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光控路燈自動(dòng)控制器畢業(yè)論文(已改無(wú)錯(cuò)字)

2022-10-15 13:44:37 本頁(yè)面
  

【正文】 此 傳 輸 信 號(hào) 可 在 千 米 之外 得 到 恢 復(fù) 。 RS485 應(yīng) 用 技 術(shù) 問(wèn) 題 在 應(yīng) 用 系 統(tǒng) 中 , RS48 5 半雙工 異 步 通 信 總 線 是 被 各 個(gè) 研 發(fā) 機(jī) 構(gòu) 廣 19 泛 使 用 的 數(shù) 據(jù) 通 信 總 線 ,它 往 往 應(yīng) 用 在 集 中 控 制 樞 紐 與 分 散 控 制 單 元 之間 。由 于 實(shí) 際 應(yīng) 用 系 統(tǒng) 中 , 往 往 分 散 控 制 單 元 數(shù) 量 較 多 , 分 布 較 遠(yuǎn) , 現(xiàn)場(chǎng) 存 在 各 種 干 擾 ,所 以 通 信 的 可 靠 性 不 高 ,再 加 上 軟 硬 件 設(shè) 計(jì) 的 不 完 善 ,使 得 實(shí) 際 工 程 應(yīng) 用 中 如 何 保 障 RS4 85 總 線 的 通 信 的 可 靠 性 成 為 各 研 發(fā)機(jī) 構(gòu) 的 一 塊 心 病 。在 使 用 RS485 總線時(shí) ,如 果 簡(jiǎn) 單 地 按 常 規(guī) 方 式 設(shè) 計(jì) 電路 ,在 實(shí) 際 工 程 中 可 能 有 以 下 兩 個(gè) 問(wèn) 題 出 現(xiàn) 。一 是 通 信 數(shù) 據(jù) 收 發(fā) 的 可 靠性 問(wèn) 題 ;二 是 在 多 機(jī) 通 信 方 式 下 , 一 個(gè) 節(jié) 點(diǎn) 的 故 障( 如 死 機(jī) ), 往 往 會(huì)使 得 整 個(gè) 系 統(tǒng) 的 通 信 框 架 崩 潰 ,而 且 給 故 障 的 排 查 帶 來(lái) 困 難 。針 對(duì) 上 述問(wèn) 題 , 我 們 對(duì) 485 總 線 的 軟 硬 件 采 取 了 具 體 的 改 進(jìn) 措 施 。 硬 件 電 路 的 設(shè) 計(jì) AT 89S52 單 片 機(jī) 自 帶 的 異 步 通 信 口 ,外 接 75176 芯 片 轉(zhuǎn) 換 成 485 總線 。 其 中 為 了 實(shí) 現(xiàn) 總 線 與 單 片 機(jī) 系 統(tǒng) 的 隔 離 , 在 MCU 的 異 步 通 信 口 與75 176 之 間 采 用 光 耦 隔 離 。光 耦 器 件 需 要 +12 V,其 他 芯 片 均 用 +5 V 供 電 。系 統(tǒng) 簡(jiǎn) 圖 如 圖 1 所 示 , 充 分 考 慮 現(xiàn) 場(chǎng) 的 復(fù) 雜 環(huán) 境 。 圖 1 . R S 485 系統(tǒng)示意圖 從 設(shè) 備 地 址 配 置 電 路 設(shè) 計(jì) 對(duì) 于 監(jiān) 控 網(wǎng) 絡(luò) , 從 設(shè) 備 的 硬 件 設(shè) 計(jì) 必 須 考 慮 到 能 夠 配 置 自 己 的 地址 。最 終 地 址 的 配 置 方 法 采 用 開(kāi) 關(guān) 組 加 上 拉 電 阻 排 與 微 處 理 器 端 口 連 接來(lái) 實(shí) 現(xiàn) 。