【正文】 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。 指導老師： 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。在這些環(huán)境中，遠程數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)有著其巨大優(yōu)勢。 關鍵詞： RS485；遠程通信；數(shù)據(jù)采集；遠程控制 南華大學船山學院畢業(yè)設計（論文） ii Design of the Remote Acquisition and Controller based on RS485 Communication Abstract: 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。在這些環(huán)境中，遠程數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)有著其巨大優(yōu)勢。 目前國內(nèi)外采用的數(shù)據(jù)采集方案和運行方式多種多樣，其所達到的目的和要求也不同。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) (DataAcquisitionSysteln)簡稱 DAS 系統(tǒng) ,是對工業(yè)過程數(shù)據(jù)進行運算、顯示、儲存及各種控制的裝置。出現(xiàn)了高性能、高可靠性的單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) [10]。 國外起步較早，某些地區(qū)在此領域己制訂了相關行業(yè)數(shù)據(jù)采集標準，技術也較先進，并不斷地開發(fā)新技術。數(shù)據(jù)采集與控制的核心部件單片機是軟硬件配合工作的，在系統(tǒng)硬件電路設計好以后還要分別設計配合主從機使用的軟件。各種方案都有其特點，有其相適應的應用環(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合在一起，揚長避短可發(fā)揮出更大的優(yōu)勢。缺點是功能較少，如需要增加其它功能需要加入相應的硬件，但根據(jù)本系統(tǒng)的要求，以 52 單片機為核心，再加上 DS18B20 等信息轉(zhuǎn)換模塊就完成系統(tǒng)要求的功能 綜合以上三個主機方案，最終選擇以 52 單片機為控制核心，來完成系統(tǒng)對信息的采集。故傳輸信號在千米之外都是可以恢復，而且 RS485 允許最大的從機數(shù)量達到 128 臺，具強大的擴展能力。 主從機系統(tǒng)框圖如下： 南華大學船山學院畢業(yè)設計（論文） 第 7 頁 共 59 頁 圖 遠程采集與控制器的系統(tǒng)框圖 主機單片機發(fā)送信號通過 RS485 總線傳給從機 ,從機判斷主機發(fā)過來信息再通過繼電 器控制電路控制 AD 電路和 DA 電路工作，最后又通過 RS485 總線傳回信息給主機。 南華大學船山學院畢業(yè)設計（論文） 第 8 頁 共 59 頁 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，可以非常方便地實現(xiàn)串行通訊。為改進 RS232 通信距離短、速率低的缺點， RS422 定義了一種平衡通信接口，將傳輸速率提高到 10Mbps，傳輸距離延長到 4000 英尺（速率低于 100kbps 時），并允許在一條平衡總線上連接最多 10 個接收器。 表 RS23 RS42 RS485 的區(qū)別 標準 RS232 RS 422 RS 485 工作方式 單端 差分 差分 節(jié)點數(shù) 1收、 1發(fā) 1發(fā)、 10收 1發(fā)、 32收 最大傳輸電纜長度 50 英尺 4000 英尺 4000 英尺 最大傳輸速率 20Kbps 10Mbps 10Mbps 最大驅(qū)動輸出電壓 +/25V ～ +6V 7V～ +12V 發(fā)送器輸出信號電平 (負載最小值 ) 負載 +/5V～ +/15V 177。200mV 接收器輸入電阻 (Ω) 3K～ 7K 4K(最小 ) ≥12K 發(fā)送器共模電壓 3V～ +3V 1V～ +3V 接收器共模電壓 7V～ +7V 7V～ +12V RS232 標準 RS232 被定義為一種在低速率、近距離串行通訊的單端標準。 RS485 標準是為彌補 RS232 通信距離短、速率低等缺點而產(chǎn)生的。當在接收端 AB 之間有大于 +200mV 的電平時，輸出為正邏輯電平；小于 200mV 時，輸出為負邏輯電平。 通常， RS485 網(wǎng)絡采用平衡雙絞線作為傳輸媒體。終端匹配電阻安裝在 RS485 傳輸網(wǎng)絡的兩個端點，并聯(lián)連接在 AB 引腳之間。 目前， RS485 在國內(nèi)有著非常廣泛的應用，許多領域，比如工業(yè)控制、電力通訊、智能樓宇等都經(jīng)?？梢砸姷骄哂?RS485 接口電路的設備。數(shù)據(jù)段包含了南華大學船山學院畢業(yè)設計（論文） 第 13 頁 共 59 頁 從設備要執(zhí)行功能的任何附加信息。 