基于RS485的遠(yuǎn)程采集與控制系統(tǒng)的畢業(yè)設(shè)計(jì)169302075

1、 PAGE56 / NUMPAGES66 南華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題 目 基于RS485的遠(yuǎn)程采 集與控制器設(shè)計(jì) 專業(yè)名稱 通 信 工 程 論文 (設(shè)計(jì)) 容與要求：論文容1.完成硬件電路的設(shè)計(jì)，主要包括處理器最小系統(tǒng)、3路AD/DA采集電路、組繼電器控制電路、RS485通信電路等；2. 完成軟件程序的編寫，主要包括系統(tǒng)初始化、AD/DA驅(qū)動(dòng)、485通信協(xié)議等；3.所設(shè)計(jì)的采集與控制器能夠通過RS485遠(yuǎn)程通信采集3路節(jié)點(diǎn)信號(hào)，并能反饋2路模擬控制量。二、 論文基本要求 1.了解遠(yuǎn)程采集與控制器設(shè)計(jì)的發(fā)展動(dòng)態(tài)； 2.了解目前主流有線通信協(xié)議，例：RS232、RS485、CAN-BUS等，與各自

2、優(yōu)缺點(diǎn)； 3.掌握RS485關(guān)鍵通信協(xié)議；4.掌握常用AD/DA電路，以與控制電路的設(shè)計(jì)方法；5.掌握利用keil軟件進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)；6.熟練應(yīng)用C語言編寫相關(guān)驅(qū)動(dòng)算法；三、 寫作要求 1.閱讀和翻譯3000 字以上本課題英文資料； 2.完成設(shè)計(jì)，做出實(shí)物并上交論文，論文格式參照國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和南華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)要求，并提供對(duì)應(yīng)的電子文檔；3.論文字?jǐn)?shù)不少于15000字，A4紙打?。╓ORD2003排版）四、 時(shí)間要求 2012年12月24日2013年1月10日 理解設(shè)計(jì)要求，查閱相關(guān)資料； 2013年2月12日2013年4月10日 根據(jù)所查閱的資料，完成部分論文初稿； 2013年4月11日2

3、013年5月10日 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)初稿； 2013年5月11日2013年5月30日 完成完整的畢業(yè)設(shè)計(jì)論文； 2013年5月31日2013年6月8日 準(zhǔn)備畢業(yè)論文答辯。 2013年6月9日2013年6月12日 畢業(yè)論文答辯。指導(dǎo)老師： 年 月 日南華大學(xué)船山學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告設(shè)計(jì)（論文）題目基于RS485通信的遠(yuǎn)程采集與控制器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)（論文）題目來源自選課題設(shè)計(jì)（論文）題目類型起止時(shí)間2012.12.242013.5.30設(shè)計(jì)（論文）依據(jù)與研究意義： 近年來，大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷地推廣應(yīng)用，傳統(tǒng)的儀器儀表、數(shù)字測(cè)量技術(shù)在數(shù)據(jù)采集方面升華到一個(gè)全新的階段。計(jì)算機(jī)

4、技術(shù)已成為當(dāng)代數(shù)據(jù)采集和自動(dòng)控制的核心技術(shù)。而隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)越來越趨向數(shù)字化、智能化、遠(yuǎn)距離方向發(fā)展。串行通信是計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的重要渠道，并且由于其成本低、性能穩(wěn)定、遵循統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，因而在工程中被廣泛應(yīng)用。目前，有多種接口標(biāo)準(zhǔn)可用于串行通信，包括RS-232、RS-422、RS-423和RS-485。RS-232是最早的串行接口標(biāo)準(zhǔn)，在短距離、較低波特率串行通信中得到了廣泛應(yīng)用。其后發(fā)展起來的RS-422、RS-485是平衡傳送的電氣標(biāo)準(zhǔn)，采用差動(dòng)的兩線發(fā)送、兩線接收的雙向數(shù)據(jù)總線兩線制方式，比起RS-232非平衡的傳送方式在電氣指標(biāo)上有了大幅度的提高。在

5、上述的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，近距離通信可以采用RS-232通信標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)，通信距離視負(fù)載而定，但最多不超過十幾米，為了進(jìn)一步擴(kuò)大通信距離可以采用RS-485標(biāo)準(zhǔn)通信，其通信有效距離可達(dá)1200米。如加中繼器可更大幅度地增大有效通信距離。 本文設(shè)計(jì)的目的是實(shí)現(xiàn)基于RS-485總線上的數(shù)據(jù)通信與遠(yuǎn)程控制的系統(tǒng)，利用單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行控制，并且通過RS-485總線做遠(yuǎn)程傳送將采集到的數(shù)據(jù)通過RS-485接口送入單片機(jī)主機(jī)機(jī)測(cè)。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了模塊化的思想，主要有硬件設(shè)計(jì)與軟件程序設(shè)計(jì)兩部分。本設(shè)計(jì)接口簡單、使用方便、可靠性好，在溫度檢測(cè)中有較廣泛的應(yīng)用前景，具有較強(qiáng)的使用價(jià)值。就其采樣頻率和分辨率來說屬于

6、中速類型，適合對(duì)數(shù)據(jù)采樣頻率要求不是特別高的應(yīng)用場(chǎng)合。設(shè)計(jì)（論文）主要研究的容、預(yù)期目標(biāo)：（技術(shù)方案、路線）為實(shí)現(xiàn)基于RS-485總線的數(shù)據(jù)通信與遠(yuǎn)程控制，首先得設(shè)計(jì)好RS-485的通信模塊；由于是實(shí)現(xiàn)單片機(jī)主從機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信，為達(dá)到主機(jī)對(duì)從機(jī)的控制，所以需要設(shè)計(jì)好繼電器控制模塊電路；接著，設(shè)計(jì)出各從機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與控制的模塊，單片機(jī)都按自己的任務(wù)進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)采集或者控制。在硬件都設(shè)計(jì)好后，調(diào)試通過，這時(shí)要跟據(jù)整個(gè)系統(tǒng)編制出一定的通信協(xié)議，選擇最優(yōu)方案，實(shí)現(xiàn)主從機(jī)數(shù)據(jù)通信。這些在程序設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)，軟件采用Keil編譯器編程。主從機(jī)機(jī)在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信后，按照擬定的通信協(xié)議，提取有用數(shù)據(jù)信息，從而按

