【正文】 Keywords: RS485。本設(shè)計(jì)的的采集模塊不局限某一單一用途，可以完成溫度、濕度、壓力、流量、位移、電壓、電流等模擬量的采集。所以本文便提出一種基于 RS485 通信的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與控制的方法。 第 18 周 答辯。 第 14 周 整個(gè)系統(tǒng)調(diào)試與分析。 第 10 周 編程軟件學(xué)習(xí)。 第 6 周 AD/DA 電路設(shè)計(jì)。 第 2 周 結(jié)合課題調(diào)研，收集 資料。采集到的數(shù)據(jù)一般都是連續(xù)變化的電壓或電流信號(hào)，需要再通過相應(yīng)的 A/D 轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn) 換成數(shù)字信號(hào)后送入單片機(jī)。主從機(jī)機(jī)在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信后，按照擬定的通信協(xié)議，提取有用數(shù)據(jù)信息，從而按照這個(gè)信息，進(jìn)行相關(guān)操作，以達(dá)到基于 RS485 總線上的數(shù)據(jù)通信與遠(yuǎn)程控制的目的。就其采樣頻率和分辨率來說屬于中速類型，適合對(duì)數(shù)據(jù)采樣頻率要求不是特別高的應(yīng)用場(chǎng)合。如加中繼器可更大幅度地增大有效通信距離。目前，有多種接口標(biāo)準(zhǔn)可用于串行通信，包括 RS23 RS42 RS423 和 RS485。 指導(dǎo)老師： 年 月 日 南華大學(xué)船山學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 設(shè)計(jì)（論文）題目 基于 RS485 通信的遠(yuǎn)程采集與控制器設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)（論文）題目來源 自選課題 設(shè)計(jì)（論文）題目類型 起止時(shí)間 ~ 一、 設(shè)計(jì)（論文）依據(jù)及研究意義： 近年來，大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷地 推廣應(yīng)用，傳統(tǒng)的儀器儀表、數(shù)字測(cè)量技術(shù)在數(shù)據(jù)采集方面升華到一個(gè)全新的階段。 南華大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 題 目 基于 RS485 的遠(yuǎn)程采 集與控制器設(shè)計(jì) 專業(yè)名稱 通 信 工 程 論文 (設(shè)計(jì) ) 內(nèi)容及要求： 一、 論文內(nèi)容 ，主要包括處理器最小系統(tǒng)、 3 路 AD/DA 采集電路、組繼電器控制電路、 RS485 通信電路等； 2. 完成軟件程序的編寫，主要包括系統(tǒng)初始化、 AD/DA 驅(qū)動(dòng)、 485 通信協(xié)議等； 能夠通過 RS485 遠(yuǎn)程通信采集 3 路節(jié)點(diǎn)信號(hào)，并能反饋 2 路模擬控制量。計(jì)算機(jī)技術(shù)已成為當(dāng)代數(shù)據(jù)采集和自動(dòng)控制的核心技術(shù)。 RS232 是最早的串行接口標(biāo)準(zhǔn)，在短距離、較低波特率串行通信中得到了廣泛應(yīng)用。 本文設(shè)計(jì)的目的是實(shí)現(xiàn)基于 RS485 總線上的數(shù)據(jù)通信與遠(yuǎn)程控制的系統(tǒng)，利用單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行控制，并且通 過 RS485 總線做遠(yuǎn)程傳送將采集到的數(shù)據(jù)通過 RS485接口送入單片機(jī)主機(jī)機(jī)測(cè)。 二、 設(shè)計(jì)（論文）主要研究的內(nèi)容、預(yù)期目標(biāo)：（技術(shù)方案、路線） 為實(shí)現(xiàn)基于 RS485 總線的數(shù)據(jù)通信與遠(yuǎn)程控制，首先得設(shè)計(jì)好 RS485 的通信模塊；由于是實(shí)現(xiàn)單片機(jī)主從機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信，為達(dá)到主 機(jī)對(duì)從機(jī)的控制，所以需要設(shè)計(jì)好繼電器控制模塊電路；接著，設(shè)計(jì)出各從機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與控制的模塊，單片機(jī)都按自己的任務(wù)進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)采集或者控制。 