【正文】 由于只用了一個字節(jié)作為地址位，因此地址范圍為0~255。： 基于RS485總線的遠程采集與控制系統(tǒng)接收幀格式表 數(shù)據(jù)位置（第n字節(jié)）01234567功能起始字節(jié)地址發(fā)送控制1路DA輸出值高2位1路DA輸出值低8位2路DA輸出值高2位2路DA輸出值低8位預(yù)留空間數(shù)據(jù)位置（第n字節(jié)）89101112功能預(yù)留字節(jié)預(yù)留字節(jié)預(yù)留字節(jié)繼電器控制結(jié)束字節(jié) 預(yù)留字節(jié)表示為以后功能擴展準備的空間，為無效數(shù)據(jù)。 （4）從機復(fù)位后，將等待主機發(fā)送指令，并根據(jù)具體的指令內(nèi)容做出應(yīng)答。除了數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)的定義外，整個系統(tǒng)的通信還需要遵守下面的規(guī)則： （1）主機主導整個通信過程。4 基于RS485通信遠程采集與控制器的軟件設(shè)計本章主要介紹主機和從機的軟件設(shè)計，整個系統(tǒng)軟件采用模塊化和結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法。 3路AD轉(zhuǎn)換電路 ： 3路AD轉(zhuǎn)換電路由于STC12C5410AD 帶有 8 路 10 位高速 A/D 轉(zhuǎn)換器，因此不再另用AD轉(zhuǎn)換芯片，直接用單片機的PP1P12采集3路節(jié)點信號。 DA電路 ： 兩路DA轉(zhuǎn)換電路及兩路穩(wěn)壓電路 其中電壓源VCC（最大5V）經(jīng)過電阻的分壓后變?yōu)閂CC的基準電壓，DD4為保護二極管。從圖中可以看出,最大串行時鐘速率為:f( sclk ) max =1/ tw ( CH ) + tw( CS )≈14MHz TLC5615 工作時序如圖 TLC5615的兩種工作方式從圖39可以看出, 16位移位寄存器分為高4位虛擬位、低2位填充位以及10位有效位。注意, 二進制最高有效位被導前移入。 TLC5615推薦工作條件? VDD ,～ ,通常取5V ；? 高電平輸入電壓: ；? 低電平輸入電壓, ；? 基準輸入電壓: 2V～ (VDD 2) , ；? 負載電阻:不得小于2kΩ。? GND ,模擬地。各引腳功能如下:? DIN ,串行二進制數(shù)輸入端。只需要通過3根串行總線就可以完成10位數(shù)據(jù)的串行輸入，易于和工業(yè)標準的微處理器或微控制器(單片機) 接口，適用于電池供電的測試儀表、移動電話,也適用于數(shù)字失調(diào)與增益調(diào)整以及工業(yè)控制場合。使電路之間的信號傳輸，前端與負載完全隔離，目的在于增加安全性，減小電路干擾，優(yōu)化電路設(shè)計。當輸入信號電流小于觸發(fā)閾值或使能端為低時，輸出高電平，但這個邏輯高是集電極開路的，可針對接收電路加上拉電阻或電壓調(diào)整電路。 6N137光耦合器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、管腳如圖6N137管腳說明如下：2腳和3腳為輸入端：2:Anode（陽極），3:Cathode（陰極）。該光電器件高、低電平傳輸延遲時間短,典型值僅為45ns ,已接近TTL 電路傳輸延遲時間的水平。高速光電耦合器6N137 由磷砷化鎵發(fā)光二極管和光敏集成檢測電路組成。需要注意的是，收發(fā)器的發(fā)送器和接收器共用總線，所以接收信號和輸出信號都用A和B表示。在與單片機連接時接線非常簡單，只需要一個信號控制MAX485的接收和發(fā)送即可，同時將A和B端之間加匹配電阻，一般可選100Ω的電阻。 RS485接口電路 本系統(tǒng)采用的MAX485接口芯片是Maxim公司的一種RS485芯片。電路的工作原理為：12V接入后，在固定式三端穩(wěn)壓器的和兩端形成一個并不十分穩(wěn)定的直流電壓。雖然是固定穩(wěn)壓電路，但使用外接元件，可獲得不同的電壓和電流。此模塊將日常常見的12V電源轉(zhuǎn)化為適合單片機的5V電源。 STC12C5410AD單片機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。 STC12C5410AD 帶 A/D 轉(zhuǎn)換的單片機在 P1 口，有 8 路 10 位高速 A/D 轉(zhuǎn)換器, 速度可達 100KHz。：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。14．ADC，10位精度ADC，共8路。用戶在下載用戶程序時，可選擇是使用內(nèi)部R/C振蕩器還是外部晶體/時鐘8．EPROM功能。4．用戶應(yīng)用程序空間12K/10K/8K/6K/4K/2K字節(jié)。單片機應(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 單片機應(yīng)用電路 本系統(tǒng)的設(shè)計是以STC12C5410AD單片機為核心部件,STC12C5410系列單片機是由宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘/機器周期（1T）的兼容8051內(nèi)核單片機，是高速/低功耗的新一代8051單片機，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。