智能用电小区用户接入网设计

兰州交通大学毕业设计（论文）摘 要随着经济的发展和信息社会化的到来，人们对居住空间、居住环境、信息的获取以及娱乐和教育提出了更高的要求。人们开始考虑住宅的舒适性、便利性、安全性和高效性，要求住宅小区能为住户提供安全服务、信息服务及家庭智能化等功能，智能化住宅小区应用而生，以后也会对我们的生活提供更便捷的服务。首先是整体对接入网这一系统进行简要的介绍，用以说明接入网的主要部分以及各部分的作用。然后对接入网的传输信道进行选择，本设计的传输信道采用的是同轴电缆。接着对接入网的拓扑结构类型进行了简单的比较，选择出了本设计所采用的拓扑结构。接着还选择了适用于接入网业务的RS485通信协议，这部分只是做一简单介绍，不做深入研究。本论文的关键部分是接口电路的设计，接入网的接口总体来说有三部分，网络管理侧，业务节点部分以及用户终端与接入网的连接这一部分，并且各部分实现的功能也较复杂，本文主要针对的是用户侧接口电路的设计。所设计的接口电路主要是用于进行语音信号的传输。关键词：接入网；拓扑；接口电路；通信协议 AbstractAlong with the development of economy and the arrival of information socialization, people make higher request of live space, living environment, informations obtain, amuse and education. People start considering the comfortable , convenient , safety and high efficiency of residence, request community can provide the function of safety serve, the information serve and home intelligent serve, intellectualized community can come into being, and it will provide more convenient service to our life in the future.The design is to make a introduction of access network firstly, in order to explain main part of access network and the function of each parts, Then to carry on a choice about transmit routeway of access network, transmit routeway of this design is a coaxial cable.then to carry on a simple comparison about topology structure of access network, chose a topology structure of this design. then to have a choice of RS485 communicate agreement to be applicable to access network, this part just does a simple introduction, not do thorough research.The key part of this design is to design node electric circuit,the node of access network is totally about three parts, side of network manage, business node part and the part about connect of customer terminal with access network, and the function of each parts realization is also more complicated, this design mainly aim at is the design of customers side node electric circuit. this design about node electric circuit is mainly to have a transmission of speech