【正文】 需作為 A/D 使用的口需先將其設(shè)置為高阻輸入或開漏模式。 16． SPI 同步通信口，主模式 /從模式。 8． EPROM 功能。 圖 硬件設(shè)計系統(tǒng)框圖 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 南華大學(xué)船山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 18 頁 共 59 頁 單片機(jī)應(yīng)用電路 本系統(tǒng)的設(shè)計是以 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 /精簡指令集結(jié)構(gòu)，內(nèi)部集成 MAX810專用復(fù)位電路。 硬件系統(tǒng)總體設(shè)計 系統(tǒng)硬件電路主要由單片機(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 組成。 RS485 應(yīng)用要點 1 合理選用芯片 合理地選擇一個高效、合適的 RS485 收發(fā)器型號，可以有效減少電路設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)維護(hù)等后續(xù)階段的工作量。如果主設(shè)備寫一組從設(shè)備的寄存器（功能代碼 10 十六進(jìn)制），數(shù)據(jù)域則指明了要寫的起始寄存器以及要寫的寄存器數(shù)量，數(shù)據(jù)域的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)，要寫入寄存器的數(shù)據(jù)。對正常響應(yīng)，從設(shè)備僅響應(yīng)相應(yīng)的功能代碼。一個新的消息可在此停頓后開始。這種方式的主要優(yōu)點是：在同樣的波特率下，可比 ASCII 方式傳送更多的數(shù)據(jù)。例如功能代碼 03 是要求從設(shè)備讀保持寄存器并返回它們的內(nèi)容。但是，這些設(shè)備采用的用戶層協(xié)議 (術(shù)語參考自 OSI 的 7 層結(jié)構(gòu) )都不相同；這些設(shè)備之間并不可以直接連接通訊。 RS485 標(biāo)準(zhǔn)通常被用作為一種相對經(jīng)濟(jì)、具有相當(dāng)高噪聲抑制、相對高的傳輸速率、傳輸距離遠(yuǎn)、寬共模范圍的通信平臺。平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，只有在 20kbps 速率以下，才可能使用規(guī)定最長的電纜長度。在接收發(fā)送器的接收平衡線上，電平范圍通常在 200mV至 6V 之間。 RS485 標(biāo)準(zhǔn)只規(guī)定了平衡發(fā)送器和接收器的電特性，而沒有規(guī)定接插件、傳輸電纜和應(yīng)用層通信協(xié)議。 RS232 采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。 177。 RS422 是一種單機(jī)發(fā)送、多機(jī)接收的單向、平衡傳輸規(guī)范，被命名為 TIA/EIA422A 標(biāo)準(zhǔn)。在工業(yè)控制、電力通訊、智能儀表等領(lǐng)域中，也常常使用簡便易用的串行通訊方式作為數(shù)據(jù)交換的手段。如此循環(huán)，達(dá)到主機(jī)對從機(jī)的控制功能。 綜合以上兩個方案，本系統(tǒng)最終選擇 RS485 為系統(tǒng)的通信總線，這符合本系統(tǒng)的點對多點的非平衡通訊模式和 遠(yuǎn)距離傳輸模式。 2 通訊總線接口方案論證 系統(tǒng)的要求是一臺主機(jī)，多臺從機(jī)，這就需要將主機(jī)和所有的從機(jī)全部都要連到一根總線，以滿足主機(jī)讀取從機(jī)的信息要求，至于通信方式是全雙工還是半雙工沒關(guān)系，只要主機(jī)能讀取從機(jī)采集回來的信息即可，根據(jù)以上要求，設(shè)計了以下兩個方案。對于以上方案，應(yīng)該說是各有優(yōu)勢，并不能對比否決某種技術(shù)方案，論文方案的選擇也僅僅是特定條件下的技術(shù)應(yīng)用，以下對上述幾種方案進(jìn)行分析。其中硬件電路的說明應(yīng)分模塊功能不同詳細(xì)說明，對于其中用到的芯片，也要加以介紹。國外應(yīng)用比較先進(jìn)，普遍的主要數(shù)據(jù)采集技術(shù)有電力線載波系統(tǒng)、手持或車載式無線遙讀遙控方式、電話線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、GSM(GPRS)無線數(shù)據(jù)采集等 [14， 15]，但國外此行業(yè)的許多技術(shù)和運行方式在國內(nèi)并不適用。 目前數(shù)據(jù)采集技術(shù)已經(jīng)成為一種專門的技術(shù)，在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用更先進(jìn)的模塊式結(jié)構(gòu) ,根據(jù)不同的應(yīng)用要求，通過簡單的增加和更改模塊，并結(jié)合系統(tǒng)編程，就可 擴(kuò)展或修改系統(tǒng)，迅速地組成一個新的系統(tǒng) [11， 12]。在很多行業(yè)都有較廣應(yīng)用。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集并沒有規(guī)定一個固有的模式，包括其內(nèi)容和形式都不斷發(fā)展和變化。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)場去采集數(shù)據(jù)就變得繁重而繁瑣了，這時，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集就是一種非常簡單而且有效的方法 [1]。