本設(shè)計(jì)硬件電路的設(shè)計(jì)，主要包括處理器最小系統(tǒng)、 3 路 AD/DA 采集電 路、 2 組繼電器控制電路、 RS485 通信電路、電源穩(wěn)壓電路等；軟件程序設(shè)計(jì)，主要包括系統(tǒng)初始化、AD/DA 驅(qū)動(dòng)、 485 通信協(xié)議等。AD/DA 采集電路的設(shè)計(jì)以及 如何實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信，是整個(gè)系統(tǒng)能否結(jié)合成為一體工作的關(guān)鍵。 第 3 周 閱讀和翻譯 3000 字以上本課題英文資料。 第 7 周 學(xué)習(xí) RS485 總線技術(shù)。 第 11 周 數(shù)據(jù)采集的串口通信協(xié)議設(shè)計(jì)。 第 15 周 撰寫論文。 五、 進(jìn)行設(shè)計(jì)（論文）所需條件： 六、 指導(dǎo)教師意見： 簽名： 年月日 南華大學(xué)船山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） i 基于 RS485通信的遠(yuǎn)程采集與控制器設(shè)計(jì) 摘 要 ： 在一些環(huán)境條件惡劣、異常危險(xiǎn)的環(huán)境中，如深井、對(duì)人體危害極大強(qiáng)輻射空間、人體活動(dòng)不便的空間，要做到現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)綜合分析并做出現(xiàn)場(chǎng) 決策，幾乎是不可能做到的。 本文設(shè)計(jì)的目的是實(shí)現(xiàn) 3 路數(shù)據(jù)采集處理， 2 路數(shù)據(jù)反饋裝置， 2 路繼電器控制遠(yuǎn)程控制。系統(tǒng)接口簡(jiǎn)單可靠，用途多樣，具有一定靈活性。 remote munications。 在一些環(huán)境條件惡劣、異常危險(xiǎn)的環(huán)境中，如深井、對(duì)人體危害極大強(qiáng)輻射空間、人體活動(dòng)不便的空間，要做到現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)綜合分析并做出現(xiàn)場(chǎng)決策，幾乎是不可能做到的。 近年來，大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷地推廣應(yīng)用，傳統(tǒng)的儀器 儀表、數(shù)字測(cè)量技術(shù)在數(shù)據(jù)采集方面升華到一個(gè)全新的階段 [2]。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集技術(shù)發(fā)展時(shí)間不長(zhǎng)，其發(fā)展也是伴隨著相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步才逐漸實(shí)用化，不過這一技術(shù)的應(yīng)用很快發(fā)展成為一個(gè)潛力巨大、市場(chǎng)廣闊的產(chǎn)業(yè) [5]。由于形式復(fù)雜和多樣，問題和實(shí)用性也比較多，許多技術(shù)目的單一，并不成系統(tǒng)。單片機(jī)根據(jù)采集的數(shù)據(jù)通過繼電器開關(guān)再對(duì)外部裝置進(jìn)行控制。 DAS 系統(tǒng)在硬件配置上的獨(dú)特要求 ,在進(jìn)行具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮各種因素以滿足用戶的需求 [7， 8]。工業(yè)計(jì)算機(jī)、單片機(jī)和大規(guī)模集成電路的組合，用軟件管理，使系統(tǒng)的成本降低，體積減小，功能成倍增加，數(shù)據(jù)處理能力大 大加強(qiáng)。串行總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)向分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和智能化方向發(fā)展。由于形式復(fù)雜和多樣，問題和實(shí)用性也比較多，且許多技術(shù)目的單一，并不成系統(tǒng)。 國(guó)內(nèi)自九十年代初開始研制遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)系統(tǒng)，由于中國(guó)的實(shí)際國(guó)情，長(zhǎng)期一直沒有相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 本文主要工作內(nèi)容 本論文的是對(duì)基于 RS485 通信的數(shù)據(jù)采集與控制器設(shè)計(jì)的研究，因此要用一個(gè)章節(jié)介紹 RS485 同信協(xié)議。程序設(shè)計(jì)為硬件服務(wù)，說明時(shí)畫出流程圖，以增強(qiáng)程序可讀性。 在計(jì)算機(jī)技術(shù)，微電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的迅速發(fā)展下，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集方案也層出不窮。 