【正文】 通信協議 無線數傳模塊與 單片機 、管理端無線數傳模塊與 PC 機采用 RS232 通信方式，可以自定義通信規(guī)約，但為了與 RS485 通信編程方便和統一，該通信規(guī)約也使用 DL/T645規(guī)約。 為了能夠使上位管理機直接查詢某單元的某用戶計量表的數據，本規(guī)約規(guī)定地址域中的前 2 字節(jié)為 單片機 地址，其后 2 字節(jié)為某單元計量表地址。以單元地址碼 0001H 計量表地址 0001H 為例，則其數據幀格式為： 16 68H+01000100AAAAH+68H+1 字節(jié)控制碼 +1 字節(jié)數據長度 L+n 字節(jié)數據域 +1 字節(jié) CS 校驗碼 +16H。其中控制代碼說明如表 22 所示。 表 22 控制代碼表 控制代碼 代碼說明 01H 上位機對集中器讀數據命令（無后續(xù)數據）； 04H 上位機對集中器的寫數據命令； 81H 集中器對上位機的正確信息應答； C1H 集中器對上位機的錯誤信息應答； 03H 上位機對集中器的重讀數據命令； 08H 上位機對集中器的校時命令； 本章小結 本章主要對本系統的總體設計進行了介紹。其中介紹了系統的總體框架設計，系統可靠性和性能分析，同時也 簡單的介紹了單片機 AT89S52， 講解了本系統的數據采集模塊及采集 電路 方案設計，無線收發(fā)模塊及 RS485 和 RS232 的數據通信技術。 17 第 3 章 系統硬件設計 本項目的數據采集模塊設計， 及硬件設計 如圖 31 所示： 圖 31 數據采集模塊總體電路框架圖 L298 芯片的介紹 L298 是 SGS 公司的產品， L298N 為 15 個管角的單塊 集成電路 ，高電壓，高電流，四通道驅動，設計用 L298N 來接收 DTL 或者 TTL 邏輯電平，驅動感性負載 (比如 繼電器 ，直流和 步進馬達 )和 開關 電源 晶體管 。內部包含 4 通道邏輯驅動電路，其額定工作電流為 1 A，最大可達 A， Vss 電壓最小 V，最大可達 36 V； Vs 電壓最大值也是 36 V。 L298N 可直接對 電機 進行控制，無須隔離電路，可以驅動雙 電機 。根據 L298N 芯片 的特點以及 SPCE061A 自身的特點，把 IOA4～ IOA7 作為輸出口，分別與 L298N 的 IN1～IN4相接，其 VS、 VSS 分別接 +12 V、 +5 V 電源 ，其輸出口 OUT1～ OUT2 接轉向電機， OUT3～OUT4 接驅動電機，根據設計要求，結合所編好的程序，根據所發(fā)語音命令，接收信號，便可給 [P_IOA_DATA]傳送數據，從而控制轉向電機和驅動電機。其連接圖如圖 32所示。 主控電路AT89S52 RS485 串口電路 MAX1487 存儲模塊 AT24C04 電能采集電路 L298 LCD 顯示模塊 SMC1602A 時鐘模塊 DS1302 水量、煤氣量集電路 L298 18 圖 32 驅動芯片 L298電機驅動電路 連接圖 L298 是雙 H高電壓大電流集成電路，直接采用 TTL 邏輯電平控制，可以驅動繼電器、直流電動機、步進電機等電感負載，其內部有兩個完全相同的功率放大回路，其內部結構和引腳功能如圖 33所示。 圖 33 L298內部結構和功能引腳圖 L298 與單片機連接： 單片機 的外部中斷采樣直流電機產生的脈沖數，用來計量數字量表的數值。 該系統電路簡單，控制方便，具備一定的實用價值。 L298 與單片機連接圖如圖 34所示 ： 19 圖 34 L298與單片機連接圖 顯示模塊 數碼管按段數分為七段數碼管和八段數碼管，八段數碼管比七段數碼管多一個 發(fā)光二極管 單元（多一個小數點顯示）；按能顯示多少個 “8” 可分為 1位、 2位、 4 位等等數碼 管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數碼管和共陰極數碼管。共陽數碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極 (COM)的數碼管，共陽數碼管在應用時應將公共極 COM 接到 +5V，當某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時，相應字段就點亮，當某一字段的陰極為高電平時，相應字段就不亮。共陰數碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極 (COM)的數碼管，共陰數碼管在應用時應將公共極 COM接到地線 GND上，當某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時，相應字段就點亮，當某一字段的陽極為低電平時，相應字段就不亮。 數碼 管要正常顯示，就要用 驅動電路 來驅動數碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的 數字 ，因此根據數碼管的 驅動方式 的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。 靜態(tài)顯示驅動 ： 靜態(tài)驅動也稱直流驅動。靜態(tài)驅動是指每個數 碼管的每一個段碼都由一個 單片機 的 I/O 端口進行驅動，或者使用如 BCD 碼二 十進制譯碼器譯碼進行驅動。靜態(tài)驅動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用 I/O 端口多，如驅動 5個數碼管靜態(tài)顯示則需要 58=40 根 I/O端口來驅動，要知道一個 89S51 單片機可用的 I/O端口才 32 個呢：），實際應用時必須增加譯碼驅動器進行驅動，增加了硬件電路的復雜性。 20 動態(tài)顯示驅動 ： 數碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應用最為廣泛的一種顯 示方式之一，動態(tài)驅動是將所有數碼管的 8個顯示筆劃 a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個數碼管的公共極 COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的 I/O線控制，當單片機輸出字形碼時，所有數碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通 COM 端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數碼管的的 COM端，就使各個數碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅動。