基于組態(tài)王和MAX485的實時監(jiān)測系統(tǒng)方案

1、基于組態(tài)王和 MAX485的實時監(jiān)測系統(tǒng)1、設(shè)計概述隨著科技的不斷進步， 自動化程度也越來越高， 我們的生活和工作也越來越 方便。綿延幾百甚至上千公里的輸油管道如果依靠工作人員徒步檢查是否有管道 損壞顯然是不切實際的，基于組態(tài)王和 MAX485的實時監(jiān)測系統(tǒng)利用傳感器實時 監(jiān)測輸油管道從而提高工作效率，而且節(jié)約了成本。2、設(shè)計方案及工作原理該系統(tǒng)以特定的傳感器采集終端數(shù)據(jù)，經(jīng)過 AD轉(zhuǎn)換傳輸至下位單片機，下 位單片機通過 MAX485與上位單片機通信， 上位單片機再將數(shù)據(jù)傳至 PC的組態(tài)王 軟件進行顯示，從而實現(xiàn)對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測與報警。3、設(shè)計概要31 硬件設(shè)計概要使用的硬件有 STC89

2、C51單片機、傳感器、ADC0809、MAX48、5MAX23、2CD4511、 數(shù)碼管、串口、交叉串口線等。ADC0809ADC0 809是 CMOS器件，不僅包括一個 8位的逐次逼近型的 ADC部分，而且 還提供一個 8 通道的模擬多路開關(guān)和通道尋址邏輯， 因而有理由把它作為簡單的 “數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”。利用它可直接輸入 8 個單端的模擬信號分時進行 A/D 轉(zhuǎn)換， 在多點巡回檢測和過程控制、運動控制中應(yīng)用十分廣泛。1）主要技術(shù)指標(biāo)和特性（1）分辨率： 8 位；（2）總的不可調(diào)誤差： ADC 0809 為1LSB。（3）轉(zhuǎn)換時間： 取決于芯片時鐘頻率，如 CLK=500kHz時， TCONV=

3、128s。（4）單一電源： +5V。5）模擬輸入電壓圍： 單極性 05V；雙極性5V, 10V（需外加一定電路 ）（6）具有可控三態(tài)輸出緩存器。（7）啟動轉(zhuǎn)換控制為脈沖式 （ 正脈沖 ） ，上升沿使所有部寄存器清零，下降 沿使 A/D 轉(zhuǎn)換開始。（8）使用時不需進行零點和滿刻度調(diào)節(jié)。2）部結(jié)構(gòu)和外部引腳ADC0809的部結(jié)構(gòu)和外部引腳分別如圖所示。 部各部分的作用和工作原理在 部結(jié)構(gòu)圖中已一目了然，在此就不再贅述，下面僅對各引腳定義分述如下：圖 3.1 ADC0809 部結(jié)構(gòu)框圖（1）IN0IN7選通一路。8 路模擬輸入，通過 3 根地址譯碼線 ADDA、 ADDB、 ADDC來（2）D7D0

4、A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)輸出端，為三態(tài)可控輸出，故可直接和微 處理器數(shù)據(jù)線連接。 8 位排列順序是 D7為最高位， D0為最低位。（3）ADDA、ADDB、ADDC模擬通道選擇地址信號， ADDA為低位， ADDC 為高 位。地址信號與選道對應(yīng)關(guān)系如表 3.1 所示。（4）VR（+） 、VR（-） 正、負(fù)參考電壓輸入端，用于提供片 DAC電阻網(wǎng)絡(luò)的 基準(zhǔn)電壓。在單極性輸入時， VR（+）=5V ，VR（-）=0V ；雙極性輸入時， VR（+） 、VR（-） 分別接正、負(fù)極性的參考電壓。（5）ALE地址鎖存允許信號，高電平有效。當(dāng)此信號有效時， A、B、 C 三位地址信號被鎖存， 譯碼選通對應(yīng)模擬通道