7、照這個(gè)信息，進(jìn)行相關(guān)操作，以達(dá)到基于RS-485總線上的數(shù)據(jù)通信與遠(yuǎn)程控制的目的。本設(shè)計(jì)硬件電路的設(shè)計(jì)，主要包括處理器最小系統(tǒng)、3路AD/DA采集電路、2組繼電器控制電路、RS485通信電路、電源穩(wěn)壓電路等；軟件程序設(shè)計(jì)，主要包括系統(tǒng)初始化、AD/DA驅(qū)動(dòng)、485通信協(xié)議等。通過以上軟件硬件的設(shè)計(jì)，期望所設(shè)計(jì)的采集與控制器能夠達(dá)到通過RS485遠(yuǎn)程通信采集3路節(jié)點(diǎn)信號(hào)，并能反饋2路模擬控制量的預(yù)期目標(biāo)。三、設(shè)計(jì)（論文）的研究重點(diǎn)與難點(diǎn)：數(shù)據(jù)采集是指將溫度、濕度、壓力、流量、位移、電壓、電流等模擬量采集、經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，再由計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理、顯示的過程。采集到的數(shù)據(jù)一般都是連續(xù)

8、變化的電壓或電流信號(hào)，需要再通過相應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后送入單片機(jī)。AD/DA采集電路的設(shè)計(jì)以與如何實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信，是整個(gè)系統(tǒng)能否結(jié)合成為一體工作的關(guān)鍵。本設(shè)計(jì)擬采用C語言編制RS485通信協(xié)議下的從機(jī)通信與控制程序；硬件上，擬采用RS-485進(jìn)行長距離、高速的串行異步通信；數(shù)據(jù)采集部分?jǐn)M采用AD/DA轉(zhuǎn)換電路將集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能處理的數(shù)字信號(hào)；從而達(dá)到數(shù)據(jù)通信與遠(yuǎn)程控制的目的。設(shè)計(jì)（論文）研究方法與步驟（進(jìn)度安排）： 第1周 明確課題要求，結(jié)合課題調(diào)研，收集資料。 第2周 結(jié)合課題調(diào)研，收集資料。 第3周 閱讀和翻譯3000 字以上本課題英文資料。 第4

9、周 確定初步技術(shù)方案，提交開題報(bào)告，開題報(bào)告審查。 第5周 RS-485通信接口的學(xué)習(xí)。 第6周 AD/DA電路設(shè)計(jì)。 第7周 學(xué)習(xí)RS-485總線技術(shù)。 第8周 單片機(jī)接口電路設(shè)計(jì)。 第9周 通信控制系統(tǒng)主電路設(shè)計(jì)。 第10周 編程軟件學(xué)習(xí)。 第11周 數(shù)據(jù)采集的串口通信協(xié)議設(shè)計(jì)。 第12周 單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集模塊的程序設(shè)計(jì)。 第13周 整個(gè)系統(tǒng)初步調(diào)試與分析。 第14周 整個(gè)系統(tǒng)調(diào)試與分析。 第15周 撰寫論文。 第16周 交初稿，修改論文。 第17周 正式交論文與答辯準(zhǔn)備。 第18周 答辯。進(jìn)行設(shè)計(jì)（論文）所需條件：指導(dǎo)教師意見：簽名：年月日基于RS485通信的遠(yuǎn)程采集與控制器設(shè)計(jì)摘 要：

10、在一些環(huán)境條件惡劣、異常危險(xiǎn)的環(huán)境中，如深井、對(duì)人體危害極大強(qiáng)輻射空間、人體活動(dòng)不便的空間，要做到現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)綜合分析并做出現(xiàn)場(chǎng)決策，幾乎是不可能做到的。在這些環(huán)境中，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)有著其巨大優(yōu)勢(shì)。還有一些管理分散，數(shù)據(jù)采集量大的工作條件下，人到現(xiàn)場(chǎng)去采集數(shù)據(jù)就變得非常繁瑣了，這時(shí)，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集就是一種非常簡單而且有效的方法。所以本文便提出一種基于RS485通信的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與控制的方法。本文設(shè)計(jì)的目的是實(shí)現(xiàn)3路數(shù)據(jù)采集處理，2路數(shù)據(jù)反饋裝置，2路繼電器控制遠(yuǎn)程控制。本文首先對(duì)涉與的RS485協(xié)議進(jìn)行介紹，其次會(huì)給出遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)方案，硬件設(shè)計(jì)中包括單片機(jī)應(yīng)用電路、電源穩(wěn)

11、壓電路、AD采集電路、DA電路、RS485接口電路、繼電器控制電路幾個(gè)部分的硬件電路設(shè)計(jì)。最后給出切實(shí)可行的軟件設(shè)計(jì)方案，在這個(gè)方案中會(huì)給出通信協(xié)議、整體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)的初始化、RS485總線程序、繼電器控制程序、DA輸出控制程序、AD采集程序的設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)的的采集模塊不局限某一單一用途，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。系統(tǒng)接口簡單可靠，用途多樣，具有一定靈活性。關(guān)鍵詞：RS485；遠(yuǎn)程通信；數(shù)據(jù)采集；遠(yuǎn)程控制Design of the Remote Acquisition and Controller based on RS485 Communication

12、Abstract: In some poor and very dangerous conditions, such as deep well, strong radiation space which do harm to human beings and the space which is inconvenient for humans activities, its almost impossible to make on-the-spot comprehensive data analysis and decisions. In these conditions, remote da

