【正文】 空間12K/10K/8K/6K/4K/2K字節(jié)。單片機(jī)應(yīng)用電路電源穩(wěn) 壓電路RS485接口電路2組繼電器控制電路2組DA反饋電路3組AD采集電路 單片機(jī)應(yīng)用電路 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是以STC12C5410AD單片機(jī)為核心部件,STC12C5410系列單片機(jī)是由宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘/機(jī)器周期（1T）的兼容8051內(nèi)核單片機(jī)，是高速/低功耗的新一代8051單片機(jī)，全新的流水線/精簡(jiǎn)指令集結(jié)構(gòu)，內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路。它即協(xié)調(diào)整機(jī)工作，又是數(shù)據(jù)處理器，是軟硬件系統(tǒng)連接的橋梁。3 基于RS485通信遠(yuǎn)程采集與控制器的硬件設(shè)計(jì)本章介紹了主從機(jī)硬件電路部分的設(shè)計(jì)，主要從單片機(jī)應(yīng)用電路、電源穩(wěn)壓電路、AD采集電路、DA電路、RS485接口電路、繼電器控制電路幾個(gè)部分的硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。例如，RS485 網(wǎng)絡(luò)通常采用雙絞線或屏蔽雙絞線作為傳輸介質(zhì)，其特性阻抗為120Ω，因此，RS485 總線上的兩個(gè)端點(diǎn)也應(yīng)各安裝1 個(gè)120Ω的終端匹配電阻。數(shù)據(jù)域：發(fā)送時(shí)數(shù)據(jù)加33H，接收時(shí)數(shù)據(jù)減33H。 幀起始符（68H）地址域（A0~A5）幀起始符（68H）命令碼（C）數(shù)據(jù)長(zhǎng)度（L）數(shù)據(jù)域（DATA）校驗(yàn)碼（CS）結(jié)束符（16H）地址域 A0～A5：當(dāng)?shù)刂肺?99999999999H 時(shí)，為廣播地址，同時(shí)當(dāng)從控制器接收到一幀數(shù)據(jù)時(shí)，地址域相同時(shí)應(yīng)響應(yīng)命令，取得總線控制權(quán)，當(dāng)響應(yīng)命令之后，應(yīng)把總線控制權(quán)歸還給主控器。例如，如果主設(shè)備需要從設(shè)備讀取一組保持寄存器（功能代碼03），數(shù)據(jù)域指定了起始寄存器以及要讀的寄存器數(shù)量。對(duì)異議響應(yīng)，它返回：1 0 0 0 0 0 1 1 （十六進(jìn)制83H）除功能代碼因異議錯(cuò)誤作了修改外，從設(shè)備將一獨(dú)特的代碼放到響應(yīng)消息的數(shù)據(jù)域中，這能告訴主設(shè)備發(fā)生了什么錯(cuò)誤。 5． 響應(yīng)當(dāng)從設(shè)備響應(yīng)時(shí)，它使用功能代碼域來(lái)指示是正常響應(yīng)(無(wú)誤)還是有某種錯(cuò)誤發(fā)生（稱作異議響應(yīng)）。同樣地， 個(gè)字符時(shí)間內(nèi)開始，接收的設(shè)備將認(rèn)為它是前一消息的延續(xù)。在最后一個(gè)傳輸字符之后， 個(gè)字符時(shí)間的停頓標(biāo)定了消息的結(jié)束。傳輸?shù)牡谝粋€(gè)域是設(shè)備地址。設(shè)備地址功能代碼數(shù)據(jù)錯(cuò)誤檢測(cè)主設(shè)備的查詢消息設(shè)備地址功能代碼數(shù)據(jù) 錯(cuò)誤檢測(cè)從設(shè)備回應(yīng)消息圖 ModBus 協(xié)議的“查詢—響應(yīng)”模式 2． RTU 模式RTU 模式的格式：地址功能代碼數(shù)據(jù)數(shù)量數(shù)據(jù)1...數(shù)據(jù)n CRC高字節(jié)CRC低字節(jié)當(dāng)控制器設(shè)為在Modbus 網(wǎng)絡(luò)上以RTU（遠(yuǎn)程終端單元）模式通信，在消息中的每個(gè)8Bit 字節(jié)包含兩個(gè)4Bit 的十六進(jìn)制字符。響應(yīng)：如果從設(shè)備產(chǎn)生一正常的響應(yīng)，在響應(yīng)消息中的功能代碼是在查詢消息中的功能代碼的響應(yīng)。數(shù)據(jù)段包含了從設(shè)備要執(zhí)行功能的任何附加信息。 ModBus 協(xié)議(RTU 模式)以下資料摘錄于Modbus 協(xié)議(RTU 模式)的一部分，介紹了Modbus RTU 協(xié)議的基本構(gòu)成、主要特點(diǎn)、參數(shù)規(guī)定；便于我們理解一個(gè)通訊協(xié)議的基本模式與要求[18]。目前，RS485 在國(guó)內(nèi)有著非常廣泛的應(yīng)用，許多領(lǐng)域，比如工業(yè)控制、電力通訊、智能樓宇等都經(jīng)?？梢砸姷骄哂蠷S485 接口電路的設(shè)備。目前，在我國(guó)應(yīng)用的現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)中，RS485半雙工異步通信總線也是被各個(gè)研發(fā)機(jī)構(gòu)廣泛使用的數(shù)據(jù)通信總線。