1、1毕业设计文献综述电气工程与自动化基于RS485通信的主从式激光器控制系统的设计摘要为了对激光器在工作过程中的各种信息进行实时监控，及时地将信号从下位机传送到上位机，本课题将设计了一种基于WINDOWS平台的单一终端PC（上位机）与多个单片机（下位机）组成的主从式激光器网络测控系统，实现PC对多个单片机系统的交互式通信和控制的功能。串行通信是多机通信的最佳选择，本设计综合考虑传输距离、下位机数量等因素的限制，选择RS485差分总线方式。本系统将通过串口通信，实时监控激光器的状态和数据，具有价格低、功能强、抗干扰能力好、实时性强等优点。关键词单片机，RS485差分总线，多机通信，主从式结构1背景
2、与意义单片机以其优良的性价比，大量地应用于工业现场测试和控制领域，而PC机则因为丰富的软、硬件资源，被广泛应用于网络监控系统中；在通信领域里，一对一的通信方式已经远远不能满足人们设计的需要，多机通信已经成为通信控制领域的主流通信形式。随着单片机和微机技术的发展，由PC机和多台单片机构成的多机网络监控系统已成为单片机技术发展的一个方向。它结合了单片机在实时数据采集和微机对图形处理、显示的优点。同时，WINDOWS环境下后台微机在数据库管理上具有明显的优势。二者结合，使得单片机的应用已不仅仅局限于传统意义上的自动监测或控制，而形成了向以网络为核心的分布式多点系统发展的趋势。现在的工业控制等领域已有
3、这方面的应用，例如为大型粮食仓库构建的主从式网络监控系统，通过上位机PC与下位机单片机之间的通信，使上位机发送命令至下位机并自动采集下位机数据，实现对粮仓的智能控制2；另外为实现钻井油田中滚动轴承的振动信号测控系统从下位机到PC机的通信1；加油站管理系统5等。由此可见，该设计具有很好的实际应用价值。本设计将实现单一PC机与多个单片机间的数据通信，具有提取数据方便、快捷、实时性较好、功能强、抗干扰能力好等优点，同时结合了PC丰富的软、硬件资源，试想通过进一步的研究，系统可运用ETHERNET控制结合LABVIEW虚拟仪器平台以及强大的计算机数据处理分析能力，构成管理功能强大、人机界面友好的激光器
4、操作控制平台。22实现方法串行通信简单易行，所以在很多场合都采用串口通信方式来实现PC机与单片机的通信。文献5介绍了在WINDOWS环境下实现串行通信的基本原理，并且设计了一个通用的通信模型，见图1，这是一个非常实用的模型，可以根据不同的需要进行完善。图1单片机监控模型文献3介绍多机通信方面的知识，在通信领域一对一的通信方式已经远远不能满足人们设计的需要，多机通信已经成为通信控制领域的主流通信形式。通过对MCS51系列单片机串行口的研究，简要阐述了单片机通信方式及串行接口的原理。文献1是串口多机通信方面的实际应用，讲述了为解决钻井油田中滚动轴承振动信号检测问题而进行的研究，为实现钻井油田中滚动
5、轴承的振动信号测控系统从下位机到PC机的通信，设计了一种基于RS485总线的方法。值得注意的是PC机与单片机之间的电压不兼容，必须要进行电平转换。文献2介绍了利用RS485总线为大型粮食仓库构建的主从式网络监控系统。由于现代化的粮食仓储系统规模庞大，对粮食的安全性提出了更高的要求。但由于粮仓众多，造成工作人员工作强度大、效率不高，且人工操作很难捕捉通风的最佳时机，从而通风效率低、电耗大。为了解决这些问题，研发了基于RS485串口通信构成的主从式网络监控系统。实现一台上位机PC机与多台下位机单片机所构成，利用了单片机价格低、功能强、抗干扰能力好以及面向控制等优点，又结台了PC丰富的软硬件资源，而
6、且还利用了强大的计算机数据库处理分析能力，从而提供管理功能强大、人机界面友好的操作控制平台。通过对现有文献资料的查阅，综合其中一些技术方案，整理最终制定出本设计的设计思路如下本系统中的通信采用RS485串行差分总线，系统中所有下位机挂接于同一条数据通信总线之上，总线为各现场单元共享，为避免总线通信的竞争与冲突，系统网络通信采用主从通信控制方法，即系统中每个下位机被赋予唯一的本机地址，采用上位机轮询，下位机应答的通信方式，通信中的波特率为9600BPS2。图2为系统的总体框图，上部为232转485总线的模块构成上位机部分，下部为3RS485总线携带的N个控制对象（下位机），上位机与下位机之间通过