13、ta acquisition and control system has its great advantage. In some other conditions whose management is decentralized and data collection is large, to make on-the-spot data acquisition becomes very complicated, so remote data acquisition is a good and convenient way.This article will put forward a r

14、emote data acquisition and control method that is based on RS485 communication.Its purpose of the design is to realize three-channel data acquisition processing, two-channel data feedback device, two-channel way relay control remote control. First, this article will introduce the RS485 protocol.Then

15、, 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 t

16、he hardware circuit design.Finally,practicalsoftwaredesignschemewillbegiven.Thisdesignschemeincludes theoveralldesignandimplementation,systeminitialization,RS485bus,relaycontrol,DAoutputcontrolprogram,theADacquisitionprogramdesign.Collection module of this design is not limited, and not just for a s

17、ingle use, it can complete many collection, for example, temperature, humidity, pressure, flow, displacement, analog quantities voltage, and current .The system interface is simple and reliable, and its uses is various and flexible.Keywords: RS485; remote communications; data acquisition and control

18、目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc3579060351 緒 論 PAGEREF _Toc357906035 h 1HYPERLINK l _Toc3579060361.1 研究的背景與意義 PAGEREF _Toc357906036 h 1HYPERLINK l _Toc3579060371.2 國外研究現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc357906037 h 2HYPERLINK l _Toc3579060381.3 本文主要工作容 PAGEREF _Toc357906038 h 3HYPERLINK l _Toc3579060391.4 系統(tǒng)分析 PAGE

19、REF _Toc357906039 h 4HYPERLINK l _Toc3579060401.4.1任務(wù)要求 PAGEREF _Toc357906040 h 4HYPERLINK l _Toc3579060411.4.2 設(shè)計(jì)方案論證 PAGEREF _Toc357906041 h 4HYPERLINK l _Toc3579060421.4.3 總體設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc357906042 h 6HYPERLINK l _Toc3579060431.5 本文章節(jié)安排 PAGEREF _Toc357906043 h 7HYPERLINK l _Toc3579060442.1 RS-23

20、2/422/485 標(biāo)準(zhǔn) PAGEREF _Toc357906044 h 8HYPERLINK l _Toc3579060452.1.1 RS-232 標(biāo)準(zhǔn) PAGEREF _Toc357906045 h 9HYPERLINK l _Toc3579060462.1.2 RS-422/485 標(biāo)準(zhǔn) PAGEREF _Toc357906046 h 9HYPERLINK l _Toc3579060472.2 RS-485 通訊協(xié)議 PAGEREF _Toc357906047 h 12HYPERLINK l _Toc3579060482.2.1 ModBus 協(xié)議(RTU 模式) PAGEREF _T

21、oc357906048 h 12HYPERLINK l _Toc3579060492.2.2 多功能電能表通訊規(guī)約(DL/T645-1997) PAGEREF _Toc357906049 h 15HYPERLINK l _Toc3579060502.3 RS-485 應(yīng)用要點(diǎn) PAGEREF _Toc357906050 h 16HYPERLINK l _Toc3579060512.4 本章小結(jié) PAGEREF _Toc357906051 h 16HYPERLINK l _Toc3579060523 基于RS485通信遠(yuǎn)程采集與控制器的硬件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc357906052 h 1

22、7HYPERLINK l _Toc3579060533.1 硬件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc357906053 h 17HYPERLINK l _Toc3579060543.2 單片機(jī)應(yīng)用電路 PAGEREF _Toc357906054 h 18HYPERLINK l _Toc3579060553.3 電源模塊電路 PAGEREF _Toc357906055 h 20HYPERLINK l _Toc3579060563.4 主從機(jī)RS485接口電路設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc357906056 h 21HYPERLINK l _Toc3579060573.5 繼電器控制電路 PAG

23、EREF _Toc357906057 h 24HYPERLINK l _Toc3579060583.6 2路DA轉(zhuǎn)換電路 PAGEREF _Toc357906058 h 25HYPERLINK l _Toc3579060593.6.1 TLC5615簡介 PAGEREF _Toc357906059 h 25HYPERLINK l _Toc3579060603.6.2 TLC5615功能框圖 PAGEREF _Toc357906060 h 25HYPERLINK l _Toc3579060613.6.3 TLC5615引腳功能 PAGEREF _Toc357906061 h 26HYPERLIN

24、K l _Toc3579060623.6.4 TLC5615推薦工作條件 PAGEREF _Toc357906062 h 26HYPERLINK l _Toc3579060633.6.5 TLC5615的時(shí)序 PAGEREF _Toc357906063 h 27HYPERLINK l _Toc3579060643.6.6 TLC5615的兩種工作方式 PAGEREF _Toc357906064 h 27HYPERLINK l _Toc3579060653.6.7 DA電路 PAGEREF _Toc357906065 h 28HYPERLINK l _Toc3579060663.7 3路AD轉(zhuǎn)換

25、電路 PAGEREF _Toc357906066 h 28HYPERLINK l _Toc3579060673.8 本章小結(jié) PAGEREF _Toc357906067 h 29HYPERLINK l _Toc3579060684 基于RS485通信遠(yuǎn)程采集與控制器的軟件設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc357906068 h 30HYPERLINK l _Toc3579060694.1 通信協(xié)議的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc357906069 h 30HYPERLINK l _Toc3579060704.2 主程序流程 PAGEREF _Toc357906070 h 32HYPERLINK l

26、 _Toc3579060714.2.1 主機(jī)主程序流程 PAGEREF _Toc357906071 h 32HYPERLINK l _Toc3579060724.2.2 從機(jī)主程序流程 PAGEREF _Toc357906072 h 36HYPERLINK l _Toc3579060734.3系統(tǒng)初始化 PAGEREF _Toc357906073 h 41HYPERLINK l _Toc3579060744.3.1 主機(jī)系統(tǒng)初始化 PAGEREF _Toc357906074 h 41HYPERLINK l _Toc3579060754.3.2 從機(jī)系統(tǒng)初始化 PAGEREF _Toc35790

