（电力电子与电力传动专业论文）利用pstn组网的远程分布式三给智能监测系统.pdf

a b s t r a c t l o n g - d i s t a n c ed i s t r i b u t e dm o n i t o r i n gs y s t e mh a v em a n yw a y s ，a n dt h e u s i n gm o d e so fd i s t a n c ei nt e n sk i l o m e t e r so rf a r t h e rt h a nt h i s a r ev e r y c o m n l o l r t t y p i c a lm o n i t o r i n gs y s t e m sa l ee a r t h q u a k em o n i t o r i n gs ) s t c i n ， h y d r o g r a p h i cm o n i t o r i n gs y s t e m , o i im o n i t o r i n gs y s t e m , a u t o r e a d i n gs y s t e m o fw a t e rm e t e r , w a l t - h o u rm e t e ra n dg a sm e t e r1 1 1o n ea n ds o a tp r e s e n t , m o s to f m o n i t o r i n gs y s t e mi se o n s t i t t a e db ys p e c i a lu a n s m i t t i n gs y s t e m ss u c h 髂f i b e r , r l l d i on e ta n ds p e c i a le o n t r o lc o m p u t e r s 1 ka u t h o ri n n o v a t e sa n d d e s i g n sl o n g - d i s t a n c ed i s t r i b u t e dt h r e el e v e lm o n i t o r i n gs y s t e mi nt h ep a p e r b yu s i l l gp s t n 锄c h a n n e la t , c o r d i n gt or e q u i r e a tm o n i t o r i n gf i e l dr s - 4 8 5 b u si su s e da st h ef i r s tl e v e lm o n i t o r i n gs y s t e mb e c a u s eo fm u l t i s l a v e ra n d d i s t a n c e 鹤f a r 豁1 0 0 m n 伦p a r ti sc o n s t i t u 把db ys m a r ts c i k i sa n d m o n i t o r i n gi n s l z u m e n t i no r d e rt od i s o o s ed a t aa tm o n i t o r i n gf i c l d = p ci s a d o p t e d a sl o c a l 在l 越；t e ew h i c hc o n s t n l c t st h es e c o n dl e v e lm o n i t o r i n gs y s t e m i t sf u n c t i o ni sd a t ap r o c e s s i n g , a n dt h i sd a t aa f eu s e f u lf o rl o c a lr o l a t i v e d e p a r t m e n t 1 1 1 et h i r dl e v e lm o n i t o r i n gs y s t e mi se o m p o s e c lo fe o m m u r t i e a t i o nu n i t , m o d e ma n dp s t n c e n t r a lp cl o c a t e s 砒m o n i t o r i n gc e n t e r , l i n k i n ga l l m o n i t o r i n gi m m m a e n t sb ym o d e ma n dg a t h e r i n ga l ld a t ai nc e n t r a lp cf o r f u l t h o 1 p r o c e s s i n g 1 1 持p a p e rp r e s e n t st h ed e s i g no ft h et h r e el e v e | s y s t c n l $ ，a n de s l e i a i l y i n t r o d u c e sr c a l i z t t t i o l lo fh