【正文】 hose management is decentralized and data collection is large, to make onthespot data acquisition bees very plicated, so remote data acquisition is a good and convenient way.This article will put forward a remote data acquisition and control method that is based on RS485 munication. Its purpose of the design is to realize threechannel data acquisition processing, twochannel data feedback device, twochannel way relay control remote control. First, this article will introduce the RS485 protocol. Then, this article will give the hardware design scheme of remote data acquisition and control system. The hardware design includes microcontroller application circuit, power supply voltage regulator circuit, AD sampling circuit and DA circuit, RS485 interface circuit and relay control circuit part of the hardware circuit design. Finally,softwareschemebedesignincludes thedesignimplementation,initialization,bus,control,outputprogram,ADprogram remote munications。其任務是對生產現場各種參數進行采集，然后送入計算機，根據不同的需要由計算機進行相應的計算和處理，得到所需的數據。在一些環(huán)境條件惡劣、異常危險的環(huán)境中，如深井、對人體危害極大強輻射空間、人體活動不便的空間，要做到現場數據綜合分析并做出現場決策，幾乎是不可能做到的。還有一些管理分散，數據采集量大的工作條件下，人到現場去采集數據就變得繁重而繁瑣了，這時，遠程數據采集就是一種非常簡單而且有效的方法[1]。近年來，大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展，計算機技術不斷地推廣應用，傳統(tǒng)的儀器儀表、數字測量技術在數據采集方面升華到一個全新的階段[2]。遠程數據采集技術，廣泛用于工業(yè)生產和民用生活，特別是智能化小區(qū)水、電、氣、暖的抄表監(jiān)控以及工業(yè)測量儀表的數據采集和監(jiān)控等方面的應用非常普遍。遠程數據采集技術發(fā)展時間不長，其發(fā)展也是伴隨著相關技術的進步才逐漸實用化，不過這一技術的應用很快發(fā)展成為一個潛力巨大、市場廣闊的產業(yè)[5]。遠程數據采集并沒有規(guī)定一個固有的模式，包括其內容和形式都不斷發(fā)展和變化。由于形式復雜和多樣，問題和實用性也比較多，許多技術目的單一，并不成系統(tǒng)。本文設計的目的是實現基于RS485總線上的數據通信與遠程控制的系統(tǒng)，利用單片機對數據采集系統(tǒng)進行控制。單片機根據采集的數據通過繼電器開關再對外部裝置進行控制。在很多行業(yè)都有較廣應用。DAS系統(tǒng)在硬件配置上的獨特要求,在進行具體結構設計時應綜合考慮各種因素以滿足用戶的需求[7，8]。20世紀90年代至今，由于集成電路制造技術的不斷提高，出現了高性能、高可靠性的單片數據采集系統(tǒng)DAS。工業(yè)計算機、單片機和大規(guī)模集成電路的組合，用軟件管理，使系統(tǒng)的成本降低，體積減小，功能成倍增加，數據處理能力大大加強。目前數據采集技術已經成為一種專門的技術，在工業(yè)領域得到了廣泛的應用，數據采集系統(tǒng)采用更先進的模塊式結構,根據不同的應用要求，通過簡單的增加和更改模塊，并結合系統(tǒng)編程，就可擴展或修改系統(tǒng)，迅速地組成一個新的系統(tǒng)[11，12]。串行總線數據采集系統(tǒng)向分布式系統(tǒng)結構和智能化方向發(fā)展。其在工業(yè)現場數據采集和控制等眾多領域得到了廣泛的應用[13]。由于形式復雜和多樣，問題和實用性也比較多，且許多技術目的單一，并不成系統(tǒng)。