signal.Key Words: Access network, Topology structure, Connect electric circuit, Communicate agreement 目 录摘 要IAbstractII目 录III1 绪论11.1论文的选题背景和研究意义11.2 国内外研究现状11.3 论文的主要研究内容22 智能用电小区用户接入网系统设计42.1 接入网定义与定界42.1.1 接入网定义42.1.2 接入网界定42.2 接入网接口52.2.1 用户网接口UN152.2.2 业务节点接口SN152.2.3 电信管理接口Q362.3 通信信道的的选择63 接口硬件电路设计73.1 音频信号放大模块73.2 放大后信号的滤波整形处理模块73.2.1 放大后信号的整形处理73.3 模拟数字转换模块83.3.1 实现数字化功能的常用器件ADC080983.4 电平转换模块113.4.1 转换芯片MAX3232的电压转换功能113.4.2 转换接口电路设计原理图123.4.3 A/D转换电路123.5 方案一接口总模块133.5.1 硬件连图133.5.2 方案一接口电路133.6 方案二接口总模块143.6.1 硬件连接图143.6.2 方案二接口电路154 通信协议及拓扑结构174.1 用户端串行口通信协议174.1.1 通信方式174.1.2传输方式174.1.3数据命令帧格式174.2 拓扑结构184.2.1影响拓扑选型的因素184.2.2 拓扑选型19结 论21致 谢22参考文献23- 23 - 1 绪论1.1论文的选题背景和研究意义与智能大厦一样，智能小区也是现代建筑技术与现代通信技术和现代计算机技术相结合的产物，它无疑将成为21世纪建筑高科技含量之一的智能建筑，将是人类创造更多物质财富和提高生活质量的基础设施1。住宅小区的智能化主要是以电话、计算机、电视机等设备集成一体自主控制，可扩充、共享的工作、学习、娱乐、家庭综合信息服务平台；实现安全防盗、消防与煤气泄漏报警、紧急求助遥控等；家用设备自动化，如对空调机、热水机等的遥控。住宅小区智能化是将各个子系统进行系统集成，统一监控管理，实现消防与保安的监控管理；电表、水表、煤气表、热工表的数据采集，停车、能源及设备的运行管理，小区环境监测与管理，以及业务管理等2。本设计依然是以传统的双绞铜线传输为传输介质进行设计的。传统的电信网的语音传输最终是通过电话来实现的，但是本设计所用到的语音的传输是最终通过用户PC(Personal Computer,个人计算机)实现的，因为PC机可以承载更多的业务，当然语音通信也是其中的一项，使用户的使用更便捷。1.2 国内外研究现状国内最早使用宽带接入网始于九十年代末，概括起来讲，国内宽带接入网的发展历程可以归结为三个阶段。第一阶段是九十年代中一二十世纪初，严格意义上来说，当时的接入网实际上是基于ATM(Asynchronous Transfer Mode,同步传输模式)的窄带网络，仅能提供少量的ISDN(Integrated Services Digital Network,综合服务数字网络)综合服务数字网络功能，功能非常单一，如上海贝尔当时在S1240程控交换机基础上开发的接入网。ISDN技术主要是为基木PSTN(Public Switched Telephone Network,公用电话交换网)公用电话交换网而开发的，也可以称之为ISDN交换机，主要实现电路交换功能，它只能提供64Kb/s的电路承载业务，每个服务最多能提供2x64Kb/s的速率。用户需要通过拨号连接到因特网服务器才能访问因特网。山于访问速率低，用户需求也小大，很快就退出了市场。第二阶段是2000年至2006年期间，随着信息技术的飞速发展，特别是多媒体信息互联网络在人们的生活中占有着重要的地位，宽带接入市场需求发生了跳跃性攀升。同时用户对网络速度也提出了更高要求，原来的网络无法适应这种新的需求，国内就开始了骨干网络的大规模改造升级，用光纤作为传输媒介，在ATM的基础上发展出了PDH(Plesiochronous Digital Hierarc,准同步数字体系)和SDH(Synchronous Digital Hierarchy,同步数字体系)，同时兼容ATM，为信息高速公路提供了而向用户的通道，可以说这是传输技术的第一次革命。SDH以同步传输模块STM-1为基木单位，每个单位的传输速率为155.5x2Mb/s在主干网SDH传输速率可以达到STM-16即16x155.52=2.48832Gb/s。SDH网络主要采用环形或树形结构，SDH的显著优点是它小仅兼容PDH，这样小厂家生产的设各就可以通用，横向兼容性也很好。