終端匹配電阻安裝在RS485 傳輸網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)端點(diǎn)，并聯(lián)連接在AB 引腳之間。注意：并不是所有的RS485 收發(fā)器都能夠支持高達(dá)10Mbps 的通訊速率。通常，RS485 網(wǎng)絡(luò)采用平衡雙絞線作為傳輸媒體。TIA/EIA485 串行通訊標(biāo)準(zhǔn)的性能如表格 所示： 表 TIA/EIA485 通訊方式的性能參數(shù)規(guī)格TIA/EIA485傳輸模式平衡電纜長(zhǎng)度＠90Kbps4000 ft（1200m）電纜長(zhǎng)度＠10Mbps50 ft（15m）數(shù)據(jù)傳輸速度10 Mbps最大差動(dòng)輸出177。當(dāng)在接收端AB 之間有大于+200mV 的電平時(shí)，輸出為正邏輯電平；小于200mV 時(shí)，輸出為負(fù)邏輯電平。另有一個(gè)信號(hào)地C。RS485 標(biāo)準(zhǔn)是為彌補(bǔ)RS232 通信距離短、速率低等缺點(diǎn)而產(chǎn)生的。 RS422/485 標(biāo)準(zhǔn)RS422/485 標(biāo)準(zhǔn)的全稱為TIA/EIA422B 和TIA/EIA485 串行通訊標(biāo)準(zhǔn)。200mV接收器輸入電阻(Ω)3K～7K4K(最小)≥12K發(fā)送器共模電壓3V～+3V1V～+3V接收器共模電壓7V～+7V7V～+12V RS232 標(biāo)準(zhǔn)RS232 被定義為一種在低速率、近距離串行通訊的單端標(biāo)準(zhǔn)。6V發(fā)送器負(fù)載阻抗(Ω)3K～7K10054擺率(最大值)30V/μsN/AN/A接收器輸入電壓范圍177。表 RS23RS42RS485 的區(qū)別標(biāo)準(zhǔn)RS232RS 422RS 485工作方式單端差分差分節(jié)點(diǎn)數(shù)1收、1發(fā)1發(fā)、10收1發(fā)、32收最大傳輸電纜長(zhǎng)度50英尺4000英尺4000英尺最大傳輸速率20Kbps10Mbps10Mbps最大驅(qū)動(dòng)輸出電壓+/25V～+6V7V～+12V發(fā)送器輸出信號(hào)電平(負(fù)載最小值)負(fù)載+/5V～+/15V177。RS23RS422 與RS485 標(biāo)準(zhǔn)只對(duì)接口的電氣特性做出規(guī)定，而不涉及接插件、電纜或協(xié)議，在此基礎(chǔ)上用戶可以建立自己的高層通信協(xié)議。為改進(jìn)RS232 通信距離短、速率低的缺點(diǎn)，RS422 定義了一種平衡通信接口，將傳輸速率提高到10Mbps，傳輸距離延長(zhǎng)到4000 英尺（速率低于100kbps 時(shí)），并允許在一條平衡總線上連接最多10 個(gè)接收器。本章將詳細(xì)介紹485 標(biāo)準(zhǔn)、通訊規(guī)約、應(yīng)用要點(diǎn)。2 RS485 協(xié)議規(guī)范 通常的微處理器都集成有 1 路或多路硬件UART 通道，可以非常方便地實(shí)現(xiàn)串行通訊。 第二章：介紹RS485通信協(xié)議，主要分3個(gè)方面進(jìn)行介紹：RS485標(biāo)準(zhǔn)、RS485通訊協(xié)議、RS485應(yīng)用要點(diǎn)。主從機(jī)系統(tǒng)框圖如下： 遠(yuǎn)程采集與控制器的系統(tǒng)框圖 主機(jī)單片機(jī)發(fā)送信號(hào)通過(guò)RS485總線傳給從機(jī),從機(jī)判斷主機(jī)發(fā)過(guò)來(lái)信息再通過(guò)繼電器控制電路控制AD電路和DA電路工作，最后又通過(guò)RS485總線傳回信息給主機(jī)。根據(jù)系統(tǒng)的要求，主機(jī)部分需要完成的功能是讀取并顯示從機(jī)采集回來(lái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，并且對(duì)從機(jī)的外設(shè)進(jìn)行控制。故傳輸信號(hào)在千米之外都是可以恢復(fù)，而且RS485允許最大的從機(jī)數(shù)量達(dá)到128臺(tái)，具強(qiáng)大的擴(kuò)展能力。缺點(diǎn)是：接口的信號(hào)電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因?yàn)榕cTTL 電平不兼容故需使用電平轉(zhuǎn)換電路方能與TTL 電路連接；傳輸速率較低，在異步傳輸時(shí)，波特率為20Kbps。缺點(diǎn)是功能較少，如需要增加其它功能需要加入相應(yīng)的硬件，但根據(jù)本系統(tǒng)的要求，以52單片機(jī)為核心，再加上DS18B20等信息轉(zhuǎn)換模塊就完成系統(tǒng)要求的功能綜合以上三個(gè)主機(jī)方案，最終選擇以52單片機(jī)為控制核心，來(lái)完成系統(tǒng)對(duì)信息的采集。缺點(diǎn)是只能采用貼片的封裝，但是由于工藝的原因，需要花費(fèi)大量的時(shí)間在硬件電路的制作上。