【導(dǎo)讀】本論文介紹了基于RS485串行總線標準的溫度采集系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計。給ARM微處理器進行存儲和處理。系統(tǒng)的軟件包括單片機程序和計算機程序，分別應(yīng)。相應(yīng)的硬件和軟件抗干擾措施保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。了一種基于RS-485的單片機與ARM之間文件傳輸?shù)膶崿F(xiàn)方案。序的設(shè)計方法，詳細闡述了自定義通信協(xié)和實現(xiàn)程序。數(shù)字信號，然后與單片機進行傳輸。因此，它是相當(dāng)復(fù)雜而且成本高。產(chǎn)的DS18B20，作為一種新的單總線數(shù)字溫度傳感器被廣泛使用。采集和轉(zhuǎn)換，通過傳感器DS18B20的數(shù)字式分為單片機發(fā)送給LED顯示模塊。接收溫度數(shù)據(jù)通過RS-485接口傳送到后端的ARM中顯示。

　　

【正文】 總線使用權(quán)必須分配，以避免競爭，連接到總線的單機 ，并發(fā)送控制信號完全隔離時 間?？傊?，發(fā)送和接收控制信號應(yīng)該足夠?qū)?，以確保數(shù)據(jù)的完整性得到一幀數(shù)據(jù) ，任何兩個獨立 機器的發(fā)送信號是完全分開的 ，以避免總線爭端。 (2) 電路 復(fù)位時 ， 主機必須 處于接收 的 狀態(tài)Π DE 和 RE 端相連為低 電平的 時 候 ，從機 應(yīng)該 處于接收 的 狀態(tài) ， 在 接受上電復(fù)位的時候 ， 因為硬件電路穩(wěn)定需要一點 時間 ， 而且 單片機 的各個 端口復(fù)位后 應(yīng)該 處于高電平 的 狀態(tài) ， 因此就會使總線上每個 分機 都 處于發(fā)送狀態(tài) ， 再加上 電時各 個 電路的不穩(wěn)定 ， 就可能向總線發(fā)送信號 。 所以說，假如用一條 線作發(fā)送和接收 的控制信號，就要把 口線反向 的后接到 MAX485 的控制端 ，這樣就可以 使上電時 MAX485 始終 處于接收狀態(tài)。 (3)在 RS485 半雙工通信 工程 中， 因 MAX485 的發(fā)送和接收都 是用 同一 個 器件完成的，而 且發(fā)送和接收使用 的是 同一 個物理連路，要對控制信號進行切換。控制信號什么時候是高電平，什么時候是 低電平 ，一般以單片機 的 TI 信號作為 參考。 在 發(fā)送時檢測是否建立 TI，如果 TI 為高電平時 關(guān)閉發(fā)送 的功能變?yōu)?接收 功能 。在 接收時檢測是否建立RI，當(dāng) RI 為高電平 之后，接收結(jié)束，之后 可以轉(zhuǎn)為發(fā)送。 東北大學(xué)東軟信息 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 5 章 系統(tǒng)實現(xiàn) 17 第 5 章 系統(tǒng)實現(xiàn) 主程序流程 流程如圖 所示，開始工作，首先系統(tǒng)初始化各個模塊 ， 當(dāng)系統(tǒng)接收到檢測信號，從傳感器接收數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)后輸出數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)從 LED 數(shù)碼管上顯示，并同時將數(shù)據(jù)發(fā)動到 RS485 串行接口，由 RS485 串口最后發(fā)送到上位機。 開 始R S 4 8 5 通 信D S 1 8 B 2 0 初 始 化數(shù) 據(jù) 采 集L E D 顯 示R S 4 8 5 通 信退 出NYYN 圖 系統(tǒng)流程圖 RS485 串口通信 主要 程序 RS485 通信節(jié)點 的程序大致可歸類 為 六 個重要部 分，他們分別是 預(yù)定義部分、初始 部分、 設(shè)備狀態(tài)檢測部分、 主程序部分、幀接收部分和發(fā)送部分。預(yù)定義 的 部分 主要是用來定義通信中使用 握手信號， 它 用 于 保存本節(jié)點 的 設(shè)備號 和 設(shè)備信息的緩沖區(qū) 的變量。 主程序部分 可以 接收命令幀，同時根據(jù)命令的內(nèi)容發(fā)出 相應(yīng)的回應(yīng) 。 