在市场与技术的双重推动下，ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line,非对称数字用户线)用户数量呈快速上升趋势，特别是在2004年发展最快，至2004年底就达到2000多万，在沿海经济发达地区上网普及率很高，到2006年底宽带用户数量达到了3200多万。在第二阶段刚开始的几年里，大家普遍地认为ATM将是未来网络主要的传输技术，各接入网设各商生产的接入设各基木上是基于ATM传输模式的，在接卜来的几年里随着SDH技术的应用又开发出了基于SDH传输模式的接入网设各，整个DSL市场呈现了ATM与SDH存在的局面，但当时以太网技术没有得到应有重视。 第三阶段是2006年至现在，到2010年我国的ADSL用户增长到了6000多万户，接近2006年时的两信，在用户数量急剧上升的同时，Internet多媒体服务（如视频点播、网络游戏、远程教学等）快速发展，用户对信息传输速率要求也更高了，核心网提供的带宽也在小断增加，基木实现了全光纤传输。 典型国家接入网发展概况： 自2005年以来，全球接入网建设进入了一个大发展阶段，其中美国、韩国和日本是最具代表性的国家。美国的宽带接入以电缆电视和ADSL为主，2009年宽带用户达到3200万户，近来FTTP(Fiber to the Premises,光纤到驻地)已引起不少地方政府的兴趣，成为近期FTTP发展的主要驱动力，传统电信公司中Verizon的态度最积极，在2009年即已敷设100万户。韩国经过二年的大发展，宽带用户总数突破1000万，宽带普及率位居世界第一，占家庭用户的70%，互联网用户的90%日本政府通过各种措施(包括e Japan, u Japan等一系列国家项目)大力推动宽带技术的发展，2009年宽带用户总数达到3000万，其中FTTH(Fiber To The Home,光纤到用户)达到1000万6。1.3 论文的主要研究内容 对本设计所要研究的内容，主要包括以下几个方面：首先是整体对接入网这一系统进行简要的介绍，用以说明接入网中主要的部分以及各部分的作用。然后对接入网的传输信道进行选择，本设计的传输信道采用的是同轴电缆的接入。接着对接入网的拓扑结构类型进行了简单的比较，选择出了本设计所采用的拓扑结构。接着还选择了适用于接入网业务的通信协议，这部分只是做一简单介绍，不做深入研究。本设计的关键部分还是接口电路的设计，接入网的接口总体来说有三部分，网络管理侧，业务节点部分以及用户终端与接入网的连接这一部分，并且各部分实现的功能也较复杂，本文主要针对的是用户侧接口电路的设计。所设计的接口电路主要是用于进行语音信号的传输。硬件部分包括下面几点： (1) 反应语音通信中音频信号模块的放大与整流处理，然后采用LM393P实现信号的低频放大功能和采用555定时器实现滤波整形处理功能；(2) 因为处理后的信号是模拟信号，所以还需要对其进行相应的模拟到数字的转换过程；(3) 对换后得数字信号接入至51单片机的数据处理与数据发送； (4) 最后通用转换芯片MAX3232对信号处理与电平转化以完成上位计算机与单片机之间的串行通信，并实现计算机对单片机发送数据的接收等操作。计算机的接入部分是采用的RS232九针串口接口，到这里，硬件接口电路的设计基本就算完成。2 智能用电小区用户接入网系统设计 接入网是由用户环路发展演变而来的，而不同于传统的用户环路，是一个全新的网络概念，有严格的定义与定界。2.1 接入网定义与定界2.1.1 接入网定义 1995年11月，相关机构在通过的建议C902中对接入网柞出如下定义:接入网是由业务节点接口和用户网接口之间的一系列佳送实体（例如线路设施和传输设施）组成，为传送电信业务而提供所需传送承载献力的实施系统，可经由Q3接口配置和管理。2.1.2 接入网界定接入网的定界是由其接口作出的，如图2.1所示。由图可知，接入网所覆盖的范围可由三个接口来界定，即首先通过UNl与UTE的连接；然后通过SNl与位于市话端局或者RSU(remote subscriber unit,远端交换模块)的SN相连；最后通过Q3的接口与TMN(telecommunication management network,电信管理网)相连。接入网由TMN进行配置和管理，完成电信业务的交叉连接、复用和传输，一般不含交换功能3。图2.1 接入网定界关于接入网的上述三个接口，将在后面专门介绍4。这里，需要进一步说明的是，图2.1中的SNl是提供具体业务服务的实体，是一种可接入各种交换型和永久连接型电信业务的网元。对交换业务来说，业务节点提供接入呼叫和连接控制信令，进行接入连接和资源分配处理。可以提供规定业务的SNl有：本地交换机、路由器、或者特定配置下的点播电视等。可见，SNl是不传统的网络节点。