【文章內容簡介】 s1200m，120kbps12m，10Mbps120m，1Mbps1200m，100kbps通過表 的對比我們可以發(fā)現(xiàn) RS422A 和 RS485 的通信速度和通信距離都是四種接口中最好的，因為在發(fā)送器和接收器之間有公共的信號地線，因此共模干擾信號不可避免的要進入信號傳送系統(tǒng)。而由于 RS422A 和 RS485采用了平衡驅動和差分接收方法，如下圖所示，MC3487 和 MC3488 為電平轉換芯片可將 TTL 電平與 RS422A 接口電平相互轉換。 （差分接收器能夠接收發(fā)送端的信號地） 。從根本上消除了信號地。這種驅動器相當于兩個單端的驅動器，它們輸入的是同一個信號，而一個驅動器的輸出正好與另一個反相。當干擾信號作為共模信號出現(xiàn)時，接收器則接收差分輸入電壓。只要接收器有足夠的抗共模電壓工作范圍，它就能識別出這兩種信號而正確的收傳信息?？梢?RS422A 和 RS485 接口的抗干擾能力也是相當優(yōu)良的。 MC3487 MC3488 圖 雙端驅動差分接受電路經過上述比較,本系統(tǒng)的串行通信總線標準接口似乎選用 RS422A 和 RS485 RS485 要更勝一籌。這是因為,在許多工業(yè)實際應用環(huán)境中,要求用最少的信號線完成。而 RS485 串行接口總線正是在此背景下應運 RS422 的變型。它與 RS422 的不同之處在于:RS422 為全雙工,RS485 為半雙工；RS422 采用的兩對平衡差分信號線,RS485 只需要其中一對。RS485 是將 RS422 擴充到多點傳輸方式,即將多個發(fā)送器或接收器共用一條信號傳輸線。雖然 RS422 允許一個發(fā)送器接上多達 10 個接收器，但是在要求若干設備之間成組往復傳輸數(shù)據(jù)的情況，必須在相關設備之間都接上對應的傳輸線，這會帶來安裝上的麻煩，又增加了費用。而 RS485 有較大的驅動能力與共模電壓范圍，并且對發(fā)送器也規(guī)定了共模電壓范圍，因此在一條傳輸線上可允許接 32個發(fā)送器和接收器。所以它對于多站互聯(lián)是十分方便的。唯一需要注意的一點是：在 RS485 互聯(lián)時，某一時刻兩個站只有一個站可以發(fā)送數(shù)據(jù)，而另一站只能接收，所以其發(fā)送電路必須由使能端加以控制。13 / 45綜上所述，由于 RS485 串行接口總線有良好的通信速度、通信距離和抗干擾能力。能夠保證可靠性高的通信要求。而且用于多站互連十分方便，可以節(jié)省昂貴的信號線，可以高速遠距離傳送。因此我們決定選用 RS485 串行接口配備給相應的采集、通信及控制等模塊，從而可以方便的將它們聯(lián)網(wǎng)構成分布式系統(tǒng)。 中心控制平臺系統(tǒng)的中心控制平臺就是通常所指的物業(yè)管理中心計算機。物業(yè)中心計算機控制各棟樓各層的數(shù)據(jù)集中器，經過某種傳輸線路把數(shù)據(jù)傳送到小區(qū)物業(yè)管理的計算機，由能耗管理軟件作處理，輸出計量結果，實現(xiàn)讀表、計費、銀行交費的一條龍服務。作為物業(yè)管理中心計算機，通常采用 Windows 操作系統(tǒng)。整個系統(tǒng)的結構圖如下： 小區(qū)三表數(shù)據(jù) 采集中心（PC） 上層傳輸線路 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 底層傳輸線路 用戶表頭數(shù)據(jù) 用戶表頭數(shù)據(jù) … 用戶表頭數(shù)據(jù)采集模塊 1 采集模塊 2 采集模塊 8 圖 ：總系統(tǒng)結構通訊控制數(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)設計至此，根據(jù)論文開始的要求（1）數(shù)據(jù)采集模塊的設計，完成用戶使用量的采集。 （2）因為數(shù)據(jù)采集模塊在用戶的表內，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的 8 個數(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，能讓數(shù)據(jù)采集模塊采集的數(shù)據(jù)，準確的傳輸?shù)酵ㄐ趴刂颇K。 （3）本系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)采集模塊平時是不帶電的，而當通信控制模塊要求傳送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)采集模塊要自動通電，因此需要設計一個通電控制模塊。我們可以畫出本論文所要求設計的樓層系統(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 RS485 半雙工通信網(wǎng)(合用系統(tǒng)),每個驅動器和接收器可共享一公用傳輸線（可為一根雙絞線） 。該網(wǎng)絡為統(tǒng)計一層樓的兩位住戶的水、電、氣用量，外加一個備用。固而有一個通信控制模塊，八個數(shù)據(jù)采集模塊。該系統(tǒng)完成的功能為：通信控制模塊負責與上級通信中繼器通信，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，讓控制電路分時對數(shù)據(jù)采集器供電，從而完成數(shù)據(jù)采集任務。同時通信控制模塊還具有集中存儲采集到的數(shù)據(jù)及向上級通信中繼器轉發(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應用系統(tǒng)。因此在這里將簡要介紹一下單片機。單片機時在一塊大規(guī)模集成電路（LSI）或超大規(guī)模集成電路（VLSI）芯片上集成的一臺微型計算機。它將 CPU，RAM，ROM，定時/計數(shù)器和多種接口電路都集成到一塊芯片上。特點就是體積小，成本低，功能強，功耗低，是微機應用產品化的最佳機種之一。被廣泛的應用于智能化產品，智能儀表，測控系統(tǒng)，數(shù)控控制機，和智能接口。目前市場上的單片機種類，從基本操作處理的數(shù)據(jù)來看，分為 4 位單片機，8 位單片機，16 位單片機以及 32 位單片機。而其中的 8 位單片機由于功能強，價格低廉，品種齊全，因而被廣泛的應用于各個領域。特別是高檔的 8 位單片機（即帶有串行 I/O 口或 A/D 轉換，以及可以進行 64kb 以上尋址的單片機） ，已經成為目前單片機的主要機型。而國內應用的最為廣泛的就是 51 系列單片機。MCS51 單片機為 Intel 公司的產品，目前主要應用的機型為 80C51 和 87C51兩種，它們均為低功耗的 CHMOS 芯片，允許電源波動的范圍大，為 5V177。20%。兩者的主要區(qū)別在于片內程序存儲器的不同，80c51 為 ROM，使用此類單片機用戶必須將調試好的程序交給單片機生產廠家，由生產廠家將應用程序固化到 ROM 內。因此在國內很難采用 80C51 型產品。而 87C51 為 EPROM，用戶可以通過高壓脈沖將應用程序寫入片內 EPROM 中。當用戶開發(fā)的程序量不大時，使用這種單片機可以簡化整個系統(tǒng)的組成。這種 ROM 的配置狀態(tài)適合于開發(fā)樣機，小批量生產和需要在現(xiàn)場進一步完善的場合。ATMEL 公司生產的 89C51 也是一種常用的 8 位高檔單片機。AT89C51 的指令、管腳、內部主要結構，以及用法與 MSC51 相同，它不但兼容，而且還有不少創(chuàng)新，比如他的程序存儲器是反復可擦、寫的 FLASHROM。一片 IC 就擁有了過去單片機的最小系統(tǒng)。這樣在實驗時的電路連接、電路板自制都比較容易，加上目前其價格較低，實驗的片子也可以做產品，做產品的片子也可以做實驗。因此我們決定選用 AT89C51 作為構成通信控制模塊及數(shù)據(jù)采集模塊核心的單片機?，F(xiàn)在我們將分模塊闡述其硬件電路連接原理和實現(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 作為本設計的串行通訊的總線標準。對于接口芯片，在本設計中采用 MAXIM 公司的 MAX487 作為接口芯片。這里簡要介紹17 / 45MAX487 的特性。MAX487 是專門為 RS485 通信的半雙工應用設計的小功率收發(fā)器,它含有一個驅動器和一個接收器。它的特點是具有限斜率的驅動器，即驅動器發(fā)送的數(shù)字信號，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生的反射影響，因此可以高達 250kbps 的速率無誤差的傳送數(shù)據(jù)。