 MODBUSRTU通訊協(xié)議內(nèi)容簡介 ⑴通訊協(xié)議類型：ModbusRTU ⑵傳輸方式：RS485半雙工 ⑶通訊地址：理論上可能的設(shè)備地址（1～247） ⑷通訊波特率：300BPS～38400BPS ⑸通訊介質(zhì)：雙絞線 ⑹通訊距離：大于 1000 米 ⑴傳輸方式：主從半雙工方式。 ⑵數(shù)據(jù)幀格式：一個數(shù)據(jù)幀格式包括：1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，偶校驗位, 1位停止位。然后，它將自己生成的數(shù)據(jù)加入到取得的“信封”中，把數(shù)據(jù)幀返回給發(fā)送者。每個終端設(shè)備的地址必須是唯一的，僅僅被尋址到的終端會響應， 響應包含了該地址的查詢應答。下表列出了所有本協(xié)議比較常用到的功能碼、它們的意義及它們的初始功能。例如：功能域碼告訴終端讀取一個寄存器，數(shù)據(jù)域則需要指明從哪 個寄存器開始讀及讀取多少個數(shù)據(jù)，內(nèi)嵌的地址和數(shù)據(jù)依照類型和從機之間的不同能力而有所不同。CRC 值由傳送設(shè)備計算出來， 然后附加到數(shù)據(jù)幀上，接收設(shè)備在接收數(shù)據(jù)時重新計算 CRC值，然后與接收到的 CRC域中的值進行比較，如果這兩個值不相等，就發(fā)生了錯誤。 生成一個 CRC 值的流程為： ⑴ 預置一個16 位寄存器為 0FFFFH（全 1），稱之為 CRC 寄存器。 ⑸ 重復第3步和第 4 步直到 8 次移位，這樣處理完了一個完整的八位。它允許在一條數(shù)據(jù)線 上連接32 個發(fā)送器和接收器，非常適合于多分支應用。通過編程，nRF2401芯片的射頻工作頻率和輸出信號的功率等參量可以非常方便地調(diào)節(jié)。⑺ 接收靈敏度—93dBm。SPI 接口：SPI 接口是標準的 SPI 接口，其最大的數(shù)據(jù)傳輸率為 10Mbps。每一條指令的執(zhí)行都必須通過一次CSN 由高到低的變化。R_RX_PAYLOＡＤ0110 0001讀RX 有效數(shù)據(jù)：132 字節(jié)。W_RX_PAYLＯＡＤ1010 0000寫TX 有效數(shù)據(jù)：132 字節(jié)。也就是說，若傳輸應答信號過程中執(zhí)行此指令的話將使得應答信號不能被完整的傳輸。 NOP1111 1111空操作。在所有多字節(jié)寄存器被寫完之前可以結(jié)束寫 SPI 操作，在這種情況下沒有寫完的高字節(jié)保持原有內(nèi)容不變。當 MCU 給中斷源寫‘1’時，中斷引腳被禁止。 本章小結(jié) 本章介紹了modbus通訊協(xié)議、RS485接口、NRF24L01通訊模塊的具體內(nèi)容，為硬件、軟件設(shè)計鋪平道路。⑶獨立按鍵單元如圖44，獨立按鍵用來對系統(tǒng)工作控制，例如調(diào)時間，發(fā)命令等作用。本電路的232電平轉(zhuǎn)換電路采用MAX232集成電路，485電路采用了MAX485集成電路。使用本電路需注意PC程序必須使串口的DTR和RTS輸出高電平，經(jīng)過D3穩(wěn)壓后得到VCC，經(jīng)過實際測試。在半雙工使用中，通?？梢詫⑦@兩個腳直接相連，然后由PC或者單片機輸出的高低電平就可以讓MAX485在接收和發(fā)送狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換了。 圖46 RS232485 本章小結(jié) 本章主要包括電源模塊、單片機最小系統(tǒng)模塊、按鍵、溫度采集、數(shù)碼管和液晶顯示模塊、RS232轉(zhuǎn)RS485接口模塊、NRF24L01無線通訊模塊的硬件設(shè)計，介紹了設(shè)計的基本原理和一些注意事項。⑴計算機發(fā)送的數(shù)據(jù)包：[設(shè)備地址] [命令號03] [起始寄存器地址低8位] [高8位] [讀取的寄存器數(shù)低8位] [高8位] [CRC校驗的低8位] [CRC校驗的高8位] 即：[01][03][01][00][01][00][CRC低][CRC高] 注釋：讀從機溫度[01][03][02][00][01][00][CRC低][CRC高] 注釋：讀從機時鐘的小時 [01][03][03][00][01][00][CRC低][CRC高] 注釋：讀從機時鐘的分鐘具體意義如下：：本次設(shè)計中設(shè)備地址為0x01。、高8位：表示從起始地址開始讀多少個模擬量(即邏輯地址長度)。