5、。 在使用時，該信號常和 START 信號連在一起，以便同時鎖存通道地址和啟動 A/D 轉(zhuǎn)換。（6）START A/D轉(zhuǎn)換啟動信號，正脈沖有效。加于該端的脈沖的上升沿使逐次逼近寄存器清零， 下降沿開始 A/D 轉(zhuǎn)換。如正在進行轉(zhuǎn)換時又接到新的啟 動脈沖，則原來的轉(zhuǎn)換進程被中止，重新從頭開始轉(zhuǎn)換。圖 3.2 ADC0809 外部引腳圖地址ADDCADDBADDA選道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7表 3.1 地址信號與選道的關(guān)系7)EOC轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，高電平有效。該信號在 A/D 轉(zhuǎn)換過程中為低電平，其余時間為高電平。該信號可作為被

6、 CPU查詢的狀態(tài)信號，也可作為對 CPU的中斷請求信號。在需要對某個模擬量不斷采樣、轉(zhuǎn)換的情況下， EOC也可作為 啟動信號反饋接到 START端，但在剛加電時需由外電路第一次啟動。（8）OE輸出允許信號，高電平有效。當(dāng)微處理器送出該信號時， ADC0809 的輸出三態(tài)門被打開， 使轉(zhuǎn)換結(jié)果通過數(shù)據(jù)總線被讀走。 在中斷工作方式下， 該 信號往往是 CPU發(fā)出的中斷請求響應(yīng)信號。3）工作時序與使用說明ADC0 809 的工作時序如圖 3.3 所示。當(dāng)通道選擇地址有效時， ALE信號一出 現(xiàn)，地址便馬上被鎖存，這時轉(zhuǎn)換啟動信號緊隨 ALE之后（或與 ALE同時）出現(xiàn)。START的上升沿將逐次逼近

7、寄存器 SAR復(fù)位，在該上升沿之后的 2s 加 8 個時 鐘周期 （不定） ，EOC信號將變低電平，以指示轉(zhuǎn)換操作正在進行中，直到轉(zhuǎn)換完 成后 EOC再變高電平。微處理器收到變?yōu)楦唠娖降?EOC信號后，便立即送出 OE 信號，打開三態(tài)門，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。圖 3.3 ADC 0809 工作時序模擬輸入通道的選擇可以相對于轉(zhuǎn)換開始操作獨立地進行 （ 當(dāng)然，不能在轉(zhuǎn) 換過程中進行 ） ，然而通常是把通道選擇和啟動轉(zhuǎn)換結(jié)合起來完成 （ 因為 ADC0809 的時間特性允許這樣做 ） 。這樣可以用一條寫指令既選擇模擬通道又啟動轉(zhuǎn)換。 在與微機接口時， 輸入通道的選擇可有兩種方法， 一種是通過地址總線選擇，

8、 一 種是通過數(shù)據(jù)總線選擇。如用 EOC信號去產(chǎn)生中斷請求， 要特別注意 EOC的變低相對于啟動信號有 2s+8 個時鐘周期的延遲，要設(shè)法使它不致產(chǎn)生虛假的中斷請求。為此，最好利用 EOC 上升沿產(chǎn)生中斷請求，而不是靠高電平產(chǎn)生中斷請求。CD4511圖 3.4 CD4511其功能介紹如下：BI ：4 腳是消隱輸入控制端，當(dāng) BI=0 時，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七 段數(shù)碼管均處于熄滅（消隱）狀態(tài)，不顯示數(shù)字。LT：3 腳是測試輸入端，當(dāng) BI=1 ，LT=0 時，譯碼輸出全為 1，不管輸入DCBA 狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“ 8”。它主要用來檢測數(shù)碼管是否損壞。LE：鎖定控制端，當(dāng) LE=0

9、時，允許譯碼輸出。 LE=1 時譯碼器是鎖定 保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在 LE=0 時的數(shù)值。A1、 A2、A3、A4、為 8421BCD碼輸入端。a、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端，輸出為高電平 1 有效。 CD4511的部有上拉電阻，在輸入端與數(shù)碼管筆段端接上限流電阻就可工作。MAX485它采用差分信號進行傳輸；最大傳輸距離可以達到 1.2 km ；最大可連接 32 個驅(qū)動器和收發(fā)器；接收器最小靈敏度可達 200 mV；最大傳輸速率可達 2.5 Mb/s。由此可見， RS485 協(xié)議正是針對遠距離、高靈敏度、多點通訊制定的標(biāo) 準(zhǔn)。圖 3.5 MAX485MAX485 接口芯片是 M