在輪流顯示過程中，每位數碼管 的點亮時間為 1～ 2ms，由于人的視覺暫留現象及發(fā)光二極管的 余輝 效應，盡管實際上各位數碼管并非同時點亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數據，不會有閃爍感，動態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的 I/O 端口，而且 功耗 更低。 本實驗顯示數碼管 外形圖，如 圖 35所示 ： 圖 35 6位一體的 7段共陰極數碼管 該數碼管片選線通過排阻 RESPACK8來實現， 排阻一般有九個腳，一個腳接 VCC，其他腳接單片機 I/o 口，比如說 P0口，一般需要加排阻。 接在 51單片機的 P0口，因為P0口內部沒有上拉電阻，不能輸出高電平，所以要接上拉電阻 。排阻圖形 36如下： 圖 36 排阻 RESPACK8 數碼管和排阻與單片機的連接圖 37所示： 21 圖 37 數 碼管和排阻與單片機的連接圖 單片機 P1口接了 10k 的電阻， 以保護 I/0口， 免得短路燒掉單片機， 一般取 110k都是可以的。 按鍵控制 本實驗通過按鍵 來 模擬水電氣開關的動作，顯示管的示數也同步進行變化，使得設計更智能化。 其連接圖 38所示： 圖 38 按鍵連接圖 22 總硬件電路圖 39如下 圖 39 硬件電路圖 顯示數碼管選用的是 6 位一體的 7 段共陰數碼管，數碼管顯示數據由電片機 P1 口來傳送，數碼管各位的片選線是分別由單片機的 P0～ 通過總線驅動芯片 74LS245來完成控制。 本章小結 本章主要針對系統的數據采集模塊，介紹了系統的硬件設計，對 L298 芯片及其內部結構、顯示模塊、按鍵控制、硬件電路等作了簡單介紹 。 23 第 4 章 系統軟件設計 介紹了系統硬件設計后， 接下來本文將詳細講解系統軟件設計， 本設計軟件系統主要包括：三表計量系統軟件以及仿真設計。 本設計 采用 Proteus ISIS 仿真軟件 、 Keil uVision3 編程軟件，以及上位機管理系統。 Proteus介紹 本設計是基于單片機的智能 水電氣 表系統的設計，故采用 Proteus ISIS 作為仿真軟件。這是英國 Labcenter 公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件。它運行于 Windows 操作系統上，可以仿真、分析 (SPICE)各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點是： ① 實現了單片機仿真和 SPICE 電路仿真相結合。具有模擬電路仿真、數字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統的仿真、 RS232 動態(tài)仿真、 I2C 調試器、 SPI 調試器、鍵盤和LCD系統仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。 ② 支持主流單片機系統的仿真。目前支持的單片機類型有： 68000 系列、 8051 系列、 AVR 系列、 PIC12 系列、 PIC16 系列、 PIC18 系列、 Z80 系列、 HC11 系列以及各種外圍芯片。 ③ 提供軟件調試功能。在硬件仿真系統中具有全速、單步、設置斷點等調試功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統中，也必須具有這些功能；同時支持第三方的軟件編譯和調試環(huán)境，如 Keil C51 uVision2 等軟件。 ④ 具有強大的原理圖繪制功能。其工作界面如圖 41所示。 圖 41 Proteus 工作界面 24 Keil uVision3 介紹 KeilSoftware 公司推出的 uVision3 是一款可用于多種 8051MCU 的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)。該 IDE 同時也是 PK51 及其它開發(fā)套件的一個重要組件。除增加了源代碼、功能導航器、模板編輯以及改進的搜索功能外， uVision3 還提供了一個配置向導功能，加速了啟動代碼和配置文件的生成。此外其內置的仿真器可模擬目標 MCU，包括指令集、片上外圍設備及外部信號等。 uVision3 提供邏輯分析器，可監(jiān)控基于 MCUI/O 引腳和外設狀態(tài)變化下的程序變量。 uVision3 提供對多種最新的 8051 類微處理器的支持，包括AnalogDevices 的 ADuC83x 和 ADuC84x，以及 Infineon 的 XC866 等。 Keil uVision3 的工作界面如圖 42 所示。 圖 42 Keil uVision3 工作界面 程序設計流程圖 在硬件電路搭建好以后，就可以開始編制與電路相對應的程序，以實現功能。程序 25 流程圖如 圖 43 所示。 N Y N Y N Y 圖 43 程序設計流程圖 在硬件電路搭建好以后，就可以開始編制與電路相對應的程序，以實現功能 。 系統聯調 程序編制好以后，使用 KEIL 來進行編譯，我們編寫的程序通過 KEIL 變成可執(zhí)行系統初始化 脈沖信號采集 判斷采集是否完成 ? A/D 轉換 數據傳送至單片機進行處理 開始 結束 判斷是否轉換完成 ? 26 的機器碼。 Keil 提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發(fā) 方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（ uVision）將這些部份組合在一起。 Keil C51 生成的目標代碼效率非常之高，多數語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。聯調的過過程為： （ 1）將 KeilC51（ u u3 均可）、 Proteus7 安裝好；運行 ，選擇 keil安裝目錄；在 Proteus7 做好硬件連線， KeilC 寫好程序并編譯通過；打開 Proteus7，在【 Debug】下拉菜單中選【 User Remote Debug Monitor】； （ 2）打開 KeilC51，選中自己建立的工程，點擊【 project】，選 option for target ?自己建立的工程名 ?，在【 debug】標簽下選中右邊的【 use】單選，并在下拉框中選【 Proteus VSM Simulator】仿真設備；