【正文】 .............................................. 28 3 路 AD 轉(zhuǎn)換電路 .......................................................................................... 28 本章小結(jié) ........................................................................................................ 29 4 基于 RS485 通信遠(yuǎn)程采集與控制器的軟件設(shè)計(jì) ................................................. 30 通信協(xié)議的設(shè)計(jì) ............................................................................................ 30 主程序流程 .................................................................................................... 32 主機(jī)主程序流程 .................................................................................. 32 從機(jī)主程序流程 .................................................................................. 36 系統(tǒng)初始化 ..................................................................................................... 41 主機(jī)系統(tǒng)初始化 .................................................................................. 41 從機(jī)系統(tǒng)初始化 .................................................................................. 43 RS485 總線的程序設(shè)計(jì) ................................................................................. 45 繼電器控制程序的設(shè)計(jì) ................................................................................ 46 2 路 DA 輸出控制程序設(shè)計(jì) .......................................................................... 46 3 路 AD 采集 程序設(shè)計(jì) .................................................................................. 47 本章小結(jié) ........................................................................................................ 50 5 總結(jié)與展望 .............................................................................................................. 51 總結(jié) ................................................................................................................ 51 展望 ................................................................................................................ 51 謝 辭 .......................................................................................................................... 53 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 54 附件一 電路原理圖 .................................................................................................... 56 附件二 PCB 圖 ........................................................................................................... 59 南華大學(xué)船山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 1 頁(yè) 共 59 頁(yè) 1 緒 論 研究的背景與意義 數(shù)據(jù)采集與控制技術(shù)是信息科學(xué)的重要分支之一，它研究數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、處理以及控制等問(wèn)題。與此同時(shí)，將計(jì)算得到的數(shù)據(jù)按要求進(jìn)行顯示并判斷作 出決定，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)某些物理量的監(jiān)視控制。在這些環(huán)境中，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)有著其巨大優(yōu)勢(shì)。由此可見(jiàn)，對(duì)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的采集和控制方面的研究是非常有必要的。而隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)越來(lái)越趨向數(shù)字化、智能化、遠(yuǎn)距離方向發(fā)展。它結(jié)合了計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信和自動(dòng)化管理等現(xiàn)代化技術(shù)，并不斷融合更多更新的通信技術(shù) [3， 4]。 目前國(guó)內(nèi)外采用的數(shù)據(jù)采集方案和運(yùn)行方式多種多樣，其所達(dá)到的目的和要求也不同。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集技術(shù)在國(guó)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 [6]。 南華大學(xué)船山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2 頁(yè) 共 59 頁(yè) 論文的目標(biāo)是設(shè)計(jì)一個(gè)當(dāng)前在國(guó)內(nèi)的實(shí)際狀況下通用、開(kāi)放的系統(tǒng)，因此采用了通用的標(biāo)準(zhǔn)去設(shè)計(jì)方案。 可采集脈沖或電壓、電流、溫度等信號(hào) ,即采集現(xiàn)場(chǎng)各種儀表數(shù)據(jù)信號(hào)，送給單片機(jī)的處理。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) (DataAcquisitionSysteln)簡(jiǎn)稱(chēng) DAS 系統(tǒng) ,是對(duì)工業(yè)過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算、顯示、儲(chǔ)存及各種控制的裝置。過(guò)程對(duì)象需檢測(cè)的參數(shù)經(jīng)轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換成可測(cè)數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)轉(zhuǎn)換器變換成單片機(jī)、計(jì)算機(jī)能處理的信號(hào)，再送入系統(tǒng)的 I/O 模塊， I/O 模塊也可設(shè)計(jì)成直接接收現(xiàn)場(chǎng)來(lái)的電壓、電流、電阻或脈 沖信號(hào)，經(jīng)過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)由中央處理器處理。 