毕业设计(论文)-基于单片机的RS485总线采样节点设计与实现.doc
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1、- 论文题目论文题目 基于单片机的 RS485 总线采样节点设计与实现 姓姓 名名 周群丰周群丰 学学 院院 东北大学东软信息学院东北大学东软信息学院 专专 业业 电子信息工程(嵌入式系统工程方向)电子信息工程(嵌入式系统工程方向) 指导教师指导教师 闫慧琦闫慧琦 讲师讲师 备备 注注 2011 年年 5 月月 - 毕业设计(论文)任务书毕业设计(论文)任务书 毕业设计(论文)题目:毕业设计(论文)题目: 基于单片机的 RS485 总线采样节点设计与实现 设计(论文)的基本内容:设计(论文)的基本内容: 本设计是基于单片机采集温度采样值,再通过 RS485 总线传送到基 于 ARM 的那个 R
2、S485 节点上,从而实现采集温度并通过 RS485 传送。 毕业设计(论文)专题部分:毕业设计(论文)专题部分: 题目:题目: 设计或论文专题的基本内容:设计或论文专题的基本内容: 学生接受毕业设计(论文)题目日期学生接受毕业设计(论文)题目日期 第第 1 周周 指导教师签字:指导教师签字: - 2010 年年 11 月月 29 日日 基于单片机的 RS485 总线采样节点设计与实现 摘 要 本论文介绍了基于 RS485 串行总线标准的温度采集系统的硬件和软件设计。温度 数据的采集由以 AT89S52 单片机为核心的系统完成,采集的数据经 RS485 串行总线上 传给 ARM 微处理器进行存
3、储和处理。系统的软件包括单片机程序和计算机程序,分别 应用 C 语言编写。相应的硬件和软件抗干扰措施保证了系统的稳定性和可靠性。本文 介绍了一种基于 RS-485 的单片机与 ARM 之间文件传输的实现方案。给出了 RS-485 驱动程序的设计方法 ,详细阐述了自定义通信协和实现程序。 在传统模式下的温度测量采用热电偶或热敏电阻,其输出是模拟信号,必须转换 成数字信号,然后与单片机进行传输。因此,它是相当复杂而且成本高。近年来,美 国生产的 DS18B20,作为一种新的单总线数字温度传感器被广泛使用。在前台实时温 度数据采集和转换,通过传感器 DS18B20 的数字式分为单片机发送给 LED
4、显示模块。 此外,接收温度数据通过 RS - 485 接口传送到后端的 ARM 中显示。 关键词:关键词:AT98S52, RS485,温度采集,串行通信 东北大学东软信息学院毕业设计(论文) Abstract - Design and realization of the RS485 node sampling based on MCU Abstract The hardware and software design of the temperature acquisition system based on RS485 serial communication criterion is
5、introduced. The acquisition of temperature data is finished by the system taking AT89S52 MCU as core. Collected data can be sent up to ARM through RS485 serial bus, stored and processed in it. The software of this system includes MCU and ARM pro-grams, programmed with C language. Some corresponding
6、software. And hardware anti -disturbance measures assure this systems stability and reliability. The implement of the file transfer between MCU and ARM based on RS-485 are introduced in this paper. The design method of the RS-485 driver is given. The user- defined communication protocol and the prog
7、ram are discussed in detail. Under the traditional model of the traditional temperature measurement using thermocouples or thermistor, the output is an analog signal, must be converted into a digital signal and then transmitted with the microcontroller. Therefore, it is quite complicated and costly.