而 設(shè)備狀態(tài)檢東北大學(xué)東軟信息 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 5 章 系統(tǒng)實現(xiàn) 18 測部分 要放在 程序初始化后， 如果件發(fā)生故障時，再做出 相應(yīng)的反應(yīng)。 開 始設(shè) 置 各 項 參 數(shù)等 待 接 受 溫 度 命 令是 否 接 到 溫 度 數(shù) 據(jù)溫 度 數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù) 傳 送是 否 接 到 溫 度 數(shù) 據(jù)NY終 止YN 圖 串口部分流程圖 為 縮減不必要的篇幅，在這只給出主程序部分一些 代碼。 /* RS485 通信 主程序 的 流程 */ while(1) { //主循環(huán) if(recv_cmd(amp。type)==0) //發(fā)生 錯誤或幀地址與本機 //地址不符 時 ，丟棄當(dāng)前幀 然 后返回 continue。 東北大學(xué)東軟信息 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 5 章 系統(tǒng)實現(xiàn) 19 switch(type) { case __ACTIVE_: //主機問從機是否接受 send_data(__OK_， 0， dbuf)。//發(fā)送應(yīng)答信息 break。 case __GETDATA_: len = strlen(dbuf)。 send_data(__STATUS_， len， dbuf)。//發(fā)送狀態(tài)信息 break。 default: break。 //命令 的 類型錯誤，丟棄當(dāng)前幀 然 后返回 } } DS18B20 模塊程序設(shè)計 DS18B20 的工作過程 單片機 DS18B20 溫度傳感器在 溫度 轉(zhuǎn)換過程中 需要三個過程 ，第一，初始化， 然后是 ROM 操作命令的，最后 是 存儲器操作命令 、 一 .初始化 總線上的所有操作都必須先初始化，第一個提出了復(fù)位信號，然后從機器的線路信號發(fā)送，并通知主機 DS18B20 總線 ， 然后讓他 等待接受其指令 。 二 . ROM 操作命令 在這個畢業(yè)設(shè)計中我們 跳過 ROM 序列號檢測命令。 skip ROM 命令， 就是 跳過 ROM 操作的命令， 是因為 只有一個測溫芯 時以 節(jié)約時間 ； 但是要是 多個從機 的時候 不能這樣 用 了，這會使 總線上的數(shù)據(jù) 造成 沖突。 所以在就有一個溫度傳感器的情況下 ，在每次輸入指令之前都 可 以使用這個命令來節(jié)約運算 時間 。 三．存儲器操作命令 首先，寫（ 4EH）命令，使用此命令寫入數(shù)據(jù)存儲第 2 至 4 個字節(jié)，從第 2 個字節(jié)（ TH） 運行 的。復(fù)位信號發(fā)出前，完成這三個字節(jié)。然后讀出（ BEH），使用這個命 令讀出寄存器內(nèi)的第一個字節(jié)的內(nèi)容， 一直 完成第九個字節(jié) 時 ，如果 有 需要注冊的一些內(nèi)容， 那樣的話 主機可以在適當(dāng)?shù)陌l(fā)送時間復(fù)位命令結(jié)束該進程。其次是復(fù)制（ 48H），使用這個命令來注冊的內(nèi)存溫度 2 至 4 個字節(jié)傳感器設(shè)計 EEROM，當(dāng)主機發(fā)出命令后 實施溫度轉(zhuǎn)換 ，如果在進程轉(zhuǎn)儲則結(jié)果為 0 如果轉(zhuǎn)儲結(jié)束，結(jié)果是 1。最后，啟動轉(zhuǎn)換（ 44H）東北大學(xué)東軟信息 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 5 章 系統(tǒng)實現(xiàn) 20 和溫度傳感器接收此命令立即啟動溫度轉(zhuǎn)換的實施，沒有其他的其他數(shù)據(jù)。 這時DS18B20 的空閑狀態(tài) 。 如果溫度轉(zhuǎn)換運行時，主機將接收讀取總線 0， 轉(zhuǎn)換 完畢 接收到的是 1。 DS18B20 溫 度傳感器 主要 程序 DS18B20 使用的關(guān)鍵 是首先 清楚總線的讀寫 的 時序。 DS18B20 是 單總線 的雙向通訊，他的外接電路非常簡單，可是 在軟件編程上，就 非常 嚴格 按照他的要求 時序進行讀寫 的操作。