a r d w a r ea n ds o f t w a r eo fd i f f - e l 珊to a r t si 1 1 1d e t a i l b c c l l u o fp r a e t i e a b i l i t yo ft h es y s t e m r e l a t i v ed e p a g a n e n th a sa c c e p t e di l 1 1 1 ea u t h o ri sp r e p a r i n gf o ri n d u s t r yt r i a la n d 删n gi nd u ef o r m a u t h o r p r o g r a m s ，d o e se x p e r i m e n t sa n d & a w st h ep c b i ti sp o v e dt h a tt h es c h e u 圮 i sr i g h ta n df e s s i b l e a n d 渤b eu s e df o rl e f 蝴c ef o rc o n g e n e ru 靶 k e yw o t 也：l o n g - d l s t l , , e e r 譬4 8 ss 岫a r t d i s t r i b u t e dm o n i t o r i n gs y s t e m m o d e m删 太原理i 走学硬士擎位论文 前言 远程遥测技术随着信息社会的发展显得越来越重要。其中多点远距 离的遥测是一种发展需求模式。比如油田开采中，井架作业点一般分布 距离在几十至上百公里的范围内。需要将油压流量等参数实时汇总剜监 测中心。在河流防汛监测系统中，需要将各点水位参数传送到控制中心。 在地震监测系统中，也需要在相当的区域内设置多个监测点，将地震的 有关信息实时传输到城市中心的监控中心进行分折处理。这种遥酒模式 在现场一般设置多个智能化传媾器，并通过总线与现场监涌仪连接，现 场监测仪再与上位机连接，进行数据处理。多个现场的信号通过传输系 统连接成一个大系统，数据汇总到监测中心。 远程多点分布式系统的传输系统可以采用无线信道，也可采用专用 信道如光纤s d h 系统等。 在传输速率要求不太高的情况下，最经济、简单、实用灵活韵系统 当属公用交换电话弼( p s l _ n ) 。本文基于这一考虑，设计了远距离多点 分布式的三级智能化遥测系统。 该系统由三级组成其中在传感器与监浏仪之间采用了r s - 4 8 5 标 准。基于现场总线技术的第一级采集系统。在监涓仪与本地p c 之间采 用r 2 3 2 c 构成第二级采集系统。对信号进行迸一步处理。在多个一级、 二级采集系统的基础上通过通信单元、m o i ) e m 及p s l n 构成第三级系 统。该系统在箍测中心放置了中心p c ，对远距离的多点信号进行集中分 析处理。 对于本论文所论述的同类研究，据文献查阅有以下几倒。以太原理 工大学测控所研制的使用电话网进行数据传输的水位遥测系统为代表， 其现场设置以单片机为核心的基站，传感器输出的电流信号进入基站， 然后通过电话网实现远传。传感器并未采用现场总线，因而处理能力有 限。单片机为核心的基站只是被动接收呼叫。不具主动呼叫功能。天津 大学仪表学院在矬利油田原油集输管网泄露自动监测系统也用到电话网 信输，但其实现点对点的遥信，没有组网。另外，地震监涓也有采用p s t n 作为总网的系统，但其拨号与连通都需要人工完成，尚未实现智能化， 因此，本系统的研究具有创新意义和实用推广的价值。 一、系统构成 系统构成如图l 一1 所示。 太原理i 大学硕士学位论走 ii il ll i l ：图1 1 系统缎成框图 主要有以下部分组成： l 、智篦化传感器 2 、监测仪 3 、通信单元 4 、本地p c 机 2 走原理i 大季硬士学位论i 5 、基于r s - 4 8 5 的现场总线 6 、p s t n 二、基于r s 4 8 5 的现场总线技术 现场总线技术是现代化工业生产自动测控系统的发展方向。应用在 生产现场，在微机化测量控制设备之间实现双向串行多接点数字通信， 也被称为开放式、数字化多点通信的底层控制网络。现场总线技术将专 用m c u 鼍入传统的测量控制仪表。使它们各自都具有了数字计算和数 字通信能力，采用可进行简单连接的双绞线等作为总线。把多个测量控 制仪表接成网络系统，并按公开，规范的通信协议，在位于瑰场的多个 微机化涮控设备之阀以及现场仪表和远程监控计算机之问，实现数据传 输与信息交换，形成各种适应实际需要的自动控制系统，简而言之，它 把单个分散的测量控制设备变成网络接点，以现场总线为纽带，把它们 连成可以互相沟通信息，共同完成自控任务的网络系统与控制系统。现 场总线网络可以进一步与其他网段及i n i r a r n e 疆和i n t e r n e w 互连。 借助现场总线网段以及与之相连的其它网段。实现异地远程自动控制。 现场总线技术是随着控制、计算机、通信和阿络等技术的发展而发展的， 适应信息沟通的需要。信息技术的飞速发展，引起了自动化结构的变革， 逐步形成以潮络集成自动化系统为基础的企业信息系统，现场总线技术 就是顺应这一形式发展起来的新技术。