【正文】 時數(shù)據(jù)減33H。校驗碼：幀開始各個字節(jié)二進(jìn)制算術(shù)和，不計溢出值。 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(dāng)?shù)刂肺?99999999999H 時，為廣播地址，同時當(dāng)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(dāng)響應(yīng)命令之后，應(yīng)把總線控制權(quán)歸還給主控器。 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；這是一個在RS485 網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)應(yīng)用的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[1920]。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。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。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)生了什么錯誤。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。 5． 響應(yīng)當(dāng)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)）。 所示： RTU 消息幀起始位設(shè)備地址功能代碼數(shù)據(jù)CRC校驗結(jié)束符T1T2T3 T48Bit8Bitn 個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。同樣地， 個字符時間內(nèi)開始，接收的設(shè)備將認(rèn)為它是前一消息的延續(xù)。整個消息幀必須作為一連續(xù)的流轉(zhuǎn)輸。在最后一個傳輸字符之后， 個字符時間的停頓標(biāo)定了消息的結(jié)束。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不斷偵測網(wǎng)絡(luò)總線，包括停頓間隔時間。傳輸?shù)牡谝粋€域是設(shè)備地址。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8 位域都是一個兩個十六進(jìn)制字符組成每個字節(jié)的位：1 個起始位8 個數(shù)據(jù)位，最小的有效位先發(fā)送1 個奇偶校驗位，無校驗則無1 個停止位（有校驗時），2 個Bit（無校驗時）錯誤檢測域：CRC(循環(huán)冗長檢測) 3． RTU 幀使用RTU 模式， 個字符時間的停頓間隔開始。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(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8Bit 字節(jié)包含兩個4Bit 的十六進(jìn)制字符。如果有錯誤發(fā)生，功能代碼將被修改以用于指出響應(yīng)消息是錯誤的，同時數(shù)據(jù)段包含了描述此錯誤信息的代碼。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)段必須包含要告之從設(shè)備的信息：從何寄存器開始讀及要讀的寄存器數(shù)量。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。 1． 查詢—響應(yīng)周期ModBus 協(xié)議遵循“查詢—響應(yīng)”模式，如圖 所示。 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(diǎn)、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]。比如，很多具有RS485 接口電路的用戶設(shè)備采用自己制定的簡單通訊協(xié)議，或是直接取自ModBus 協(xié)議(AscII/RTU 模式)中的一部分功能；在電力通訊領(lǐng)域，當(dāng)前國家現(xiàn)在執(zhí)行的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，頒布有按設(shè)備分類的各種通訊規(guī)約，如CDT、SC180u4F、 規(guī)約和1995 年的IEC608705101 傳輸規(guī)約、1997 年的國際101 規(guī)約的國內(nèi)版本DL/T6341997規(guī)約；在電表應(yīng)用中，國內(nèi)大多數(shù)地區(qū)的廠商采用多功能電能表通訊規(guī)約(DL/T6451997)。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。 RS485 通訊協(xié)議RS485 標(biāo)準(zhǔn)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；因此，用戶需要在RS485 應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上建立自己的應(yīng)用層通信協(xié)議。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(jī)構(gòu)廣泛使用的數(shù)據(jù)通信總線。同時，RS485 電路具有控制方便、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。