7、串口进行数据传输，当然控制对象的数量并不是无限的，其数量的多少因采用的RS485转换芯片型号而异，如系统框图中采用SN75176时最多可接32个下位机，若采用ISO3082转换，则最多可携带256个下位机，可根据实际情况来选择。PCMAX232SN75HVD3082E485主控单片机（上位机）1单片机（下位机）SN75HVD3082E4852单片机（下位机）SN75HVD3082E485SN75HVD3082E485N单片机（下位机）RS485总线1激光器（LASER）2激光器（LASER）N激光器（LASER）图2系统总体框图上下位机间的通信过程1通信均有上位机发起，下位机不主动申请通信；2
8、当处于轮询状态时，上位机依据下位机地址，定时向下位机发送呼叫指令。此时，每台下位机都中断接受并判断，地址不相符的下位机中断返回，执行其他下位机任务；反之则把本机地址及其状态作为应答信号发送给上位机。上位机接收到应答信号后，可以作进一步的处理。3发展趋势基于RS485的主从式网络粮仓监控系统2，完成了自动采集粮仓内的温度、湿度值并对粮仓内的环境进行控制，而且实现了对数据库的管理和报表的打印。油田钻井滚动轴承的振动信号测控系统1，界面良好，维护方便，对于工作环境比较恶劣的钻井油田滚动轴承的振动信号的采集与传输达到了实际要求，为滚动轴承故障检测提供了方便而有效的振动信号。单片机与PC机的串行通信的实
9、现，使得许多电子产品的设计非常方便，不仅满足了许多工作人员在特殊场合的设计需要，而且能够有效地实现自动化控制，因此该项功能的实现在电子设计领域有着重要的实际应用意义，上文中列举的一些应用实力，无疑验4证了串行多机通信的应用价值与发展潜力。4结论综上所述，该设计的实现主要解决以下四个问题一、通信协议的确定，即设计基于单片机串口通信方式的一点对多点控制的通信协议，实现系统要求实现单一终端对多个单片机系统的交互式串口通信和控制的功能。二、系统方案的选择，串行通信是多机通信的最佳选择，综合考虑选择RS485差分总线方式。三、主控制器芯片的选择，系统方案的选择主要以性价比作为首要决策因素，综合考虑选用S
10、TC11F02作为系统主控制器。四、编写和调试单片机内嵌式程序，本课题的设计对单片机方面的知识以及软件编程技能要求较高，如基于串口一对多控制方案的实施，要求用软件实现预定的某种协议，为控制对象分配ID号，即通过软件解决编码与选址问题。在以上技术路线的基础上，在导师的指导下，相信经过自己的努力，会在该项目的设计过程中取得进步。主要参考文献1吴秋明,和卫星,陈晓平,等基于RS485总线的PC与多单片机间的串行通信J微计算机信息管控一体化,2006,22821431452李园园,魏权利,李勇基于RS485通信的主从式粮仓监控系统J工业控制计算机,2006,19252543赵庆亮,魏晓涛,王以伦用单片
11、机的串行口实现异步串行通信J信息技术,2003,27733354张忠华单片机与PC机串行通信的实现J,测控技术,2009,281311355王文中,郭楠,葛庆平PC机与单片机串口通信模型的设计与实现J首都师范大学学报自然科学版,2004,25136王苒,汤东谊基于RS485主从通信协议的实现J现代电子技术,2003,2467717赵凯PIC单片机与PC机异步串行通信的设计J武汉理工大学学报信息与管理工程版,2006,28111421458姜云柏,韩怀成,等主从式RS485串行通讯在实际中的应用J信息技术,2001,39鲍小南等单片微型计算机原理及应用杭州浙江大学出版社,2007810许丽佳,陈阳舟PC机与多MCS51单片机间的串行通信设计J通信技术与设备,2002,2881925511ROSTISLAV,ARKADIY,AVINOAMKOLODNY,RANGINOSARPARALLELVSSERIALONCHIPCOMMUNICATIONJSLIP08,APRIL,56,2008,EWCASTLE,UNITEDKINGDOM12ANDREIDRUMEA,ALEXANDRUVASILEASPECTSOFSERIALCOMMUNICATIONINANETWORKOFMEDICALDEVICESJISSE2006STMARIENTHAL,GERMANY377381
