【正文】 線標準接 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引腳是對應連接的，在收發(fā)器中會出現(xiàn)這種情況，它只能用于半雙工通信。從圖中可以看出， MAX485 芯片的結構和引腳都非常簡單。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 兩端形成一個并不十分穩(wěn)定的直流電壓。電源模塊電路如圖 所示。 共 8 路電壓輸入型 A/D，可做溫度檢測、電池電壓檢測、按鍵掃描、頻譜檢測等。 14． ADC， 10 位精度 ADC，共 8 路。 6．通過 I/O 口（ 27/23 個），復位后為：準雙向口 /弱上拉（普通 8051 傳統(tǒng)I/O 口）可設置成四種模式：準雙向口 /弱上拉，推挽 /強上拉，僅為輸入 /高阻，開漏。 AD 電路負責 3 路節(jié)點信號的采集工作， DA 電路負責 2 路模擬控制量的反饋工作。接下來的系統(tǒng)軟件設計和硬件設計都是基于 RS485 通信協(xié)議設計的。 前導字節(jié)：在發(fā)送信息之前，發(fā)送 1 個或多個字節(jié) FEH，以喚醒接收方。這包括了象不連續(xù)的寄存器地址，要處理項的數(shù)目，域中實際數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)。當 Modbus 協(xié)議用于更高水平的網(wǎng)絡，廣播可能不允許或以其它方式代替。當?shù)谝粋€域（地址域）接收到，每個設備都進行譯碼以判斷是否發(fā)往自己的。錯誤檢測域允許主設備確認消息內(nèi)容是否可用。 查詢： 查詢消息中的功能代碼告之被選中的從設備要執(zhí)行何種功能。由于RS485 標準是基于 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)校驗位， 1/2 位邏輯 1 的停止位。在矩距離、或低波特率波數(shù)據(jù)傳輸時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。 V 發(fā)送器負載（歐姆） 60Ω 最大發(fā)送器數(shù)量 32 單位負載 最大接收器數(shù)量 32 單位負載 RS485 標準的最大傳輸距離約為 1219 米，最大傳輸速率為 10Mbps。 對于接收發(fā)送器，也作出與發(fā)送發(fā)送器相對的規(guī)定，收、發(fā)端通過平衡雙絞線將 AA與 BB 對應相連。 電子工業(yè)協(xié)會（ EIA）于 1983 年制訂并發(fā)布 RS485 標準，并經(jīng)通訊工業(yè)協(xié)會（ TIA）修訂后命名為 TIA/EIA485A，習慣地稱之為 RS485 標準。200mV 177。 表格 列出了 RS23 RS42 RS485 通訊方式的區(qū)別。 RS422是由 RS232 發(fā)展而來，它是為彌補 RS232 之不足而提出的。 第五章：對全文進行總結，分析文章的創(chuàng)新之處與不足之處，最后提出繼續(xù)完善本設計的研究方向。這樣，在不通過 RS485 總線的情況下系統(tǒng)也能進行 2 路繼電器開關控制、 反饋 2 路本地模擬控制量和采集 3 路本地節(jié)點信號的工作，只是無法遠程通信。由于傳輸線通常使用雙絞線，又是差分傳輸，所以又極強的抗共模干擾的能力，總線收發(fā)器靈敏度很高，可以檢測到低至 200mV 電壓，最高 的通訊高達 。 方案（三）： 以 52 系列單片機為控制核心，優(yōu)點是系統(tǒng)結構簡單，利于各部分功能，且成本較低、體積較小，方便安裝等。 在計算機技術，微電子技術和網(wǎng)絡技術等的迅速發(fā)展下，遠程數(shù)據(jù)采集方案也層出不窮。 本文主要工作內(nèi)容 本論文的是對基于 RS485 通信的數(shù)據(jù)采集與控制器設計的研究，因此要用一個章節(jié)介紹 RS485 同信協(xié)議。由于形式復雜和多樣，問題和實用性也比較多，且許多技術目的單一，并不成系統(tǒng)。工業(yè)計算機、單片機和大規(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。單片機根據(jù)采集的數(shù)據(jù)通過繼電器開關再對外部裝置進行控制。遠程數(shù)據(jù)采集技術發(fā)展時間不長，其發(fā)展也是伴隨著相關技術的進步才逐漸實用化，不過這一技術的應用很快發(fā)展成為一個潛力巨大、市場廣闊的產(chǎn)業(yè) [5]。 