軟件功能則更豐富，根據(jù)用戶(hù)需要 ,可編制控制和服務(wù)程序 ,如操作指導(dǎo)、統(tǒng)計(jì)分析等、實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)或即時(shí)打印或通信 [9]。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)生了極大的變化。出現(xiàn)了高性能、高可靠性的單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) [10]。 現(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?？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(wú)線和光纖，所以其技術(shù)得到了不斷發(fā) 展和完善。 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集技術(shù)在國(guó)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。 國(guó)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(kāi)發(fā)新技術(shù)。一些采用新技術(shù)的方案也僅僅限于理論探討，實(shí)際的市場(chǎng)實(shí)用性并不大。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品市場(chǎng)廣闊 ,發(fā)展?jié)摿艽?,到現(xiàn)在各種產(chǎn)品種類(lèi)繁多 ,形式復(fù)雜 ,缺少一個(gè)統(tǒng)一的規(guī)范。就目前國(guó)內(nèi)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集技術(shù)來(lái)說(shuō)，大多是采用國(guó)外此行業(yè)類(lèi)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(guó)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(shuō)這個(gè)行業(yè)正處于一個(gè)不斷發(fā)展并完善的階段。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(jì)好以后還要分別設(shè)計(jì)配合主從機(jī)使用的軟件。軟件設(shè)計(jì)部分則根據(jù)硬件模塊用 C 語(yǔ)言編寫(xiě)進(jìn)行面向數(shù)據(jù)采集與控制過(guò)程的配套程序。 工作安排流程圖如下： 南華大學(xué)船山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 4 頁(yè) 共 59 頁(yè) 圖 工作安排流程圖 系統(tǒng)分析 任務(wù)要求 （ 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(jì)； （ 2） 采集 3 路節(jié)點(diǎn)信號(hào)； （ 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。系統(tǒng)接口簡(jiǎn)單可靠，用途多樣，具有一定靈活性。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(zhǎng)避短可發(fā)揮出更大的優(yōu)勢(shì)。 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(lái)信息，并且對(duì)從機(jī)的外設(shè)進(jìn)行控制，設(shè)計(jì)了以下三個(gè)方案。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(shí)間在硬件電路的制作上。缺點(diǎn)是 PC 體積都較大，且成本很高。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(gè)主機(jī)方案，最終選擇以 52 單片機(jī)為控制核心，來(lái)完成系統(tǒng)對(duì)信息的采集。 方案（一）：采用 RS232 標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，模塊設(shè)計(jì)相當(dāng)成熟，且成本也較低。缺點(diǎn)是：接口的信號(hào)電平值較高，易損壞接口電路的芯片，又因?yàn)榕c 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(shí)，波特率為 20Kbps。 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(shí)現(xiàn)通信：發(fā)送端將串行口的 TTL 電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成差分信號(hào) A、 B 兩路輸出，經(jīng)過(guò)線纜傳輸之后在接收端將差分信號(hào)還原成 TTL 電平信號(hào)。故傳輸信號(hào)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(tái)，具強(qiáng)大的擴(kuò)展能力。 總體設(shè)計(jì) 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(jì)的目的是實(shí)現(xiàn)基于 RS485 總線上的數(shù)據(jù)通信與遠(yuǎn)程控制。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(lái)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息 ，并且對(duì)從機(jī)的外設(shè)進(jìn)行控制。處于設(shè)計(jì)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(jì)上加以區(qū)分。 主從機(jī)系統(tǒng)框圖如下： 南華大學(xué)船山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 7 頁(yè) 共 59 頁(yè) 圖 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(hào)通過(guò) RS485 總線傳給從機(jī) ,從機(jī)判斷主機(jī)發(fā)過(guò)來(lái)信息再通過(guò)繼電器控制電路控制 AD 電路和 DA 電 路工作，最后又通過(guò) RS485 總線傳回信息給主機(jī)。 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(guó)內(nèi)外數(shù)據(jù)采集研究現(xiàn)狀，本文主要工作內(nèi)容。 第二章：介紹 RS485 通信協(xié)議，主要分 3 個(gè)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)。 第四章：系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，其中包括：通信協(xié)議的設(shè)計(jì)、整體程序流程、系統(tǒng)初始化、 RS485 總線程序設(shè)計(jì)、繼電器控制程序設(shè)計(jì)、 DA 輸出控制程序設(shè)計(jì)、AD 采集程序設(shè)計(jì)。 南華大學(xué)船山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 8 頁(yè) 共 59 頁(yè) 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(shí)現(xiàn)串行通訊。但 是，在工業(yè)控制等環(huán)境中，常會(huì)有電氣噪聲干擾傳輸線路，使用 RS232 通訊時(shí)經(jīng)常因外界的電氣干擾而導(dǎo)致信號(hào)傳輸錯(cuò)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。本章將詳細(xì)介紹 485 標(biāo)準(zhǔn)、通訊規(guī)約、應(yīng)用要點(diǎn)。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。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(zhǎng)到 4000 英尺（速率低于 100kbps 時(shí)），并允許在一條平衡總線上連接最多 10 個(gè)接收器。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(gè)發(fā)送器連接到同一條總線上，同時(shí)增加了發(fā)送器的驅(qū)動(dòng)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)。 RS23 RS422 與 RS485 標(biāo)準(zhǔn)只對(duì)接口的電氣特