各種方案都有其特點(diǎn)，有其相適應(yīng)的應(yīng)用環(huán)境和存在的條件，不能一概而論，甚至在特殊情況下還需要將其結(jié)合在一起，揚(yáng)長(zhǎng)避短可發(fā)揮出更大的優(yōu)勢(shì)。 工作安排流程圖如下： 開始閱讀資料，可行性分析系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)硬件各部分分別設(shè)計(jì)軟件整體設(shè)計(jì)軟件各部分分別設(shè)計(jì)化函數(shù)軟硬件調(diào)試結(jié)束 工作安排流程圖 系統(tǒng)分析（1）研究RS485總線技術(shù)的運(yùn)用，即如何進(jìn)行通信協(xié)議的設(shè)計(jì)；（2）采集3路節(jié)點(diǎn)信號(hào)；（3）反饋2路模擬控制量（最大輸出電壓能達(dá)到10V）；（4）2路繼電器遠(yuǎn)程控制。數(shù)據(jù)采集與控制的核心部件單片機(jī)是軟硬件配合工作的，在系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)好以后還要分別設(shè)計(jì)配合主從機(jī)使用的軟件。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品市場(chǎng)廣闊,發(fā)展?jié)摿艽?到現(xiàn)在各種產(chǎn)品種類繁多,形式復(fù)雜,缺少一個(gè)統(tǒng)一的規(guī)范。國(guó)外起步較早，某些地區(qū)在此領(lǐng)域己制訂了相關(guān)行業(yè)數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)也較先進(jìn)，并不斷地開發(fā)新技術(shù)?？煽啃圆粩嗵岣?，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)物理層通信,由于采用RS48雙絞線、電力載波、無(wú)線和光纖，所以其技術(shù)得到了不斷發(fā)展和完善。出現(xiàn)了高性能、高可靠性的單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[10]。軟件功能則更豐富，根據(jù)用戶需要,可編制控制和服務(wù)程序,如操作指導(dǎo)、統(tǒng)計(jì)分析等、實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)或即時(shí)打印或通信[9]。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DataAcquisitionSysteln)簡(jiǎn)稱DAS系統(tǒng),是對(duì)工業(yè)過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算、顯示、儲(chǔ)存及各種控制的裝置。 論文的目標(biāo)是設(shè)計(jì)一個(gè)當(dāng)前在國(guó)內(nèi)的實(shí)際狀況下通用、開放的系統(tǒng)，因此采用了通用的標(biāo)準(zhǔn)去設(shè)計(jì)方案。目前國(guó)內(nèi)外采用的數(shù)據(jù)采集方案和運(yùn)行方式多種多樣，其所達(dá)到的目的和要求也不同。而隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)越來(lái)越趨向數(shù)字化、智能化、遠(yuǎn)距離方向發(fā)展。在這些環(huán)境中，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)有著其巨大優(yōu)勢(shì)。 data acquisition and controlii目 錄1 緒 論 1 研究的背景與意義 1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2 本文主要工作內(nèi)容 3 系統(tǒng)分析 4 4 設(shè)計(jì)方案論證 4 總體設(shè)計(jì) 6 本文章節(jié)安排 7 RS232/422/485 標(biāo)準(zhǔn) 8 RS232 標(biāo)準(zhǔn) 9 RS422/485 標(biāo)準(zhǔn) 9 RS485 通訊協(xié)議 12 ModBus 協(xié)議(RTU 模式) 12 多功能電能表通訊規(guī)約(DL/T6451997) 15 RS485 應(yīng)用要點(diǎn) 16 本章小結(jié) 163 基于RS485通信遠(yuǎn)程采集與控制器的硬件設(shè)計(jì) 17 硬件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 17 單片機(jī)應(yīng)用電路 18 電源模塊電路 20 主從機(jī)RS485接口電路設(shè)計(jì) 21 繼電器控制電路 24 2路DA轉(zhuǎn)換電路 25 TLC5615簡(jiǎn)介 25 TLC5615功能框圖 25 TLC5615引腳功能 26 TLC5615推薦工作條件 26 TLC5615的時(shí)序 27 TLC5615的兩種工作方式 