【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 于多站互連十分方便，可以節(jié)省昂貴的信號(hào)線(xiàn)，可以高速遠(yuǎn)距離傳送。因此我們決定選用 RS485 串行接口配備給相應(yīng)的采集、通信及控制等模塊，從而可以方便的將它們聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng)。 中心控制平臺(tái)系統(tǒng)的中心控制平臺(tái)就是通常所指的物業(yè)管理中心計(jì)算機(jī)。物業(yè)中心計(jì)算機(jī)控制各棟樓各層的數(shù)據(jù)集中器，經(jīng)過(guò)某種傳輸線(xiàn)路把數(shù)據(jù)傳送到小區(qū)物業(yè)管理的計(jì)算機(jī)，由能耗管理軟件作處理，輸出計(jì)量結(jié)果，實(shí)現(xiàn)讀表、計(jì)費(fèi)、銀行交費(fèi)的一條龍服務(wù)。作為物業(yè)管理中心計(jì)算機(jī)，通常采用 Windows 操作系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如下： 小區(qū)三表數(shù)據(jù) 采集中心（PC） 上層傳輸線(xiàn)路 樓棟通信控制 … … 樓棟通信控制 樓棟通信控制模塊 1＃ 模塊 m＃ 模塊 m＋1＃單元樓層通信 單元樓層通信控制模塊 1 … 控制模塊 n 底層傳輸線(xiàn)路 用戶(hù)表頭數(shù)據(jù) 用戶(hù)表頭數(shù)據(jù) … 用戶(hù)表頭數(shù)據(jù)采集模塊 1 采集模塊 2 采集模塊 8 圖 ：總系統(tǒng)結(jié)構(gòu)通訊控制數(shù)據(jù)采集模塊 1數(shù)據(jù)采集模塊 8供電控制模塊第 3 章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)至此，根據(jù)論文開(kāi)始的要求（1）數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計(jì)，完成用戶(hù)使用量的采集。 （2）因?yàn)閿?shù)據(jù)采集模塊在用戶(hù)的表內(nèi)，而通信控制模塊由于是控制同單元的同一層樓的兩家用戶(hù)的 8 個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊，因而是安裝在樓中的通道中，兩者有 20 到 30m 的距離，因此我們必須采用一種可靠的串行數(shù)據(jù)通信技術(shù)，能讓數(shù)據(jù)采集模塊采集的數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確的傳輸?shù)酵ㄐ趴刂颇K。 （3）本系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)采集模塊平時(shí)是不帶電的，而當(dāng)通信控制模塊要求傳送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)采集模塊要自動(dòng)通電，因此需要設(shè)計(jì)一個(gè)通電控制模塊。我們可以畫(huà)出本論文所要求設(shè)計(jì)的樓層系統(tǒng)框圖如下： RS485 數(shù)據(jù)采集模塊 2 … … … 圖 樓層系統(tǒng)框圖通信與控制模塊,數(shù)據(jù)采集模塊,及供電控制電路一起組成了一個(gè) RS485 半雙工通信網(wǎng)(合用系統(tǒng)),每個(gè)驅(qū)動(dòng)器和接收器可共享一公用傳輸線(xiàn)（可為一根雙絞線(xiàn)） 。該網(wǎng)絡(luò)為統(tǒng)計(jì)一層樓的兩位住戶(hù)的水、電、氣用量，外加一個(gè)備用。固而有一個(gè)通信控制模塊，八個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊。該系統(tǒng)完成的功能為：通信控制模塊負(fù)責(zé)與上級(jí)通信中繼器通信，接受命令。在根據(jù)命令，控制數(shù)據(jù)采集模塊和控制電路，讓控制電路分時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)采集器供電，從而完成數(shù)據(jù)采集任務(wù)。同時(shí)通信控制模塊還具有集中存儲(chǔ)采集到的數(shù)據(jù)及向上級(jí)通信中繼器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的功能。通信控制模塊，數(shù)據(jù)采集模塊的核心均為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。因此在這里將簡(jiǎn)要介紹一下單片機(jī)。