【正文】 制方式，比起RS232非平衡的傳送方式在電氣指標(biāo)上有了大幅度的提高。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了模塊化的思想，主要有硬件設(shè)計(jì)與軟件程序設(shè)計(jì)兩部分。在硬件都設(shè)計(jì)好后，調(diào)試通過(guò)，這時(shí)要跟據(jù)整個(gè)系統(tǒng)編制出一定的通信協(xié)議，選擇最優(yōu)方案，實(shí)現(xiàn)主從機(jī)數(shù)據(jù)通信。通過(guò)以上軟件硬件的設(shè)計(jì)，期望所設(shè)計(jì)的采集與控制器能夠達(dá)到通過(guò)RS485遠(yuǎn)程通信采集3路節(jié)點(diǎn)信號(hào)，并能反饋2路模擬控制量的預(yù)期目標(biāo)。本設(shè)計(jì)擬采用C語(yǔ)言編制RS485通信協(xié)議下的從機(jī)通信與控制程序；硬件上，擬采用RS485進(jìn)行長(zhǎng)距離、高速的串行異步通信；數(shù)據(jù)采集部分?jǐn)M采用AD/DA轉(zhuǎn)換電路將集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能處理的數(shù)字信號(hào)；從而達(dá)到數(shù)據(jù)通信與遠(yuǎn)程控制的目的。 第4周 確定初步技術(shù)方案，提交開(kāi)題報(bào)告，開(kāi)題報(bào)告審查。 第8周 單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì)。 第12周 單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集模塊的程序設(shè)計(jì)。 第16周 交初稿，修改論文。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)。本文首先對(duì)涉及的RS485協(xié)議進(jìn)行介紹，其次會(huì)給出遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案，硬件設(shè)計(jì)中包括單片機(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)部分的硬件電路設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：RS485；遠(yuǎn)程通信；數(shù)據(jù)采集；遠(yuǎn)程控制iDesign of the Remote Acquisition and Controller based on RS485 CommunicationAbstract: In some poor and very dangerous conditions, such as deep well, strong radiation space which do harm to human beings and the space which is inconvenient for human39。softwarebeincludes theimplementation,bus,outputAD 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(lái)，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(guò)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(wèn)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(guò)繼電器開(kāi)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(wèn)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(kāi)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(méi)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(shuō)明時(shí)畫(huà)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。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(guò)RS485總線的情況下系統(tǒng)也能進(jìn)行2路繼電器開(kāi)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(wú)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(wèn)題，RS485/422 通訊方式就應(yīng)運(yùn)而生了。RS422是由RS232 發(fā)展而來(lái)，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RS23RS42RS485 通訊方式的區(qū)別。6V177。200mV177。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T(mén)IA/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(guò)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(lái)說(shuō)，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(guò)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。 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)。0D0D1D2D3D4D5D6D7P1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(lái)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。3．工作頻率范圍：0~35MHz，相當(dāng)于普通8051的0~420MHz。7．ISP（在系統(tǒng)可編程）/ASP（在應(yīng)用可編程），無(wú)需專用編程器可通過(guò)串口（）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片。11．時(shí)鐘源：外部高精度晶體/時(shí)鐘，內(nèi)部R/C振蕩器13．PWM(4位)/PCA（可編程計(jì)數(shù)器陣列），也可用來(lái)在實(shí)現(xiàn)4個(gè)定時(shí)器。17．工作溫度范圍：0~75℃/40~+85℃。需作為 A/D使用的口需先將其設(shè)置為高阻輸入或開(kāi)漏模式。 ： STC12C5410AD單片機(jī)最小系統(tǒng) 電源模塊電路能否給單片機(jī)提供穩(wěn)定可靠的電源是影響單片機(jī)工作的一個(gè)重要因素，由于本設(shè)計(jì)對(duì)檢測(cè)的精度要求較高，因此需要設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)定可靠的電源以使單片機(jī)正常穩(wěn)定的工作。