27、6075 h 43HYPERLINK l _Toc3579060764.4 RS485總線的程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc357906076 h 45HYPERLINK l _Toc3579060774.5 繼電器控制程序的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc357906077 h 46HYPERLINK l _Toc3579060784.6 2路DA輸出控制程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc357906078 h 46HYPERLINK l _Toc3579060794.7 3路AD采集程序設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc357906079 h 47HYPERLINK l _Toc3579060

28、804.8 本章小結(jié) PAGEREF _Toc357906080 h 50HYPERLINK l _Toc3579060815 總結(jié)與展望 PAGEREF _Toc357906081 h 51HYPERLINK l _Toc3579060825.1 總結(jié) PAGEREF _Toc357906082 h 51HYPERLINK l _Toc3579060835.2 展望 PAGEREF _Toc357906083 h 51HYPERLINK l _Toc357906084 辭 PAGEREF _Toc357906084 h 53HYPERLINK l _Toc357906085參考文獻(xiàn) PAGE

29、REF _Toc357906085 h 54HYPERLINK l _Toc357906086附件一 電路原理圖 PAGEREF _Toc357906086 h 56HYPERLINK l _Toc357906087附件二 PCB圖 PAGEREF _Toc357906087 h 591 緒 論1.1 研究的背景與意義數(shù)據(jù)采集與控制技術(shù)是信息科學(xué)的重要分支之一，它研究數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、處理以與控制等問題。其任務(wù)是對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)各種參數(shù)進(jìn)行采集，然后送入計(jì)算機(jī)，根據(jù)不同的需要由計(jì)算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算和處理，得到所需的數(shù)據(jù)。與此同時(shí)，將計(jì)算得到的數(shù)據(jù)按要求進(jìn)行顯示并判斷作出決定，以便實(shí)現(xiàn)對(duì)某些物理量的監(jiān)

30、視控制。在一些環(huán)境條件惡劣、異常危險(xiǎn)的環(huán)境中，如深井、對(duì)人體危害極大強(qiáng)輻射空間、人體活動(dòng)不便的空間，要做到現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)綜合分析并做出現(xiàn)場(chǎng)決策，幾乎是不可能做到的。在這些環(huán)境中，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)有著其巨大優(yōu)勢(shì)。還有一些管理分散，數(shù)據(jù)采集量大的工作條件下，人到現(xiàn)場(chǎng)去采集數(shù)據(jù)就變得繁重而繁瑣了，這時(shí)，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集就是一種非常簡單而且有效的方法1。由此可見，對(duì)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的采集和控制方面的研究是非常有必要的。近年來，大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷地推廣應(yīng)用，傳統(tǒng)的儀器儀表、數(shù)字測(cè)量技術(shù)在數(shù)據(jù)采集方面升華到一個(gè)全新的階段2。而隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)越來越趨向數(shù)字化、智能化、遠(yuǎn)距離

31、方向發(fā)展。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集技術(shù)，廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)和民用生活，特別是智能化小區(qū)水、電、氣、暖的抄表監(jiān)控以與工業(yè)測(cè)量儀表的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控等方面的應(yīng)用非常普遍。它結(jié)合了計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信和自動(dòng)化管理等現(xiàn)代化技術(shù)，并不斷融合更多更新的通信技術(shù)3，4。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集技術(shù)發(fā)展時(shí)間不長，其發(fā)展也是伴隨著相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步才逐漸實(shí)用化，不過這一技術(shù)的應(yīng)用很快發(fā)展成為一個(gè)潛力巨大、市場(chǎng)廣闊的產(chǎn)業(yè)5。目前國外采用的數(shù)據(jù)采集方案和運(yùn)行方式多種多樣，其所達(dá)到的目的和要求也不同。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集并沒有規(guī)定一個(gè)固有的模式，包括其容和形式都不斷發(fā)展和變化。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集技術(shù)在國外應(yīng)用普遍,研究成果很多,數(shù)據(jù)采集形式和技術(shù)各異，所達(dá)到的目標(biāo)和

32、要求也不同6。由于形式復(fù)雜和多樣，問題和實(shí)用性也比較多，許多技術(shù)目的單一，并不成系統(tǒng)。 論文的目標(biāo)是設(shè)計(jì)一個(gè)當(dāng)前在國的實(shí)際狀況下通用、開放的系統(tǒng)，因此采用了通用的標(biāo)準(zhǔn)去設(shè)計(jì)方案。本文設(shè)計(jì)的目的是實(shí)現(xiàn)基于RS-485總線上的數(shù)據(jù)通信與遠(yuǎn)程控制的系統(tǒng)，利用單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行控制?？刹杉}沖或電壓、電流、溫度等信號(hào),即采集現(xiàn)場(chǎng)各種儀表數(shù)據(jù)信號(hào)，送給單片機(jī)的處理。單片機(jī)根據(jù)采集的數(shù)據(jù)通過繼電器開關(guān)再對(duì)外部裝置進(jìn)行控制。1.2 國外研究現(xiàn)狀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(DataAcquisitionSysteln)簡稱DAS系統(tǒng),是對(duì)工業(yè)過程數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算、顯示、儲(chǔ)存與各種控制的裝置。在很多行業(yè)都有較廣應(yīng)用。過程對(duì)

33、象需檢測(cè)的參數(shù)經(jīng)轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換成可測(cè)數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)轉(zhuǎn)換器變換成單片機(jī)、計(jì)算機(jī)能處理的信號(hào)，再送入系統(tǒng)的I/O模塊，I/O模塊也可設(shè)計(jì)成直接接收現(xiàn)場(chǎng)來的電壓、電流、電阻或脈沖信號(hào)，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)由中央處理器處理。DAS系統(tǒng)在硬件配置上的獨(dú)特要求,在進(jìn)行具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮各種因素以滿足用戶的需求7，8。軟件功能則更豐富，根據(jù)用戶需要,可編制控制和服務(wù)程序,如操作指導(dǎo)、統(tǒng)計(jì)分析等、實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)或即時(shí)打印或通信9。20世紀(jì)90年代至今，由于集成電路制造技術(shù)的不斷提高，出現(xiàn)了高性能、高可靠性的單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)DAS。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)生了極大的變化。工業(yè)計(jì)算機(jī)、單片機(jī)和大規(guī)模集成電路的組合，

