【正文】 ****L2T1Z5 D9D6 33U9。單片機通過現(xiàn)場總線能夠把溫度值以 MODBUS 協(xié)議的形式發(fā)送給 PC 機，實現(xiàn)了工控計算機的現(xiàn)場總線集中管理。 PCB 的設(shè)計及制作：產(chǎn)品級版圖的設(shè)計及制作。使學(xué)生學(xué)的更快并且掌握的更多。 器件建模及仿真：可以建模及仿真的器件： 模擬器件（二極管，三極管，功率管等）； 數(shù)字器件（ 74 系列， COMS 系列， PLD， CPLD 等）； FPGA 器件。繪制電路圖如圖 5圖 5圖 5圖 54。 10. 加強繪圖功能 Protel DXP 2021 增強了波形窗口的繪圖功能，例如放置標題欄、標記畫線等，同時Windows 的編輯功能在此也可以應(yīng)用。而在 Protel DXP 中落實了這項功能，讓用戶能在畫電路圖時就定義設(shè)計規(guī)則?？蓪⒏魑募嫒肴雴我粩?shù)據(jù)庫文件，即Protel 99SE 的 ddb，也可以存為 Windows 文件，即一般的分離文件，而不需要數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) (ODBC)，就可以存取該文件，此外新增了一個混合模式，也就是在數(shù)據(jù)庫外存為獨立的 Windows 文件。如可以輸入和輸出 DXP、 DWG格式文件，實現(xiàn)和 Auto CAD 等軟件的數(shù)據(jù)交換，也可以輸出格式為 Hyperlynx 的文件，用于板級信號仿真。該軟件將項目管理方式、原理圖和 PCB圖的雙向同步技術(shù)、多通道設(shè)計 、拓樸自動布線以及電路仿真等技術(shù)結(jié)合在一起，為電路設(shè)計提供了強大的支持。 Protel DXP 是第一個將所有設(shè)計工具集于一身的板級設(shè)計系統(tǒng)，電子設(shè)計者從最初的項目模塊規(guī)劃到最終形成生產(chǎn)數(shù)據(jù)都可以按照自己的設(shè)計方式實現(xiàn)。 表 46 數(shù)據(jù)讀取傳輸格 式 站號 03號命令 寫地址 寫地址 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) CRC校驗 CRC校驗 開始 系統(tǒng)初始化子程序 通信子程序 數(shù)據(jù)處理子程序 圖 41主程序流程框圖 初始化 E2PROM 串行口、定時器初始化 各種變量初始化 子程序返回 圖 42系統(tǒng)初始化程序流程圖 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 19 表 47 數(shù)據(jù)寫傳輸格式 站號 06命令號 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) CRC校驗 CRC校驗 在通訊協(xié)議中只用了兩個命令， 03 號命令和 06 號命令， 03 號命令代表要求發(fā)送數(shù)據(jù)， 06 號命令代表要求從機原樣數(shù)據(jù)發(fā)回作為應(yīng)答。 串口通信子模塊程序設(shè)計 根據(jù)設(shè)計要求需 PC 機 由 CPU 完成數(shù)據(jù)發(fā)送和接收。 表 45 06命令發(fā)送格式 設(shè)備地址 功能碼 數(shù)據(jù)地址高位 數(shù)據(jù)地址低位 數(shù)據(jù)高位 數(shù)據(jù)低位 CRC16校驗 1 個字節(jié) 06 1 個字節(jié) 1 個字節(jié) 1 個字節(jié) 1 個字節(jié) 2 個字節(jié) 基于現(xiàn)場總線的溫度采集器的設(shè)計 18 主程序流程框圖 主程序包含系統(tǒng)初始化子程序、通信子程序、 、 數(shù)據(jù)處理子程序等三個模塊。 03 命令為讀取保持寄存器 ,在一個或多個保持寄存器中取得當前的二進制值 ,例如讀取一個采集器的采集結(jié)果。如果在幀完成之前有超過 個字符時間的停頓時間 ,接收設(shè)備將刷新不完整的消息并假定下一字節(jié)是一個新消息的地址字節(jié)。當?shù)谝粋€字節(jié)接收到后 ， 每個設(shè)備都進行解碼以判斷是否發(fā)往自己的。 T =[( x x2 ) ( x x3 ) x4]/[( x1 x2 ) ( x1 x3 )]+[( x x1 ) ( x x3 )]/[( x2 x1 ) ( x x3 )] x5+[( x x1 ) ( x x2 )]/[( x3 x1 ) ( x3 x2 )]| x6 MODBUS 現(xiàn)場總線協(xié)議 MODBUS 是 MOD I CON公司最早為它的可編程控制器設(shè)計的基于 RS2 485通訊介質(zhì)的一個現(xiàn)場總線協(xié)議 ， 目前在工業(yè)控制領(lǐng)域獲得了比較廣泛的應(yīng)用 [ 2， 3 ]。