在本系统中采用了基于i 氇4 豁的 现场总线组成第一级智能监测系统，该系统由智能化传感器与监涌仪组 成。 1 、传感器 根据不同的系统可以配置不同的传感器。在本文中，采用了大地电 磁波传感器。其核心是两个铁心线圈。输出电匝波形信号实时反映大地 电磁波的变化情况。地磁波分为纵波和横波，属低频范围。这是传感器 线圈输出的原始信号。在传感器中还包括信号处理单元。对传感器最初 信号作初步处理。对传感器输出的原始电压信号取其两个量来反映地震 波的变化情况：电磁波的变化频率以及电磁波的幅值。预处理单元取得 此两值后经r s - 4 8 5 总线传输到监测仪作进一步的处理。般每个监测点 设置两个传感器，分剐用来监涌地震波的纵波和横波。 2 、监测记录仪( 下位机) 监测仪对由传感器传来的信号作进一步的处理并存储以供上传刊上 位机( p c 机) 作进一步的处理，监测仪是一单片机系统，对传癌器传来 的信号作进一步的分析，处理，并进行相应计算。把墁终数值存储、上 传。显示、打印、功能设置。 3 太原理i 走掌硬士季住论文 智能化传感器与监酒仪之间由r s , - 4 8 5 总线连接。 三，i c 机同的串行曩信与通过p s t n 组同 在本系统中通信单元完成监测仪与本地p c 机之间的串行通信，并 通过m o d e m 连接p s t n 进行数据远传。 通信单元是一单片机系统，此系统可以对数据的流向及m o d e m 进行 控制。本地监测仪与远程p c 通过电话网建立起数据链路，m o d e m 有专 线、拨号两种，此处使用的是拨号m o d e m 。此单元的一个难点是如何对 m o d e m 进行控澍使之能呼叫或响应呼叫。为了对m o d e m 进行有效的控 制，此通信单元借助了异步串行通信端口的设计思想。借助一片i n s 舵5 0 芯片使之能与m o d e m 方便的进行连接。 通信单元起通信响应、呼叫功能。负责遥信链路的建立、切断，负 责与本地上位枫和远程p c 机的通信。 i 、监涮仪与本地p c 机的通信 本地p c 机一开帆就通过通信单元与监测仪处于连接状态。如图! - 2 。 图l - 2 通信单元框图 4 走_ l 鲁理i 走季硬士季拉论走 通信单元内部有一电子开关，一般情况下，监测仪与本地p c 处于 连通状态。监测仪与本地p c 机双向通信。在监测仪内部r 1 1 j 电平经转 换成为r s - 2 3 2 电平，担任此功能的电路是电平转换电路。常用芯片 m ) c 2 3 2 或i c l 2 3 2 。此芯片能单一电源工作。经转换后的电平通过串口 与p c 机通信。 监涓仪是5 1 单片机系统。p c 机使用v b 或v c 语言，具有良好的 人机界面。使用v b 开发效率高，人机界面好，v b 中的控件m s c , o l n l n 可以用来完成对p c 串口的控制。 与本地机的通信协议，般由开发者自己定义，协议也较简单，可 以采用奇偶校验，或方阵校验。 整个传输过程可分三部分：握手、数据传输、校验。 上位机功能：波特率设置、端口设置、时问校准。数据的处理和图 形曲线的绘制。 2 、监测仪与远程p c 机的通信 由于监测仅与远程p c 距离达十几公里、几十公里甚至更远。r 睨3 2 已经远远不能满足要求。r s 4 2 2 瓜s - 4 8 5 也不能满足要求。因此应该采用 专用的传输系统进行数据远传。在本系统中采用公共电话交换网传输是 一种方便、成本低的数据传输方法。 监测仪和p c 机输出的是数字基带信号，而电话线传输的是音频模 拟信号，为此监测仪要把传输的数字信号经调制解调器调崩成适合在电 话线上传输的模拟信号( f s k ) 。传输到远程p c 后，由调制解调器解调 为数字基带信号传给p c 机。同样，远程p c 向监涓仪以及本地p c 传辘 数据也需要进行调制与解调的过程。 监测仪要与远方的p c 机通信，首先要建立起数据链路，此链路的 建立是通过拨号的方式建立起来的。通信单元通过一圈定电话与电话网 连接。数据链路的建立，可由通信单元呼叫远方p c 建立也可远程p c 呼 叫本地通信单元建立，数据链路建立后，即可进行数据通信。 为了方便快速地传输数据，要应用传输协议。现在常用的传输协议 有：( 1 ) 面向字符型。( 2 ) h d l c 高层数据链路传输协议。 p c 机与m o d e m 的连接控制时，需电缆与p c 串口连接即可。软件 开发可以使用v b ，其中，v bm s c o m m 控件能对m o d e m 进行控制，与 远端p c 建立连接。v b 不容易实现的部分可用v e h 作成控件的形式在 v b 中调用。数据存放在数据库中，v b 能够方便地对数据库控制。 走原理i 走擘硕士拿往论定 第一章分布式测控系统的发展及应用现状 第一节拓扑结构_ 及网络协议 分布式测控已在工业生产中得到了广泛应用，并代表了测控系统的 发展方向，分布式测控集成了p c ( 丰富的软硬件资源、较强的数据处理 能力) 和m c u ( 体积小、价格低廉、抗干扰性能好) 各自的优点，可把 m c u 放置在各个不同的测控现场，p c 放置在环境较好的涌控室内，这 样，就存在着位于各现场的m c u 和p c 的通信问题。