【正文】 方案，設(shè)計(jì)充分考慮實(shí)際應(yīng)用和對(duì)現(xiàn)有設(shè)備的兼容性，設(shè)計(jì)的的采集模塊可以完成溫度、濕度、壓力、流量、位移、電 開(kāi)始 閱讀資料，可行性分析 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) 硬件設(shè)計(jì) 硬件各部分分別設(shè)計(jì) 軟件整體設(shè)計(jì) 軟件各部分分別設(shè)計(jì) 化函數(shù) 軟硬件調(diào)試 結(jié)束 南華大學(xué)船山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 5 頁(yè) 共 59 頁(yè) 壓、電流等模擬量的采集。 在計(jì)算機(jī)技術(shù)，微電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的迅速發(fā)展下，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集方案也層出不窮。對(duì)于以上方案，應(yīng)該說(shuō)是各有優(yōu)勢(shì)，并不能對(duì)比否決某種技術(shù)方案，論文方案的選擇也僅僅是特定條件下的技術(shù)應(yīng)用，以下對(duì)上述幾種方案進(jìn)行分析。 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。 2 通訊總線接口方案論證 系統(tǒng)的要求是一臺(tái)主機(jī)，多臺(tái)從機(jī)，這就需要將主機(jī)和所有的從機(jī)全部都要連到一根總線，以滿足主機(jī)讀取從機(jī)的信息要求，至于通信方式是全雙工還是半雙工沒(méi)關(guān)系，只要主機(jī)能讀取從機(jī)采集回來(lái)的信息即可，根據(jù)以上要求，設(shè)計(jì)了以下兩個(gè)方案。非常適合點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通訊?，F(xiàn)在由于采用新的 UART 南華大學(xué)船山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 6 頁(yè) 共 59 頁(yè) 芯片 16C550 等，波特率達(dá)到 ；接口使用一根信號(hào)線和一根信號(hào)返回線而構(gòu)成共地的傳輸形式， 這種共地傳輸容易產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)值為 50 米，實(shí)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(qiáng)的抗共模干擾的能力，總線收發(fā)器靈敏度很高，可以檢測(cè)到低至 200mV 電壓，最高的通訊高達(dá) 。 綜合以上兩個(gè)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(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的非平衡通訊模式和 遠(yuǎn)距離傳輸模式。整個(gè)系統(tǒng)分為兩個(gè)部分：主機(jī)部分與從機(jī)部分。從機(jī)部分需要完成的功能是負(fù)責(zé)采集相關(guān)信息傳回給主機(jī)，并等待主機(jī)的控制命令。這樣，在不通過(guò) RS485 總線的情況 下系統(tǒng)也能進(jìn)行 2 路繼電器開(kāi)關(guān)控制、 反饋 2路本地模擬控制量和采集 3路本地節(jié)點(diǎn)信號(hào)的工作，只是無(wú)法遠(yuǎn)程通信。如此循環(huán)，達(dá)到主機(jī)對(duì)從機(jī)的控制功能。然后根據(jù)本文任務(wù)要求對(duì)系統(tǒng)方案進(jìn)行論證。 第三章：系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，其中包括： 單片機(jī)應(yīng)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(shè)計(jì)。 第五章：對(duì)全文進(jìn)行總 結(jié)，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(shè)計(jì)的研究方向。在工業(yè)控制、電力通訊、智能儀表等領(lǐng)域中，也常常使用簡(jiǎn)便易用的串行通訊方式作為數(shù)據(jù)交換的手段。為了解決上述問(wèn)題， RS485/422 通訊方式就應(yīng)運(yùn)而生了。 RS232/422/485 標(biāo)準(zhǔn) RS23 RS422 與 RS485 最初都是由電子工業(yè)協(xié)會(huì)（ EIA）制訂并發(fā)布的。 