設(shè) 備 地 址 通 過(guò) 手 工 撥 動(dòng) 開(kāi) 關(guān) 設(shè) 定 ,由 系 統(tǒng) 的 初 始 化 程 序 通 過(guò) 讀取 I/O 端 口 得 到 。 20 總 線 驅(qū) 動(dòng) 器 芯 片 SN75176 常用的 RS48 5 總 線 驅(qū) 動(dòng) 芯 片 有 SN751 74, SN75 175, SN7 5176。SN 75176 芯 片 有 一 個(gè) 發(fā) 送 器 和 一 個(gè) 接 收 器 , 非 常 適 合 作 為 RS485 總線驅(qū) 動(dòng) 芯 片 。 S N751 76 及 其 邏 輯 如 圖 1 所 示 。 圖 1 SN75176 芯片及其邏輯關(guān)系 485 總 線 輸 出 電 路 部 分 的 設(shè) 計(jì) 輸 出 電 路 的 設(shè) 計(jì) 要 充 分 考 慮 到 線 路 上 的 各 種 干 擾 及 線 路 特 性 阻 抗的 匹 配 。由 于 工 程 環(huán) 境 比 較 復(fù) 雜 ,現(xiàn) 場(chǎng) 常 有 各 種 形 式 的 干 擾 源 ,所 以 485總 線 的 傳 輸 端 一 定 要 加 有 保 護(hù) 措 施 。 在 電 路 設(shè) 計(jì) 中 采 用 穩(wěn) 壓 管 D D2組 成 的 吸 收 回 路 , 也 可 以 選 用 能 夠 抗 浪 涌 的 TVS 瞬 態(tài) 雜 波 抑 制 器 件 。 考 慮 到 線 路 的 特 殊 情 況 ( 如 某 一 臺(tái) 分 機(jī) 的 485 芯 片 被 擊 穿 短 路 ) ,為 防 止 總 線 中 其 它 分 機(jī) 的 通 信 受 到 影 響 ,在 75176 的 485 信 號(hào) 輸 出 端 串聯(lián) 了 兩 個(gè) 20Ω 的 電 阻 R R11。 這 樣 本 機(jī) 的 硬 件 故 障 就 不 會(huì) 使 整 個(gè) 總線 的 通 信 受 到 影 響 。 在 應(yīng) 用 系 統(tǒng) 工 程 的 現(xiàn) 場(chǎng) 施 工 中 ,由 于 通 信 載 體 是 雙 絞 線 ,它 的 特 性阻抗為 120Ω 左 右 , 所 以 線 路 設(shè) 計(jì) 時(shí) , 在 RS485 網(wǎng) 絡(luò) 傳 輸 線 的 始 端 和末 端 各 應(yīng) 接 1 只 120Ω 的 匹 配 電 阻( 如 圖 2 中 R8), 吸 收 總 線 上 的 反 射信 號(hào) ,保 證 正 常 傳 輸 信 號(hào) 干 凈 、無(wú) 毛 刺 。匹 配 電 阻 的 取 值 應(yīng) 該 與 總 線 的特 性 阻 抗 相 當(dāng) 。 當(dāng) 總 線 上 沒(méi) 有 信 號(hào) 傳 輸 時(shí) ,總 線 處 于 懸 浮 狀 態(tài) ,容 易 受 干 擾 信 號(hào) 的影 響 。 由于 RS485 芯 片 的 特 性 ,接 收 器 的 檢 測(cè) 靈 敏 度 為 177。 200m V,即差 分 輸 入 端 VA- VB ≥ +200m V,輸 出 邏 輯 1, VA- VB ≤- 200m V,輸 出 邏 輯 0;而 A、 B 端 電 位 差 的 絕 對(duì) 值 小 于 200m V 時(shí) , 輸 出 為 不 確定 。 