对于此阿题的解决， 基本上都是采用串行总线挂接的总线型瞬络拓扑的办法解决。下面分别 从三个方面叙述此系统的发展状况。 一、拓扑结构 l 、常见的网络拓扑结构 常见的网络拓扑结构：星型。环型，串行总线型，串行总线主从式。 2 、拓扑结构选择 综合比较上述数据通信网络性能，在许多场合下，使用总线型网络 结构，此拓扑结构简单，使用灵活，目前，根据应用场合实际需要，p c 与m c u 的通信采用总线分布式结构，拓扑结构如下：f m m a s t e rs - s l a v e r ) 二、嗣络协议 现场总线技术，有其相应的协议规定，如：f f 协议包括开放互连模 型( 0 s i ) 中的2 7 层。l o n w o r k s 采用i s o o s i 的全部七层通信协议。 p r o f i b u s 采用o s i 模型的物理层、数据链路层，f m s ( 现场信息搜范) 还采用了应用层。c a n 包括o s i 的物理层、数据链路层及应用层。h a r t 规定了一系列的命令，按命令方式工作。 4 0 l 6 太碌理i 走学磺士学位论走 r s - 2 3 2 c 、r s - 4 2 2 、r s - 4 2 3 、r s - 4 8 5 、r s - 4 9 9 协议简单由开发者根 据具体系统确定，但，基本上包括，联络，握手确定通信对象，数据发 送，数据校验，数据发送结束等部分。 太琢理i 走学硕士学往语文 第二节通信方式的软件实现 一、用w i n d o w sa ll 函敦实现串杼通信 在w i n d o w s 9 5 9 8 n t 环境下w ；n d o w s 完全接管了各种硬件资源，不 允许用户直接控翩串行口的中断，但，提供了w i n d o w sa p i 函数基本可 满足串行通信的要求。常用函数及其作用如下表所示。0 0 1 2 7 1 函数作用 c y e a t f i l e f i e t c o m m s t a t e s e t c o m m s t a t e g 种c o m m t i m e o u t s s e 屺o m m t i m e o u t s f i e t c o m m m a s k w a i t e o m m e v e n t 倒t e f i i e r e f i 砸i l e c l o s e h a n d l e 打开串行口 检索串行口设置 设置串行口 检索通信超时设置 设置通信超时参数 设定被监视事件 等待被监视事件发生 发送数据 接收数据 关闭串行口 在v b 等语言中调用a p i 函数，即可完成相应逶信。用w i n d o w sa p i 函数实现串行通信的最大优点是功能强，它不仅提供了对 w i n d o w s 9 5 丹8 ，n t 的全面支持，更由于a p i 函数是w i n d o w s 的标准函数 受到w i n d o w s 环境下开发软件的支持，避免了m s c 洲控件不能在非 m i c r o s o f t 产品中使用的不便。正是以上优点使之深受欢迎，是目前使用 最广泛的方法。用a p i 函数的缺点是开发者必须w i n d o w s 程序设计的原 理( 如消息响应、设备描述等) 有较深的了解。此外，它只能实现对标 准串行通信首地址的读写操作，大大降低了通信的灵活性，使某些硬件 设备无法通过a p i 函数来实现。 二、甩m s c o m m 控件实现串行通信”h 翘i l l h l 习h 删嗍 m s c o m m 控件是由m i c r o s o f t 开发，主要用于实现计算机蚵通信的 a e t i v e x 控件，利用它能方便地实现串行通信。通过i n l m t m o d e 属性的设 置。可以，以文本格式或二进制格式接收数据。其主要属性：川 8 太原理i 大学硕士学位论文 1 、c o m m p o r t 设置或返回通信口的编号，如1 为c o m l ，2 为0 0 甄舵， 在用p o r t o p c m 属性打开口前，必须先设置c o m m p o r t 的属性。缺省为l 。 2 、s c 嘧眵设置或返回波特率，校验，数据位，停止位等参数，波 特率可以是1 1 0 1 9 2 0 0 。校验，n 表示不校验，e 表示偶校验，o 表示 奇校验，8 表示空格校验，m 表示符号校验。数据位，可以是4 8 位。 停止位可以是1 ，1 5 ，2 位，缺省“9 6 0 0 ，n ，8 ，l ”。 3 、p o r t o p c n 设置或返回通信口的状态( t r u e 打开，f a l s e 关闭) 设计时不可见。 4 、i n p u t 从接受缓冲区取出并返回字符串。 5 、o u t p u t 向发送缓冲区发送字符 6 、i n b u l l 瞒i z e 设置或返回接收缓冲区字节值。 7 、i n b u f c z c o u n t 返回接收缓冲区已接收字节的个数，设计时不可见 8 、o u t b 螂i z c 设置或返回发送缓冲区字节值，缺省为5 1 2 字节。 