RS422是由 RS232 發(fā)展而來(lái)，它是為彌補(bǔ) RS232 之不足而提出的。 RS422 是一種單機(jī)發(fā)送、多機(jī)接收的單向、平衡傳輸規(guī)范，被命名為 TIA/EIA422A 標(biāo)準(zhǔn)。由于 EIA 提出的建議標(biāo)準(zhǔn)都是以 “RS” 作為前綴，所以 在通訊工業(yè)領(lǐng)域，仍然習(xí)慣將上述標(biāo)準(zhǔn)以 RS 作前綴稱謂。但由于 PC 上的串行數(shù)據(jù)通訊是通過(guò) UART 芯片 (較老版本的 PC 采用 I8250 芯片或 Z8530 芯片 )來(lái)處理的，其通訊協(xié)議也規(guī)定了串行數(shù)據(jù)單元的格式（ 8N1 格式）： 1 位邏輯 0 的起始位， 6/7/8 位數(shù)據(jù)位， 1 位可選擇的奇 (ODD)/偶 (EVEN)校驗(yàn)位， 1/2 位邏輯 1 的停止位。 表格 列出了 RS23 RS42 RS485 通訊方式的區(qū)別。 177。6V 177。15V 10V～ +10V 7V～ +12V 接收器輸入門限 177。200mV 177。 RS232 采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。在此區(qū)域內(nèi)的信號(hào)處理將由通訊接口的 RS232 收發(fā)器決定。RS422/485 標(biāo)準(zhǔn)與 RS232 標(biāo) 準(zhǔn) 不 一樣 ， 數(shù)據(jù) 信 號(hào) 采用 差 分 傳輸 方 式南華大學(xué)船山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 10 頁(yè) 共 59 頁(yè) （ Differential Driver Mode），也稱作平衡傳輸。 電子工業(yè)協(xié)會(huì)（ EIA）于 1983 年制訂并發(fā)布 RS485 標(biāo)準(zhǔn)，并經(jīng)通訊工業(yè)協(xié)會(huì)（ TIA）修訂后命名為 TIA/EIA485A，習(xí)慣地稱之為 RS485 標(biāo)準(zhǔn)。 RS485 標(biāo)準(zhǔn)只規(guī)定了平衡發(fā)送器和接收器的電特性，而沒(méi)有規(guī)定接插件、傳輸電纜和應(yīng)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(gè)邏輯狀態(tài)；負(fù)電平在 2～ 6V，是另一個(gè)邏輯狀態(tài)。在 RS485 器件中，一般還有一個(gè) “ 使能 ” 控制信號(hào)。 對(duì)于接收發(fā)送器，也作出與發(fā)送發(fā)送器相對(duì)的規(guī)定，收、發(fā)端通過(guò)平衡雙絞線將 AA與 BB 對(duì)應(yīng)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(dòng)輸出 177。 V 發(fā)送器負(fù)載（歐姆） 60Ω 最大發(fā)送器數(shù)量 32 單位負(fù)載 最大接收器數(shù)量 32 單位負(fù)載 RS485 標(biāo)準(zhǔn)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(zhǎng)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(zhǎng)的電纜長(zhǎng)度。一般來(lái) 說(shuō)， 15 米長(zhǎng)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(huì)受到光電隔離器件響應(yīng)速度的限制。在矩距離、或低波特率波數(shù)據(jù)傳輸時(shí)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(biāo)準(zhǔn)通常被用作為一種相對(duì)經(jīng)濟(jì)、具有相當(dāng)高噪聲抑制、相對(duì)高的傳輸速率、傳輸距離遠(yuǎn)、寬共模范圍的通信平臺(tái)。 在過(guò)去的 20 年時(shí)間里，建議性標(biāo)準(zhǔn) RS485 作為一種多點(diǎn)差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)碾姎庖?guī)范，被應(yīng)用在許多不同的領(lǐng)域，作為數(shù)據(jù)傳輸鏈路。但是基于在 RS485 總線上任一時(shí)刻只能存在一個(gè)主機(jī)的特點(diǎn)，它往往應(yīng)用在集中控制樞紐與分散控制單元之間 [17]。