如 果 在 總 線 上 所 有 發(fā) 送 器 被 禁 止 時(shí) , 接 收 器 輸 出 邏 輯 0, 這 會(huì) 誤 認(rèn)為 通 信 幀 的 起 始 引 起 工 作 不 正 常 。解 決 這 個(gè) 問(wèn) 題 的 辦 法 是 人 為 地 使 A 端電 位 高 于 B 兩 端 電 位 , 這 樣 RXD 的 電 平 在 485 總 線 不 發(fā) 送 期 間 ( 總 線懸 浮 時(shí) ) 呈 現(xiàn) 唯 一 的 高 電 平 , MCU 就 不 會(huì) 被 誤 中 斷 而 收 到 亂 字 符 。 將 21 總 線 上 差 分 信 號(hào) 的 正 端 A+和 +5 電 源 間 接 一 個(gè) 10K 的 電 阻 。正端 A+和負(fù)端 B間 接 一 個(gè) 10K 的 電 阻 。負(fù)端 B和 地 間 接 一 個(gè) 10K 的 電 阻 ,形 成 一 個(gè)電 阻 網(wǎng) 絡(luò) 。 當(dāng) 總 線 上 沒(méi) 有 信 號(hào) 傳 輸 時(shí) , 正 端 A+的 電 平 大 約 為 3. 2 V,負(fù)端 B的 電 平 大 約 為 1. 6V, 即 使 有 干 擾 信 號(hào) , 卻 很 難 產(chǎn) 生 串 行 通 信 的 起始 信 號(hào) 0, 從 而 增 加 了 總 線 抗 干 擾 的 能 力 。 隔 離 光 耦 電路 在 某 些 工 業(yè) 控 制 領(lǐng) 域 ,由 于 現(xiàn) 場(chǎng) 情 況 復(fù) 雜 ,各 結(jié) 點(diǎn) 之 間 存 在 很 高 的共 模 電 壓 。 雖 然 RS485 接 口 采 用 的 是 差 分 輸 出 方 式 , 具 有 一 定 的 抗 共模 干 擾 能 力 , 但 當(dāng) 共 模 電 壓 超 過(guò) RS48 5 接 收 器 的 極 限 接 受 電 壓 , 即 大于 +12 V 或小于 7V 時(shí) , 接 收 器 就 再 也 無(wú) 法 正 常 工 作 了 , 嚴(yán) 重 時(shí) 回 燒 毀芯 片 和 儀 器 設(shè) 備 。解 決 的 辦 法 是 通 過(guò) DCDC 將 系 統(tǒng) 電 源 和 RS485 收發(fā)器 的 電 源 隔 離 ; 通 過(guò) 光 耦 合 器 將 信 號(hào) 隔 離 , 徹 底 消 除 共 模 電 壓 的 影 響 。 在 應(yīng) 用 系 統(tǒng) 中 ,由 于 要 對(duì) 現(xiàn) 場(chǎng) 情 況 進(jìn) 行 實(shí) 時(shí) 監(jiān) 控 及 響 應(yīng) ,通 信 數(shù) 據(jù)的 波 特 率 往 往 做 得 較 高 ( 通 常 都 在 4800 波 特 以 上 ) 。 限 制 通 信 波 特 率提 高 的 “ 瓶 頸 ”,并 不 是 現(xiàn) 場(chǎng) 的 導(dǎo) 線( 現(xiàn) 場(chǎng) 施 工 一 般 使 用 5 類(lèi) 非 屏 蔽 的雙 絞 線 ),而 是 在 與 單 片 機(jī) 系 統(tǒng) 進(jìn) 行 信 號(hào) 隔 離 的 光 耦 電 路 上 。此 處 采 用T IL117。電 路 設(shè) 計(jì) 中 可 以 考 慮 采 用 高 速 光 耦 ,如 6N13 6N136 等 芯 片 ,也 可 以 優(yōu) 化 普 通 光 耦 電 路 參 數(shù) 的 設(shè) 計(jì) , 使 之 能 工 作 在 最 佳 狀 態(tài) 。 