9 、o u t b u f c x c o u n t 返回发送缓冲区中等待发送的字符个数，设计对 不可见。 1 0 、i n p u t e n 设置或返回的是用i n p u t 性质从缓冲区读出字符串时 每次读出的字符个数，这个性质对于读出数据块中定长数据串十分有用。 通信控件提供了两种方法来处理通信。一是查询方法，二是事件驱动 查询法用i n b u f 酏_ o u n t 和o z a b u f c r c o m z t 来进行查询判断。事件驱动， 可用o n c o m m 事件捕获处理事件，o n c o m m 事件也可检测到通信中发生 的错误，由通信控件的c o m m e v e n t 属性来判断。 m s c o m m 控件可用于v b 及v c + + 1 1 5 i ，但主要用于v b 环境。通过 此控件，可以，方便地对串口控制。开发者既不须了解w i n d o w s 的程序 设计原理也无须掌握串行通信的相关知识便能利用它实现计算机问的串 行通信及计算机同多数硬件设备问通信。但，在多机通信时，应注意v b b l s a 孙n i 控件对数据格式的限制。及如何解决从机地址选择的问题。 这是多极通信关键。m s c o m m 控件对w i n d o w s 9 5 9 8 n t 3 种环境都提供 了良好的支持，其缺点是功能少、灵活性不高，另一缺点是，此控件只 有在m i c r o s o f t 的系歹h 产品( 如v b 、v c + + ) 中才能轻松简单地嵌入使用， 在c _ b u i l d e r 和d i e l p l l i 等非m i c r o s o f t 产品中使用需改变注册的配置和 设置，且在编译和连接中会出现异常的错误。 三、甩嵌入式茫编实现串行通信牡1 i 辨i 汇编程序嵌入技术是实现串行通信的一种重要手段，它灵活性极强， 可用来实现徽机同任一仪表及硬件线路的通信，但要求开发人员对串行 通信有的原理有较深刻的认识，在v c + + 和c + + b u i i d c r 4 0 中可以实现 9 太璩理i 走学硬士学位话乏 汇编的嵌入。在c _ b u i l d e r 4 0 嵌入汇编以a s m 开头，v c h 6 0 以- a s m 开头。使用汇编嵌入技术可以提高响应速度和适应更高传输波特率，能 充分发挥汇编代码内存需求小，能直接访问硬件端口，执行速度快的优 势。另外，v c + + 程序中对执行速度要求比较高或要多次调入的函数模块 也可用汇编代码编写。由于汇编技术的实质是通过汇编语言直接操纵硬 件设备来实现串行通信，灵活性和功能性都很强，但，要求开发者熟悉 串行通信原理，另外，由于w i l d o 俩n t 采用了多种保护机髓，不允许直 接对端口地址直接进行操纵，因而，该方法不适应于w i n d o w s n t 环境。 四、d e l p h i 臌pw i n d o w s 的涓控系统恻网 d e l p h i 由b o r l d 公司研制，是近几年来较为流行的w i n d o w s 应用 系统开发平台，非常适用于现代化工业控制，他的开发效率高，代码量 小，又有强大的数据库弓l 擎和直观的界面，利用d l l 舳的嵌入式汇编语 句可以不借助其他任何工具直接在w i n d o w s 9 8 环境下对硬件进行操作， 在编写测控系统方面有独到的优势。 o e l p “的嵌入式汇编支持8 0 8 6 8 7 和3 8 6 8 0 3 8 7 指令，可以放在程 序可执行部分的任何地方，汇编语言模块必须以关键字a s m 开头以e n d 结尾，以便和其它语句分开。 在d e l p h i 中可以容易地用位图形成现场模拟画面，并可插放a v i 或 g i f 文件进行动态演示。对保存数据d e j p l l i 十分方便，o e x p k 通过b d e 数据引擎管理数据库，使用户对数据库的操作更为方便。 五、动态链接库串行遥信p i v b 开发应用程序非常方便，但缺乏对底层端口的访闷能力，效率 比较低，在某些实时性要求较高的场合难跌藏足要求。可用开发动态链 接库的方法来扩展v b 的功能。由于v b 使用p 码，本身不能创建动态 链接库，创建动态链接库d l l 最常用的工具m i c r o s o f t 公司的v c - + f o r w i n d o w s ，b o r l a n d 的c + + f o rw i n d o w s 和t u r b oc + + 妇w i n d o w s 。创建 的动态链接库可以方便地在v b 、v c + + 中调用。 六、c 语言开发串行通信应用程序卅 这也是较早使用的开发语言，但，不少开发者仍在使用用c 语言实 现满意的r s 2 3 2 c 通信并不是一件容易的事情，这是由c 语言的库函数 决定的。c 语言库函数对串行口的支持是基于b i o s 调用( i n t l 4 h ) 的， 1 0 太原理i 大学硕士学位论文 有状态检测、初始化、输入及输出功能。当采用查询方式，波特率较高 时，容易丢失字符。采用中断方式进行通讯，要对中断控嗣器( 舱5 9 ) 及串行口( 8 2 5 0 ) 端口操作。