s activities, it39。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)場去采集數(shù)據(jù)就變得非常繁瑣了，這時，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集就是一種非常簡單而且有效的方法。 第 13 周 整個系統(tǒng)初步調(diào)試與分析。 第 5 周 RS485 通信接口的學(xué)習(xí)。 三、設(shè)計（論文）的研究重點及難點： 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，再由計算機(jī)進(jìn)行存儲、處理、顯示的過程。本設(shè)計接口簡單、使用方便、可靠性好，在溫度檢測中有較廣泛的應(yīng)用前景，具有較強(qiáng)的使用價值。串行通信是計算機(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。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。 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（論文）開題報告 設(shè)計（論文）題目 基于 RS485 通信的遠(yuǎn)程采集與控制器設(shè)計 設(shè)計（論文）題目來源 自選課題 設(shè)計（論文）題目類型 起止時間 ~ 一、 設(shè)計（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)字測量技術(shù)在數(shù)據(jù)采集方面升華到一個全新的階段。如加中繼器可更大幅度地增大有效通信距離。主從機(jī)機(jī)在實現(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。 第 2 周 結(jié)合課題調(diào)研，收集資料。 第 10 周 編程軟件學(xué)習(xí)。 第 18 周 答辯。本設(shè)計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。與此同時，將計算得到的數(shù)據(jù)按要求進(jìn)行顯示并判斷作出決定，以便實現(xiàn)對某些物理量的監(jiān)視控制。它結(jié)合了計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信和自動化管理等現(xiàn)代化技術(shù)，并不斷融合更多更新的通信技術(shù) [3， 4]。 可采集脈沖或電壓、電流、溫度等信號 ,即采集現(xiàn)場各種儀表數(shù)據(jù)信號，送給單片機(jī)的處理。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)生了極大的變化。 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集技術(shù)在國內(nèi)外應(yīng)用普遍 ,研究成果很多 ,數(shù)據(jù)采集形式和技術(shù)各異，所達(dá)到的目標(biāo)和要求也不同。就目前國內(nèi)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集技術(shù)來說，大多是采用國外此行業(yè)類似技術(shù)和芯片，或采用一些成熟的數(shù)據(jù)通訊技術(shù)，并根據(jù)國內(nèi)需求定制和發(fā)展，許多新技術(shù)不斷出現(xiàn)和嘗試，可以說這個行業(yè)正處于一個不斷發(fā)展并完善的階段。系統(tǒng)接 口簡單可靠，用途多樣，具有一定靈活性。缺點是 PC 體積都較大，且成本很高。 方案（二）：采用 RS485 標(biāo)準(zhǔn) ，它采用平衡發(fā)送和差分接收方式實現(xiàn)通信：發(fā)送端將串行口的 TTL 電平信號轉(zhuǎn)換成差分信號 A、 B 兩路輸出，經(jīng)過線纜傳輸之后在接收端將差分信號還原成 TTL 電平信號。處于設(shè)計與使用的方便考慮 ,主機(jī)硬件電路跟從機(jī)硬件電路采用相同的電路 ,只是在軟件設(shè)計上加以區(qū)分。 第四章：系統(tǒng)的軟件設(shè)計，其中包括：通信協(xié)議的設(shè)計、整體程序流程、系統(tǒng)初始化、 RS485 總線程序設(shè)計、繼電器控制程序設(shè)計、 DA 輸出控制程序設(shè)計、AD 采集程序設(shè)計。RS232在 1962 年發(fā)布，命名為 EIA232E，作為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以保證不同廠家產(chǎn)品之間的兼容?；?PC 的 RS23 RS422 與 RS485標(biāo)準(zhǔn)均采南華大學(xué)船山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 9 頁 共 59 頁 用同樣的通訊協(xié)議。3V 177。 由于 RS422/485 標(biāo)準(zhǔn)在電氣特性上非常相近，在傳輸方式上有所區(qū)別；為便于理解，下面將主要介紹應(yīng)用比較普遍的 RS485 標(biāo)準(zhǔn)，并簡單介紹 RS422 標(biāo)準(zhǔn)與 RS485 標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)別。 “ 使能 ” 信號用于控制發(fā)送發(fā)送器與傳輸線的切斷與連接，當(dāng) “ 使能 ” 端起作用時，發(fā)送發(fā)送器處于高阻狀態(tài)，稱作 “ 第三態(tài) ” ，它是有別于邏輯 “1” 與 “0” 的第三種狀態(tài)。 