它即協(xié)調(diào)整機工作，又是數(shù)據(jù)處理器，是軟硬件系統(tǒng)連接的橋梁。3 基于RS485通信遠程采集與控制器的硬件設(shè)計本章介紹了主從機硬件電路部分的設(shè)計，主要從單片機應(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部分的硬件設(shè)計進行介紹。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 總線上的兩個端點也應(yīng)各安裝1 個120Ω的終端匹配電阻。數(shù)據(jù)域：發(fā)送時數(shù)據(jù)加33H，接收時數(shù)據(jù)減33H。 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）校驗碼（CS）結(jié)束符（16H）地址域 A0～A5：當?shù)刂肺?99999999999H 時，為廣播地址，同時當從控制器接收到一幀數(shù)據(jù)時，地址域相同時應(yīng)響應(yīng)命令，取得總線控制權(quán)，當響應(yīng)命令之后，應(yīng)把總線控制權(quán)歸還給主控器。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。對異議響應(yīng)，它返回：1 0 0 0 0 0 1 1 （十六進制83H）除功能代碼因異議錯誤作了修改外，從設(shè)備將一獨特的代碼放到響應(yīng)消息的數(shù)據(jù)域中，這能告訴主設(shè)備發(fā)生了什么錯誤。 5． 響應(yīng)當從設(shè)備響應(yīng)時，它使用功能代碼域來指示是正常響應(yīng)(無誤)還是有某種錯誤發(fā)生（稱作異議響應(yīng)）。同樣地， 個字符時間內(nèi)開始，接收的設(shè)備將認為它是前一消息的延續(xù)。在最后一個傳輸字符之后， 個字符時間的停頓標定了消息的結(jié)束。傳輸?shù)牡谝粋€域是設(shè)備地址。設(shè)備地址功能代碼數(shù)據(jù)錯誤檢測主設(shè)備的查詢消息設(shè)備地址功能代碼數(shù)據(jù) 錯誤檢測從設(shè)備回應(yīng)消息圖 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)當控制器設(shè)為在Modbus 網(wǎng)絡(luò)上以RTU（遠程終端單元）模式通信，在消息中的每個8Bit 字節(jié)包含兩個4Bit 的十六進制字符。響應(yīng)：如果從設(shè)備產(chǎn)生一正常的響應(yīng)，在響應(yīng)消息中的功能代碼是在查詢消息中的功能代碼的響應(yīng)。數(shù)據(jù)段包含了從設(shè)備要執(zhí)行功能的任何附加信息。 ModBus 協(xié)議(RTU 模式)以下資料摘錄于Modbus 協(xié)議(RTU 模式)的一部分，介紹了Modbus RTU 協(xié)議的基本構(gòu)成、主要特點、參數(shù)規(guī)定；便于我們理解一個通訊協(xié)議的基本模式與要求[18]。目前，RS485 在國內(nèi)有著非常廣泛的應(yīng)用，許多領(lǐng)域，比如工業(yè)控制、電力通訊、智能樓宇等都經(jīng)?？梢砸姷骄哂蠷S485 接口電路的設(shè)備。目前，在我國應(yīng)用的現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)中，RS485半雙工異步通信總線也是被各個研發(fā)機構(gòu)廣泛使用的數(shù)據(jù)通信總線。終端匹配電阻安裝在RS485 傳輸網(wǎng)絡(luò)的兩個端點，并聯(lián)連接在AB 引腳之間。注意：并不是所有的RS485 收發(fā)器都能夠支持高達10Mbps 的通訊速率。通常，RS485 網(wǎng)絡(luò)采用平衡雙絞線作為傳輸媒體。TIA/EIA485 串行通訊標準的性能如表格 所示： 表 TIA/EIA485 通訊方式的性能參數(shù)規(guī)格TIA/EIA485傳輸模式平衡電纜長度＠90Kbps4000 ft（1200m）電纜長度＠10Mbps50 ft（15m）數(shù)據(jù)傳輸速度10 Mbps最大差動輸出177。當在接收端AB 之間有大于+200mV 的電平時，輸出為正邏輯電平；小于200mV 時，輸出為負邏輯電平。另有一個信號地C。RS485 標準是為彌補RS232 通信距離短、速率低等缺點而產(chǎn)生的。 RS422/485 標準RS422/485 標準的全稱為TIA/EIA422B 和TIA/EIA485 串行通訊標準。200mV接收器輸入電阻(Ω)3K～7K4K(最小)≥12K發(fā)送器共模電壓3V～+3V1V～+3V接收器共模電壓7V～+7V7V～+12V RS232 標準RS232 被定義為一種在低速率、近距離串行通訊的單端標準。6V發(fā)送器負載阻抗(Ω)3K～7K10054擺率(最大值)30V/μsN/AN/A接收器輸入電壓范圍177。