10、axim公司的一種 RS485芯片。 采用單一電源 +5 V 工作，額定電流為 300 A，采用半雙工通訊方式。它完成將 TTL電平 與 RS 485 電平轉(zhuǎn)換的功能。其引腳結(jié)構(gòu)圖如圖 1所示。從圖中可以看出 ,MAX485芯片的結(jié)構(gòu)和引腳都非常簡單 , 部含有一個驅(qū)動器和接收器。 RO和 DI 端分別為接收器的輸出和驅(qū)動器的輸入端，與單片機連接時只需分別與單片機的RXD和 TXD相連即可； /RE和 DE端分別為接收和發(fā)送的使能端， 當(dāng)/RE為邏輯 0時，器件處 于接收狀態(tài)； 當(dāng) DE為邏輯 1 時，器件處于發(fā)送狀態(tài)， 因為 MAX485工作在半雙工 狀態(tài)，所以只需用單片機的一個管腳控制這兩

11、個引腳即可； A 端和 B端分別為接 收和發(fā)送的差分信號端 , 當(dāng) A 引腳的電平高于 B 時，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為 1；當(dāng) A 的電平低于 B 端時，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為 0。在與單片機連接時接線非常簡單。只 需要一個信號控制 MAX485的接收和發(fā)送即可。同時將 A和 B端之間加匹配電阻， 一般可選 100 的電阻。MAX232由于單片機使用的是 485 電平而電腦使用的是 232 電平，由于電平的不匹配， 兩者之間是無法直接通信的， MAX232芯片可以將 485 電平轉(zhuǎn)換為 232 電平，實 現(xiàn)單片機和電腦之間的通信。 MAX232的接線如圖 3.6.圖 3.63.2 軟件設(shè)計概要ADC080

12、9選通通道及 AD轉(zhuǎn)換部分程序 ：OE=0;/P17 禁止輸出 /ALE=0;XuanTong();/ 選通輸入端 /ALE=1;ST=0;/P14 ，產(chǎn)生正脈沖 /ST=1;ST=0;Delay(30);while(EOC=0);/ 轉(zhuǎn)換完畢 /*/OE=1;/ 允許輸出 /getdata=P2;/ 將轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)給 P2/P0=getdata;OE=0;/ 禁止輸出 /CD4511選位及顯示部分程序void Display()P12=0;a=dispbuf2;ZhuanHuan();P12=1;P11=0; a=dispbuf1;ZhuanHuan();P11=1;P10=0;a=disp

13、buf0;ZhuanHuan();P10=1;P0=0x00;數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換部分程序 temp=getdata*1.0/256*500; dispbuf0=temp%10; dispbuf1=temp/10%10; dispbuf2=temp/100%10;Display(); 單片機之間通信協(xié)議 上位機 地址 下位機地址數(shù)據(jù)校驗數(shù)據(jù)4、組態(tài)王4.1 組態(tài)王簡介組態(tài)王 Kingview 工控組態(tài)軟以其作性能穩(wěn)定可靠、人機界向友善、硬件配置方便以及編程簡單易用同時其驅(qū)動程序較為豐富，如支持DDE、板卡、 OPC服務(wù)器、 PLC、智能儀表、智能模塊等；支持 Activex 控件、配方管理、數(shù)據(jù)庫 訪問、網(wǎng)絡(luò)功能、冗余功能。其擴展性強，配有加密鎖，支持丁稃加密；可方便 與管理計算機或控制計算機聯(lián)網(wǎng)通信等優(yōu)良特性， 提供了對工業(yè)控制現(xiàn)場大暈數(shù) 據(jù)進行采集、監(jiān)控、處理的解決方案。在各種工業(yè)控制領(lǐng)域中得到了大最使用。本系統(tǒng)使用組態(tài)王做顯示界面，畫面直觀，操作簡單圖 4.1圖 4.2圖 4.3圖 4.44.2 組態(tài)王通信上位機發(fā)送讀命令字頭設(shè)備地址標(biāo)志數(shù)據(jù)地址數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)異或CR下