【導(dǎo)讀】師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加。而使用過的材料。均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文。不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位。印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。制電路、RS485通信電路等；，例：RS232、RS485、CAN-BUS等，及各自優(yōu)缺點(diǎn)；RS485關(guān)鍵通信協(xié)議；，做出實(shí)物并上交論文，論文格式參照國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和南華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)要求，⑤2020年5月31日—2020年6月8日準(zhǔn)備畢業(yè)論文答辯。⑥2020年6月9日—2020年6月12日畢業(yè)論文答辯。常繁瑣了，這時(shí)，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集就是一種非常簡單而且有效的方法。

　　

【正文】 收集的資料：象寄存器值或狀態(tài)。如果有錯(cuò)誤發(fā)生，功能代碼將被修改以用于指出響應(yīng)消息是錯(cuò)誤的，同時(shí)數(shù)據(jù)段包含了描述此錯(cuò)誤信息的代碼。錯(cuò)誤檢測域允許主設(shè)備確認(rèn)消息內(nèi)容是否可用。 圖 ModBus 協(xié)議的 ―查詢 —響應(yīng) ‖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(dāng)控制器設(shè)為在 Modbus 網(wǎng)絡(luò)上以 RTU（遠(yuǎn)程終端單元）模式通信，在消息中的每個(gè) 8Bit 字節(jié)包含兩個(gè) 4Bit 的十六進(jìn)制字符。這種方式的主要優(yōu)點(diǎn)是：在同樣的波特率下，可比 ASCII 方式傳送更多的數(shù)據(jù)。 代碼系統(tǒng)： 8 位二進(jìn)制，十六進(jìn)制數(shù) 0...9， A...F 消息中的每個(gè) 8 位 域都是一個(gè)兩個(gè)十六進(jìn)制字符組成 每個(gè)字節(jié)的位： 1 個(gè)起始位 8 個(gè)數(shù)據(jù)位，最小的有效位先發(fā)送 1 個(gè)奇偶校驗(yàn)位，無校驗(yàn)則無 1 個(gè)停止位（有校驗(yàn)時(shí)）， 2 個(gè) Bit（無校驗(yàn)時(shí)） 錯(cuò)誤檢測域： CRC(循環(huán)冗長檢測 ) 設(shè)備地址 功能代碼 數(shù) 據(jù) 錯(cuò)誤檢測 主設(shè)備的查詢消息 設(shè)備地址 功能代碼 數(shù) 據(jù) 錯(cuò)誤檢測 從設(shè)備回應(yīng)消息 南華大學(xué)船山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(gè)字符時(shí)間的停頓間隔開始。在網(wǎng)絡(luò)波特率下多樣的字符時(shí)間，這是最容易實(shí)現(xiàn)的 (如圖 124 的 T1T2T3T4 所示 )。傳輸?shù)牡谝粋€(gè)域是設(shè)備地址?？梢允褂玫膫鬏斪址鞘M(jìn)制的 0...9,A...F。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不斷偵測網(wǎng)絡(luò)總線，包 括停頓間隔時(shí)間。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)域（地址域）接收到，每個(gè)設(shè)備都進(jìn)行譯碼以判斷是否發(fā)往自己的。在最后一個(gè)傳輸字符之后，一個(gè)至少 個(gè)字符時(shí)間的停頓標(biāo)定了消息的結(jié)束。一個(gè)新的消息可在此停頓后開始。 整個(gè)消息幀必須作為一連續(xù)的流轉(zhuǎn)輸。如果在幀完成之前有超過 個(gè)字符時(shí)間的停頓，接收設(shè)備將刷新不完整的消息并假定下一字節(jié)是一個(gè)新消息的地址域。同樣地，如果一個(gè)新消息在小于 個(gè)字符時(shí)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)。這將導(dǎo)致一個(gè)錯(cuò)誤，因?yàn)樵谧詈蟮?CRC 域的值不可能是正確的。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(yàn) 結(jié)束符 T1T2T3 T4 8Bit 8Bit n 個(gè) 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。當(dāng) Modbus 協(xié)議用于更高水平的網(wǎng)絡(luò)，廣播可能不允許或以其它方式代替。 5． 響應(yīng) 當(dāng)從設(shè)備響應(yīng)時(shí)，它使用功能代碼域來指示是正常響應(yīng) (無誤 )還是有某種錯(cuò)誤發(fā)生（稱作異議響應(yīng)）。對正常響應(yīng)，從設(shè)備僅響應(yīng)相應(yīng)的功能代碼。對異議響應(yīng)，從設(shè)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。 例如：從一個(gè)主設(shè)備發(fā)往從設(shè)備的消息要求讀一組保持寄存器，將產(chǎn)生如下功能代碼： 0 0 0 0 0 0 1 1 （十六進(jìn)制 03H） 對正常響應(yīng)，從設(shè)備僅響應(yīng)同樣的功能代碼。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(cuò)誤作了修改外，從設(shè)備將一獨(dú)特的代碼放到響應(yīng)消息的數(shù)據(jù)域中，這能告訴主設(shè)備發(fā)生了什么錯(cuò)誤。 