34、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(shù)據(jù)處理能力大大加強(qiáng)。出現(xiàn)了高性能、高可靠性的單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)10。目前數(shù)據(jù)采集技術(shù)已經(jīng)成為一種專門的技術(shù)，在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用更先進(jìn)的模塊式結(jié)構(gòu),根據(jù)不同的應(yīng)用要求，通過簡單的增加和更改模塊，并結(jié)合系統(tǒng)編程，就可擴(kuò)展或修改系統(tǒng)，迅速地組成一個(gè)新的系統(tǒng)11，12?，F(xiàn)階段并行總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)向高速、模塊化和即插即用方向發(fā)展。串行總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)向分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和智能化方向發(fā)展?？煽啃圆粩嗵岣撸瑪?shù)據(jù)采集系統(tǒng)物理層通信,由于采用RS485、雙絞線、電力載波、無線和光纖，所以其技術(shù)得到了不斷發(fā)展和完善。其在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和

35、控制等眾多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用13。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集技術(shù)在國外應(yīng)用普遍,研究成果很多,數(shù)據(jù)采集形式和技術(shù)各異，所達(dá)到的目標(biāo)和要求也不同。由于形式復(fù)雜和多樣，問題和實(shí)用性也比較多，且許多技術(shù)目的單一，并不成系統(tǒng)。國外起步較早，某些地區(qū)在此領(lǐng)域己制訂了相關(guān)行業(yè)數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)也較先進(jìn)，并不斷地開發(fā)新技術(shù)。國外應(yīng)用比較先進(jìn)，普遍的主要數(shù)據(jù)采集技術(shù)有電力線載波系統(tǒng)、手持或車載式無線遙讀遙控方式、線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、GSM(GPRS)無線數(shù)據(jù)采集等14，15，但國外此行業(yè)的許多技術(shù)和運(yùn)行方式在國并不適用。一些采用新技術(shù)的方案也僅僅限于理論探討，實(shí)際的市場(chǎng)實(shí)用性并不大。國自九十年代初開始研制遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)系統(tǒng)，由于中

36、國的實(shí)際國情，長期一直沒有相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品市場(chǎng)廣闊,發(fā)展?jié)摿艽?到現(xiàn)在各種產(chǎn)品種類繁多,形式復(fù)雜,缺少一個(gè)統(tǒng)一的規(guī)。在目前國現(xiàn)有技術(shù)和現(xiàn)狀的情況下，參照了歐洲類似的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(ModBus)，制訂了遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集的一些要求和規(guī)，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了計(jì)量儀表數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕驹瓌t、接口形式與物理性能、數(shù)據(jù)鏈路、數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)與數(shù)據(jù)安全和數(shù)據(jù)表達(dá)格式的要求，對(duì)技術(shù)的采用并沒有提出太多限制16。就目前國的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集技術(shù)來說，大多是采用國外此行業(yè)類似技術(shù)和芯片，或采用一些成熟的數(shù)據(jù)通訊技術(shù)，并根據(jù)國需求定制和發(fā)展，許多新技術(shù)不斷出現(xiàn)和嘗試，可以說這個(gè)行業(yè)正處于一個(gè)不斷發(fā)展并完善的階段。1.3 本文主要工

37、作容 本論文的是對(duì)基于RS485通信的數(shù)據(jù)采集與控制器設(shè)計(jì)的研究，因此要用一個(gè)章節(jié)介紹RS485同信協(xié)議。數(shù)據(jù)采集與控制的核心部件單片機(jī)是軟硬件配合工作的，在系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)好以后還要分別設(shè)計(jì)配合主從機(jī)使用的軟件。其中硬件電路的說明應(yīng)分模塊功能不同詳細(xì)說明，對(duì)于其中用到的芯片，也要加以介紹。軟件設(shè)計(jì)部分則根據(jù)硬件模塊用C語言編寫進(jìn)行面向數(shù)據(jù)采集與控制過程的配套程序。程序設(shè)計(jì)為硬件服務(wù)，說明時(shí)畫出流程圖，以增強(qiáng)程序可讀性。 工作安排流程圖如下： 開始閱讀資料，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)束圖1.1 工作安排流程圖1.4 系統(tǒng)分析

38、1.4.1任務(wù)要求（1）研究RS485總線技術(shù)的運(yùn)用，即如何進(jìn)行通信協(xié)議的設(shè)計(jì)；（2）采集3路節(jié)點(diǎn)信號(hào)；（3）反饋2路模擬控制量（最大輸出電壓能達(dá)到10V）；（4）2路繼電器遠(yuǎn)程控制。1.4.2 設(shè)計(jì)方案論證 論文設(shè)計(jì)的是一個(gè)通用、開放的系統(tǒng)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、電壓、電流等模擬量的采集。系統(tǒng)接口簡單可靠，用途多樣，具有一定靈活性。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。各種方案都有其特點(diǎn)，有其相適應(yīng)的應(yīng)用環(huán)境和存在的條件，不能一概而論，甚至在特殊情況下還需要將其結(jié)合在一起，揚(yáng)

39、長避短可發(fā)揮出更大的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于以上方案，應(yīng)該說是各有優(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。1 主機(jī)部分方案論證 根據(jù)系統(tǒng)的要求，主機(jī)需要完成的功能是讀取從機(jī)采集回來信息，并且對(duì)從機(jī)的外設(shè)進(jìn)行控制，設(shè)計(jì)了以下三個(gè)方案。 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)備與布線面積。缺點(diǎn)是只能采用貼片的封裝，但是由于工藝的原因，需要花費(fèi)大量的時(shí)間在硬件電路的制作上。 方案（二）： 以PC機(jī)為控制核心，由上位機(jī)來統(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。缺點(diǎn)是PC體積都較大，且成本很高。 方案