使用c 语言也可进行嵌入式汇编。 市场上出售的接口板卡有的使用c 语言，有的使用汇编语言进行编程， 如i b m 公司的m o x a = c 1 0 2 a 、c 1 0 3 a 硒h 8 5 接口扳卡。i z l 以上，综述了目前分布式测控系统的发展状况，实际应用中，也基 本上基于上述方法。 小结 本章综述了分布式测控系统的组网及结构形式与目前应用状况，表 明本设计的新颖性。 太原理i 走学硕士学位论文 第二章作为下位机的监测仪与上位机 p c 之间的通信 第一节监测仪与上位机p c 之问的通信 在监澜仪与上位机p c 之闻采用了r s - 2 3 2 c 技术标准。r s - 2 3 2 c 是 异步串行通信中应用最广泛的标准总线，它包括了按位串行传输的电气 和机械方面的规定。用于数据终端设备( d t e ) 和数据通信设备( d c e ) 之间的接口。一个完整的r s - 2 3 2 c 接口有2 2 根线，采用标准的2 5 芯插 头座其定义如表2 1 所示。其中1 5 根引线( 表中打者) 组成主信道通 信，其它则为未定义和供辅助信道使用的引线。辅信道也是一个串行通 道，但其速率比主信道低的多，一般不使用。如果使用的话，主要是传 送通信线路两端所接的调制解调器的控制信号。 由于r s - 2 3 2 c 是早期为促进公用电话网络进行数据通信而镧定的标 准，其逻辑电平对追是对称的。，与r r l 、c o m o s 电平不厨。逻辑0 电 平规定为+ 5 + 1 5 v 之间，逻辑l 电平为5 1 5 v 之闻。因此，r s - 2 3 2 c 驱动器与1 1 l 电平连接必须经过电平转换。 r 娆3 2 c 由于发送器和接收器之间具有公共信号地，不可能使用双 端信号，因此，共模噪声会偶合到信号系统中这是迫使r s - 2 3 2 c 使用 较高传输电压的主要原因，即便如此，该标准的信号传输速率也只能达 到2 0 k b ，s ，最大传输距离1 5 m 。只有在这种条件下才能可靠地进行数据 传输。 大多数计算机应用系统或智能单元之间只需使用3 5 根信号线路 即可。现在计算机与m o d e m 之间连接也只用9 根线。有的情况下，只 用三根线即可进行通信，如计算机与单片机的直接连接。如图2 i 所示 圈2 - 1r s - 2 3 2 c 的连接 1 2 太原理i 走学磺士学住论文 表2 jr s - 2 3 2 c 接口信号 引脚号说明 o l 保护地 2发送数据 3 接收数据 睾4 请求发送( r t s ) 5允许发送( c t s 。或清除发送) 6数传机( d c e ) 准备好 7s g 8 接收信号线检测 9 ( 保留供数传机测试) 1 0( 保留供数传机测试) 1 l 来定义 1 2( 辅助) 接收线信号检溅 1 3 ( 辅助) 允许发送( c t s ) 1 4 ( 辅助) 发送数据 1 5发送信号无定时( d c e 为源) 1 6( 辅助) 接收数据 1 7接收信号无定时( d ( 冤为源 1 8 未定义 1 9( 辅助) 请求发送( r t s ) * 2 0 数据终端准备好 2 l 信号质量检测 * 2 2 振铃指示 * 2 3数据信号速率选择( d 咖b 为源) * 2 4 发送信号无定时 2 5 未定义 1 3 走原理i 大学硬士学位谵走 第二节串行通信的接口设计 一、徽机与单片机薏信接口电路硬件设计 圈2 - 2 r s - 2 3 2 与r i l 电平转换 监测仪核心为m s c s i 单片机，单片机串口为r r l 电平，上位机( p c ) 串口为2 3 2 电平，在距离较近的直接相互通信中。在r s - 2 3 2 规定的传输 距离肉，中间只需进行一次r s 2 3 2 t r l 的电平转换，接口比较简单，可 选m a x 2 3 2 e 或i c 也3 2 进行转换。 二、监涮仅中通信软件设计 单片机与计算机通信，首先电平转换，进行电平匹配，其次设置相 同的数据格式，相同的传输速率，即相同的传输协议。 下面分别给出了发送以及接收程序： ( 1 ) 发送程序 0 r g0 0 0 0 h a j h m s i 0 r g 0 0 3 咖 s t a t ：m o vs c o n , # 0 d o i - i m o vp c o n , # 9 0 h m o vt m o d , # 2 0 h m o vt h i , # 0 e 6 h m o v1 l l 兽啊巨6 l 王 s m t r l 1 4 丝墅苎兰壁丝坚 _ 一 m o vr 0 , # 3 0 h m o vs p j t f i l m o v r 3 壮| 0 m o v 麟 n t r ：m o v 砌协 i n c r o 矾c a n ，n z j t 3 ，d “r m 旧r 0 , # 3 0 h m o v1 1 3 1 0 m o vr 5 范巧5 w a i t ：m o va ， 聃 m o v c ， m o = vt b s , c m o vs b u f , , a 矾c r o j n b n j a c a l l d l c l