在概念上，SNl和NN都是用来描述电信网中的交换节点的，但NN只是描述电信网中交换节点的交换功能；而SNl不仅描述了其交换功能，还描述了其所交换的业务与种类。另外，允许一个接入网与多个SNl相连。这样，一个接入网既可以接入到分别支持特定业务的单个SNl，又可以接入到支持相业务的多个SNl。而用户网络接口与SN的联系是静态的，即该联系的确定是通过TMN与相关SNl的协调指配功能完成的。给SNl分配接入承载能力也是通过TMN指配功能完成的。这在概念上相当于把接入网划分为多个虚接入网，至少每个SNl有一个虚接入网与其对应完成这一管理任务的是TMN。2.2 接入网接口2.2.1 用户网接口UN1 UNl位于接入网的用户侧，是UTE与接入网之间的接口。接入网通过UNl为用户提供各种业务服务，UNl分为独享式和共享式两种。所谓独享式UNl是指UTE通过UNl只能接入到一个SNl；所谓共享式UNl是指UTE通过UNl可以接入到多个SNl，一个共享式UNl可以支持多个逻辑接入，每个逻辑接入通过不同的SNl连向不同的SNl，而不同的逻辑接入则由不同的用户口功能支持。接入网的系统管理功能则对UNl的传输媒介质进行监控，并协调与SNl的操作。2.2.2 业务节点接口SN1 SNl位于接入网的SN侧，是接入网与SN之间的接口。它独立于SN和交换机，支持很宽范围的接入类型，把不同业务的SN通过不同的SNl与接入网相连，进而向用户提供多种不同的业务服务。 SN种类： (1) 仅支持一种专用接入类型； (2) 可支持多种接入类型，但所有接入类型的接入承载能力相同； (3) 可支持多种接入类型，且每种接入类型的接入承载能力不同。SNl应当按照SN的具体种类，并根据所选的接入类型、接入承载能力和业务要求来规定。目前，支持一种业务的SN有如下几种： (1) 单一个本地交换机，可以支持PSTN业务，N-ISDN(Narrowband Integrated Services Digital Network,窄带综合业务数字网)业务，B-ISDN(Broadband Integrated Services Digital Network,窄带综合业务数字网)业务或PSPDN(Packet switched Public Data Network,分组交换公共数据网)业务等； (2) 单个租用线SN，可以支持以电路交换方式为基础的租用线业务，以ATM交换方式为基础的租用线业务以及以分组交换方式为基础的租用线业务等；(3) 特定配置下提供数字图像和声音点播业务的SN；(4) 特定配置下提供数字或模拟图像和声音点播业务的SN。2.2.3 电信管理接口Q3 Q3是接入网与TMN的接口，也是TMN与电信网各被管理部分连接的标准接口。作为电信网的一部分，接入网的管理也应纳入TMN的管理范围之内。接入网通过Q3标准接口与TMN相连来实现TMN对接入网的管理与协调，从而提供用户所需的接入类型及承载能力。2.3 通信信道的的选择铜线接入网的传输媒质包括音频对称电缆和同轴电缆。前者主要用于电话网中的用户环路上，后者则主要用于CATV(CableTelevision,线缆电视)系统中。采用数字传输技术，将模拟用户环路改造为DSL(Digital Subscriber Line,数字用户环路)，可以进一步挖掘双绞线的可用传输带宽，充分利用现有的线路资源，为人们提供各种宽带业务。 铜线接入网通过用户环路的数字化，采用数字双工技术、数字复用技术和数字集线技术，在不改变原有用户综合布线的情况下，可实现用户的宽带接入。由于铜线接入网技术具有造价低、接入速率较高等优点，一般泛应用于智能化小区、办公写字楼、机关、学校等场所的宽带接入业务7。3 接口硬件电路设计3.1 音频信号放大模块先对同轴电缆上传输的音频信号进行运算放大。其所示的电路图如下图3.1所示 图3.1 一般放大电路 运放是一种包含许多晶体管的集成电路，一般它的作用是把输入电压放大一定倍数后再输送出去，其输出电压与输入电压的比值称为电压放大倍数或电压增益。运放是一种高增益、高输入电阻、低输出电阻的放大器。运算放大器核心是一个差动放大器，即图中所示的OPAMP，这就是两个二极管背靠背连着。共同分担一个横流源的电流。二极管一个是运放的正向输入，一个是反向输入。正向输入的二极管放大后送到一个功率放大电路放大输出。这样，如果正向输入端的电压升高，那么输出自然也变大了。如果反相输入端电压升高，则反相二级管和正向二级管一起共同分担了一个恒流源。反向二级管电流大了，那正向的就要小，所以输出就会降低。这叫反向输入。选用器件LM393P，利用其中部分引脚以实现语音信号的放大功能。3.2 放大后信号的滤波整形处理模块3.2.1 放大后信号的整形处理 音频信号一般采用PCM(Pulse Code Modulation,脉冲编码调制方)来实现连续的模拟信号到离散的数字信号的转化。