40、（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)簡單，利于各部分功能，且成本較低、體積較小，方便安裝等。缺點(diǎn)是功能較少，如需要增加其它功能需要加入相應(yīng)的硬件，但根據(jù)本系統(tǒng)的要求，以52單片機(jī)為核心，再加上DS18B20等信息轉(zhuǎn)換模塊就完成系統(tǒng)要求的功能綜合以上三個(gè)主機(jī)方案，最終選擇以52單片機(jī)為控制核心，來完成系統(tǒng)對(duì)信息的采集。2 通訊總線接口方案論證系統(tǒng)的要一臺(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關(guān)系，只要主機(jī)能讀取從機(jī)采集回來的信息即可，根據(jù)以上要求，設(shè)計(jì)了以下兩個(gè)方案。 方案（一）：采用RS-2

41、32標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)簡單，模塊設(shè)計(jì)相當(dāng)成熟，且成本也較低。非常適合點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通訊。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cTTL 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?，F(xiàn)在由于采用新的UART 芯片16C550 等，波特率達(dá)到115.2Kbps；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。 方案（二）：采用RS-485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T

42、TL電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成差分信號(hào)A、B兩路輸出，經(jīng)過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)。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)2.5Mbps。故傳輸信號(hào)在千米之外都是可以恢復(fù)，而且RS-485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。綜合以上兩個(gè)方案，本系統(tǒng)最終選擇RS-485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。1.4.3 總體設(shè)計(jì)本系統(tǒng)選擇RS-485為系統(tǒng)的通信總線，以52單片機(jī)為控制核心，設(shè)計(jì)的目的是實(shí)現(xiàn)基于RS-485總線上的數(shù)據(jù)通信

43、與遠(yuǎn)程控制。整個(gè)系統(tǒng)分為兩個(gè)部分：主機(jī)部分與從機(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。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。處于設(shè)計(jì)與使用的方便考慮,主機(jī)硬件電路跟從機(jī)硬件電路采用一樣的電路,只是在軟件設(shè)計(jì)上加以區(qū)分。這樣，在不通過RS485總線的情況下系統(tǒng)也能進(jìn)行2路繼電器開關(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，只是無法遠(yuǎn)程通信。主從機(jī)系統(tǒng)框圖如下： 圖2.1 遠(yuǎn)程采集與控制器的系統(tǒng)框圖 主機(jī)單片機(jī)發(fā)送信號(hào)通過RS485總線傳給從機(jī),從機(jī)判斷主機(jī)發(fā)過來信息再通過繼

44、電器控制電路控制AD電路和DA電路工作，最后又通過RS485總線傳回信息給主機(jī)。如此循環(huán)，達(dá)到主機(jī)對(duì)從機(jī)的控制功能。1.5 本文章節(jié)安排根據(jù)研究目標(biāo),將本文分為五章，容作如下安排:第一章：介紹遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與控制技術(shù)研究的額背景與意義， 國外數(shù)據(jù)采集研究現(xiàn)狀，本文主要工作容。然后根據(jù)本文任務(wù)要求對(duì)系統(tǒng)方案進(jìn)行論證。 第二章：介紹RS485通信協(xié)議，主要分3個(gè)方面進(jìn)行介紹：RS485標(biāo)準(zhǔn)、RS485通訊協(xié)議、RS485應(yīng)用要點(diǎn)。 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)。 第四章：系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，其中包括：通信協(xié)議的設(shè)計(jì)、整

45、體程序流程、系統(tǒng)初始化、RS485總線程序設(shè)計(jì)、繼電器控制程序設(shè)計(jì)、DA輸出控制程序設(shè)計(jì)、AD采集程序設(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。2 RS-485 協(xié)議規(guī)通常的微處理器都集成有 1 路或多路硬件UART 通道，可以非常方便地實(shí)現(xiàn)串行通訊。在工業(yè)控制、電力通訊、智能儀表等領(lǐng)域中，也常常使用簡便易用的串行通訊方式作為數(shù)據(jù)交換的手段。但是，在工業(yè)控制等環(huán)境中，常會(huì)有電氣噪聲干擾傳輸線路，使用RS-232 通訊時(shí)經(jīng)常因外界的電氣干擾而導(dǎo)致信號(hào)傳輸錯(cuò)誤；另外，RS-232 通訊的最大傳輸距離在不增加緩沖器的情況下只可以達(dá)到15 米。為了

46、解決上述問題，RS-485/422 通訊方式就應(yīng)運(yùn)而生了。本章將詳細(xì)介紹485 標(biāo)準(zhǔn)、通訊規(guī)約、應(yīng)用要點(diǎn)。2.1 RS-232/422/485 標(biāo)準(zhǔn)RS-232、RS-422 與RS-485 最初都是由電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）制訂并發(fā)布的。RS-232在1962 年發(fā)布，命名為EIA-232-E，作為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以保證不同廠家產(chǎn)品之間的兼容。RS-422是由RS-232 發(fā)展而來，它是為彌補(bǔ)RS-232 之不足而提出的。為改進(jìn)RS-232 通信距離短、速率低的缺點(diǎn)，RS-422 定義了一種平衡通信接口，將傳輸速率提高到10Mbps，傳輸距離延長到4000 英尺（速率低于100kbps 時(shí)），并允許

47、在一條平衡總線上連接最多10 個(gè)接收器。RS-422 是一種單機(jī)發(fā)送、多機(jī)接收的單向、平衡傳輸規(guī)，被命名為TIA/EIA-422-A 標(biāo)準(zhǔn)。為擴(kuò)展應(yīng)用圍，EIA 又于1983 年在RS-422 基礎(chǔ)上制定了RS-485 標(biāo)準(zhǔn)，增加了多點(diǎn)、雙向通信能力，即允許多個(gè)發(fā)送器連接到同一條總線上，同時(shí)增加了發(fā)送器的驅(qū)動(dòng)能力和沖突保護(hù)特性，擴(kuò)展了總線共模圍，后命名為TIA/EIA-485-A 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。RS-232、RS-422 與RS-485 標(biāo)準(zhǔn)只對(duì)接口的電氣特性做出規(guī)定，而不涉與接插件、電纜或協(xié)議