例 如 :電阻 R R3 如 果 選 取 得 較 大 , 將 會(huì) 使 光 耦 的 發(fā) 光 管 由 截 止 進(jìn) 入 飽 和 變得 較 慢 ;如 果 選 取 得 過(guò) 小 ,退 出 飽 和 也 會(huì) 很 慢 ,所 以 這 兩 只 電 阻 的 數(shù) 值要 精 心 選 取 ,不 同 型 號(hào) 的 光 耦 及 驅(qū) 動(dòng) 電 路 使 得 這 兩 個(gè) 電 阻 的 數(shù) 值 略 有 差異 ,這 一 點(diǎn) 在 電 路 設(shè) 計(jì) 中 要 特 別 慎 重 ,不 能 隨 意 ,通 常 可 以 由 實(shí) 驗(yàn) 來(lái) 定 。 RS485 方 式 構(gòu) 成 的 多 機(jī) 通 信 原 理 在 由 單 片 機(jī) 構(gòu) 成 的 多 機(jī) 串 行 通 信 系 統(tǒng) 中 ,一 般 采 用 主 從 式 結(jié) 構(gòu) :從機(jī) 不 主 動(dòng) 發(fā) 送 命 令 或 數(shù) 據(jù) ,一 切 都 由 主 機(jī) 控 制 。并 且 在 一 個(gè) 多 機(jī) 通 信 系統(tǒng) 中 ,只 有 一 臺(tái) 單 機(jī) 作 為 主 機(jī) ,各 臺(tái) 從 機(jī) 之 間 不 能 相 互 通 訊 ,即 使 有 信息 交 換 也 必 須 通 過(guò) 主 機(jī) 轉(zhuǎn) 發(fā) 。 采 用 RS4 85 構(gòu) 成 的 多 機(jī) 通 訊 原 理 框 圖 ,如圖 2 所 示 。 22 圖 2 采用 RS 485 構(gòu)成的多機(jī)通訊原理框圖 通 信 規(guī) 則 由于 RS48 5 通 訊 是 一 種 半 雙 工 通 訊 , 發(fā) 送 和 接 收 共 用 同 一 物 理 信道 。在 任 意 時(shí) 刻 只 允 許 一 臺(tái) 單 機(jī) 處 于 發(fā) 送 狀 態(tài) 。因 此 要 求 應(yīng) 答 的 單 機(jī) 必須 在 偵 聽(tīng) 到 總 線 上 呼 叫 信 號(hào) 已 經(jīng) 發(fā) 送 完 畢 ,并 且 沒(méi) 有 其 它 單 機(jī) 發(fā) 出 應(yīng) 答信 號(hào) 的 情 況 下 ,才 能 應(yīng) 答 。半 雙 工 通 訊 對(duì) 主 機(jī) 和 從 機(jī) 的 發(fā) 送 和 接 收 時(shí) 序有 嚴(yán) 格 的 要 求 。如 果 在 時(shí) 序 上 配 合 不 好 ,就 會(huì) 發(fā) 生 總 線 沖 突 ,使 整 個(gè) 系統(tǒng) 的 通 訊 癱 瘓 ,無(wú) 法 正 常 工 作 。要 做 到 總 線 上 的 設(shè) 備 在 時(shí) 序 上 的 嚴(yán) 格 配合 , 必 須 要 遵 從 以 下 幾 項(xiàng) 原 則 : 1) 復(fù) 位 時(shí) , 主 從 機(jī) 都 應(yīng) 該 處 于 接 收 狀 態(tài) 。 SN 75176 芯 片 的 發(fā) 送 和 接 收 功 能 轉(zhuǎn) 換 是 由 芯 片 的 RE* , DE 端控制 的 。 RE*= 1, DE=1 時(shí), SN75176 發(fā) 送 狀 態(tài) 。RE*=0, DE=0 時(shí), SN751 76處 于 接 收 狀 態(tài) 。 一 般 使 用 單 片 機(jī) 的 一 根 口 線 連 接 RE*, DE 端 。 