終端匹配電阻安裝在RS485 傳輸網(wǎng)絡(luò)的兩個端點(diǎn)，并聯(lián)連接在AB 引腳之間。RS485 網(wǎng)絡(luò)采用直線拓樸結(jié)構(gòu)，需要安裝2 個終端匹配電阻，其阻值要求等于傳輸電纜的特性阻抗（一般取值為120Ω）。注意：并不是所有的RS485 收發(fā)器都能夠支持高達(dá)10Mbps 的通訊速率。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。通常，RS485 網(wǎng)絡(luò)采用平衡雙絞線作為傳輸媒體。 接收器敏感度177。TIA/EIA485 串行通訊標(biāo)準(zhǔn)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。 所示。當(dāng)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(fù)邏輯電平?！笆鼓堋毙盘栍糜诳刂瓢l(fā)送發(fā)送器與傳輸線的切斷與連接，當(dāng)“使能”端起作用時，發(fā)送發(fā)送器處于高阻狀態(tài)，稱作“第三態(tài)”，它是有別于邏輯“1”與“0”的第三種狀態(tài)。另有一個信號地C。RS485 標(biāo)準(zhǔn)與RS232 不一樣，數(shù)據(jù)信號采用差分傳輸方式（Differential Driver Mode），也稱作平衡傳輸，它使用一對雙絞線，將其中一線定義為A，另一線定義為B，如圖 。RS485 標(biāo)準(zhǔn)是為彌補(bǔ)RS232 通信距離短、速率低等缺點(diǎn)而產(chǎn)生的。由于RS422/485 標(biāo)準(zhǔn)在電氣特性上非常相近，在傳輸方式上有所區(qū)別；為便于理解，下面將主要介紹應(yīng)用比較普遍的RS485 標(biāo)準(zhǔn)，并簡單介紹RS422 標(biāo)準(zhǔn)與RS485 標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)別。 RS422/485 標(biāo)準(zhǔn)RS422/485 標(biāo)準(zhǔn)的全稱為TIA/EIA422B 和TIA/EIA485 串行通訊標(biāo)準(zhǔn)。RS232 的電氣標(biāo)準(zhǔn)電平為邏輯“0”時：+3V～+15V；電平為邏輯“1”時：3V～15V；未定義區(qū)：－3V～＋3V。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(biāo)準(zhǔn)RS232 被定義為一種在低速率、近距離串行通訊的單端標(biāo)準(zhǔn)。3V177。6V發(fā)送器負(fù)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。發(fā)送器輸出信號電平(空載最大值)空載+/25V177。表 RS23RS42RS485 的區(qū)別標(biāo)準(zhǔn)RS232RS 422RS 485工作方式單端差分差分節(jié)點(diǎn)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(fù)載最小值)負(fù)載+/5V～+/15V177。基于PC 的RS23RS422 與RS485標(biāo)準(zhǔn)均采用同樣的通訊協(xié)議。RS23RS422 與RS485 標(biāo)準(zhǔn)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。為擴(kuò)展應(yīng)用范圍，EIA 又于1983 年在RS422 基礎(chǔ)上制定了RS485 標(biāo)準(zhǔn)，增加了多點(diǎn)、雙向通信能力，即允許多個發(fā)送器連接到同一條總線上，同時增加了發(fā)送器的驅(qū)動能力和沖突保護(hù)特性，擴(kuò)展了總線共模范圍，后命名為TIA/EIA485A 標(biāo)準(zhǔn)。為改進(jìn)RS232 通信距離短、速率低的缺點(diǎn)，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。RS232在1962 年發(fā)布，命名為EIA232E，作為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以保證不同廠家產(chǎn)品之間的兼容。本章將詳細(xì)介紹485 標(biāo)準(zhǔn)、通訊規(guī)約、應(yīng)用要點(diǎn)。但是，在工業(yè)控制等環(huán)境中，常會有電氣噪聲干擾傳輸線路，使用RS232 通訊時經(jīng)常因外界的電氣干擾而導(dǎo)致信號傳輸錯誤；另外，RS232 通訊的最大傳輸距離在不增加緩沖器的情況下只可以達(dá)到15 米。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。 第四章：系統(tǒng)的軟件設(shè)計，其中包括：通信協(xié)議的設(shè)計、整體程序流程、系統(tǒng)初始化、RS485總線程序設(shè)計、繼電器控制程序設(shè)計、DA輸出控制程序設(shè)計、AD采集程序設(shè)計。 第二章：介紹RS485通信協(xié)議，主要分3個方面進(jìn)行介紹：RS485標(biāo)準(zhǔn)、RS485通訊協(xié)議、RS485應(yīng)用要點(diǎn)。 本文章節(jié)安排根據(jù)研究目標(biāo),將本文分為五章，內(nèi)容作如下安排:第一章：介紹遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與控制技術(shù)研究的額背景與意義， 國內(nèi)外數(shù)據(jù)采集研究現(xiàn)狀，本文主要工作內(nèi)容。