在一些環(huán)境條件惡劣、異常危險的環(huán)境中，如深井、對人體危害極大強輻射空間、人體活動不便的空間，要做到現(xiàn)場數(shù)據(jù)綜合分析并做出現(xiàn)場決策，幾乎是不可能做到的。系統(tǒng)接口簡單可靠，用途多樣，具有一定靈活性。 五、 進行設計（論文）所需條件： 六、 指導教師意見： 簽名： 年月日 南華大學船山學院畢業(yè)設計（論文） i 基于 RS485通信的遠程采集與控制器設計 摘 要 ： 在一些環(huán)境條件惡劣、異常危險的環(huán)境中，如深井、對人體危害極大強輻射空間、人體活動不便的空間，要做到現(xiàn)場數(shù)據(jù)綜合分析并做出現(xiàn)場 決策，幾乎是不可能做到的。 第 11 周 數(shù)據(jù)采集的串口通信協(xié)議設計。 第 3 周 閱讀和翻譯 3000 字以上本課題英文資料。 本設計硬件電路的設計，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；軟件程序設計，主要包括系統(tǒng)初始化、AD/DA 驅動、 485 通信協(xié)議等。 本文設計的目的是實現(xiàn)基于 RS485 總線上的數(shù)據(jù)通信與遠程控制的系統(tǒng)，利用單片機對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行控制，并且通 過 RS485 總線做遠程傳送將采集到的數(shù)據(jù)通過 RS485接口送入單片機主機機測。計算機技術已成為當代數(shù)據(jù)采集和自動控制的核心技術。 指導老師： 年 月 日 南華大學船山學院本科生畢業(yè)設計（論文）開題報告 設計（論文）題目 基于 RS485 通信的遠程采集與控制器設計 設計（論文）題目來源 自選課題 設計（論文）題目類型 起止時間 ~ 一、 設計（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，計算機技術不斷地 推廣應用，傳統(tǒng)的儀器儀表、數(shù)字測量技術在數(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。主從機機在實現(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，進行相關操作，以達到基于 RS485 總線上的數(shù)據(jù)通信與遠程控制的目的。 第 2 周 結合課題調研，收集 資料。 第 10 周 編程軟件學習。 第 18 周 答辯。本設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。它結合了計算機、網(wǎng)絡通信和自動化管理等現(xiàn)代化技術，并不斷融合更多更新的通信技術 [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，送給單片機的處理。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)生了極大的變化。 遠程數(shù)據(jù)采集技術在國內(nèi)外應用普遍 ,研究成果很多 ,數(shù)據(jù)采集形式和技術各異，所達到的目標和要求也不同。就目前國內(nèi)的遠程數(shù)據(jù)采集技術來說，大多是采用國外此行業(yè)類似技術和芯片，或采用一些成熟的數(shù)據(jù)通訊技術，并根據(jù)國內(nèi)需求定制和發(fā)展，許多新技術不斷出現(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 標準，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。處于設計與使用的方便考慮 ,主機硬件電路跟從機硬件電路采用相同的電路 ,只是在軟件設計上加以區(qū)分。 第四章：系統(tǒng)的軟件設計，其中包括：通信協(xié)議的設計、整體程序流程、系統(tǒng)初始化、 RS485 總線程序設計、繼電器控制程序設計、 DA 輸出控制程序設計、AD 采集程序設計。RS232在 1962 年發(fā)布，命名為 EIA232E，作為工業(yè)標準 ，以保證不同廠家產(chǎn)品之間的兼容?；?PC 的 RS23 RS422 與 RS485南華大學船山學院畢業(yè)設計（論文） 第 9 頁 共 59 頁 標準均采用同樣的通訊協(xié)議。3V 177。 