國外應用比較先進，普遍的主要數據采集技術有電力線載波系統(tǒng)、手持或車載式無線遙讀遙控方式、電話線數據采集系統(tǒng)、GSM(GPRS)無線數據采集等[14，15]，但國外此行業(yè)的許多技術和運行方式在國內并不適用。國內自九十年代初開始研制遠程數據系統(tǒng)，由于中國的實際國情，長期一直沒有相應的行業(yè)標準。在目前國內現有技術和現狀的情況下，參照了歐洲類似的行業(yè)標準(ModBus)，制訂了遠程數據采集的一些要求和規(guī)范，該標準規(guī)定了計量儀表數據傳輸的基本原則、接口形式及物理性能、數據鏈路、數據標識及數據安全和數據表達格式的要求，對技術的采用并沒有提出太多限制[16]。 本文主要工作內容 本論文的是對基于RS485通信的數據采集與控制器設計的研究，因此要用一個章節(jié)介紹RS485同信協(xié)議。其中硬件電路的說明應分模塊功能不同詳細說明，對于其中用到的芯片，也要加以介紹。程序設計為硬件服務，說明時畫出流程圖，以增強程序可讀性。 設計方案論證 論文設計的是一個通用、開放的系統(tǒng)方案，設計充分考慮實際應用和對現有設備的兼容性，設計的的采集模塊可以完成溫度、濕度、壓力、流量、位移、電壓、電流等模擬量的采集。在計算機技術，微電子技術和網絡技術等的迅速發(fā)展下，遠程數據采集方案也層出不窮。對于以上方案，應該說是各有優(yōu)勢，并不能對比否決某種技術方案，論文方案的選擇也僅僅是特定條件下的技術應用，以下對上述幾種方案進行分析。 方案（一）： 以ARM處理器為控制核心，優(yōu)點是系統(tǒng)外設豐富，可以節(jié)省大量的外圍設備及布線面積。 方案（二）： 以PC機為控制核心，由上位機來統(tǒng)一控制信息的采集，優(yōu)點是可以實現豐富的控制功能。 方案（三）： 以52系列單片機為控制核心，優(yōu)點是系統(tǒng)結構簡單，利于各部分功能，且成本較低、體積較小，方便安裝等。 2 通訊總線接口方案論證系統(tǒng)的要求是一臺主機，多臺從機，這就需要將主機和所有的從機全部都要連到一根總線，以滿足主機讀取從機的信息要求，至于通信方式是全雙工還是半雙工沒關系，只要主機能讀取從機采集回來的信息即可，根據以上要求，設計了以下兩個方案。非常適合點對點的通訊?，F在由于采用新的UART 芯片16C550 等，；接口使用一根信號線和一根信號返回線而構成共地的傳輸形式， 這種共地傳輸容易產生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱；傳輸距離有限，最大傳輸距離標準值為50 米，實際上也只能用在15米左右。由于傳輸線通常使用雙絞線，又是差分傳輸，所以又極強的抗共模干擾的能力，總線收發(fā)器靈敏度很高，可以檢測到低至200mV電壓。綜合以上兩個方案，本系統(tǒng)最終選擇RS485為系統(tǒng)的通信總線，這符合本系統(tǒng)的點對多點的非平衡通訊模式和遠距離傳輸模式。整個系統(tǒng)分為兩個部分：主機部分與從機部分。從機部分需要完成的功能是負責采集相關信息傳回給主機，并等待主機的控制命令。這樣，在不通過RS485總線的情況下系統(tǒng)也能進行2路繼電器開關控制、反饋2路本地模擬控制量和采集3路本地節(jié)點信號的工作，只是無法遠程通信。如此循環(huán)，達到主機對從機的控制功能。然后根據本文任務要求對系統(tǒng)方案進行論證。 第三章：系統(tǒng)的硬件設計，其中包括：單片機應用電路、AD采集電路、DA電路、RS485接口電路、繼電器控制電路的設計。 第五章：對全文進行總結，分析文章的創(chuàng)新之處與不足之處，最后提出繼續(xù)完善本設計的研究方向。在工業(yè)控制、電力通訊、智能儀表等領域中，也常常使用簡便易用的串行通訊方式作為數據交換的手段。為了解決上述問題，RS485/422 通訊方式就應運而生了。 RS232/422/485 標準RS23RS422 與RS485 最初都是由電子工業(yè)協(xié)會（EIA）制訂并發(fā)布的。RS422是由RS232 發(fā)展而來，它是為彌補RS232 之不足而提出的。RS422 是一種單機發(fā)送、多機接收的單向、平衡傳輸規(guī)范，被命名為TIA/EIA422A 標準。由于EIA 提出的建議標準都是以“RS”作為前綴，所以在通訊工業(yè)領域，仍然習慣將上述標準以RS 作前綴稱謂。但由于PC 上的串行數據通訊是通過UART 芯片(較老版本的PC 采用I8250 芯片或Z8530 芯片)來處理的，其通訊協(xié)議也規(guī)定了串行數據單元的格式（8N1 格式）：1 位邏輯0 的起始位，6/7/8 位數據位，1 位可選擇的奇(ODD)/偶(EVEN)校驗位，1/2 位邏輯1 的停止位。表格 列出了RS23RS42RS485 通訊方式的區(qū)別。177。6V177。15V10V～+10V7V～+12V接收器輸入門限177。200mV177。RS232 采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。