同时施密特触发器是具有滞后特性的数字传输门。它的电路具有两个闽值电压，分别称为正向闽值电压和负向闽值电压，另外施密特触发器与双稳态触发器和单稳态触发器不同，施密特触发器属于“电平触发”型电路，不依赖于边沿陡峭的脉冲。 利用由555定时器组成的施密特触发器对它做整流和滤波以得到适宜输入至单片机进行分析的TTL(Transistor Transistor Logic,晶体管-晶体管逻辑集成电路)数字信号。对于TTL逻辑信号的输出，一个逻辑高电平至少为2.4V，一个逻辑低不高于0.4V，对于逻辑输入，一个逻辑高电平至少是2.0V，一个逻辑低不高于0.8V。555定时器是一种数字与模拟混合型的中规模集成电路，应用广泛。外加电阻、电容等元件可以构成多谐振荡器，单稳电路，施密特触发器等。555定时器原理如图3.2所示。图3.2 555定时器原理图3.3 模拟数字转换模块3.3.1 实现数字化功能的常用器件ADC0809ADC0809由一个8路模拟开关、一个地址锁存与译码器、一个A/D转换器和一个三态输出锁存器组成。ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关以及微处理机容的抓住逻辑的CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor,互补金属氧化物半导体)组件。它是逐次逼近式A/D转换器，可以和单片机直接接口，8路模拟信号的分时采集，后经过选通开关，再由相应的通道抵制锁存用的译码电路，其转换时间为100us左右。ADC0809内部逻辑结构如图3.3所示。ADC0809引脚具体说明为： ININ为模拟量输入通道。ADC0809对输入模拟量要求：信号单极性，电压范是0-5V，若信号太小，必须进行放大，输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。 ALE为地址锁存允许信号。ALE为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ALE线为高电平时，地址锁存与译码器将A，B，C二条地址线的地址信号进行锁存，经译码后将被选中的通道的模拟量输入至转换器进行转换。START为转换启动信号。START上升沿时，所有内部寄存器清零以复位ADC0809。START下降沿时启动芯片，开始进行A/D转换，在A/D转换期间，START应保持低电平。本信号有时简写为ST5。图3.3 ADC0809内部逻辑结构 A，B，C为地址线。通道端口选择线，A为低地址，C为高地址，引脚图中为ADDA,ADDB和ADDC。其地址状态与通道对应关系如表3.4所示。 CLK为时钟信号。ADC0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供因此有时钟信号引脚。通常使用频率为500kHz的时钟信号。EOC为转换结束信号。EOC=0，正在进行转换；EOC=1，转换结束。使用中该状态信号即可作为查询的状态标志，又可作为中断请求信号使用；DD为数据输出线。为二态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。D为最低位，D为最高。 OE为输出允许信号。用于控制二态输出锁存器向单片机输出转换得到的数据00E=0,输出数据线呈高；OE=1，输出转换得到的数据。 Vcc为+5V电源。 Vref为参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。其典型值为+5V (Vref(+)=+5V, Vref()=V)。 ADC0809应用说明： ADC0809内部带有输出锁存器，可以与AT89S51单片机直接相连。 初始化时，使ST和OE信号全为低电平，在ST端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号。 送要转换的哪一通道的地址到A，B，C端口上。是否转换完毕，我们根据EOC信号来判断。当EOC变为高电平时，这时给OE为高电平，转换的数据就输出给单片机了。表3.4 模拟通道选择表CBA被选择的通道000IN001IN010IN011IN100IN101IN110IN111IN3.4 电平转换模块3.4.1 转换芯片MAX3232的电压转换功能 EIA RS-232C是异步串行通信中应用最广泛的标准总线，是美国EIA(电子工业Electronic Industries Association,电子工业联合会)开发公布的通信协议。