由于 RS422/485 標準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，下面將主要介紹應用比較 普遍的 RS485 標準，并簡單介紹 RS422 標準與 RS485 標準的區(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 ―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)絡采用直線拓樸結構，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）。 南華大學船山學院畢業(yè)設計（論文） 第 12 頁 共 59 頁 RS485 通訊協(xié)議 RS485 標準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 應用網(wǎng)絡的基礎上建立自己的應用層通信協(xié)議。 1． 查詢 —響應周期 ModBus 協(xié)議遵循 ―查詢 —響應 ‖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)絡設備不斷偵測網(wǎng)絡總線，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 設備地址 功能代碼 數(shù)據(jù) CRC 校驗 結束符 T1T2T3 T4 8Bit 8Bit n 個 8Bit 16Bit T1T2T3T4 4． 地址 地址 0 是用作廣播地址，以使所有的從設備都能認識。 南華大學船山學院畢業(yè)設計（論文） 第 15 頁 共 59 頁 從主設備發(fā)給 從設備消息的數(shù)據(jù)域包含附加的信息：從設備必須用于進行執(zhí)行由功能代碼所定義的行為。 校驗碼：幀開始各個字節(jié)二進制算術和，不計溢出值。其中 RS485 標準介紹了從 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 )，應用要點則是從芯片選擇和終端電阻匹配兩方面進行介紹的。 繼電器控制電路作為開關與 RS485 接口電路配合負責主機對從機的控制。 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 轉換的單片機在 P1 口，有 8 路 10 位高速 A/D 轉換器 , 速度可達 100KHz。此模塊將日常常見的 12V 電源轉化為適合單片機的 5V 電源。 D17 是保護二極管，當輸入短路時，給輸出電容器 C9 一個通路，防止穩(wěn)壓器件損壞。其引腳結構圖見圖 所示。具體的電路連接圖見圖 所示 。帶散熱片時，輸出電流可達 1A。 STC12C5410AD 單片機的參考電壓源是輸入工作電壓 Vcc，所以一般不用外接參考電壓源。 17．工作溫度范圍： 0~75℃ /40~+85℃ 。 9．看門狗。其主要性能特點如下： 1．增強型 1T 流水線 /精簡指令集結構 8051CPU。其中單片機應用電路為整個系統(tǒng)的核心，整個系統(tǒng)的控制由單片機進行處理。 2 終端匹配電阻 為了匹配網(wǎng)絡的通訊阻抗，減少由于不匹配而引起的反射、吸收噪聲，有效抑制噪聲干擾，提高 RS485 通訊的可靠性，需要在 RS485 網(wǎng)絡的 2 個端點各安裝 1 個終端匹配電阻。 多功能電能表通訊規(guī)約 (DL/T6451997) 國內(nèi)江蘇、浙江、上海地區(qū)的電表廠商采用多功能 電能表通訊規(guī)約(DL/T6451997)作為電表的遠程控制通訊協(xié)議；這是一個在 RS485 網(wǎng)絡中實現(xiàn)應用的行業(yè)標準 [1920]。對異議響應，從設備返 回一等同于正常代碼的代碼，但最重要的位置為邏輯 1。 整個消息幀必須作為一連續(xù)的流轉輸。 代碼系統(tǒng)： 8 位二進制，十六進制數(shù) 0...9， A...F 消息中的每個 8 位 域都是一個兩個十六進制字符組成 每個字節(jié)的位： 1 個起始位 8 個數(shù)據(jù)位，最小的有效位先發(fā)送 1 個奇偶校驗位，無校驗則無 1 個停止位（有校驗時）， 2 個 Bit（無校驗時） 錯誤檢測域： CRC(循環(huán)冗長檢測 ) 設備地址 功能代碼 數(shù) 據(jù) 錯誤檢測 主設備的查詢消息 設備地址 功能代碼 數(shù) 據(jù) 錯誤檢測 從設備回應消息 南華大學船山學院畢業(yè)設計（論文） 第 14 頁 共 59 頁 3． RTU 幀 使用 RTU 模式，消息發(fā)送至少要以 個字符時間的停頓間隔開始。數(shù)據(jù)段必須包含要告之從設備的信息：從何寄存器開始讀及要讀的寄存器數(shù)量。 比如，很多具有 RS485 接口電路的用戶設備采用