【正文】 、樓宇等領(lǐng)域使用。RS485 串口通信實(shí)現(xiàn)了主機(jī)對(duì)從機(jī)的監(jiān)控和控制。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一套完整的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)控系統(tǒng)，每個(gè)從機(jī)都能實(shí)時(shí)對(duì)環(huán)境周圍的溫度采集，并且將所采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給主機(jī)；而主機(jī)可以對(duì)接收到的每個(gè)從機(jī)所發(fā)送的信息進(jìn)行相應(yīng)的處理，并且向所需要控制的從機(jī)發(fā)送相應(yīng)的命令。編號(hào)： 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)題 目： 基于 RS485 總線的遠(yuǎn)程 溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 題目類型： 理論研究 實(shí)驗(yàn)研究 √ 工程設(shè)計(jì) 工程技術(shù)研究 軟件開(kāi)發(fā)2022 年 6 月 10 日 第 I 頁(yè) 共 Ⅱ 頁(yè)摘 要控制領(lǐng)域中的分布式監(jiān)控系統(tǒng)具有節(jié)點(diǎn)多、傳輸距離遠(yuǎn)以及現(xiàn)場(chǎng)工作條件惡劣等特點(diǎn)，因此需要一種能夠支持多節(jié)點(diǎn)、遠(yuǎn)距離通信以及傳輸信號(hào)安全可靠的總線構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)。本文給出的一種基于 RS485 總線的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)溫度的方法，具體介紹了RS485 總線的通信原理、串行通信原理、監(jiān)控系統(tǒng)的組成和功能電路模塊，并且著重介紹了 RS485 總線的特點(diǎn)和通信協(xié)議的設(shè)計(jì)，電路連接和通信軟件的設(shè)計(jì)方法。本系統(tǒng)應(yīng)用 STC89C52 單片機(jī)完成數(shù)據(jù)的采集、處理、對(duì)所采集到的溫度進(jìn)行處理和對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸進(jìn)行處理，通過(guò)矩陣鍵盤輸入命令，并用 LCD12864 液晶屏顯示實(shí)時(shí)狀態(tài)、設(shè)定信息和所采集到的溫度。通過(guò)硬件和軟件的聯(lián)合調(diào)試證明，系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)溫度采集，并對(duì)溫度超出范圍時(shí)進(jìn)行了處理，由于使用的是 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器進(jìn)行溫度采集，使所采集到的溫度的精確度也比較好。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；數(shù)字溫度傳感器 DS18B20；液晶顯示；RS485 總線；串行通信 第 II 頁(yè) 共 Ⅱ 頁(yè)AbstractControl the field of distributed control system with multiple nodes, transmission distance and onsite working conditions and other characteristics，Therefore,it needs a bus which with multinode support, remote munications, and signal transmission of safe and reliable to form work. This paper presented a method which based on RS485 bus to remote monitoring of the realtime temperature, detailed description of the RS485 bus munication theory, serial munication theory, control system ponents and functions of circuit module., and emphatically introduced the characteristics of the RS485 bus and the design of munication protocols, circuit connection and munication software design. On this basis designed a plete set of remote temperature monitoring system, each slave can realtime capture the temperature which around of the environmental , and the data collected will be sent to the host。 Digital Temperature Sensors DS18B20。 RS485 bus。單片機(jī)以其體積小、面向控制、高性價(jià)比等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)領(lǐng)域中扮演著重要角色。在測(cè)試領(lǐng)域，想要構(gòu)建一個(gè)較大規(guī)模的測(cè)試系統(tǒng)，都不可避免地采用包括 PC、單片機(jī)和其他測(cè)試設(shè)備在內(nèi)的多機(jī)系統(tǒng)。并行通信只適用于近距離的通信，而串行通信適用于遠(yuǎn)距離的通信。MCS51 系列單片機(jī)的串行口工作模式 2 和模式 3 可實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信。