具體的 操作如 下：對溫度傳感器操作時，首先要把他復(fù)位。讓 DQ 線拉低480 到 960μ s 之間 ，再將數(shù)據(jù)線拉高 15 到 60μ s 之間，再把 DS18B20 發(fā)出 的 60 到 240μ s 的低電平 信號 作為應(yīng)答 的信號，這時單片機 才能對它進行 別的的 操作。 圖 DS18B20 初始化時序 bit DS18B20_Reset(void) { unsigned char x=1。 DQ = 1。 //DQ 先置高 DS18B20_delay(15)。 //稍延時 DQ = 0。 //發(fā)送復(fù)位脈沖 DS18B20_delay(500)。 //延時 480us DQ = 1。 //拉高數(shù)據(jù)線 DS18B20_delay(70)。 //等待 15~60us x=DQ。 //x=0 初始化成功 x=1 失敗 DS18B20_delay(15)。 return x。 } 在溫度傳感器中，寫操作是指把 數(shù)據(jù)線 要從高電平拉到 低電平，產(chǎn)生寫起始 的 信號。從DQ 線的下降沿起 開始 計時，在 15μ s 到 60μ s 之間這段時間里對數(shù)據(jù)線進行檢測，假東北大學(xué)東軟信息 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 5 章 系統(tǒng)實現(xiàn) 21 如 數(shù)據(jù)線為高電平 時就 寫 1， 若為低電平 時就 寫 0， 如果 完成了一個 就寫周期。然后再開始另一個寫周期前，必須在 1μ s 以上的高電平恢復(fù)期。每個寫周期必須需要 60μ s 以上的持續(xù)期。 圖 DS18B20 寫時序 void DS18B20_Write(unsigned char mand) { unsigned char i。 for(i=8。i0。i) { DQ=0。 if((mand amp。 0x01)==0) { DS18B20_delay(10)。 DQ=1。 DS18B20_delay(20)。 } else { DQ=1。 DS18B20_delay(20)。 } mand=_cror_(mand， 1)。 } } 在溫度傳感器中，讀操作是 指 主機將數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平 1μ s 以上 時， 使數(shù)據(jù)線升為高電平，從而產(chǎn)生讀起始 的 信號。從主機將數(shù)據(jù)線從高電平拉至低電平起 15μ s 東北大學(xué)東軟信息 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 5 章 系統(tǒng)實現(xiàn) 22 到 60μ s 之間 ，主機讀取數(shù)據(jù)。每個讀周期最短的持續(xù)期為 60μ s。周期之間必須有 1μ s 以上的高電平恢復(fù)期。 圖 DS18B20 讀時序 unsigned char DS18B20_Read(void) { unsigned char i。 unsigned char temp。 temp=0。 for(i=8。i0。i) { temp=_cror_(temp， 1)。 DQ=0。 _nop_()。 _nop_()。 DQ=1。 _nop_()。 _nop_()。 if(DQ==1) { temp=temp | 0x80。 } else { temp=temp | 0x00。 } 東北大學(xué)東軟信息 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 5 章 系統(tǒng)實現(xiàn) 23 DS18B20_delay(8)。 } return(temp)。 } 東北大學(xué)東軟信息 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 6 章 系統(tǒng)測試 24 第 6 章 系 統(tǒng)測試 軟件測試是一項十分復(fù)雜多樣化的工作。它在軟件的整個生存期中占據(jù)重要的位置，對軟件可靠性保證具有極其重要的意義。下面將結(jié)合本系統(tǒng)軟件開發(fā) 并配合仿真器對系統(tǒng)進行了如 下 測試。 測試方案及測試用例 電源監(jiān) 測 方案：將電源通電， 在系統(tǒng)中 單片機在 周期內(nèi)為芯片提供正脈沖， 芯片輸出信號保持高電平， 整個系統(tǒng)工作正常。