在此區(qū)域內的信號處理將由通訊接口的RS232 收發(fā)器決定。RS422/485標準與RS232 標準不一樣，數據信號采用差分傳輸方式（Differential Driver Mode），也稱作平衡傳輸。電子工業(yè)協(xié)會（EIA）于1983 年制訂并發(fā)布RS485 標準，并經通訊工業(yè)協(xié)會（TIA）修訂后命名為TIA/EIA485A，習慣地稱之為RS485 標準。RS485 標準只規(guī)定了平衡發(fā)送器和接收器的電特性，而沒有規(guī)定接插件、傳輸電纜和應用層通信協(xié)議。 圖 RS485 發(fā)送器的示意圖 圖 RS485 接收器的示意圖 通常情況下，發(fā)送發(fā)送器A、B 之間的正電平在+2～+6V，是一個邏輯狀態(tài)；負電平在2～6V，是另一個邏輯狀態(tài)。在RS485 器件中，一般還有一個“使能”控制信號。對于接收發(fā)送器，也作出與發(fā)送發(fā)送器相對的規(guī)定，收、發(fā)端通過平衡雙絞線將AA與BB 對應相連。在接收發(fā)送器的接收平衡線上，電平范圍通常在200mV至6V 之間。定義邏輯1（正邏輯電平）為B＞A 的狀態(tài)，邏輯0為A＞B 的狀態(tài)，A、B 之間的壓差不小于200mV。 6V最小差動輸出177。 V發(fā)送器負載（歐姆）60Ω最大發(fā)送器數量32 單位負載最大接收器數量32 單位負載RS485 標準的最大傳輸距離約為1219 米，最大傳輸速率為10Mbps。平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，只有在20kbps 速率以下，才可能使用規(guī)定最長的電纜長度。一般來說，15 米長雙絞線最大傳輸速率僅為1Mbps。如果采用光電隔離方式，則通訊速率一般還會受到光電隔離器件響應速度的限制。在矩距離、或低波特率波數據傳輸時可不需終端匹配電阻，即一般在300 米以下、19200bps 不需終端匹配電阻。RS485 標準通常被用作為一種相對經濟、具有相當高噪聲抑制、相對高的傳輸速率、傳輸距離遠、寬共模范圍的通信平臺。在過去的20 年時間里，建議性標準RS485 作為一種多點差分數據傳輸的電氣規(guī)范，被應用在許多不同的領域，作為數據傳輸鏈路。但是基于在RS485 總線上任一時刻只能存在一個主機的特點，它往往應用在集中控制樞紐與分散控制單元之間[17]。由于RS485 標準是基于PC 的UART 芯片上的處理方式，因此，其通訊協(xié)議也規(guī)定了串行數據單元的格式（8N1 格式）：1 位邏輯0 的起始位，6/7/8 位數據位，1 位可選擇的奇(ODD)/偶(EVEN)校驗位，1/2 位邏輯1 的停止位。但是，這些設備采用的用戶層協(xié)議(術語參考自OSI 的7 層結構)都不相同；這些設備之間并不可以直接連接通訊。下面將分別對ModBus 協(xié)議(RTU 模式)、多功能電能表通訊規(guī)約(DL/T6451997)進行簡單介紹。關于詳細的ModBus 協(xié)議，用戶可以從ModBusIDA 協(xié)會 () 網站下載具體的內容。查詢：查詢消息中的功能代碼告之被選中的從設備要執(zhí)行何種功能。例如功能代碼03 是要求從設備讀保持寄存器并返回它們的內容。錯誤檢測域為從設備提供了一種驗證消息內容是否正確的方法。數據段包括了從設備收集的資料：象寄存器值或狀態(tài)。錯誤檢測域允許主設備確認消息內容是否可用。這種方式的主要優(yōu)點是：在同樣的波特率下，可比ASCII 方式傳送更多的數據。在網絡波特率下多樣的字符時間，這是最容易實現的(如圖 124 的T1T2T3T4 所示)?？梢允褂玫膫鬏斪址鞘M制的0...9,A...F。當第一個域（地址域）接收到，每個設備都進行譯碼以判斷是否發(fā)往自己的。一個新的消息可在此停頓后開始。 個字符時間的停頓，接收設備將刷新不完整的消息并假定下一字節(jié)是一個新消息的地址域。這將導致一個錯誤，因為在最后的CRC 域的值不可能是正確的。當Modbus 協(xié)議用于更高水平的網絡，廣播可能不允許或以其它方式代替。對正常響應，從設備僅響應相應的功能代碼。例如：從一個主設備發(fā)往從設備的消息要求讀一組保持寄存器，將產生如下功能代碼：0 0 0 0 0 0 1 1 （十六進制03H）對正常響應，從設備僅響應同樣的功能代碼。主設備應用程序得到異議響應后，典型的處理過程是重發(fā)消息，或者診斷發(fā)自從設備的消息并報告給操作員。這包括了象不連續(xù)的寄存器地址，要處理項的數目，域中實際數據字節(jié)數。如果主設備寫一組從設備的寄存器（功能代碼10 十六進制），數據域則指明了要寫的起始寄存器以及要寫的寄存器數量，數據域的數據字節(jié)數，要寫入寄存器的數據。0D0D1D2D3D4D5D6D7P1起始位0 8位數據D0～D7 偶校驗位 停止位1 傳送方向從低到高位，一個起始位、一個停止位、一個偶校驗位、8 位數據位，總