主設(shè)備應(yīng)用程序得到異議響應(yīng)后，典型的處理過程是重發(fā)消息，或者診斷發(fā)自從設(shè)備的消息并報(bào)告給操作員。 南華大學(xué)船山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 15 頁 共 59 頁 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。這包括了象不連續(xù)的寄存器地址，要處理項(xiàng)的數(shù)目，域中實(shí)際數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)。 例如，如果主設(shè)備需要從設(shè)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。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)。 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(yuǎn)程控制通訊協(xié)議；這是一個(gè)在 RS485 網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) [1920]。 0 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 P 1 起始位 0 8位數(shù)據(jù) D0～ D7 偶校驗(yàn)位 停止位 1 傳送方向從低到高位，一個(gè)起始位、一個(gè)停止位、一個(gè)偶校驗(yàn)位、 8 位數(shù)據(jù)位，總共 11位。 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(yàn)碼 （ CS） 結(jié)束符 （ 16H） 地址域 A0～ A5：當(dāng)?shù)刂肺?999999999999H 時(shí)，為廣播地址，同時(shí)當(dāng)從控制器接收到一幀數(shù)據(jù)時(shí)，地址域相同時(shí)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。 命令碼：執(zhí)行操作的依據(jù)。 校驗(yàn)碼：幀開始各個(gè)字節(jié)二進(jìn)制算術(shù)和，不計(jì)溢出值。 前導(dǎo)字節(jié)：在發(fā)送信息之前，發(fā)送 1 個(gè)或多個(gè)字節(jié) FEH，以喚醒接收方。 數(shù)據(jù)域：發(fā)送時(shí)數(shù)據(jù)加 33H，接收時(shí)數(shù)據(jù)減 33H。 南華大學(xué)船山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 16 頁 共 59 頁 RS485 應(yīng)用要點(diǎn) 1 合理選用芯片 合理地選擇一個(gè)高效、合適的 RS485 收發(fā)器型號，可以有效減少電路設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)維護(hù)等后續(xù)階段的工作量。 2 終端匹配電阻 為了匹配網(wǎng)絡(luò)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(luò)的 2 個(gè)端點(diǎn)各安裝 1 個(gè)終端匹配電阻。終端匹配電阻的大小由傳輸電纜的特性阻抗所決定。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(gè)端點(diǎn)也應(yīng)各安裝 1 個(gè) 120Ω的終端 匹配電阻。 本章小結(jié) 本章圍繞 RS485 標(biāo)準(zhǔn)、通信規(guī)約、應(yīng)用要點(diǎn)幾個(gè)方面，詳細(xì)介紹 RS485協(xié)議規(guī)范。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(diǎn)則是從芯片選擇和終端電阻匹配兩方面進(jìn)行介紹的。接下來的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)都是基于 RS485 通信協(xié)議設(shè)計(jì)的。 南華大學(xué)船山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 17 頁 共 59 頁 3 基于 RS485通信遠(yuǎn)程采集與控制器的硬件設(shè)計(jì) 本章介紹了主從機(jī)硬件電路部分的設(shè)計(jì)，主 要從單片機(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、繼電器控制電路幾個(gè)部分的硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。 硬件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 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。其中單片機(jī)應(yīng)用電路為整個(gè)系統(tǒng)的核心，整個(gè)系統(tǒng)的控制由單片機(jī)進(jìn)行處理。 在該系統(tǒng)中，單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的控制由單片機(jī)進(jìn)行處理。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。將編譯好的程序通過下載接口燒錄到單片機(jī)后，而單片機(jī)連接 外部各個(gè)器件，統(tǒng)一處理接收到的數(shù)據(jù)和傳送指令到各個(gè)器件以便執(zhí)行相關(guān)程序。 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。 AD 電路負(fù)責(zé) 3 路節(jié)點(diǎn)信號的采集工作， DA 電路負(fù)責(zé) 2 路模擬控制量的反饋工作。