單片機(jī)時(shí)在一塊大規(guī)模集成電路（LSI）或超大規(guī)模集成電路（VLSI）芯片上集成的一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)。它將 CPU，RAM，ROM，定時(shí)/計(jì)數(shù)器和多種接口電路都集成到一塊芯片上。特點(diǎn)就是體積小，成本低，功能強(qiáng)，功耗低，是微機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品化的最佳機(jī)種之一。被廣泛的應(yīng)用于智能化產(chǎn)品，智能儀表，測(cè)控系統(tǒng)，數(shù)控控制機(jī)，和智能接口。目前市場(chǎng)上的單片機(jī)種類(lèi)，從基本操作處理的數(shù)據(jù)來(lái)看，分為 4 位單片機(jī)，8 位單片機(jī)，16 位單片機(jī)以及 32 位單片機(jī)。而其中的 8 位單片機(jī)由于功能強(qiáng)，價(jià)格低廉，品種齊全，因而被廣泛的應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。特別是高檔的 8 位單片機(jī)（即帶有串行 I/O 口或 A/D 轉(zhuǎn)換，以及可以進(jìn)行 64kb 以上尋址的單片機(jī)） ，已經(jīng)成為目前單片機(jī)的主要機(jī)型。而國(guó)內(nèi)應(yīng)用的最為廣泛的就是 51 系列單片機(jī)。MCS51 單片機(jī)為 Intel 公司的產(chǎn)品，目前主要應(yīng)用的機(jī)型為 80C51 和 87C51兩種，它們均為低功耗的 CHMOS 芯片，允許電源波動(dòng)的范圍大，為 5V177。20%。兩者的主要區(qū)別在于片內(nèi)程序存儲(chǔ)器的不同，80c51 為 ROM，使用此類(lèi)單片機(jī)用戶(hù)必須將調(diào)試好的程序交給單片機(jī)生產(chǎn)廠(chǎng)家，由生產(chǎn)廠(chǎng)家將應(yīng)用程序固化到 ROM 內(nèi)。因此在國(guó)內(nèi)很難采用 80C51 型產(chǎn)品。而 87C51 為 EPROM，用戶(hù)可以通過(guò)高壓脈沖將應(yīng)用程序?qū)懭肫瑑?nèi) EPROM 中。當(dāng)用戶(hù)開(kāi)發(fā)的程序量不大時(shí)，使用這種單片機(jī)可以簡(jiǎn)化整個(gè)系統(tǒng)的組成。這種 ROM 的配置狀態(tài)適合于開(kāi)發(fā)樣機(jī)，小批量生產(chǎn)和需要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)一步完善的場(chǎng)合。ATMEL 公司生產(chǎn)的 89C51 也是一種常用的 8 位高檔單片機(jī)。AT89C51 的指令、管腳、內(nèi)部主要結(jié)構(gòu)，以及用法與 MSC51 相同，它不但兼容，而且還有不少創(chuàng)新，比如他的程序存儲(chǔ)器是反復(fù)可擦、寫(xiě)的 FLASHROM。一片 IC 就擁有了過(guò)去單片機(jī)的最小系統(tǒng)。這樣在實(shí)驗(yàn)時(shí)的電路連接、電路板自制都比較容易，加上目前其價(jià)格較低，實(shí)驗(yàn)的片子也可以做產(chǎn)品，做產(chǎn)品的片子也可以做實(shí)驗(yàn)。因此我們決定選用 AT89C51 作為構(gòu)成通信控制模塊及數(shù)據(jù)采集模塊核心的單片機(jī)?，F(xiàn)在我們將分模塊闡述其硬件電路連接原理和實(shí)現(xiàn)其模塊功能的程序流程及主要的程序清單。 通信與控制模塊在前面已決定采用 RS485 作為本設(shè)計(jì)的串行通訊的總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于接口芯片，在本設(shè)計(jì)中采用 MAXIM 公司的 MAX487 作為接口芯片。這里簡(jiǎn)要介紹17 / 43MAX487 的特性。MAX487 是專(zhuān)門(mén)為 RS485 通信的半雙工應(yīng)用設(shè)計(jì)的小功率收發(fā)器,它含有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)接收器。它的特點(diǎn)是具有限斜率的驅(qū)動(dòng)器，即驅(qū)動(dòng)器發(fā)送的數(shù)字信號(hào)，其邊緣的斜率是受限制的，可以使電磁干擾（EMI）減至最小，并減少因電纜終端不匹配而產(chǎn)生的反射影響，因此可以高達(dá) 250kbps 的速率無(wú)誤差的傳送數(shù)據(jù)。而其它如 MAX481，MAX485 則不具備這種功能，在傳輸?shù)臏?zhǔn)確性就要差一點(diǎn)。