适合十数据传输速率在020kb/s范围内的通信，包括了按位串行传输的电气和机械方面的规定。在微机通信接口中被广泛采用。其特点为： (1) 是采取不平衡传输方式，是为点对点通信而设计的； (2) 是采用负逻辑； (3) 是适用十传送距离不大于15m，速度不高于20Kb/s的本地设备之间通信的场合。其引脚排列如图3.5所示。图3.5 MAX3232引肚口排列 MAX3232对信号的处理与电平转化：算机串行口RS-232规定的逻辑电平与一般的处理器、单片机的电平不同。RS-232采用双极性信号、公共线和负逻辑。在最高数据传输率19.2Kb/s下，数据传输距离在20m以内。规定+3V至+25V之间的任意电压表示逻辑0电平，V至V之间的任意电压表示逻辑1电平，两者之间有6V的电压差异，以提高数据传输的可靠性。在实际应用时，必须把微处理器的信号电平TTL或CMOS电平转换为RS-232电平，以实现采用+5V供电的TTL和CMOS通信电路能与RS-232标准接口连接，这要求必须进行串行口的输入/输出信号的电平转换，反之亦然。转换是由专用芯片完成的，本计相关设计中所选用的芯片为MAX3232CPE。 同时主要注意的是，在RS-232中开路电压不能超过25V，最大短路电流为0.5A。RS-232的驱动电路必须能承受电缆中任何传输导线短路，但在出现短路现象时不应损坏设备。3.4.2 转换接口电路设计原理图转换接口电路设计原理图如3.6所示。图3.6 转换接口电路设计原理图3.4.3 A/D转换电路A/D转换电路如图3.7所示。 图3.7 A/D转换电路图3.5 方案一接口总模块3.5.1 硬件连图硬件连接图如图3.8所示。图3.8 方案一硬件连接图其具体信号处理过程主要包括以下几个方面： (1) 反应语音信号的放大与整流； (2) 整流后信号接入到单片机的处理； (3) MAX3232对信号的处理与电平转换； (4) 通过九针串口接入计算机并且对接入信号处理的串行通讯。设备具体选用为： (1) 运算放大器选用LM393P完成放大作用； (2) 施密特触发器采用NE555P定时器构成施密特触发器完成信号的整形滤波功能； (3) 单片机选用8051完成信号的接收、处理、发送功能；(4) 串口转换芯片选用MAX2323CPE完成相应电压转换等功能。3.5.2 方案一接口电路将反应语音的音频信号经LM393P部分引脚功能完成放大，以满足由NE555P定时器构成施密特触发器所处理的电压要求，并由其滤波整形功能完成信号电压的整形，再将所得到的标准TTL电平。然后将处理后的语音信号由单片机的INTO口接入至单片机内部以完成接收和做相应的指令处理，后由单片机的串口发送出去。一般串口RS-232的传输速度较慢为56Kb/s。而且因为在通用计算机的串口电压中，RS-232C采用负逻辑，为了能够同计算机接口或终端的TTL器件连接，必须在RS-232C与TTL电路之间进行电平和逻辑关系的变换。常用的转换器件是MAX232CPE，完成TTL到EIA的双向电平转换。MAX232芯片是Maxim公司生产的低功耗、单电源、双RS-232发送/接收器，可实现TTL到EIA(Electronic Industries Association,电子工业联合会)的双向电平转换。MAX232芯片内部有一个电荷泵，可以把+5V电源变换成士10V电压，所以采用此芯片的串行通信系统只需要单一的+5V电源就可以，这也是它最大的优点。接口电路总体电路图如图3.9所示。图3.9 接口电路图3.6 方案二接口总模块同样在本设计的方案设计二中把语音信号通过运算放大器放大，再由ADC0809进行数字化处理，以接入到单片机进行分析和处理，再通过常用的转换芯片MAX3232与计算机的RS232串口相连接，所接入的信息通过计算机的串行数据总线将其送入微机，实现计算机对语音信号的相关操作。3.6.1 硬件连接图硬件连接图如图3.10所示。图3.10 方案二硬件连接图其具体信号处理过程主要包括以下几个方面：(1) 短波语音信号的音频信号的放大和信号的数字化处理； (2) 数字化处理后信号接入到单片机的处理；(3) MAX3232对信号的处理与电平转换； (4) 通过九针串口接入计算机并对接入信号处理的串行通讯。实验设备选用为： (1) 运算放大器选用LM393P完成放大作用； (2) 采用ADC0809完成信号的数字化处理功能； (3) 单片机选用8051完成信号的接收、处理、发送功能； (4) 串口转换芯片选用MAX2323CPE完成相应电压转换等功能。3.6.2 方案二接口电路 硬件电路主要包括前端放大电路、数字化ADC0809与单片机的连接电路、MAX3232串口连接电路。