當(dāng)單片機在超過 未向芯片提供脈沖信號時，芯片內(nèi)部電路觸發(fā)復(fù)位信號，使單片機復(fù)位，從初始狀態(tài)開始工作。 LED 檢測 方案： MAX7219 是一款串行共陰極數(shù)碼管動 態(tài)顯示驅(qū)動芯片，僅使用 3 線串行接口傳送數(shù)據(jù)，可直接與單片機接口，可以方便的修改內(nèi)部參數(shù)以實現(xiàn)多位 LED 顯示。 內(nèi)部含硬件動態(tài)掃描顯示控制電路，每片芯片可同時驅(qū)動 8 位共陰極 LED。 在代碼中可 對芯片進行初始化后 直接向 MAX7219 寫入 數(shù)據(jù) ，觀察 8 個 LED 的工作情況， 寫入數(shù)據(jù)與LED 輸出顯示的數(shù)據(jù)一致，則 表明電路沒有問題。 通過 RS485 連接 ARM 共同檢測 方案： 當(dāng)系統(tǒng)的每個模塊測試是否都能正常工作時，此時可以進行系統(tǒng)的共同檢測。用溫度傳感器采集溫度在 LED 顯示同時將采集的溫度通過 RS485 傳送到基于 ARM 的顯示屏進行比對。如果都能正常工作，表明整個系統(tǒng)的功能可以完全實現(xiàn)。如果有部分模塊的功能不能實現(xiàn)，可以重復(fù) 上述的調(diào)試步驟查明原因，此時的原因基本上可以判斷為是代碼的問題，需仔細檢查代碼。東北大學(xué)東軟信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 （論文） 第 7 章 結(jié)論 25 第 7 章 結(jié) 論 本系統(tǒng)采用 RS485 標準實現(xiàn)串行通信 ， 把采集的數(shù)據(jù)上傳給 ARM， 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單 ，抗干擾性能好。上位機軟件利用 ARM 進行開發(fā) ， 擴展方便靈活。經(jīng)測試可知 ， 系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠。 在 畢業(yè)設(shè)計選材 ， 都是 按 照各個要求的，從單片機、傳感器等都自己去電子城里通精心挑選最好的產(chǎn)品，在滿足畢業(yè)設(shè)計需求的前提下，盡可能的去 選擇造價較低的元件，最大限度地節(jié)約了本次設(shè)計 的成本。特別是使 用了 DS18B20 溫度 傳感器，它 把采 集溫度與 A/D 轉(zhuǎn)換積于一身，很大程度上降低了設(shè)計電路的復(fù)雜性 ，使整個電路 設(shè)計變得簡潔 。 通過本次設(shè)計使我 更 能直觀的了解單片機及 RS485 串口通信的實用價值，從而大大增加學(xué)習(xí)興趣，在今后的工作中有個非常重要的意義 。東北大學(xué)東軟信息 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 附件 26 附 錄 附圖 1 電路原理圖 東北大學(xué)東軟信息 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 附件 27 附圖 2 PCB 圖 28 參考文獻 [1] 周建春 . 基于單片機和 PC 串口通信的溫度采集系統(tǒng)設(shè)計 [D], 蘇州 :蘇州大學(xué) , [2] 李全利 . 遲榮 強編著 . 單片機原理及接口技術(shù) [M], 北京 : 高等教育出版社 , [3] 唐俊翟等 . 單片機原理與應(yīng)用 [M], 北京 : 冶金工業(yè)出版社 , [4] 霍孟友等 . 單片機原理與應(yīng)用學(xué)習(xí)概要及題解 [M], 北京 : 機械工業(yè)出版社 , [5] 許泳龍等 . 單片機原理及應(yīng)用 [M], 北京 : 機械工業(yè)出版社 , [6] 馬忠梅等 . 單片機的 C 語言應(yīng)用程序設(shè)計 [M], 北京 : 北京航空航天大學(xué)出版社 , 2020 修訂版 [7] 華成英 , 童詩白 . 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) [M], 北京 : 高等教育出版社 , 2020 [8] 毛德平 , 凌有鑄 . 一種基于 RS485 總線的溫度、濕度測控系統(tǒng) [J], 現(xiàn)代電子技術(shù) , :56. 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