48、，在此基礎(chǔ)上用戶可以建立自己的高層通信協(xié)議。但由于PC 上的串行數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)單元的格式（8-N-1 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。基于PC 的RS-232、RS-422 與RS-485標(biāo)準(zhǔn)均采用同樣的通訊協(xié)議。表格 2.1 列出了RS-232、RS-422、RS-485 通訊方式的區(qū)別。表 2.1 RS-232、RS-422、RS-485 的區(qū)別標(biāo)準(zhǔn)RS232RS 422RS 485工

49、作方式單端差分差分節(jié)點(diǎn)數(shù)1收、1發(fā)1發(fā)、10收1發(fā)、32收最大傳輸電纜長度50英尺4000英尺4000英尺最大傳輸速率20Kbps10Mbps10Mbps最大驅(qū)動(dòng)輸出電壓+/25V0.25V+6V7V+12V發(fā)送器輸出信號(hào)電平(負(fù)載最小值)負(fù)載+/5V+/15V2.0V1.5V發(fā)送器輸出信號(hào)電平(空載最大值)空載+/25V6V6V發(fā)送器負(fù)載阻抗()3K7K10054擺率(最大值)30V/sN/AN/A接收器輸入電壓圍15V-10V+10V-7V+12V接收器輸入門限3V200mV200mV接收器輸入電阻()3K7K4K(最小)12K發(fā)送器共模電壓-3V+3V-1V+3V接收器共模電壓-7V+7

50、V-7V+12V2.1.1 RS-232 標(biāo)準(zhǔn)RS-232 被定義為一種在低速率、近距離串行通訊的單端標(biāo)準(zhǔn)。RS-232 采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。RS-232 的電氣標(biāo)準(zhǔn)電平為邏輯“0”時(shí)：+3V+15V；電平為邏輯“1”時(shí)：-3V-15V；未定義區(qū)：3V3V。在此區(qū)域的信號(hào)處理將由通訊接口的RS-232 收發(fā)器決定。2.1.2 RS-422/485 標(biāo)準(zhǔn)RS-422/485 標(biāo)準(zhǔn)的全稱為TIA/EIA-422-B 和TIA/EIA-485 串行通訊標(biāo)準(zhǔn)。RS-422/485標(biāo)準(zhǔn)與RS-232 標(biāo)準(zhǔn)不一樣，數(shù)據(jù)信號(hào)采用差分傳輸方式（Differential Driver Mode）

51、，也稱作平衡傳輸。由于RS-422/485 標(biāo)準(zhǔn)在電氣特性上非常相近，在傳輸方式上有所區(qū)別；為便于理解，下面將主要介紹應(yīng)用比較普遍的RS-485 標(biāo)準(zhǔn)，并簡單介紹RS-422 標(biāo)準(zhǔn)與RS-485 標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)別。電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）于1983 年制訂并發(fā)布RS-485 標(biāo)準(zhǔn)，并經(jīng)通訊工業(yè)協(xié)會(huì)（TIA）修訂后命名為TIA/EIA-485-A，習(xí)慣地稱之為RS-485 標(biāo)準(zhǔn)。RS-485 標(biāo)準(zhǔn)是為彌補(bǔ)RS-232 通信距離短、速率低等缺點(diǎn)而產(chǎn)生的。RS-485 標(biāo)準(zhǔn)只規(guī)定了平衡發(fā)送器和接收器的電特性，而沒有規(guī)定接插件、傳輸電纜和應(yīng)用層通信協(xié)議。RS-485 標(biāo)準(zhǔn)與RS-232 不一樣，數(shù)據(jù)信號(hào)采用差

52、分傳輸方式（Differential Driver Mode），也稱作平衡傳輸，它使用一對(duì)雙絞線，將其中一線定義為A，另一線定義為B，如圖 2.1所示。圖 2.1 RS-485 發(fā)送器的示意圖 圖 2.2 RS-485 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)。另有一個(gè)信號(hào)地C。在RS-485 器件中，一般還有一個(gè)“使能”控制信號(hào)?！笆鼓堋毙盘?hào)用于控制發(fā)送發(fā)送器與傳輸線的切斷與連接，當(dāng)“使能”端起作用時(shí)，發(fā)送發(fā)送器處于高阻狀態(tài)，稱作“第三態(tài)”，它是有別于邏輯“1”與“0”的第三種狀態(tài)。對(duì)于接收發(fā)送器，也作出與發(fā)

53、送發(fā)送器相對(duì)的規(guī)定，收、發(fā)端通過平衡雙絞線將A-A與B-B 對(duì)應(yīng)相連。當(dāng)在接收端A-B 之間有大于+200mV 的電平時(shí)，輸出為正邏輯電平；小于-200mV 時(shí)，輸出為負(fù)邏輯電平。在接收發(fā)送器的接收平衡線上，電平圍通常在200mV至6V 之間。參見圖2.2 所示。定義邏輯1（正邏輯電平）為BA 的狀態(tài)，邏輯0為AB 的狀態(tài)，A、B 之間的壓差不小于200mV。TIA/EIA-485 串行通訊標(biāo)準(zhǔn)的性能如表格 2.2 所示： 表 2.2 TIA/EIA-485 通訊方式的性能參數(shù)規(guī)格TIA/EIA485傳輸模式平衡電纜長度90Kbps4000 ft（1200m）電纜長度10Mbps50 ft（1