在這樣的分布式系統(tǒng)中，可以使用 RS232 總線連接 PC 和單片機(jī)，但由于 RS232 總線標(biāo)準(zhǔn)存在傳輸速率慢、傳輸距離短的缺點(diǎn)，很多時(shí)候無(wú)法滿足工業(yè)應(yīng)用中多機(jī)系統(tǒng)的通信要求，因此實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常使用的是 RS485 總線標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，最大傳輸速率和最大傳輸距離也大大提高。在多機(jī)通信中，最重要的是保證通信有條不紊的進(jìn)行，因此不僅需要完整的電路設(shè)計(jì)，還需要有嚴(yán)格的通信協(xié)議和完善的通信軟件。畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的是了解基本電路設(shè)計(jì)的流程，豐富自己的知識(shí)和理論，鞏固所學(xué)的知識(shí)，提高自己的動(dòng)手能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，從而具備一定的設(shè)計(jì)能力。理解單片機(jī)的接口技術(shù)，中斷技術(shù)，存儲(chǔ)方式，時(shí)鐘方式和控制方式，這樣才能更好的利用單片機(jī)來(lái)做有效的設(shè)計(jì)。主機(jī)部分根據(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(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。系統(tǒng)框圖如下圖 所示： 圖 主控機(jī)系統(tǒng)框圖從機(jī)部分從機(jī)部分負(fù)責(zé)采集相關(guān)信息，等待主機(jī)的控制命令，并可以根據(jù)實(shí)際需要更改從機(jī)地址。以 52 單片機(jī)為核心，溫度傳感器采用 DS18B20。方案（一）： 以 ARM 處理器為控制核心，優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)外設(shè)豐富，可以節(jié)省大量的外圍設(shè)備及布線面積。方案（二）： 以 PC 機(jī)為控制核心，由上位機(jī)來(lái)統(tǒng)一控制信息的采集，優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)豐富的控制功能。方案（三）： 以 52 系列單片機(jī)為控制核心，優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，利于各部分功能，且成本較低、體積較小，方便安裝等。 從機(jī)部分方案論證從機(jī)部分需要完成各種信息的采集以及簡(jiǎn)單的對(duì)采集回來(lái)的信息進(jìn)行處理，根據(jù)這些要求，設(shè)計(jì)了以下幾個(gè)方案。但熱敏電阻的可靠性差、測(cè)量溫度準(zhǔn)確率低，而且必須經(jīng)過(guò)專門的接口電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后才能由單片機(jī)進(jìn)行處理。方案（二）：用 DS18B20 溫度傳感器來(lái)采集溫度，DS18B20 作為一種數(shù)字化溫度傳感器，DS18B20 測(cè)溫時(shí)無(wú)需任何外部元件，可直接輸出 9～12 位(含符號(hào)位)的被測(cè)溫度值，測(cè)溫范圍為55～ +125℃；在1O～+85℃ 范圍內(nèi)測(cè)量精度為177。綜合以上兩個(gè)從機(jī)方案，最終選擇以 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器進(jìn)行溫度的采集。 第 4 頁(yè) 共 58 頁(yè)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。 第 5 頁(yè) 共 58 頁(yè)3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)電路，使用軟硬件結(jié)合的方式。其中主控機(jī)由供電電路、單片機(jī)應(yīng)用電路、鍵盤控制電路、液晶顯示電路、輸入接口電路和報(bào)警電路等組成。 主控機(jī)電路設(shè)計(jì)該主控機(jī)主要是使用單片機(jī)進(jìn)行控制，通過(guò)液晶顯示屏對(duì)相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示。主控機(jī)的具體電路原理圖見(jiàn)附錄 A。它即協(xié)調(diào)整機(jī)工作，又是數(shù)據(jù)處理器，是軟硬件系統(tǒng)連接的橋梁。按鍵的信號(hào)控制單片機(jī)的相應(yīng)端口，再由各判斷語(yǔ)句選擇執(zhí)行的功能。本系統(tǒng)中對(duì)其外圍電路的接口的設(shè)計(jì)如圖 所示。其中 10K 的電阻用于做上拉電阻，增強(qiáng)單片機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力，這個(gè)電阻值可以變化，但是不能太小，太小的話單片機(jī)承受不了，太大會(huì)減弱驅(qū)動(dòng)能力；P1 口用來(lái)連接外部按鍵，主要是構(gòu)成一個(gè) 4X4 的矩陣鍵盤，其中 是行控制， 是列控制。 為串口發(fā)送與接收端口， 為地址輸入驅(qū)動(dòng)的控制端口， 為接收器輸出使能端口， 為驅(qū)動(dòng)器輸出使能端口。該器件采用 ATMEL 搞密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51 指令集和輸出管腳相兼容。ALE/PROG(Pin30)：地址鎖存允許信號(hào)PSEN(Pin29)：外部存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)EA/VPP(Pin31)：程序存儲(chǔ)器的內(nèi)外部選通，接低電平從外部程序存儲(chǔ)器讀指令，圖 STC89C52 引腳圖 第 7 頁(yè) 共 58 頁(yè)如果接高電平則從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器讀指令。