由于RS485 標(biāo)準(zhǔn)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(shù)據(jù)單元的格式（ 8N1 格式）： 1 位邏輯 0 的起始位， 6/7/8 位數(shù)據(jù)位，1 位可選擇的奇 (ODD)/偶 (EVEN)校驗(yàn)位， 1/2 位邏輯 1 的停止位。但是，這些設(shè)備采用的用戶層協(xié)議 (術(shù)語(yǔ)參考自 OSI 的 7 層結(jié)構(gòu) )都不相同；這些設(shè)備之間并不可以直接連接通訊。 下面將分別對(duì) ModBus 協(xié)議 (RTU 模式 )、 多 功 能電 能 表 通 訊 規(guī) 約(DL/T6451997)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。關(guān)于詳細(xì)的 ModBus 協(xié)議，用戶可以從 ModBusIDA 協(xié)會(huì) () 網(wǎng)站下載具體的內(nèi)容。 查詢： 查詢消息中的功能代碼告之被選中的從設(shè)備要執(zhí)行何種功能。例如功能代碼 03 是要求從設(shè)備讀保持寄存器并返回它們的內(nèi)容。錯(cuò)誤檢測(cè)域?yàn)閺脑O(shè)備提供了一種驗(yàn)證消息內(nèi)容是否正確的方法。數(shù)據(jù)段包括了從設(shè)備收集的資料：象寄存器值或狀態(tài)。錯(cuò)誤檢測(cè)域允許主設(shè)備確認(rèn)消息內(nèi)容是否可用。這種方式的主要優(yōu)點(diǎn)是：在同樣的波特率下，可比 ASCII 方式傳送更多的數(shù)據(jù)。在網(wǎng)絡(luò)波特率下多樣的字符時(shí)間，這是最容易實(shí)現(xiàn)的 (如圖 124 的 T1T2T3T4 所示 )?？梢允褂玫膫鬏斪址鞘M(jìn)制的0...9,A...F。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)域（地址域）接收到，每個(gè)設(shè)備都進(jìn)行譯碼以判斷是否發(fā)往自己的。一個(gè)新的消息可在此停頓后開(kāi)始。如果在 幀完成之前有超過(guò) 個(gè)字符時(shí)間的停頓，接收設(shè)備將刷新不完整的消息并假定下一字節(jié)是一個(gè)新消息的地址域。這將導(dǎo)致一個(gè)錯(cuò)誤，因?yàn)樵谧詈蟮?CRC 域的值不可能是正確的。當(dāng) Modbus 協(xié)議用于更高水平的網(wǎng)絡(luò)，廣播可能不允許或以其它方式代替。對(duì)正常響應(yīng)，從設(shè)備僅響應(yīng)相應(yīng)的功能代碼。 例如：從一個(gè)主設(shè)備發(fā)往從設(shè)備的消息要求讀一組保持寄存器，將產(chǎn)生如下功能代碼： 0 0 0 0 0 0 1 1 （十六進(jìn)制 03H） 對(duì)正常響應(yīng)，從設(shè)備僅響應(yīng)同樣的功能代碼。 主設(shè)備應(yīng)用程序得到異議響應(yīng)后，典型的處理過(guò)程是重發(fā)消息，或者診斷發(fā)自從設(shè)備的消息并報(bào)告給操作員。這包括了象不連續(xù)的寄存器地址，要處理項(xiàng)的數(shù)目，域中實(shí)際數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)。如果主設(shè)備寫一組從設(shè)備的寄存器（功能代碼 10 十六進(jìn)制），數(shù)據(jù)域則指明了要寫的起始寄存器以及要寫的寄存器數(shù)量，數(shù)據(jù)域的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)，要寫入寄存器的數(shù)據(jù)。 0 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 P 1 起始位 0 8位數(shù)據(jù) D0～ D7 偶校驗(yàn)位 停止位 1 傳送方向從低到高位，一個(gè)起始位、一個(gè)停止位、一個(gè)偶校驗(yàn)位、 8 位數(shù)據(jù)位，總共 11位。 命令碼：執(zhí)行操作的依據(jù)。 前導(dǎo)字節(jié)：在發(fā)送信息之前，發(fā)送 1 個(gè)或多個(gè)字節(jié) FEH，以喚醒接收方。 RS485 應(yīng)用要點(diǎn) 1 合理選用芯片 合理地選擇一個(gè)高效、合適的 RS485 收發(fā)器型號(hào)，可以有效減少電路設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)維護(hù)等后續(xù)階段的工作量。終端匹配電阻的大小由傳輸電纜的特性阻抗所決定。 