圖 ModBus 協(xié)議的 ―查詢 —響應 ‖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) 當控制器設為在 Modbus 網(wǎng)絡上以 RTU（遠程終端單元）模式通信，在消息中的每個 8Bit 字節(jié)包含兩個 4Bit 的十六進制字符。在最后一個傳輸字符之后，一個至少 個字符時間的停頓標定了消息的結束。 5． 響應 當從設備響應時，它使用功能代碼域來指示是正常響應 (無誤 )還是有某種錯誤發(fā)生（稱作異議響應）。 例如，如果主設備需要從設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。 數(shù)據(jù)域：發(fā)送時數(shù)據(jù)加 33H，接收時數(shù)據(jù)減 33H。 南華大學船山學院畢業(yè)設計（論文） 第 17 頁 共 59 頁 3 基于 RS485 通信遠程采集與控制器的硬件設計 本章介紹 了主從機硬件電路部分的設計，主要從單片機應用電路、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部分的硬件設計進行介紹。圖 為硬件設計系統(tǒng)框圖。 7． ISP（在系統(tǒng)可編程） /ASP（在應用可編程），無需專用編程器可通過串口（ ）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片。 15．通用異步串行口（ UART）。上電復位后 P1 口為弱上拉型 I/O 口，用戶可以通過軟件設置將 8 路中的任何一路設置為 A/D 轉(zhuǎn)換，不需作為 A/D 使用的口可繼 續(xù)作為 I/O 口使用。 圖 電源模塊電路 該電源電路的設計應用到了 LM7805 ， LM7805 是一個三端正 5V 穩(wěn)壓器(1A)， 三端穩(wěn)壓器是一種標準化、系列化的通用線性穩(wěn)壓電源集成電路，以其體積小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用簡捷方便等特點，成為目前穩(wěn)壓電南華大學船山學院畢業(yè)設計（論文） 第 21 頁 共 59 頁 源中應用最為廣泛的一種單片式集成穩(wěn)壓器件。此直流電壓經(jīng)過 LM7805 的穩(wěn)壓和 C9 的濾波便在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生了精度高、穩(wěn)定度好的直流輸出電壓，為單片機的正常工作提供可靠的保證。在與單片機連接時接線非常簡單，只需要一個信號控制 MAX485 的接收和發(fā)送即可，同時將 A 和 B 端之間加匹配電阻，一般可選 100Ω 的電阻。 高速光電耦合器 6N137 由磷砷化鎵發(fā)光二極管和光敏集成檢測電路組成。 圖 6N137 光耦合器的內(nèi)部結構、管腳如圖 6N137 管腳說明如下： 2 腳和 3 腳為輸入端： 2:Anode（陽極）， 3:Cathode（陰極）。使電路之間的信號傳輸，前端與負載完全隔離，目的在于增加安全性，減小電路干擾，優(yōu)化電路設計。D19 是保護二極管。 6 腳為輸出端 Output(Open collector 開路集電極 )； 7腳為 Enable（使能端 ）； 8 腳電源端。 通過光敏二極管接收信號并經(jīng)內(nèi)部高增益線性放大器把信號放大后 ,由集電極開路門輸出。 圖 MAX485 引腳圖和典型 工作電路 表 為 MAX485 接口芯片的收發(fā)器的邏輯真值表，它們便于半雙工的通信接口電路使用。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(zhuǎn)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自己制定的簡單通訊協(xié)議，或 是直接取自 ModBus 協(xié)議 (AscII/RTU 模式 )中的一部分功能；在電力通訊領域，當前國家現(xiàn)在執(zhí)行的行業(yè)標準中，頒布有按設備分類的各種通訊規(guī)約，如CDT、 SC180 u4F、 規(guī)約和 1995 年的 IEC608705101 傳輸規(guī)約、 1997 年的國際 101 規(guī)約的國內(nèi)版本 DL/T6341997規(guī)約；在電表應用中，國內(nèi)大多數(shù)地區(qū)的廠商采用多功能電能表通訊規(guī)約 (DL/T6451997)。同時， RS485 電路具有控制方便、成本低廉等優(yōu)點。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。參見圖 所示。 RS485 標準與 RS232 不一樣，數(shù)據(jù)信號采用差分傳 輸方式（ Differential Driver Mode），也稱作平衡傳輸，它使用一對雙絞線，將其中一線定義為 A，另一線定義為 B，如圖 。 RS232 的電氣標準 電平為邏輯 ―0‖時： +3V～ +15V； 電平為邏輯 ―1‖時： 3V～ 15V； 未定義區(qū)：－ 3V～＋ 3V。 發(fā)送器輸出信號電平 (空載最大值 ) 空載 +/25V 177。為擴展應用范圍， EIA 又于 1983 年在 RS422 基礎上制定了 RS485 標準，增加了多點、雙向