帶散熱片時(shí)，輸出電流可達(dá) 1A。D17是保護(hù)二極管，當(dāng)輸入短路時(shí)，給輸出電容器C9一個(gè)通路，防止穩(wěn)壓器件損壞。 。從圖中可以看出，MAX485芯片的結(jié)構(gòu)和引腳都非常簡(jiǎn)單，內(nèi)部包含有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和接收器，RO和DI端分別為接收器的輸出和驅(qū)動(dòng)器的輸入端，與單片機(jī)連接時(shí)只需分別與單片機(jī)的RXD和TXD相連即可；和DE端分別為接收和發(fā)送的使能端，當(dāng)為邏輯0時(shí)，器件處于接收狀態(tài)；當(dāng)DE為邏輯1時(shí)，器件處于發(fā)送狀態(tài)，因?yàn)镸AX485工作在半雙工狀態(tài)，所以只需用單片機(jī)的一個(gè)管腳控制這兩個(gè)引腳即可；A端和B端分別為接收和發(fā)送的差分信號(hào)端，當(dāng)A引腳的電平高于B時(shí)，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為1；當(dāng)A引腳的電平低于B時(shí)，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為0。半雙工的通信方式可以實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)的對(duì)等通信網(wǎng)絡(luò)。為了提高信噪比，抑制系統(tǒng)中噪聲對(duì)模擬和AD電路的干擾，本系統(tǒng)的MAX485接口電路中單片機(jī)串行數(shù)據(jù)接收端RXD、單片機(jī)串行數(shù)據(jù)發(fā)送端TXD與MAX485使能端RS485E分別先連接到6N137光耦合器上。6N137引腳圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖37所示。除此之外，6N137 還具有一個(gè)控制端,通過(guò)對(duì)該端的控制, 可使光耦輸出端呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。信號(hào)從腳2和腳3輸入，發(fā)光二極管發(fā)光，經(jīng)片內(nèi)光通道傳到光敏二極管，反向偏置的光敏管光照后導(dǎo)通，經(jīng)電流電壓轉(zhuǎn)換后送到與門(mén)的一個(gè)輸入端，與門(mén)的另一個(gè)輸入為使能端，當(dāng)使能端為高時(shí)與門(mén)輸出高電平，經(jīng)輸出三極管反向后光電隔離器輸出低電平。發(fā)光二極管把輸入的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)傳給光敏管轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出，由于沒(méi)有直接的電氣連接，這樣既耦合傳輸了信號(hào)，又有隔離干擾的作用。 2路DA轉(zhuǎn)換電路 TLC5615簡(jiǎn)介本系統(tǒng)的2路DA轉(zhuǎn)化電路都用到了TLC5615芯片，TLC5615是一個(gè)串行10 位DAC芯片，性能比早期電流型輸出的DAC要好。 TLC5615 的內(nèi)部功能框圖 TLC5615 的TLC5615 的引腳分布圖 TLC5615引腳功能8 腳直插式TLC5615 所示。? DOUT ,用于級(jí)聯(lián)的串行數(shù)據(jù)輸出。? VDD ,正電源電壓端。當(dāng)CS 為低電平時(shí),在每一個(gè)SCL K 時(shí)鐘的上升沿將DIN 的一位數(shù)據(jù)移入16位移寄存器。注意, CS 的上升和下降都必須發(fā)生在SCL K 為低電平期間。無(wú)論工作在哪一種方式,輸出電壓為:VOU = VREFIN N / 1024其中, VREFIN是參考電壓, N 為輸入的二進(jìn)制數(shù)。從INN1+輸入的最大5V的信號(hào)Vi1經(jīng)過(guò)2倍放大后從OUT1輸出（此時(shí)輸出最大為10V），OUT1腳與INT2+相連在此段經(jīng)過(guò)1:1放大，最終從OUT2輸出最大10V的信號(hào)。并且在不通過(guò)RS485總線的情況下系統(tǒng)也能進(jìn)行2路繼電器開(kāi)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。對(duì)于協(xié)議設(shè)計(jì)而言，最重要的就是數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。 （3）主機(jī)接收到從機(jī)的返回命令幀后，發(fā)送“等待接收”指令，進(jìn)入接收狀態(tài)。（3）接收數(shù)據(jù)幀：一共15字節(jié)，包括起始字節(jié)、結(jié)束字節(jié)、地址、兩路DAC輸出數(shù)據(jù)等。地址字節(jié)實(shí)際上存放的是從機(jī)對(duì)應(yīng)的設(shè)備號(hào)，此設(shè)備號(hào)在一開(kāi)始就由撥碼開(kāi)關(guān)組S3予以設(shè)置。主從機(jī)通信時(shí)，主機(jī)先判斷S3開(kāi)關(guān)是否按下，按下說(shuō)明主機(jī)已準(zhǔn)備好發(fā)送數(shù)據(jù)，這時(shí)主機(jī)才開(kāi)始接向從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。 // send[3]存放DAC1高8位 send[4]=DAC1%0xff。// 取Data_buf[3]作為DAC1的高8位，Data_buf[4] 作為DAC1的低2位 DAC2 = Data_buf[5]*4+Data_buf[6]。當(dāng)沒(méi)有按鍵按下時(shí)，主機(jī)一直偵察從機(jī)是否有數(shù)據(jù)發(fā)送過(guò)來(lái)。主要的流程是：首先對(duì)相關(guān)參數(shù)及函數(shù)的設(shè)定，設(shè)置各個(gè)緩沖區(qū)。 uchar Data_buf[Rcv_Lenth]。 RS485_Rcv_Mode()。// 優(yōu)先級(jí)設(shè)置 LED1=0。 //起始字節(jié) send[1] = 0x2b。 if(DAC1=1023)DAC1=1023。// send[4]存放DAC1低2位 send[5]=DAC2/0xff。 send[11] = 14|JiDian1。 // 按鍵去抖 } // 發(fā)送數(shù)據(jù)出去 if(RS485_Send_Flag) { if(Rflag==0) { Max485_send_data(send)。iRcv_Lenth。 if((Data_buf[0] == 0xaa) amp。 DAC2 = Data_buf[5]*4+Data_buf[6]。 } else if(Data_buf[1]==2) { DAC1 = Data_buf[3]*4+Data_buf[4]。 AIN3 = Data_buf[1