本章小結(jié) 本章圍繞 RS485 標(biāo)準(zhǔn)、通信規(guī)約、應(yīng)用要點(diǎn)幾個(gè)方面，詳細(xì)介紹 RS485 協(xié)議規(guī)范。接下來(lái)的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)都是基于 RS485 通信協(xié)議設(shè)計(jì)的。 硬件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件電路主要由單片機(jī)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 組成。 在該系統(tǒng)中，單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的控制由單片機(jī)進(jìn)行處理。將編譯好的程序通過(guò)下載接口燒錄到單片機(jī)后，而單片機(jī)連接外部各個(gè)器件，統(tǒng)一處理接收到的數(shù)據(jù)和傳送指令到各個(gè)器件以便執(zhí)行相關(guān)程序。 AD 電路負(fù)責(zé) 3 路節(jié)點(diǎn)信號(hào)的采集工作， DA 電路負(fù)責(zé) 2路模擬控制量的反饋工作。 圖 硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖 單片機(jī) 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 南華大學(xué)船山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 18 頁(yè) 共 59 頁(yè) 單片機(jī)應(yīng)用電路 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是以 STC12C5410AD 單片機(jī)為核心部件 ,STC12C5410 系列單片機(jī)是由宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘 /機(jī)器周期（ 1T）的兼容 8051 內(nèi)核單片機(jī)，是高速/低功耗的新一代 8051單片機(jī)，全新的流水線 /精簡(jiǎn)指令集結(jié)構(gòu)，內(nèi)部集成 MAX810專用復(fù)位電路。 2．工作電壓： ~（ 5V 單片機(jī)） /~（ 3V單片機(jī)）。 4．用戶應(yīng)用程序空間 12K/10K/8K/6K/4K/2K 字節(jié)。 6．通過(guò) I/O 口（ 27/23 個(gè)），復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口 /弱上拉（普通 8051 傳統(tǒng) I/O 口）可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口 /弱上拉，推挽 /強(qiáng)上拉，僅為輸入 /高阻，開(kāi)漏。 8． EPROM 功能。 10．內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路（外部晶振 20M 以下時(shí)，可省外部復(fù)位電路）。 12．共 2個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。 14． ADC， 10 位精度 ADC，共 8 路。 16． SPI 同步通信口，主模式 /從模式。 南華大學(xué)船山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 19 頁(yè) 共 59 頁(yè) ： 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(jī)?？梢哉f(shuō) STC12C5410AD 單片機(jī)幾乎包含了數(shù)據(jù)采集和控制中所需的所有單元模塊，可稱得上一個(gè)片上系統(tǒng)（ SOC），可以很容易地構(gòu)成典型的測(cè)控系統(tǒng)。 共 8 路電壓輸入型 A/D，可做溫度檢測(cè)、電池電壓檢測(cè)、按鍵掃描、頻譜檢測(cè)等。需作為 A/D 使用的口需先將其設(shè)置為高阻輸入或開(kāi)漏模式。如 7805 的輸出電壓是 5V，但實(shí)際電壓可能是 到 ，用 戶需要精度要求比較高的話，可在出廠時(shí)將實(shí)際測(cè)出的工作電壓值記錄在單片機(jī)內(nèi)部的 EEPROM 里面，以供計(jì)算。 圖 為 STC12C5410AD 單片機(jī)的最小系統(tǒng)： 南華大學(xué)船山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 20 頁(yè) 共 59 頁(yè) 圖 STC12C5410AD 單片機(jī) 最小系統(tǒng) 電源模塊電路 能否