表 RS23RS42RS485 的區(qū)別標準RS232RS 422RS 485工作方式單端差分差分節(jié)點數(shù)1收、1發(fā)1發(fā)、10收1發(fā)、32收最大傳輸電纜長度50英尺4000英尺4000英尺最大傳輸速率20Kbps10Mbps10Mbps最大驅(qū)動輸出電壓+/25V～+6V7V～+12V發(fā)送器輸出信號電平(負載最小值)負載+/5V～+/15V177。RS23RS422 與RS485 標準只對接口的電氣特性做出規(guī)定，而不涉及接插件、電纜或協(xié)議，在此基礎(chǔ)上用戶可以建立自己的高層通信協(xié)議。為改進RS232 通信距離短、速率低的缺點，RS422 定義了一種平衡通信接口，將傳輸速率提高到10Mbps，傳輸距離延長到4000 英尺（速率低于100kbps 時），并允許在一條平衡總線上連接最多10 個接收器。本章將詳細介紹485 標準、通訊規(guī)約、應(yīng)用要點。2 RS485 協(xié)議規(guī)范 通常的微處理器都集成有 1 路或多路硬件UART 通道，可以非常方便地實現(xiàn)串行通訊。 第二章：介紹RS485通信協(xié)議，主要分3個方面進行介紹：RS485標準、RS485通訊協(xié)議、RS485應(yīng)用要點。主從機系統(tǒng)框圖如下： 遠程采集與控制器的系統(tǒng)框圖 主機單片機發(fā)送信號通過RS485總線傳給從機,從機判斷主機發(fā)過來信息再通過繼電器控制電路控制AD電路和DA電路工作，最后又通過RS485總線傳回信息給主機。根據(jù)系統(tǒng)的要求，主機部分需要完成的功能是讀取并顯示從機采集回來的實時數(shù)據(jù)信息，并且對從機的外設(shè)進行控制。故傳輸信號在千米之外都是可以恢復(fù)，而且RS485允許最大的從機數(shù)量達到128臺，具強大的擴展能力。缺點是：接口的信號電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因為與TTL 電平不兼容故需使用電平轉(zhuǎn)換電路方能與TTL 電路連接；傳輸速率較低，在異步傳輸時，波特率為20Kbps。缺點是功能較少，如需要增加其它功能需要加入相應(yīng)的硬件，但根據(jù)本系統(tǒng)的要求，以52單片機為核心，再加上DS18B20等信息轉(zhuǎn)換模塊就完成系統(tǒng)要求的功能綜合以上三個主機方案，最終選擇以52單片機為控制核心，來完成系統(tǒng)對信息的采集。缺點是只能采用貼片的封裝，但是由于工藝的原因，需要花費大量的時間在硬件電路的制作上。各種方案都有其特點，有其相適應(yīng)的應(yīng)用環(huán)境和存在的條件，不能一概而論，甚至在特殊情況下還需要將其結(jié)合在一起，揚長避短可發(fā)揮出更大的優(yōu)勢。 工作安排流程圖如下： 開始閱讀資料，可行性分析系統(tǒng)整體設(shè)計硬件設(shè)計硬件各部分分別設(shè)計軟件整體設(shè)計軟件各部分分別設(shè)計化函數(shù)軟硬件調(diào)試結(jié)束 工作安排流程圖 系統(tǒng)分析（1）研究RS485總線技術(shù)的運用，即如何進行通信協(xié)議的設(shè)計；（2）采集3路節(jié)點信號；（3）反饋2路模擬控制量（最大輸出電壓能達到10V）；（4）2路繼電器遠程控制。數(shù)據(jù)采集與控制的核心部件單片機是軟硬件配合工作的，在系統(tǒng)硬件電路設(shè)計好以后還要分別設(shè)計配合主從機使用的軟件。遠程數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品市場廣闊,發(fā)展?jié)摿艽?到現(xiàn)在各種產(chǎn)品種類繁多,形式復(fù)雜,缺少一個統(tǒng)一的規(guī)范。國外起步較早，某些地區(qū)在此領(lǐng)域己制訂了相關(guān)行業(yè)數(shù)據(jù)采集標準，技術(shù)也較先進，并不斷地開發(fā)新技術(shù)?？煽啃圆粩嗵岣?，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)物理層通信,由于采用RS48雙絞線、電力載波、無線和光纖，所以其技術(shù)得到了不斷發(fā)展和完善。出現(xiàn)了高性能、高可靠性的單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[10]。軟件功能則更豐富，根據(jù)用戶需要,可編制控制和服務(wù)程序,如操作指導、統(tǒng)計分析等、實現(xiàn)實時或即時打印或通信[9]。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DataAcquisitionSysteln)簡稱DAS系統(tǒng),是對工業(yè)過程數(shù)據(jù)進行運算、顯示、儲存及各種控制的裝置。 論文的目標是設(shè)計一個當前在國內(nèi)的實際狀況下通用、開放的系統(tǒng)，因此采用了通用的標準去設(shè)計方案。目前國內(nèi)外采用的數(shù)據(jù)采集方案和運行方式多種多樣，其所達到的目的和要求也不同。而隨著科學技術(shù)的進步，數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)越來越趨向數(shù)字化、智能化、遠距離方向發(fā)展。在這些環(huán)境中，遠程數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)有著其巨大優(yōu)勢。 data acqui