通過 TL431 反饋調(diào)節(jié)電壓控制光偶隔離器發(fā)光的強弱，發(fā)光強度越強光電流就越大，光偶輸出電流也就越大，從而控制 TOP200的開關(guān)時間，調(diào)節(jié)變壓器輸出大小，使輸出穩(wěn)定的電壓 +5V。如圖 38 所示，采用 TOP200 開關(guān)集成電路， C1 C2 C29 為濾波電容， L2 和 C37構(gòu)成輸出濾波器。 (5)電路形式靈活多樣。 (4) 濾波的效率大為提高，濾波電容的容量和體積大為減小。 (3) 穩(wěn)壓范圍寬。 圖 37 電源穩(wěn)壓電路圖 L VD C RL UO 整流濾波 激勵信號 基于現(xiàn)場總線的溫度采集器的設(shè)計 14 (2) 體積小，重量輕。這種裝置被廣泛地應(yīng)用在開關(guān)穩(wěn)壓電源中。這里我們對直流變換器和逆變器作如下解釋。由此可見 ,芯片不僅在內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)、功能 ,提高效率方面 ,可靠性方面均優(yōu)于分立元件組成的高壓 ,高頻脈寬調(diào)制電路 ,該芯片為核心實現(xiàn)高效開關(guān)穩(wěn)壓電源是非常理想的器件。主要由 10部分構(gòu)成： ①控制電壓源 ②帶隙基準電源 ③振蕩器 ④并聯(lián)調(diào)整器 誤差放大器 ⑤脈寬調(diào)制 器 ⑥門驅(qū)動級和輸出級 ⑦過流 保護電路 ⑧過熱保護及上電復(fù)位電路 ⑨關(guān)斷 自動需啟動電路 ⑩高壓電流源 。逐次比較型 AD 并行輸基于現(xiàn)場總線的溫度采集器的設(shè)計 12 出 12 位數(shù)據(jù)，每一路信號經(jīng)緩存器后送入 6N137的腳 3，進行同相邏輯傳輸至數(shù)字電路，輸入端限流電阻選用 470Ω ，輸出端上拉電阻選用 47kΩ ，輸出端電源和地間（即 6N137的腳 8 與腳 5間）接 瓷片電容，作為旁路電容以減少對電源的干擾， 6N137 的使能端接選通信號，使 6N137在數(shù)據(jù)有效時才工作，減 少工作電流。連接至 A引腳的上拉電阻 R連接至 B引腳的下拉電阻R5 用于保證無連接的 SP3485 芯片處于空閑狀態(tài) ,提供網(wǎng)絡(luò)失效保護，以提高 RS485 節(jié)點與網(wǎng)絡(luò)連接的可靠性。為適應(yīng)供電系統(tǒng)， RS485 器件選擇 SP3485 芯片。 所以有： R VVR V O??? ?? （ 38） 11222114 14 RRRR RVVV O ?????? ?? （ 39） 將式（ 39）代入式（ 38）得 ??OV V，所以恒流源輸出電流 ???? ????? 11222114 RRRR VRR VI OO 1mA 恒流源電路仿真 仿真電路圖如圖 34 所示。 恒定電流 溫度信號 模擬電壓信號 數(shù)字電壓信號 32 熱電阻測溫模塊框圖 熱電阻 PT100的三線制接法測量電路如圖 33所示為消除引線引入的測量誤差 , 熱電阻的測量采用三線制接法 。 XTAL3端口為 smaRTClock 振蕩器晶體輸入端， XTAL4端口為 smaRTClock 振蕩器晶體輸出端。 圖 31 C8051F410單片機 VDD 為內(nèi)核電源， VIO 為 I/O 電源 ， GND 為地。 根據(jù)設(shè)計要求，只需一個全雙工串行接口，一個 A/D轉(zhuǎn)換電路，一個多路模擬開關(guān)電路，因此 C8051F410 單片機足以滿足 控制要求，功耗較低。端口的工作情況與標準 8051 相似，但有一些改進。 ADC 系統(tǒng)包含一個可編程的模擬多路選擇器，用于選擇 ADC 的輸入。 單片機的選擇 C8051F410 MCU 在 CIP51 內(nèi)核和外設(shè)方面有幾項關(guān)鍵性的改進，提高了整體性能，更易于在最終應(yīng)用中使用。在矩距離傳輸時可不需終接電阻，即一般在 300 米以下不需終接電阻。 RS485 與 RS422 一樣，其最大傳輸距離約為 1219 米，最大傳輸速率為 10Mb/s。 RS485 串行 通訊 接口 由于 RS485 是從 RS422 基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，所以 RS485 許多電氣規(guī)定與 RS422相仿。