MAX487 的特點(diǎn)是：*無(wú)誤差數(shù)據(jù)傳送的限斜率驅(qū)動(dòng)器* 低電流關(guān)閉方式*7V～ +12V 共模輸入電壓范圍*三態(tài)輸出*半雙工工作方式*工作電源為單一的+5V*總線(xiàn)可接 128 個(gè)收發(fā)器*限流和熱敏控制電路為驅(qū)動(dòng)器提供過(guò)載保護(hù)因?yàn)?MAX487 的輸入阻抗為 48KΩ，允許在一條總線(xiàn)上接 128 片 MAX487。標(biāo)準(zhǔn)的 RS485 接收器的輸入阻抗是 12KΩ，總線(xiàn)上最多可以接 32 個(gè)收發(fā)器。所以 MAX487 可以和其他收發(fā)器任意組合，只要總負(fù)載小于或等于 32 個(gè)單位負(fù)載，則可以接在總線(xiàn)上。所以采用 32 個(gè) MAX487 共用一條總線(xiàn)是完全可行的。下圖為 MAX487 的引腳排列及典型的工作電路模型：圖 MAX487 工作電路模型從上圖我們可以看到 MAX487 是八腳封裝芯片，下表是它的引腳說(shuō)明。表 MAX487 引腳功能引腳名稱(chēng) 功能1 RO 接受器輸出端，AB200mV,RO=1,AB200mV,RO=02 RE接收器使能端，為“1”時(shí)輸出被禁止，為“0”時(shí)，允許接收器輸出。3 DE 驅(qū)動(dòng)器使能端，為“1”時(shí)允許驅(qū)動(dòng)器工作，為“0”時(shí)，驅(qū)動(dòng)器禁止，輸出為高阻。4 DI 驅(qū)動(dòng)器輸入端5 GND 地6 A 同相接收器輸入和同相驅(qū)動(dòng)器的輸出端7 B 反相接收器輸入和反相驅(qū)動(dòng)器的輸出端8 Vcc 正電源輸入端，～表 MAX487 發(fā)送功能表輸入 輸出REDE DI B AX 1 1 0 1X 1 0 1 00 0 X 高阻 高阻1 0 X 高阻 高阻表 MAX487 接收功能表 輸入 輸出REDE AB RO0 0 119 / 43 0 0 0 0 0 輸入開(kāi)路 11 0 X 高阻可見(jiàn)由 MAX487 收發(fā)器組成的差分平衡系統(tǒng),抗干擾能力強(qiáng),接收器可以檢測(cè)到低達(dá) 200mV 的信號(hào),傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可以在千米外得到恢復(fù),因此特別適用于遠(yuǎn)距 MAX487 組成滿(mǎn)足 RS485 ,一般選擇雙絞線(xiàn)作為信號(hào)傳輸線(xiàn),因?yàn)殡p絞線(xiàn)在長(zhǎng)度,方向上完全對(duì)稱(chēng),因此它們受到外界干擾程度完全相同,干擾信號(hào),所以實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的可靠傳送。而由于信號(hào)在傳輸線(xiàn)上傳送，若遇到阻抗不連續(xù)的情況，會(huì)出現(xiàn)反射現(xiàn)象，從而影響信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳送，盡管 MAX487 能夠減少反射的影響，但是還是要采用匹配的方法來(lái)消除反射。因此通常會(huì)在傳輸線(xiàn)的末端接 120Ω 的電阻，進(jìn)行阻抗匹配。由于在本設(shè)計(jì)中主機(jī)只用來(lái)接收數(shù)據(jù)，從機(jī)只用來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)，因此完全可以將主機(jī)連接的 MAX487 芯片的/RE 和 DE 兩使能引腳接地，而將與從機(jī)相連的MAX487 芯片的兩使能端接高電平，從而實(shí)現(xiàn)兩機(jī)的串行通訊。電路模型如圖 所示。一層樓中的兩用戶(hù)應(yīng)有 8 個(gè)表頭，這里只畫(huà)出一路，其余的與該路完全相同。通信控制模塊的電路連接原理如下圖所示:圖 通信控制模塊連接圖下面重點(diǎn)介紹串行通訊中主機(jī)和從機(jī)的工作原理和相關(guān)程序。1. 單片機(jī)串行工作方式單片機(jī)的串行工作方式有四種，這里我們選用工作方式 3。此時(shí)串行口為 9位異步通訊口，發(fā)送和接收一楨信息由 11 位組成，即 1 位起始位，8 位數(shù)據(jù)位（低在先） ，一位可編位（第 9 位數(shù)據(jù)位）和一位停止位。發(fā)送時(shí)可編程位（TB8）根據(jù)需要設(shè)置為 0 或 1，接收時(shí)，可編程位被送入 SCON 中的 RB8。方式 3 發(fā)送在方式 3 發(fā)送時(shí)，數(shù)據(jù)由 TXD 端輸出，附加的第 9 位數(shù)據(jù)為 SCON 中的TB8，CPU 執(zhí)行一條寫(xiě) SBUF 的指令后，便立即啟動(dòng)發(fā)送器發(fā)送，送完一楨信息后，TI 被置 1。在發(fā)送下一楨信息之前，TI 必須由軟件清零。方式 3 接收當(dāng) REN=1 時(shí)，允許串行口接收數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)由 RXD 端輸入，接收 11 位信息。