r l l d ，n z1 1 3 ，w a r r s h o w ：m a v 3 0 h a n la 搬 n i m o v6 0 i t , a m o va 3 0 h s w a pa m 儿气蜘f l i 蛐0 v6 l 琏a m o v 3 l h 船也凡柏f l i m o v 6 2 i i ，a m o v丸3 l h s 矾r a p a m 也a ，煳 m o v6 3 i 啦 m o va 3 2 h a n l九如f h m o v6 4 h , a 1 5 太原理i 走学碛士学住论文 m o v s 1 籼 a n l m o v m o v a n l m o v m o v s 啪 n l m o v r e ：m o v m o v _ k ) 、， a a ：m o v m o v m o v x b b ：m o v 凡 m o v 毋口v c m o v h k w x m o v h i o v n d v x r ra m d v a c a i j ， 粼黝 八3 2 h a 九搠册l 6 5 h , a a 3 3 h 丸艄婀 6 印l a a 一3 3 h a 凡粕f l i 6 7 1 4 a r 2 # 1 0 0 0 0 ( i o o b r 0 , 抽妍i 1 1 3 ，# 0 8 h d p t r , j 6 0 b f f f h 九# 8 0 1 t d v r r , a r o d p t r , f f r a b ! a ， a + d p t r d p t r , 0 0 b f f d h d 椰l a d p t r , # 0 b f f c h a ， r 2 d n r a 1 t 2 ，a d l d ，n zr 3 b b d j n z r 5 r e h n p s i i 矗 d l ：m o v露z # 0 2 h d l l ：m o v 1 1 6 , 0 0 f f h d l 2 ：d j n zit6,dl2 d j n zr 7 d l l r e t 1 6 t a b l ：d b3 豫，0 6 h ，5 b h , 4 f h , 6 6 h d b6 d h ，7 d i - i , 0 7 i t , 7 f i 王 6 f h d b7 7 1 - 1 , 7 c h 3 9 h , s e h , 7 9 h d b7 l h e n d 以上是用潞c 5 t 汇编语言编制的发送一个字节并在数码管上显示的串行通信 子程序。 ( 2 ) 、接收程序 o r g 0 0 0 0 h k 强艘飘心 0 r g 3 0 h s 功限m o vs o o n 。椒目瑚 劓d vp c o n , # 8 0 h h i o vt m o d , # 2 0 h m o vt h l , # 0 e 6 h m o vt l l , # o e 6 h s e t b t r l m a v r 0 , # 3 0 h m o vs p , # 1 f h m o vr 3 崔1 0 m o v 弗0 i n t r ：m o v r ” c r o d ，n z r 3 邛r i r n 【o vr 0 , # 3 0 h n o vr 3 j l o m o vr s j # 2 5 5 w 龇j n b 融，w a i t c l r m o va , s b u f m o v r o 乒 矾c r o d j n zr 3 , w a l t 阱i o w ：m o va3 0 h a n la 嘏册l m o v 伽a m o v丸3 0 h 堑些苎篓型丝墼 r e ： a a ： b b s w a pa a n l 九舶硼 m o v 6 j h a m o v九3 1 h a n l a 嘏) 瑚 m o v6 2 h a m o v九3 1 h s 骚狷pa a n l丸# 0 f h m o v 6 3 h a m o v九3 2 1 i a n l 九嘏) f l i m o v 6 4 r a m o v九3 2 h s w ”a a n la 裁孵i m o v6 s h a m o va3 3 h n l 气炯 m o v 配匿l a m o va3 3 h 飘m 诤a a n l九帮啉i m o v 6 7 h a m o vr 2 , # 1 0 c 1 0 0 0 0 m o v r 0 骺6 0 吼 m o vr 3 拍瑚 m o v d p t r , 铂强婚f f h m o v a 棚蝌i m o v x d f i r , a m o v a m o v d p t r , 垆l a b 】 m o v ca ， a + d p t r m o v d p t r , 栅b 玎；d 啊 m o v x i ) p t r , a m o v d p t r # 0 b f f c h m o va1 7 , 2 太碌理i 走擘礓士譬住论更 m o v x d p t r , a r r a m o v l t 2 a a c a l ld l 聃r 0 d j n z r 3 b b d ，n z r 5 r e a j ms 瑚 d l ： m o v r 7 嘏) 2 h d l l ：m d v r 6 , 挣睢啊i d l 2 ：d j n z r6,dl2 d j n z r 7 , d l l r b t t b l ：d b3 f h , 0 6 h , 5 b h , 4 f h 6 6 h d b6 d h , 7 1 ) 8 , 0 7 匪7 f h 6 f h d b7 7 n 7 c h , 3 9 h 5 e h , 7 9 h d b 7 l h e n d 以上是用m s c 5 l 汇编语言编制的接收一个字节并在数码管上显示的串行通信 子程序。 