⑵從機響應回主機的數(shù)據(jù)包：[設(shè)備地址] [命令號03] [返回的字節(jié)個數(shù)][數(shù)據(jù)1][數(shù)據(jù)2]...[數(shù)據(jù)n][CRC校驗的低8位] [CRC校驗的高8位] 即 ：[01][03][02][00][AC][CRC低][CRC高] 注釋：溫度值回應給主機（℃）[01][03][02][00][0B][CRC低][CRC高] 注釋：小時值回應給主機（11小時） [01][03][02][00][24][CRC低][CRC高] 注釋：分鐘值回應給主機（36分鐘）具體意義如下：。設(shè)計中只返回了[數(shù)據(jù)1][數(shù)據(jù)2]，本次設(shè)計中若第一個返回的值是[AC]176。在此次程序設(shè)計中設(shè)置了一個1ms定時中斷，在中斷程序中定義一個1ms標志位，在定時處理子函數(shù)中判斷是否通訊超時（本次設(shè)定為5s），如果超時，即使已經(jīng)有接受到數(shù)據(jù)也置之不理，進行重置48清零地址偏移器、清零偶校驗；除此之外每次發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)束后我們也需要進行這樣處理。采用查詢掃描方式，當從機接受數(shù)據(jù)包第一個有效數(shù)據(jù)為0X01時說明確實是該機，如果偶校驗也正確的話則繼續(xù)處理接下來的數(shù)據(jù)；為保證通訊數(shù)據(jù)的可靠和可信性我們還需要對接收緩沖區(qū)做CRC校驗。 流程圖如53所示：檢查Uart0數(shù)據(jù)開始設(shè)備地址、偶校正確否？CRC校驗正確？接受地址偏移寄存器清零偶校驗清零結(jié)束功能碼為03否？NNN:結(jié)束或看是否為其它功能YYY讀取保存寄存器開始讀取接收的邏輯地址讀取地址長度對接收緩沖區(qū)做CRC校驗對應邏輯地址處理數(shù)據(jù)，需要將溫度、時鐘的時、分等數(shù)據(jù)對應給發(fā)送緩沖區(qū)將設(shè)備地址、命令號、返回字節(jié)數(shù)對應給發(fā)送緩沖區(qū)對緩沖區(qū)數(shù)據(jù)進行CRC計算開始發(fā)送緩沖區(qū)第一個數(shù)據(jù)圖53 數(shù)據(jù)包處理 A機流程圖和說明 A機的功能是顯示時鐘，能通過按鍵控制B機顯示溫度或把A機的時鐘信號無線傳輸給B機；所以在程序中需要初始化液晶、無線模塊、定時器、還要設(shè)置按鍵掃描和無線接受中斷（這里用單片機外部中斷0來實現(xiàn)）。程序流程圖如55所示：讀取一次溫度信息主程序開始無線模塊初始化Timer0中斷開始Timer0、1mTimer串口初始化（設(shè)置波特率等）；無線模塊設(shè)置為接收數(shù)碼管掃描時鐘更新中斷返回判斷中斷標志rcv為1?無線接收中斷開始讀取接收到的數(shù)據(jù)判斷接收到的命令置位rcvNY顯示時鐘并與A機同步顯示溫度發(fā)回溫度信息LED閃爍檢查uart0口數(shù)據(jù)結(jié)束結(jié)束結(jié)束定時處理圖55 B機流程圖 本章小結(jié) 在這一章中我們介紹了基于MODBUS協(xié)議處理報文的軟件設(shè)計，介紹了報文格式、軟件具體實現(xiàn)的方法和注意事項，并設(shè)計的介紹了流程圖，設(shè)計中對系統(tǒng)穩(wěn)定性方面下了功夫。A、 B機顯示如圖61所示：溫度顯示溫度顯示萬年歷小時、分鐘顯示圖61 A、B機顯示Rs232485A機B機18B20溫度感器52單片機24l01無線模塊A機5v電池盒1620液晶顯示MAX485芯片MAX232芯片按鍵模塊24l01無線模塊數(shù)碼管顯示串口線B機5v電池盒圖62 實物外觀A機主要有：1602液晶顯示模塊、52單片機、按鍵模塊、NRF24L01無線模塊、5v電源?！姹硎?小時表示8小時表示48分鐘圖63 PC機顯示我們發(fā)送：[01][03][01][00][01][00][25][C0] 注釋：讀從機溫度[01][03][02][00][01][00][DD][AA] 注釋：讀從機時鐘的小時 [01][03][03][00][01][00][8C][CA] 注釋：讀從機時鐘的分鐘串口接收：[01][03][02][00][AC][25][C0] 注釋：溫度值回應給主機（℃）[01][03][02][00][0B][DD][AA] 注釋：小時值回應給主機（8小時） [01][03][02][00][24][8C][CA] 注釋：分鐘值回應給主機（48分鐘）