PO 口（Pin39～Pin32）：8 位雙向 I/O 口線，名稱為 ～P1 口（Pin1～Pin8）：8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口線，名稱為 ～ P2 口（Pin21～Pin28）：8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口線，名稱為 ～ P3 口（Pin10～Pin17）：8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口線，名稱為 ～STC89C52 主要功能如表 所示。本系統(tǒng)采用的是HJ12864M1 液晶屏來(lái)顯示所采集到的實(shí)時(shí)溫度信息和按鍵處理時(shí)的具體操作的顯示。在本系統(tǒng)中液晶每屏可以顯示 4 行 8 列共 32 個(gè) 16x16 點(diǎn)陣的漢字，每個(gè)顯示 RAM 可顯示 1 個(gè)中文字符或 2 個(gè) 16x8 點(diǎn)陣全高 ASCII 碼字符，即每一屏最多可實(shí)現(xiàn) 32 個(gè)中文字符或 64 個(gè) ASCII 碼字符的顯示。市場(chǎng)上銷售的 LCD，其背面含有驅(qū)動(dòng)和控制電路，有專門的 IC 來(lái)完成 LCD 的動(dòng)作控制，在設(shè)計(jì) LCD 的接口電路中，只要送入適當(dāng)?shù)拿? 第 8 頁(yè) 共 58 頁(yè)碼和要顯示的數(shù)據(jù)，LCD 便會(huì)將其字符顯示出來(lái)，在過(guò)程控制上非常方便。帶中文字庫(kù)的 12864 是一種具有 4位/8 位并行、2 線或 3 線串行多種接口方式，內(nèi)部含有國(guó)標(biāo)一級(jí)、二級(jí)簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的點(diǎn)陣圖形液晶顯示模塊；其顯示分辨率為 12864, 內(nèi)置 8192 個(gè) 16*16 點(diǎn)漢字，和128 個(gè) 16*8 點(diǎn) ASCII 、方便的操作指令，可構(gòu)成全中文人機(jī)交互圖形界面。由該模塊構(gòu)成的液晶顯示方案與同類型的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊相比，不論硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序都要簡(jiǎn)潔得多，且該模塊的價(jià)格也略低于相同點(diǎn)陣的圖形液晶模塊。12864的主要技術(shù)參數(shù)和性能：：VDD:+5V：128（列）X64（行）點(diǎn)。 ROM 總共提供8192個(gè)漢字（16X16 點(diǎn)陣）。RS,R/W 的配合選擇決定控制界面的 4 種模式如下表 ：表 RS,R/W 的配合控制界面的模式RS R/W 功能說(shuō)明L L MPU 寫指令到指令暫存器（IR）L H 讀出忙標(biāo)志（BF）及地址計(jì)數(shù)器（AC）的狀態(tài)H L MPU 寫入數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)暫存器（DR）H H MPU 從數(shù)據(jù)暫存器（DR）中讀出數(shù)據(jù)H H MPU 從數(shù)據(jù)暫存器（DR）中讀出數(shù)據(jù)模塊的外部接口：外部接口信號(hào)如下表 所示，（串行接口 PCB 上的 PS 鏈接到 S 端）。5 R/W H/L R/W=“H”，E=“H”，數(shù)據(jù)被督導(dǎo)DB7~DB0R/W=“l(fā)”，E=“H→L”,DB7~DB0 的數(shù)據(jù)被寫到 IR 或DR6 E H/L 使能信號(hào)7 DB0 H/L 數(shù)據(jù)線8 DB1 H/L 數(shù)據(jù)線9 DB2 H/L 數(shù)據(jù)線10 DB3 H/L 數(shù)據(jù)線11 DB4 H/L 數(shù)據(jù)線12 DB5 H/L 數(shù)據(jù)線13 DB6 H/L 數(shù)據(jù)線14 DB7 H/L 數(shù)據(jù)線15 PSB 串并口選擇16 NC 空腳17 RST 復(fù)位腳（低電平有效）18 VOUT 倍壓輸出腳19 LEDA 背光電源正極（5V）20 LEDK 背光電源負(fù)極（0V） 報(bào)警電路設(shè)計(jì) 該部分主要是對(duì)所采集到的溫度指標(biāo)來(lái)做出相應(yīng)的回應(yīng)，主要是通過(guò)中斷來(lái)完成。設(shè)置為高電平時(shí)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，即當(dāng) 為高電平時(shí)，三極管（9013）工作，此時(shí)三極管的集電極為低電平，這樣就驅(qū)動(dòng)了蜂鳴器。具體的電路原理圖如下圖 所示： 第 11 頁(yè) 共 58 頁(yè)圖 報(bào)警電路原理圖 鍵盤控制電路設(shè)計(jì)鍵盤是一組按鍵的集合，它是最常用的單片機(jī)輸入設(shè)備。鍵盤上閉合鍵的識(shí)別是由專用硬件實(shí)現(xiàn)的，稱為編碼鍵盤，靠軟件實(shí)現(xiàn)的稱為非編碼鍵盤。矩陣式鍵盤，也即通常所說(shuō)的行列式鍵盤，由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點(diǎn)上，行、列分別連接到按鍵開(kāi)關(guān)的兩端，行線通過(guò)上拉電阻接到高電平。如果列線電平低，則行線電平為低；如果列線電平高，則行線電平也為高。由于矩陣鍵盤中行、列線是多鍵共用的，各按鍵均影響該鍵所在行和列的電平，所以必須將行列線信號(hào)配合起來(lái)作適當(dāng)?shù)靥幚?，才能確定閉合鍵所在的位置。本系統(tǒng)采用的是 4x4 矩陣式鍵盤，具體原理圖如圖 所示。如果采用每個(gè)按鍵接一根控制線，那么要 16 根控制線，這樣的設(shè)計(jì)就浪費(fèi)了單片機(jī)的很多 I/O