方案（一）： 以 ARM 處理器為控制核心，優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)外設(shè)豐富，可以節(jié)省大量的外圍設(shè)備及布線面積。 方案（三）： 以 52 系列單片機(jī)為控制核心，優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，利于各部分功能，且成本較低、體積較小，方便安裝等。非常適合點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通訊。由于傳輸線通常使用雙絞線，又是差分傳輸，所以又極強(qiáng)的抗共模干擾的能力，總線收發(fā)器靈敏度很高，可以檢測(cè)到低至 200mV 電壓，最高 的通訊高達(dá) 。整個(gè)系統(tǒng)分為兩個(gè)部分：主機(jī)部分與從機(jī)部分。這樣，在不通過 RS485 總線的情況下系統(tǒng)也能進(jìn)行 2 路繼電器開關(guān)控制、 反饋 2 路本地模擬控制量和采集 3 路本地節(jié)點(diǎn)信號(hào)的工作，只是無法遠(yuǎn)程通信。然后根據(jù)本文任務(wù)要求對(duì)系統(tǒng)方案進(jìn)行論證。 第五章：對(duì)全文進(jìn)行總結(jié)，分析文章的創(chuàng)新之處與不足之處，最后提出繼續(xù)完善本設(shè)計(jì)的研究方向。為了解決上述問題， RS485/422 通訊方式就應(yīng)運(yùn)而生了。 RS422是由 RS232 發(fā)展而來，它是為彌補(bǔ) RS232 之不足而提出的。由于EIA 提出的建議標(biāo)準(zhǔn)都是以 ―RS‖作為前綴，所以在通訊工業(yè)領(lǐng)域，仍然習(xí)慣將上述標(biāo)準(zhǔn)以 RS 作前綴稱謂。 表格 列出了 RS23 RS42 RS485 通訊方式的區(qū)別。6V 177。200mV 177。在此區(qū)域內(nèi)的信號(hào)處理將由通訊接口的 RS232 收發(fā)器決定。 電子工業(yè)協(xié)會(huì)（ EIA）于 1983 年制訂并發(fā)布 RS485 標(biāo)準(zhǔn)，并經(jīng)通訊工業(yè)協(xié)會(huì)（ TIA）修訂后命名為 TIA/EIA485A，習(xí)慣地稱之為 RS485 標(biāo)準(zhǔn)。 圖 RS485 發(fā)送器的示意圖 圖 RS485 接收器的示意圖 通常情況下，發(fā)送發(fā)送器 A、 B 之間的正電平在 +2～ +6V，是一個(gè)邏輯狀態(tài)；負(fù)電平在 2～ 6V，是另一個(gè)邏輯狀態(tài)。 對(duì)于接收發(fā)送器，也作出與發(fā)送發(fā)送器相對(duì)的規(guī)定，收、發(fā)端通過平衡雙絞線將 AA與 BB 對(duì)應(yīng)相連。 定義邏輯 1（正邏輯電平）為 B＞ A 的狀態(tài)，邏輯 0為 A＞ B 的狀態(tài)， A、 B 之間的壓差不小于 200mV。 V 發(fā)送器負(fù)載（歐姆） 60Ω 最大發(fā)送器數(shù)量 32 單位負(fù)載 最大接收器數(shù)量 32 單位負(fù)載 RS485 標(biāo)準(zhǔn)的最大傳輸距離約為 1219 米，最大傳輸速率為 10Mbps。一般來說， 15 米長(zhǎng)雙絞線最大傳輸速率僅為 1Mbps。在矩距離、或低波特率波數(shù)據(jù)傳輸時(shí)可不需終端匹配電阻，即一般在 300 米以下、 19200bps 不需終端匹配電阻。 在過去的 20 年時(shí)間里，建議性標(biāo)準(zhǔn) RS485 作為一種多點(diǎn)差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)碾姎庖?guī)范，被應(yīng)用在許多不同的領(lǐng)域 ，作為數(shù)據(jù)傳輸鏈路。由于RS485 標(biāo)準(zhǔn)是基于 PC 的 UART 芯片上的處理方式，因此，其通訊協(xié)議也規(guī)定了串行數(shù)據(jù) 單元的格式（ 8N1 格式）： 1 位邏輯 0 的起始位， 6/7/8 位數(shù)據(jù)位，1 位可選擇的奇 (ODD)/偶 (EVEN)校驗(yàn)位， 1/2 位邏輯 1 的停止位。 下面將 分別 對(duì) ModBus 協(xié)議 (RTU 模式 ) 、多 功能 電能 表通訊 規(guī)約(DL/T6451997)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。 查詢： 查詢消息中的功能代碼告之被選中的從設(shè)備要執(zhí)行何種功能。錯(cuò)誤檢測(cè)域?yàn)閺脑O(shè)備提供了一種驗(yàn)證消息內(nèi)容是否正確的方法。錯(cuò)誤檢測(cè)域允許主設(shè)備確認(rèn)消息內(nèi)容是否可用。在網(wǎng)絡(luò)波特率下多樣的字符時(shí)間，這是最容易實(shí)現(xiàn)的 (如圖 124 的 T1T2T3T4 所示 )。