當(dāng)接收器采樣到 RXD 端的負(fù)跳變，并判斷起始位有效后，便開(kāi)始接收一楨信息。當(dāng)接收器接收到第 9 位數(shù)據(jù)后，若同時(shí)滿(mǎn)足以下兩個(gè)條件：RI=0SM2=0 或接收到的第 9 位數(shù)據(jù)=1則接受數(shù)據(jù)有效，8 位數(shù)據(jù)裝入 SBUF，第 9 位數(shù)據(jù)裝入 RB8，并置 RI=1。若不滿(mǎn)足這兩個(gè)條件，接收的信息將丟失。方式 3 的波特率=定時(shí)器 T1 的溢出率/32（或 16） ，具體由 PCON 中的 SMOD 決定。這里選擇 T1 工作在模式 2 下，所以：定時(shí)器 T1 的溢出率=Fosc/[12（2 的 8次冪N）]式中：Fosc 位系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率； N 為時(shí)間常數(shù)，即 TH1 的預(yù)置值。本設(shè)計(jì)中采用的晶振頻率 Fosc=，TH1=N=F3，此時(shí)的波特率為 4800 波特。2. 單片機(jī)多機(jī)通訊多機(jī)通訊原理多機(jī)通訊中，要保證主機(jī)與從機(jī)之間可靠的通訊，必須保證通訊接口具有識(shí)別功能，而串行口控制寄存器 SCON 中的控制位 SM2 就是為滿(mǎn)足這一要求而設(shè)置的。當(dāng)串行口以方式 3 工作時(shí)，發(fā)送和接收的每一楨數(shù)據(jù)都是 11 位，其中第 9 位數(shù)據(jù)是可編程位，通過(guò)對(duì) SCON 的 TB8 賦予 0 或 1，以區(qū)別發(fā)送的是地址楨還是數(shù)據(jù)楨（規(guī)定地址楨的第 9 位為 1，數(shù)據(jù)楨的第 9 位為 0） 。若從機(jī)的控制位 SM2=1，21 / 43則當(dāng)接收的是地址楨時(shí)，數(shù)據(jù)裝入 SBUF，并置 RI=1 向 CPU 發(fā)出中斷請(qǐng)求；若接收的是數(shù)據(jù)楨，則不產(chǎn)生中斷標(biāo)志，信息將拋棄。若 SM2=0，則無(wú)論是數(shù)據(jù)楨還是地址楨都產(chǎn)生 RI=1 中斷標(biāo)志。鑒于此，可規(guī)定具體的通訊過(guò)程如下：1. 使所有從機(jī)的 SM2 位置 1，處于只接收地址楨的狀態(tài)。2. 主機(jī)發(fā)送一楨地址信息，其中包含 8 位地址，第 9 位為 1，以表示發(fā)送的是地址。3. 。從機(jī)接收到地址楨后，各自將接收到的地址與其本身的地址相比較。4. 。被尋址的從機(jī)，清除其 SM2，未被尋址的從機(jī)仍保持 SM2=1 不變。5. 。主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)或控制信息（第 9 位為 0）,對(duì)于已被尋址的從機(jī)，因SM2=0，故可以接收主機(jī)發(fā)來(lái)的信息。而對(duì)于其他從機(jī)，因 SM2 維持為 1，對(duì)主機(jī)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)將不予理睬，直至發(fā)來(lái)新的地址楨。6. 。當(dāng)主機(jī)改為與另外的從機(jī)聯(lián)系時(shí)，可再發(fā)出地址楨尋址從機(jī)。而先前被尋址過(guò)的從機(jī)在分析出主機(jī)是對(duì)其它的從機(jī)尋址時(shí)，恢復(fù)其 SM2=1，對(duì)隨后主機(jī)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)不加理睬。多機(jī)通訊的軟件協(xié)議通訊必須符合一定的規(guī)范。一般通訊協(xié)議都有通用標(biāo)準(zhǔn)，協(xié)議較完善，但很復(fù)雜。為敘述方便起見(jiàn)，這里只規(guī)定幾條不完善的協(xié)議：1. 系統(tǒng)中允許接有 255 臺(tái)從機(jī)，其地址分別為 00H～FEH2. 地址 FFH 是對(duì)所有從機(jī)都起作用的一條控制命令，命令 8 個(gè)從機(jī)恢復(fù) SM2=1狀態(tài)。3. 主機(jī)和從機(jī)的聯(lián)絡(luò)過(guò)程：主機(jī)首先發(fā)送地址楨，被尋址從機(jī)返回本機(jī)的地址給主機(jī)，在判斷地址相符后主機(jī)給被尋址的從機(jī)發(fā)送控制命令，被尋址從機(jī)根據(jù)其命令向主機(jī)回送自己的狀態(tài)，若主機(jī)判斷狀態(tài)正常，主機(jī)開(kāi)始發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，發(fā)送或接收的第一個(gè)字節(jié)是數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度。4