接收器敏感度 177。 RS485 網(wǎng)絡(luò)采用直線拓樸結(jié)構(gòu)，需要安裝 2 個終端匹配電阻，其阻值要求等于傳輸電纜的特性阻抗（一般取值為 120Ω ）。 南華大學(xué)船山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 12 頁 共 59 頁 RS485 通訊協(xié)議 RS485 標(biāo)準(zhǔn)只對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；因此，用戶需要在 RS485 應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上建立自己的應(yīng)用層通信協(xié)議。 1． 查詢 — 響應(yīng)周期 ModBus 協(xié)議遵循 “ 查詢 — 響應(yīng) ” 模式，如圖 所示。如果有錯誤發(fā)生，功能代碼將被修改以用于指出響應(yīng)消息是錯誤的，同時數(shù)據(jù)段包含了描述此錯誤信息的代碼。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不斷偵測網(wǎng)絡(luò)總線，包括停頓間隔時間。一典型的消息幀如下表 所示： 表 RTU 消息幀 起始位 設(shè)備地址 功能代碼 數(shù)據(jù) CRC 校驗 結(jié)束符 T1T2T3 T4 8Bit 8Bit n 個 8Bit 16Bit T1T2T3T4 4． 地址 地址 0 是用作 廣播地址，以使所有的從設(shè)備都能認(rèn)識。 從主設(shè)備發(fā)給從設(shè)備消息的數(shù)據(jù)域包含附加的信息：從設(shè)備必須用于進(jìn)行執(zhí)行由功能代碼所定義的行為。 校驗碼：幀開始各個字節(jié)二進(jìn)制算術(shù)和，不計溢出值。其中 RS485 標(biāo)準(zhǔn)介紹了從 RS232 到 RS485 的演變由來及它們的區(qū)別，通信規(guī)約部分則介紹了多功能電能表通訊 規(guī)約 (DL/T6451997)和 ModBus 協(xié)議(RTU 模式 )，應(yīng)用要點則是從芯片選擇和終端電阻匹配兩方面進(jìn)行介紹的。 繼電器控制電路作為開關(guān)與 RS485 接口電路配合負(fù)責(zé)主機(jī)對從機(jī)的控制。 5．片上集成 512 字節(jié) RAM。 13． PWM(4 位 )/PCA（可編程計數(shù)器陣列），也可用來在實現(xiàn) 4個定時器。 STC12C5410AD 帶 A/D 轉(zhuǎn)換的單片機(jī)在 P1 口，有 8 路 10 位高速 A/D 轉(zhuǎn)換器 , 速度可達(dá) 100KHz。如果有些用戶的 Vcc不固定，如電池供電，電池電壓在 之間漂移，則 Vcc不固定，就需要在 8 路 A/D 轉(zhuǎn)換的一個通道外接一個穩(wěn)定的參考電壓源，來計算出此時的工作電壓 Vcc，再計算出其他幾路 A/D 轉(zhuǎn)換通道的電壓。 圖 STC12C5410AD 單片機(jī)封裝 STC12C5410AD 單片機(jī)中包含 中央處理器、程序存儲器（ Flash）、數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）、 EEPROM、定時 /計數(shù)器、 I/O 接口、 UART 接口和中斷系統(tǒng)、 SPI 接口、高速 A/D 轉(zhuǎn)換模塊、 PWM（或捕捉 /比較單元）以及硬件看門狗、電源監(jiān)控、片內(nèi)RC 振蕩器等模塊。 11．時鐘源：外部高精度晶體 /時鐘，內(nèi)部 R/C 振蕩器 用戶在下載用戶程序時，可選擇是使用內(nèi)部 R/C 振蕩器還是外部晶體 /時鐘 常溫下內(nèi)部 R/C 振蕩器頻率為： ~ 精度不高時，可選擇使用內(nèi)部時鐘，但因為有溫漂，應(yīng)認(rèn)為是 5MHz~。 3．工作頻率范圍： 0~35MHz，相當(dāng)于普通 8051 的 0~420MHz。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。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 總線上的兩個端點也應(yīng)各安裝 1 個 120Ω 的終端匹配電阻。 幀起始符 （ 68H） 地址域 （ A0~A5） 幀起始符 （ 68H） 命令碼 （ C） 數(shù)據(jù)長度 （ L） 數(shù)據(jù)域（ DATA） 校驗碼 （ CS） 結(jié)束符 （ 16H） 地址域 A0～ A5：當(dāng)?shù)刂肺?999999999999H 時，為廣播地址，同時當(dāng)從控制器接收到一幀數(shù)據(jù)時，地址域相同時應(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。對異議響應(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誤作了修改外，從設(shè)備將一獨特的代碼放到響應(yīng)消息的南華大學(xué)船山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 15 頁 共 59 頁 數(shù)據(jù)域中，這能告訴主設(shè)備發(fā)生了什么錯誤。同樣地，如果一個新消息在小于 個字符時間內(nèi)開始，接收的設(shè)備將認(rèn)為它是前一消息的延續(xù)。傳輸?shù)牡谝粋€域是設(shè)備地址。 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)。 ModBu