8、 In recent years, U.S. production of DS18B20, as a new single-bus digital temperature sensors are widely used. Real-time temperature data collection in the foreground and conversion, through the sensor into digital DS18B20 send microcontroller LED display modules.In addition, the temperature data re
9、ceived through the RS - 485 Interface transfer to the rear of the ARM in the display. Key words: AT89S52,RS-485,Temperature Acquisition, Serial Communication 东北大学东软信息学院毕业设计(论文) 目 录 - 1 - 目 录 任务书I 摘 要II ABSTRACTIII 第 1 章 绪 论1 1.1 国内外现状1 1.2 应用范围1 第 2 章 关键技术介绍2 2.1 关键性开发技术的介绍2 2.1.1 RS-485 总线介绍2 2.1.2
10、 MAX485 芯片原理3 2.1.3 DS18B20 温度传感器原理3 第 3 章 系统分析4 3.1 构架概述4 3.1.1 系统构架4 3.1.2 数据采集模块构架4 3.2 系统开发环境5 3.3 系统任务的可行性分析5 第 4 章 系统设计7 4.1 设计指导思想和原则7 4.1.1 指导思想7 4.1.2 硬件设计原则7 4.2 系统概述7 东北大学东软信息学院毕业设计(论文) 目 录 - 2 - 4.3 系统的功能结构设计7 4.3.1 DS18B20 接口电路7 4.3.2 LED 数码管的电路设计8 4.3.3 MAX485 串行接口电路设计9 4.3.4 RS232 串口通
11、信电路9 4.3.5 主控制模块电路设计10 4.3.6 电源监测电路11 4.4 DS18B20 硬件设计11 4.5 RS485 串口通信模块设计15 第 5 章 系统实现17 5.1 主程序流程17 5.2 RS-485 串口通信主要程序17 5.3 DS18B20 模块程序设计19 5.3.1 DS18B20 的工作过程19 5.3.2 DS18B20 温度传感器主要程序20 第 6 章 系统测试24 6.1 测试方案及测试用例24 6.1.1 电源监测24 6.1.2 LED 检测24 6.1.3 通过 RS485 连接 ARM 共同检测24 第 7 章 结 论25 附 录26 参考
12、文献28 致 谢29 东北大学东软信息学院毕业设计(论文) 第 1 章 绪论 - 1 - 第第 1 章章 绪绪 论论 本篇论文介绍将通过一个单片机系统作为温度采集的一个节点,单片机系统内通 过温度传感器 DS18B20 采集温度,并将温度数据显示到 LED 数码管,同时将采集来 的数据通过 RS-485 总线传送到 ARM 级进行显示。 用美国 DALLAS 公司生产的 DS18B20 温度传感器采集温度和 A/D 转换合为一体, 然后输出的数字量,硬件设计电路时结构不复杂,与单片机接口很少需要其他的元件。 广泛运用在距离远、节点分布多的地方,可以广泛的应用。 因为当今数字技术的发展和计算机的
13、应用非常广泛,很多生产技术和工艺都需要 计算机的控制。广泛使用的 RS-485 是因为他的传输距离非常远。并且通过 RS485 总线 构成的分部数据采集与设备设计简单,同时具有成本低,系统不复杂,具有能够远距 离通讯等特点。 1.1 国内外现状国内外现状 当今世界 RS-485 串口被广泛运用于生活生产中。随着 80 年代初单片机技术的成 熟而发展起来的,现在世界仪表市场基本被智能仪表所垄断。究其原因就是企业信息 化的需要,企业在仪表选型时其中的一个必要条件就是要具有联网通信接口。 1.2 应用范围应用范围 仪器仪表:医疗器械、色谱仪、智能仪器、示波器。 工业:过程控制、工业机器人、电机控制、
14、数字控制。 民用:高级电视游戏机、电子玩具、录像机、激光盘驱动。 导航与控制:导弹控制、鱼雷制导控制、智能武器装置、航天导航系统。 东北大学东软信息学院毕业设计(论文) 第 2 章 关键技术介 绍 - 2 - 第第 2 章章 关键技术介绍关键技术介绍 2.1 关键性开发技术的介绍关键性开发技术的介绍 2.1.1 RS-485 总线介绍总线介绍 RS-485 就是电气接口规范,属于 7 层开放系统互连(Open SysyemInterconnection,OSI) 模型物理层的协议标准。他只需要在平衡驱动器和接收 器的电气特性,不需要连接插件、输电线路和通信协议。他支持半双工或全双工模式, 网络
15、拓扑结构通常用终端匹配的总线型,不支持环形或星形网络。由于 RS - 485 接口 是 RS 422 基础发展而来的, RS 485 总线采用平衡传输的方式,需要接到传输线路 终端电阻等。RS - 485 接口可与四线线使用时,同时可以实现真正意义的两线多点双 向通信。而四线连接时,只能实现多点通信,这只能有一个主设备和多个从设备上。 无论二线四线总线连接可以收到多达 32 个设备。的 RS - 485 共模之间-7 至+12 V 输出 电压的 RS - 485 接收器最小输入阻抗为 12k 的 RS - 485 约 1219m 的最大传输速率为 10Mb/s 最大传输平衡双绞线的传输速率是成
16、反比的,在 100KB/s 速率以下的长度,它 可能使用的固定最长长度的电缆长度。只有在很短的距离,获得最高的传输速率。 100m 长的双绞线一般最高只能是 1Mb / s 的传输速率。RS - 485 需要两个终端电阻, 电阻值要求等于传输电缆的特性阻抗。在一定时间没有终端电阻时,传输距离,一般 在 300m 以下的无阻力,终止电阻端接在传输总线的两端。的 RS-485 通常用于平衡传 输和差分接收方式实现通信。使用两种常用的双绞线传输线路,所以一般的模式具有 很强的抗干扰能力。接收灵敏度非常高,可检测电压可低为 200mV,有些芯片已经能 够探测到的电压低至 50mV 的(如 MAX485
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