54、5m）數(shù)據(jù)傳輸速度10 Mbps最大差動(dòng)輸出 6V最小差動(dòng)輸出 1.5V接收器敏感度0.2 V發(fā)送器負(fù)載（歐姆）60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RS-485 標(biāo)準(zhǔn)的最大傳輸距離約為1219 米，最大傳輸速率為10Mbps。通常，RS-485 網(wǎng)絡(luò)采用平衡雙絞線作為傳輸媒體。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。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般來說，15 米長雙絞線最大傳輸速率僅為1Mbps。注意：并不是所有的RS-485 收發(fā)器都能夠支持高達(dá)10Mbps 的通訊速率。如果采用光電隔離方式，則通訊速率

55、一般還會(huì)受到光電隔離器件響應(yīng)速度的限制。RS-485 網(wǎng)絡(luò)采用直線拓樸結(jié)構(gòu)，需要安裝2 個(gè)終端匹配電阻，其阻值要求等于傳輸電纜的特性阻抗（一般取值為120）。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。終端匹配電阻安裝在RS-485 傳輸網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)端點(diǎn)，并聯(lián)連接在A-B 引腳之間。RS-485 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)、寬共模圍的通信平臺(tái)。同時(shí)，RS-485 電路具有控制方便、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。在過去的20 年時(shí)間里，建議性標(biāo)準(zhǔn)RS-485 作為一種多點(diǎn)差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)碾姎庖?guī)，

56、被應(yīng)用在許多不同的領(lǐng)域，作為數(shù)據(jù)傳輸鏈路。目前，在我國應(yīng)用的現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)中，RS-485半雙工異步通信總線也是被各個(gè)研發(fā)機(jī)構(gòu)廣泛使用的數(shù)據(jù)通信總線。但是基于在RS-485 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。2.2 RS-485 通訊協(xié)議RS-485 標(biāo)準(zhǔn)只對(duì)接口的電氣特性做出規(guī)定，而不涉與接插件、電纜或協(xié)議；因此，用戶需要在RS-485 應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上建立自己的應(yīng)用層通信協(xié)議。由于RS-485 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（8-N-1 格式）：1 位邏輯0 的起始位，6/7/8 位數(shù)據(jù)

57、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。目前，RS-485 在國有著非常廣泛的應(yīng)用，許多領(lǐng)域，比如工業(yè)控制、電力通訊、智能樓宇等都經(jīng)?？梢砸姷骄哂蠷S-485 接口電路的設(shè)備。但是，這些設(shè)備采用的用戶層協(xié)議(術(shù)語參考自O(shè)SI 的7 層結(jié)構(gòu))都不一樣；這些設(shè)備之間并不可以直接連接通訊。比如，很多具有RS-485 接口電路的用戶設(shè)備采用自己制定的簡單通訊協(xié)議，或是直接取自ModBus 協(xié)議(AscII/RTU 模式)中的一部分功能；在電力通訊領(lǐng)域，當(dāng)前國家現(xiàn)在執(zhí)行的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，頒布有按設(shè)備分類的各種通訊規(guī)約，如CDT、SC-1801、u4F、DNP3.0

58、規(guī)約和1995 年的IEC60870-5-101 傳輸規(guī)約、1997 年的國際101 規(guī)約的國版本DL/T634-1997規(guī)約；在電表應(yīng)用中，國大多數(shù)地區(qū)的廠商采用多功能電能表通訊規(guī)約(DL/T645-1997)。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/T645-1997)進(jìn)行簡單介紹。2.2.1 ModBus 協(xié)議(RTU 模式)以下資料摘錄于Modbus 協(xié)議(RTU 模式)的一部分，介紹了Modbus RTU 協(xié)議的基本構(gòu)成、主要特點(diǎn)、參數(shù)規(guī)定；便于我們理解一個(gè)通訊協(xié)議的基本模式與要求18。關(guān)于詳細(xì)的ModBus 協(xié)議，用戶可以從ModBus-IDA

59、協(xié)會(huì) (.) 下載具體的容。 1 查詢響應(yīng)周期ModBus 協(xié)議遵循“查詢響應(yīng)”模式，如圖 2.3 所示。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。數(shù)據(jù)段包含了從設(shè)備要執(zhí)行功能的任何附加信息。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容。數(shù)據(jù)段必須包含要告之從設(shè)備的信息：從何寄存器開始讀與要讀的寄存器數(shù)量。錯(cuò)誤檢測(cè)域?yàn)閺脑O(shè)備提供了一種驗(yàn)證消息容是否正確的方法。響應(yīng)：如果從設(shè)備產(chǎn)生一正常的響應(yīng)，在響應(yīng)消息中的功能代碼是在查詢消息中的功能代碼的響應(yīng)。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)。如果有錯(cuò)誤發(fā)生，功能代碼將被修改以用于指出響應(yīng)消息是錯(cuò)誤的，同時(shí)數(shù)據(jù)段包

60、含了描述此錯(cuò)誤信息的代碼。錯(cuò)誤檢測(cè)域允許主設(shè)備確認(rèn)消息容是否可用。設(shè)備地址功能代碼數(shù)據(jù)錯(cuò)誤檢測(cè)主設(shè)備的查詢消息設(shè)備地址功能代碼數(shù)據(jù) 錯(cuò)誤檢測(cè)從設(shè)備回應(yīng)消息圖 2.3 ModBus 協(xié)議的“查詢響應(yīng)”模式 2 RTU 模式RTU 模式的格式：地址功能代碼數(shù)據(jù)數(shù)量數(shù)據(jù)1.數(shù)據(jù)n CRC高字節(jié)CRC低字節(jié)當(dāng)控制器設(shè)為在Modbus 網(wǎng)絡(luò)上以RTU（遠(yuǎn)程終端單元）模式通信，在消息中的每個(gè)8Bit 字節(jié)包含兩個(gè)4Bit 的十六進(jìn)制字符。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)。代碼系統(tǒng)：8 位二進(jìn)制，十六進(jìn)制數(shù)0.9，A.F消息中的每個(gè)8 位域都是一個(gè)兩個(gè)十六進(jìn)制字符組