一般 100 米長的雙絞線上所能獲得的最大傳輸速率僅為 1Mb/s。 RS422 四線接口由于采用單獨的發(fā)送和接收通道，因此不必控制數(shù)據(jù)方向，各裝置之間任何必須的信號交換均可以按軟件方式（ XON/XOFF 握手）或硬件方式（一對單獨的雙絞線）實現(xiàn)。實際上還有一根信號地線，共 5 根線。 RS232 采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。感溫部分、傳感器驅(qū)動部分、信號處理部分等電路均集成化并封閉在一個小型管殼內(nèi) , 使用方便。熱電 阻 通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護套管，用起來非常方便。因 熱電 阻 直接與被測對象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。 其中，采集放大電路采用三線制接線法，來消除導(dǎo)線引入的測量誤差?；谝陨瞎δ埽唧w設(shè)計方案如圖 21 所示。 技術(shù)指標： ： PT100； ： ℃； : ℃； ： 220VAC177。 隨著人們生活質(zhì)量的提高，酒店廠房及 家庭生活中都會見到溫度控制的影子，溫度控制將更好的服務(wù)于社會目前，單片機控制器在從生活工具到工業(yè)應(yīng)用的各個領(lǐng)域，例如生活工具的電梯、工業(yè)生產(chǎn)中的現(xiàn)場控制儀表、數(shù)控機床等。 隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，溫度采集控制系統(tǒng)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)及人們的日常生活中扮演著一個越來越重要的角色，它對人們的生活具有很大的影響，例如：在冶金工業(yè)、化工生產(chǎn)、電 力工程、機械制造和食品加工等許多領(lǐng)域中，人們都需要對各類加熱爐等溫度進行采集和控制。例如， Honeywell公司的 Experion PKS R300 采用此數(shù)字視頻技術(shù)?，F(xiàn)代 DCS用容錯以太網(wǎng) (FTE， Fault Tolerant Ether) 。 （ 4）開放式網(wǎng)絡(luò)： DCS已從單一封閉網(wǎng)絡(luò)，發(fā)展為開放式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和 IE 瀏覽器，可以訪問過程畫面、查詢數(shù)據(jù)、管理調(diào)度和指揮生產(chǎn)。 DCS 隨著計算機、控制、網(wǎng)絡(luò)通信、組態(tài)軟件、信息集成和數(shù)據(jù)庫技術(shù)的發(fā)展而不斷更新和發(fā)展，主要體現(xiàn)在以下幾個方面： （ 1）信息化： DCS 已從單一的控制系統(tǒng)，發(fā)展為集控制和管理于一體的綜合信息系統(tǒng)。它成本低、集成度高、功耗低、控制功能多能靈活的組裝成各種智能控制裝置，由它構(gòu)成的智能儀表解決了長期以來測量儀器中的誤差的修正、線性處理等問題。 自從 1976 年 Intel 公司推出第一批單片機以來， 80 年代單片機技術(shù)進入快速發(fā)展時期，近年來，隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，單片機繼續(xù)朝快速、高性能方向發(fā)展，從4位、 8位單片機發(fā)展到 16位、 32位單片機。 31 致 謝 24 第 6 章 結(jié) 論 20 仿真工具 Multisim9 16 MODBUS 現(xiàn)場總線協(xié)議 12 開關(guān)電源電路及工作原理 11 開關(guān)電源電路 6 RS485 串行通訊接口 4 系統(tǒng)總體方案設(shè)計 4 設(shè)計要求及技術(shù)指標 2 第 2 章 設(shè)計方案選擇與論證 RS485 bus 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計說明書 III 目 錄 摘 要 由于電阻值與溫度值之間是非線性關(guān)系，為了提高測量精度克服非線性誤差，減少分度表的存儲量，采用二次插值算法計算溫度數(shù)值， 使測溫分辨率達到了 ℃，測溫精度優(yōu)于 ℃。 河 南 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院 Henan Polytechnic institute 畢業(yè)設(shè)計 （論文）