主從機(jī)系統(tǒng)框圖如下： 遠(yuǎn)程采集與控制器的系統(tǒng)框圖 主機(jī)單片機(jī)發(fā)送信號通過RS485總線傳給從機(jī),從機(jī)判斷主機(jī)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(jī)。處于設(shè)計與使用的方便考慮,主機(jī)硬件電路跟從機(jī)硬件電路采用相同的電路,只是在軟件設(shè)計上加以區(qū)分。根據(jù)系統(tǒng)的要求，主機(jī)部分需要完成的功能是讀取并顯示從機(jī)采集回來的實時數(shù)據(jù)信息，并且對從機(jī)的外設(shè)進(jìn)行控制。 總體設(shè)計本系統(tǒng)選擇RS485為系統(tǒng)的通信總線，以52單片機(jī)為控制核心，設(shè)計的目的是實現(xiàn)基于RS485總線上的數(shù)據(jù)通信與遠(yuǎn)程控制。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(jī)數(shù)量達(dá)到128臺，具強(qiáng)大的擴(kuò)展能力。 方案（二）：采用RS485標(biāo)準(zhǔn)，它采用平衡發(fā)送和差分接收方式實現(xiàn)通信：發(fā)送端將串行口的TTL電平信號轉(zhuǎn)換成差分信號A、B兩路輸出，經(jīng)過線纜傳輸之后在接收端將差分信號還原成TTL電平信號。缺點(diǎn)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。 方案（一）：采用RS232標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)點(diǎn)實現(xiàn)簡單，模塊設(shè)計相當(dāng)成熟，且成本也較低。缺點(diǎn)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(jī)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(jī)方案，最終選擇以52單片機(jī)為控制核心，來完成系統(tǒng)對信息的采集。缺點(diǎn)是PC體積都較大，且成本很高。缺點(diǎn)是只能采用貼片的封裝，但是由于工藝的原因，需要花費(fèi)大量的時間在硬件電路的制作上。 1 主機(jī)部分方案論證 根據(jù)系統(tǒng)的要求，主機(jī)需要完成的功能是讀取從機(jī)采集回來信息，并且對從機(jī)的外設(shè)進(jìn)行控制，設(shè)計了以下三個方案。各種方案都有其特點(diǎn)，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(yáng)長避短可發(fā)揮出更大的優(yōu)勢。系統(tǒng)接口簡單可靠，用途多樣，具有一定靈活性。 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(yùn)用，即如何進(jìn)行通信協(xié)議的設(shè)計；（2）采集3路節(jié)點(diǎn)信號；（3）反饋2路模擬控制量（最大輸出電壓能達(dá)到10V）；（4）2路繼電器遠(yuǎn)程控制。軟件設(shè)計部分則根據(jù)硬件模塊用C語言編寫進(jìn)行面向數(shù)據(jù)采集與控制過程的配套程序。數(shù)據(jù)采集與控制的核心部件單片機(jī)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(jī)使用的軟件。就目前國內(nèi)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集技術(shù)來說，大多是采用國外此行業(yè)類似技術(shù)和芯片，或采用一些成熟的數(shù)據(jù)通訊技術(shù)，并根據(jù)國內(nèi)需求定制和發(fā)展，許多新技術(shù)不斷出現(xiàn)和嘗試，可以說這個行業(yè)正處于一個不斷發(fā)展并完善的階段。遠(yuǎn)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。一些采用新技術(shù)的方案也僅僅限于理論探討，實際的市場實用性并不大。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(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)也較先進(jìn)，并不斷地開發(fā)新技術(shù)。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集技術(shù)在國內(nèi)外應(yīng)用普遍,研究成果很多,數(shù)據(jù)采集形式和技術(shù)各異，所達(dá)到的目標(biāo)和要求也不同?？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?，F(xiàn)階段并行總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)向高速、模塊化和即插即用方向發(fā)展。出現(xiàn)了高性能、高可靠性的單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[10]。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)生了極大的變化。軟件功能則更豐富，根據(jù)用戶需要,可編制控制