】9 走原理i 走拳硬士拳位论乏 第三节数据传输信号 一、不平衡线驱动器 在r s - 2 3 2 不平衡数据传输系统中传输的每一信号在接口连接器上 呈现出相对信号地电压的形式。例如，来自d t e 设备传输数据( i d ) 相对于p i n 7 ( 信号地) 出现在p i 玎2 上( d b - 2 5 连接器) 。在线路空闲状 态下此电压为负，而当幅度在5 1 5 v 数据传输时，正负电平在此脚 交替出现。典型的r s - 2 3 2 接收器工作电压范围3 1 2 v ，就象图2 3 所示。 黜蜀滕詈箍* m 。一 r s - 2 3 2i n t e r f n c ec l r c u l t 图2 - 3r s - 2 3 2 接口电路及工作电压范围 二、平衡线驱动嚣 在平衡差分系统中，驱动器产生的电压穿过一对信号线而只传输一 个信号。图2 4 示出了一平衡线驱动器的示意图及存在的电压。平衡线 驱动器会产生2 6 伏的电压通过a 和b 输出终端并且会有信号地连接 ( c ) 。虽然正确的信号地连接是重要的，但在平衡线接收器在判定数据 线路的逻辑状态时并不使用信号媲。平衡线接收器也可以有一个称为。使 能”信号的输入信号。此信号的目的是连接驱动器列其输出终端，a 和 b 。如果“使能”信号o f f ，可以认为驱动器同传输线断开。一个r s - 4 8 5 驱动器必须有“使能”控制信号。而一个r s - 4 2 2 驱动器可以有此信号， 但并不是必须的，其断开或“不能”条件称为驱动器的三态条件。 走藤理i 走学硬士学位论交 三、平衡线接牧暴 平衡线差分线接收器辨别横过两信号输入线，a 和b 传输线的电压 状态。它也需要一个信号地，此信号地在确保正确的接口连接是必要的。 图3 是一平衡差分线接收器原理示意图。此图也表明电压对平衡线接收 器的重要性。如果差分输入电压v 曲大于+ 2 0 0 m v ，接收器会在其输出端 有一确定的逻辑状态。如果输入电匪相反小于- 2 0 0 m v ，接收器会在其输 出终端引起一相反的逻辑状态。平衡线接收器能够辨别的输入电压如图 2 5 所示。考虑到传输线的衰减，此范围是2 0 0 m v 到6 v 。 器珊器恶2 f e “- 4 。e i ) 叠a l a n c 匕dd i f f e r n t l a l 口u t p u t l i n e 】) r i v e r 圈2 4 平衡差分输出线驱动器 一再 。 一寸一捌1 喃v n ，品墨嚏嚣麓，甓 b l a n c e dd 1 f - f r e n t l li n p u t l n er c e i v e r 图2 - 5 平衡差分输入线接收器 2 1 太原理i 赶拳硬士学往论定 小结 本章论述了监测仪与p c 机之间的串行通信及实现，包括传输特点、 传输协议，传输的线路方式及具体应用的接口设计和软件设计等。 太原理i 天擘礓士学位论定 第三章使用r s - - 4 8 5 总线实现传感器 与下位机的连接 第一节r s 4 8 5 应用系统的设计与调试 一、 系统的结构 由于各站点间与监测仪的距离较远，所以，系统选用两线r s - 4 8 5 通信方式。各监控站为一具有单片机的传感器，通过总线方式与监澜仪 相连，监测仪可向各传感器发指令，对各监控站( 传感器) 的工作状态 进行监测与控制，这样构成一个r s 4 8 5 主从式应用系统，系统总体结构 如图3 1 所示。 二、硬件设计 图3 - 1 系统总体结构图 各传感器及监测仪选用r 孓4 8 5 通信收发器芯片为m a x 4 8 3 。为了提 高系统的抗干扰能力，在传感器中对系统的通信子系统进行光电隔离， 使用单片机的一个i ，o 口控潮通信收发器的工作状态。 1 、接口原理图如图3 2 所示。下位机l 瞻接地，始终处于接收状态，要 发送数据时，通过下位机p1 0 控制d e ，使其处于发送状态m a x 4 8 3 具有一组 r s - 4 8 5 发送驱动器和接收驱动器。 太原理i 大学硬士学往论丈 图3 - 2 接口原理图 2 、工作流程 1 ) 、监涌仪发传感器地址 2 ) 、两传感器接收地址，并判断是否是本传摩器地址，是则给予响 应，把本传感器地址发送给监测仪。 3 ) 、涮仪收到正确地址后，发送命令。 4 ) 、传感器接收到命令进行数据传输，传输完毕，发送终止符。 5 ) 、监测仪接收到正确数据后，给予确认响应。否则进行重传要求。 三、软件设计 系统遥信软件由监澜仪通信