图3.11 方案二接口电路图同样语音的音频信号电平值较小，在运算放大后通过数模转换器进行数字化变换，对于没一个采样值，ADC0809进行八位二进制数的编码。后将二进制的编码传送至51单片机，51单片机对十接收到的一个数字化后的采样值先内部处理变换为十六进制数。出口处和相应的串口电压转换硬件连接，电路如图3.11所示。4 通信协议及拓扑结构4.1 用户端串行口通信协议4.1.1 通信方式目前,EDS1000变频器在RS485网络中可作为主机使用或从机使用。变频器作为从机，上位机可以采用通过PC机、PLC(Programmable Logic Controller,可编程逻辑控制器)或人界面等来完成，若为主机时，可以实现变频器的主从控制。具体的通信方式如下所述：(1) 当PC机或PLC等为主机，变频器为从机，主从机点对点通讯；(2) 当主机使用广播地址发送命令时，从机不应答；(3) 用户可以通过从机键盘设置变频器的本机地址、波特率、数据格等；(4) 从机在最近一次对主机轮询的应答帧中上报当前故障信息；(5) 且EDS1000提供了RS485一种接口。4.1.2传输方式 异步串行，半双工传输方式。默认格式和传输速率：8-N-1,9600bps。4.1.3数据命令帧格式主机命令帧格式如表4.1所示。表4.1 主机命令帧格式主机命令帧格式发送顺序123456789101112131415161718帧头从机地址从机地址主机命令主机命令辅助索引辅助索引命令索引命令索引设定数据设定数据设定数据设定数据校验和校验和校验和校验和帧尾定义头地址命令区索引区设定数据区校验区尾发送字节1224441从机命令帧格式如表4.2所示。表4.2 从机命令帧格式从机应答帧格式发送顺序123456789101112131415161718帧头从机地址从机地址从机地址从机地址故障索引故障索引命令索引命令索引运行数据运行数据运行数据运行数据校验和校验和校验和校验和帧尾定义头地址响应区索引区运行数据区校验区尾发送字节12244414.2 拓扑结构4.2.1影响拓扑选型的因素 接入网络的拓扑结构泛指网络的布局和形状，可以进一步分为物理配置结构和逻辑配置结构。物理配置结构指实际网络节点以传输链路的布局或几何排列，反映了网络的物理形状和物理上的连接性。逻辑配置结构指各种信号通道，诸如光波长、仿元位置、时隙和频率等在光纤中使用的方式，反映了网络的逻辑形状和逻辑上的连接件。 一个给定的物理配置结构可以同时支持几种不同的逻辑配置结构。通常，逻辑配置结构决定了业务特性（例如单向广播还是双向交互型业务），而且比较容易修改；物理配置结构决定了给定结构最终可以获得的可靠性，而难以轻易修改，希望有较长时间的相对稳定性。在接入网环境，网络的拓扑结构直接与网络的效能、可靠性、经济性和提供的业务有关，具有至关重要的作用。在传统电缆接入网中，逻辑上总是配置成星型结构，即每个用户部直接与本地交换机有逻辑连接，但其物理结构则常常为以上各种基本结构的组合体。随着光缆在接入网中的引入，尽管逻辑上仍为星型结构且原有物理电缆管道难以改变。但网络结构往往需要改变以便适应新技术的应用。下而着重从物理配置结构的角度各种拓扑结构的接入网结构的特点。至于由物理配置与逻辑配置相结合所演变出来的其他各种形式这里就不一一介绍了。接入网拓扑结构有很多种，通常包括星型拓扑、总线拓扑、环型拓扑、树型拓扑、混合型拓扑。 拓扑结构的选择往往与传输媒体的选择和媒体访问控制方法的确定紧密相关。在选择网络拓扑结构时，应该考虑的主要因素有下列几点： (1) 可靠性，尽可能提高可靠性，保证所有数据流能准确接收。还要考虑系统的维护，要使故障检测和故障隔离较为方便； (2) 费用低，它包括建网时需考虑适合特定应用的费用和安装费用； (3) 灵活性，需要考虑系统在今后扩展或改动时能容易地重新配置网络拓扑结构，能方便地对原有节点删除和新节点加入； (4) 响应时间和吞吐量，要有尽可短的响应时间和最大的吞吐量。4.2.2 拓扑选型本设计的拓扑主要选择为星型拓扑结构。 当涉及通信的所有点中有一个特殊点（即枢纽点）与其他所有点直接相连，而其余点之间互相不能直接相连时，就构成了星型结构，又称单星型或大星型结构。在接入网环境，各个用户都最终要与本地交换机相连，业务量最终都集中在本地交换机这个特殊点上，因而星型结构似乎是一种自然的选择。传统的电缆按入网就是这样配置的，在光缆接入网中星型结构仍然具有相当的应用价值。由于本地交换机成了各个用户业务量的集中点，即枢纽点，因而星型结构又称枢纽结构，其网络结构如图4.3所示。图4.3 星型拓扑(1) 星型结构的优点： 控制简单，在星型网络中，任何一节点和交换机相连接，因而媒体访问控制的方法很简单； 容易做到故障诊断和隔离，在星型网络中，交换机对连接线路可以一条一条地隔离开来进行故障