圖 為硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖。 圖 硬件設(shè)計(jì)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(jì)（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(jì)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(shí)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。其主要性能特點(diǎn)如下： 1．增強(qiáng)型 1T 流水線 /精簡指令集結(jié)構(gòu) 8051CPU。 2．工作電壓： ~（ 5V 單片機(jī)） /~（ 3V 單片機(jī)）。 3．工作頻率范圍： 0~35MHz，相當(dāng)于普通 8051 的 0~420MHz。 4．用戶應(yīng)用程序空間 12K/10K/8K/6K/4K/2K 字節(jié)。 5．片上集成 512 字節(jié) RAM。 6．通過 I/O 口（ 27/23 個(gè)），復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口 /弱上拉（普通 8051 傳統(tǒng)I/O 口）可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口 /弱上拉，推挽 /強(qiáng)上拉，僅為輸入 /高阻，開漏。 7． ISP（在系統(tǒng)可編程） /ASP（在應(yīng)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。 8． EPROM 功能。 9．看門狗。 10．內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路（外部晶振 20M 以下時(shí)，可省外部復(fù)位電路）。 11．時(shí)鐘源：外部高精度晶體 /時(shí)鐘，內(nèi)部 R/C 振蕩器 用戶在下載用戶程序時(shí)，可選擇是使用內(nèi)部 R/C 振蕩器還是外部晶體 /時(shí)鐘 常溫下內(nèi)部 R/C 振蕩器 頻率為： ~ 精度不高時(shí)，可選擇使用內(nèi)部時(shí)鐘，但因?yàn)橛袦仄?，?yīng)認(rèn)為是 5MHz~。 12．共 2 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。 13． PWM(4 位 )/PCA（可編程計(jì)數(shù)器陣列），也可用來在實(shí)現(xiàn) 4 個(gè)定時(shí)器。 14． ADC， 10 位精度 ADC，共 8 路。 15．通用異步串行口（ UART）。 16． SPI 同步通信口，主模式 /從模式。 17．工作溫度范圍： 0~75℃ /40~+85℃ 。 南華大學(xué)船山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 19 頁 共 59 頁 ： PDIP28， SOP28， PDIP20， SOP20， PLCC32,TSSOP20(超 小封狀 ，定貨 )本系統(tǒng)采用的是 POSP28 封裝單片機(jī)。 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(chǔ)器（ Flash）、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）、 EEPROM、定時(shí) /計(jì)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?？梢哉f STC12C5410AD 單片機(jī)幾乎包含了數(shù)據(jù)采 集和控制中所需的所有單元模塊，可稱得上一個(gè)片上系統(tǒng)（ SOC），可以很容易地構(gòu)成典型的測控系統(tǒng)。 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。 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。上電復(fù)位后 P1 口為弱上拉型 I/O 口，用戶可以通過軟件設(shè)置將 8 路中的任何一路設(shè)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。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。 STC12C5410AD 單片機(jī)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。如 7805 的輸出電壓是 5V，但實(shí)際電壓可能是 到 ，用戶需要精度要求比較高的話，可在出廠時(shí)將實(shí)際測出的工作電壓值記錄在單片機(jī)內(nèi)部的 EEPROM 里面，以供計(jì)算。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(gè)通道外接一個(gè)穩(wěn)定的參考電壓源，來計(jì)算出此時(shí) 的工作電壓 Vcc，再計(jì)算出其他幾路 A/D 轉(zhuǎn)換通道的電壓。 圖 為 STC12C5410AD 單片機(jī)的最小系統(tǒng)： 南華大學(xué)船山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 20 頁 共 59 頁 圖 STC12C5410AD 單片機(jī)最小系統(tǒng) 電源模塊電路 能否給單片機(jī)提供穩(wěn)定可靠的電源是影響單片機(jī)工作的一個(gè)重要因素，由于本設(shè)計(jì)對檢測的精度要求較高，因此需要設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)定可靠的電源以使單片機(jī)正常穩(wěn)定的工作。此模塊將日常常見的 12V 電源轉(zhuǎn)化為適合單片機(jī)的 5V 電源。電源模塊電路如圖