27 DA電路 28 3路AD轉(zhuǎn)換電路 28 本章小結(jié) 294 基于RS485通信遠(yuǎn)程采集與控制器的軟件設(shè)計(jì) 30 通信協(xié)議的設(shè)計(jì) 30 主程序流程 32 主機(jī)主程序流程 32 從機(jī)主程序流程 36 41 主機(jī)系統(tǒng)初始化 41 從機(jī)系統(tǒng)初始化 43 RS485總線的程序設(shè)計(jì) 45 繼電器控制程序的設(shè)計(jì) 46 2路DA輸出控制程序設(shè)計(jì) 46 3路AD采集程序設(shè)計(jì) 47 本章小結(jié) 505 總結(jié)與展望 51 總結(jié) 51 展望 51謝 辭 53參考文獻(xiàn) 54附件一 電路原理圖 56附件二 PCB圖 59v1 緒 論 研究的背景與意義數(shù)據(jù)采集與控制技術(shù)是信息科學(xué)的重要分支之一，它研究數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、處理以及控制等問(wèn)題。acquisitioncontrolrelaysystemoveralldesigns activities, it39。最后給出切實(shí)可行的軟件設(shè)計(jì)方案，在這個(gè)方案中會(huì)給出通信協(xié)議、整體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)的初始化、RS485總線程序、繼電器控制程序、DA輸出控制程序、AD采集程序的設(shè)計(jì)。還有一些管理分散，數(shù)據(jù)采集量大的工作條件下，人到現(xiàn)場(chǎng)去采集數(shù)據(jù)就變得非常繁瑣了，這時(shí)，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集就是一種非常簡(jiǎn)單而且有效的方法。 第17周 正式交論文及答辯準(zhǔn)備。 第13周 整個(gè)系統(tǒng)初步調(diào)試與分析。 第9周 通信控制系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)。 第5周 RS485通信接口的學(xué)習(xí)。四、 設(shè)計(jì)（論文）研究方法及步驟（進(jìn)度安排）： 第1周 明確課題要求，結(jié)合課題調(diào)研，收集資料。三、設(shè)計(jì)（論文）的研究重點(diǎn)及難點(diǎn)：數(shù)據(jù)采集是指將溫度、濕度、壓力、流量、位移、電壓、電流等模擬量采集、經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，再由計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理、顯示的過(guò)程。這些在程序設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)，軟件采用Keil編譯器編程。本設(shè)計(jì)接口簡(jiǎn)單、使用方便、可靠性好，在溫度檢測(cè)中有較廣泛的應(yīng)用前景，具有較強(qiáng)的使用價(jià)值。在上述的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，近距離通信可以采用RS232通信標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)，通信距離視負(fù)載而定，但最多不超過(guò)十幾米，為了進(jìn)一步擴(kuò)大通信距離可以采用RS485標(biāo)準(zhǔn)通信，其通信有效距離可達(dá)1200米。串行通信是計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的重要渠道，并且由于其成本低、性能穩(wěn)定、遵循統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，因而在工程中被廣泛應(yīng)用。 ⑥ 2013年6月9日—2013年6月12日 畢業(yè)論文答辯。二、 論文基本要求 ； ，例：RS23RS48CANBUS等，及各自優(yōu)缺點(diǎn)； ；，以及控制電路的設(shè)計(jì)方法；；；三、 寫作要求 字以上本課題英文資料； ，做出實(shí)物并上交論文，論文格式參照國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和南華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)要求，并提供對(duì)應(yīng)的電子文檔；，A4紙打?。╓ORD2003排版）四、 時(shí)間要求 ① 2012年12月24日—2013年1月10日 理解設(shè)計(jì)要求，查閱相關(guān)資料；② 2013年2月12日—2013年4月10日 根據(jù)所查閱的資料，完成部分論文初稿；③ 2013年4月11日—2013年5月10日 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)初稿；④ 2013年5月11日—2013年5月30日 完成完整的畢業(yè)設(shè)計(jì)論