而其它如 MAX481，MAX485 則不具備這種功能，在傳輸?shù)臏蚀_性就要差一點。MAX487 的特點是：*無誤差數(shù)據(jù)傳送的限斜率驅動器* 低電流關閉方式*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*總線可接 128 個收發(fā)器*限流和熱敏控制電路為驅動器提供過載保護因為 MAX487 的輸入阻抗為 48KΩ，允許在一條總線上接 128 片 MAX487。標準的 RS485 接收器的輸入阻抗是 12KΩ，總線上最多可以接 32 個收發(fā)器。所以 MAX487 可以和其他收發(fā)器任意組合，只要總負載小于或等于 32 個單位負載，則可以接在總線上。所以采用 32 個 MAX487 共用一條總線是完全可行的。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，下表是它的引腳說明。表 MAX487 引腳功能引腳名稱 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”時輸出被禁止，為“0”時，允許接收器輸出。3 DE 驅動器使能端，為“1”時允許驅動器工作，為“0”時，驅動器禁止，輸出為高阻。4 DI 驅動器輸入端5 GND 地6 A 同相接收器輸入和同相驅動器的輸出端7 B 反相接收器輸入和反相驅動器的輸出端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 / 45 0 0 0 0 0 輸入開路 11 0 X 高阻可見由 MAX487 收發(fā)器組成的差分平衡系統(tǒng),抗干擾能力強,接收器可以檢測到低達 200mV 的信號,傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可以在千米外得到恢復,因此特別適用于遠距 MAX487 組成滿足 RS485 ,一般選擇雙絞線作為信號傳輸線,因為雙絞線在長度,方向上完全對稱,因此它們受到外界干擾程度完全相同,干擾信號,所以實現(xiàn)了信號的可靠傳送。而由于信號在傳輸線上傳送，若遇到阻抗不連續(xù)的情況，會出現(xiàn)反射現(xiàn)象，從而影響信號的遠距離傳送，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消除反射。因此通常會在傳輸線的末端接 120Ω 的電阻，進行阻抗匹配。由于在本設計中主機只用來接收數(shù)據(jù)，從機只用來發(fā)送數(shù)據(jù)，因此完全可以將主機連接的 MAX487 芯片的/RE 和 DE 兩使能引腳接地，而將與從機相連的MAX487 芯片的兩使能端接高電平，從而實現(xiàn)兩機的串行通訊。電路模型如圖 所示。一層樓中的兩用戶應有 8 個表頭，這里只畫出一路，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介紹串行通訊中主機和從機的工作原理和相關程序。1. 單片機串行工作方式單片機的串行工作方式有四種，這里我們選用工作方式 3。此時串行口為 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)送時可編程位（TB8）根據(jù)需要設置為 0 或 1，接收時，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，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 SBUF 的指令后，便立即啟動發(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 REN=1 時，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。當接收器采樣到 RXD 端的負跳變，并判斷起始位有效后，便開始接收一楨信息。當接收器接收到第 9 位數(shù)據(jù)后，若同時滿足以下兩個條件：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。若不滿足這兩個條件，接收的信息將丟失。方式 3 的波特率=定時器 T1 的溢出率/32（或 16） ，具體由 PCON 中的 SMOD 決定