在 上 電復(fù) 位 時(shí) ,由 于 硬 件 電 路 穩(wěn) 定 需 要 一 定 的 時(shí) 間 ,并 且 單 片 機(jī) 各 端 口 復(fù) 位 后處 于 高 電 平 狀 態(tài) ,這 樣 就 會(huì) 使 總 線 上 各 個(gè) 分 機(jī) 處 于 發(fā) 送 狀 態(tài) ,加 上 上 電時(shí) 各 電 路 的 不 穩(wěn) 定 ,可 能 向 總 線 發(fā) 送 信 息 。因 此 ,如 果 用 一 根 口 線 作 發(fā)送 和 接 收 控 制 信 號(hào) ,應(yīng) 該 將 口 線 反 向 后 接 入 SN75176 的 控 制 端 ,使 上 電時(shí) S N7 5176 處 于 接 收 狀 態(tài) 。 另 外 ,在 主 從 機(jī) 軟 件 上 也 應(yīng) 附 加 若 干 處 理 措 施 ,如 :上 電 時(shí) 或 正 式通 訊 之 前 , 對(duì) 串 行 口 做 幾 次 空 操 作 , 清 除 端 口 的 非 法 數(shù) 據(jù) 和 命 令 。 2 ) 控制端 RE*, DE 的 信 號(hào) 的 有 效 脈 寬 應(yīng) 該 大 于 發(fā) 送 或 接 收 一 幀信號(hào) 的 寬 度 。 在 RS23 2, RS422 等 全 雙 工 通 訊 過(guò) 程 中 , 發(fā) 送 和 接 收 信 號(hào) 分 別 在不 同 的 物 理 鏈 路 上 傳 輸 , 發(fā) 送 端 始 終 為 發(fā) 送 端 , 接 收 端 始 終 為 接 收 端 ,不 存 在 發(fā) 送 、 接 收 控 制 信 號(hào) 切 換 問(wèn) 題 。 在 RS485 半 雙 工 通 訊 中 , 由 于SN 75176 的 發(fā) 送 和 接 收 都 由 同 一 器 件 完 成 ,并 且 發(fā) 送 和 接 收 使 用 同 一 物理 鏈 路 ,必 須 對(duì) 控 制 信 號(hào) 進(jìn) 行 切 換 ???制 信 號(hào) 何 時(shí) 為 高 電 平 ,何 時(shí) 為 低電 平 , 一 般 以 單 片 機(jī) 的 TI, RI 信 號(hào) 作 參 考 。 23 發(fā) 送 時(shí) ,檢 測(cè) TI 是 否 建 立 起 來(lái) ,當(dāng) TI 為 高 電 平 后 關(guān) 閉 發(fā) 送 功 能 轉(zhuǎn)為 接 收 功 能 。 接 收 時(shí) ,檢 測(cè) RI 是 否 建 立 起 來(lái) , 當(dāng) RI 為 高 電 平 后 , 接 收 完畢,又可 以 轉(zhuǎn) 為 發(fā) 送 。 在 理 論 上 雖 然 行 得 通 ,但 在 實(shí) 際 聯(lián) 調(diào) 中 卻 出 現(xiàn) 傳 輸 數(shù) 據(jù) 時(shí) 對(duì) 時(shí) 錯(cuò) 的現(xiàn) 象 。根 據(jù) 查 證 有 關(guān) 資 料 ,并 在 聯(lián) 調(diào) 中 借 助 存 儲(chǔ) 示 波 器 反 復(fù) 測(cè) 試 ,才 發(fā)現(xiàn) 一 個(gè) 值 得 注 意 的 問(wèn) 題 , 我 們 可 以 查 看 單 片 機(jī) 的 時(shí) 序 : 圖 3 串行口
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