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)域（地址域）接收到，每個(gè)設(shè)備都進(jìn)行譯碼以判斷是否發(fā)往自己的。如果在幀完成之前有超過 個(gè)字符時(shí)間的停頓，接收設(shè)備將刷新不完整的消息并假定下一字節(jié)是一個(gè)新消息的地址域。當(dāng) Modbus 協(xié)議用于更高水平的網(wǎng)絡(luò)，廣播可能不允許或以其它方式代替。 例如：從一個(gè)主設(shè)備發(fā)往從設(shè)備的消息要求讀一組保持寄存器，將產(chǎn)生如下功能代碼： 0 0 0 0 0 0 1 1 （十六進(jìn)制 03H） 對(duì)正常響應(yīng)，從設(shè)備僅響應(yīng)同樣的功能代碼。這包括了象不連續(xù)的寄存器地址，要處理項(xiàng)的數(shù)目，域中實(shí)際數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)。 0 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 P 1 起始位 0 8位數(shù)據(jù) D0～ D7 偶校驗(yàn)位 停止位 1 傳送方向從低到高位，一個(gè)起始位、一個(gè)停止位、一個(gè)偶校驗(yàn)位、 8 位數(shù)據(jù)位，總共 11位。 前導(dǎo)字節(jié)：在發(fā)送信息之前，發(fā)送 1 個(gè)或多個(gè)字節(jié) FEH，以喚醒接收方。終端匹配電阻的大小由傳輸電纜的特性阻抗所決定。接下來的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)都是基于 RS485 通信協(xié)議設(shè)計(jì)的。 在該系統(tǒng)中，單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的控制由單片機(jī)進(jìn)行處理。 AD 電路負(fù)責(zé) 3 路節(jié)點(diǎn)信號(hào)的采集工作， DA 電路負(fù)責(zé) 2 路模擬控制量的反饋工作。 2．工作電壓： ~（ 5V 單片機(jī)） /~（ 3V 單片機(jī)）。 6．通過 I/O 口（ 27/23 個(gè)），復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口 /弱上拉（普通 8051 傳統(tǒng)I/O 口）可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口 /弱上拉，推挽 /強(qiáng)上拉，僅為輸入 /高阻，開漏。 10．內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路（外部晶振 20M 以下時(shí)，可省外部復(fù)位電路）。 14． ADC， 10 位精度 ADC，共 8 路。 南華大學(xué)船山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 19 頁(yè) 共 59 頁(yè) ： PDIP28， SOP28， PDIP20， SOP20， PLCC32,TSSOP20(超 小封狀 ，定貨 )本系統(tǒng)采用的是 POSP28 封裝單片機(jī)。 共 8 路電壓輸入型 A/D，可做溫度檢測(cè)、電池電壓檢測(cè)、按鍵掃描、頻譜檢測(cè)等。如 7805 的輸出電壓是 5V，但實(shí)際電壓可能是 到 ，用戶需要精度要求比較高的話，可在出廠時(shí)將實(shí)際測(cè)出的工作電壓值記錄在單片機(jī)內(nèi)部的 EEPROM 里面，以供計(jì)算。電源模塊電路如圖 所示。雖然是固定穩(wěn)壓電路，但使用外接元件，可獲得不同的電壓和電流。電路的工作原理為：12V 接入后，在固定式三端穩(wěn)壓器 LM7805 的 IN 和 GND 兩端形成一個(gè)并不十分穩(wěn)定的直流電壓。 圖 RS485 接口電路 本系統(tǒng)采用的 MAX485 接口芯片是 Maxim 公司的一種 RS485 芯片。從圖中可以看出， MAX485 芯片的結(jié)構(gòu)和引腳都非常簡(jiǎn)單。它完成將南華大學(xué)船山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 22 頁(yè) 共 59 頁(yè) TTL 電平轉(zhuǎn)換 為 RS485 電平的功能。 主從機(jī) RS485接口電路設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)使用的串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)接 口是 RS485 串行接口， RS485 接口電路用到的發(fā)送器、接收器芯片是 MAX485，發(fā)送器的 A、 B 引腳和接收器的 A、 B引腳是對(duì)應(yīng)連接的，在收發(fā)器中會(huì)出現(xiàn)這種情況，它只能用于半雙工通信。 C9 為電解電容，以減少穩(wěn)壓電源輸出端由輸入電源引入的低頻干擾。 LM780