基于RS485网络的数据采集系统设计

摘要 远程测控技术在现代科学技术、工业生产和国防等诸领域中的应用十分广泛。测控技术的现代化，已被公认为科学技术和生产现代化的重要条件和明显标志。随着计算机技术、通信技术和电子技术的飞速发展，在现代远程测控领域中，各先进的测控技术、测控设备和远程通信手段层出不穷。本文主要是介绍基于RS-485总线的网络控制系统，该系统由前端和后台两部分组成，前端包括温度采集器和电机控制器两个模块；而后台则是基于RS-485总线由PC机进行远程测控。实现了对远程温度的检测传输和电机正反转控制。整个系统具有结构简单、可靠性高、功能灵活多样、造价低廉等优点，可以应用于多种场所的各种远程测量控制。 关键词：RS-485总线，温度采集器，电机控制器，远程测控技术，PC机 Abstract The remote monitoring and control technology is applied widely in the modern science and technology, the industrial production and the national defense and in other various domains. The remote monitoring and control technology modernization has been recognized as the important condition and the clear indication of the science and technology and the production modernization. Along with the incresing development of the computer technology, the communication and the electronic technology, in the modern remote monitoring and control domain there are all kinds of advanced monitoring and control technology and equipment and the long-distance means of communication. This article mainly intoduces bus network control system based on the RS-485,. The system is composed by front end and the backstage two parts. Front end includes temperature gathering and electrical machinery controller two modules; But the backstage carried on the remote monitoring and control based on the RS-485 bus by PC machine. Has realized is reversing the control to the long-distance temperature examination transmission and the electrical machinery. The overall system has the structure simply, the reliability high, the function nimble diverse, the construction cost is inexpensive and so on the merit, may be supposed to use in the many kinds of places each kind of long-distance survey control. Key words: RS-485 bus, temperature gathering, electrical machinery controller, long-distance observation and control technology, PC machine 第一章 绪论 1.1 课题背景及研究意义 随着我们的工业环境越来越复杂，工程师们在让这些设备和环境越来越复杂的同时，也不断的努力让它们越来越“简单”——流线型的装配、简单的人机交互。正是他们对这个看似矛盾的理想的追求，才使我们今天出现了这么多的智能化设备。上述这一切都离不开数据采集技术的发展，它是实现人机交互、状态监测、设备控制的基础。随着电子工业的发展，尤其是PC的出现，大大的促进了工业自动化的程度，现在越来越多的设备实现了自动控制和无人职守，而这一切又促进了数据采集技术的发展。在科学技术研究的各行各业中，常常利用PC或工控机对各种数据进行采集，如液位、温度、压力、频率等。同时随着计算机数字通信技术及信息技术的发展，推动了自动化技术的进步；特别是近十年来兴起的总线技术，是计算机数字通信技术向工业自动化领域的延伸，它的发展将促使自动化系统结构发生重大变革，总线技术的一个显著特点是其开放性，允许并鼓励不同厂家按照总线技术标准，自主开发具有特点及专有技术的产品。依照总线技术规范，不同厂家产品可以方便完成组态与集成，构成面向行业、适合行业特点的自主控制系统。这一特点为更多的自动化产品制造商自主开发并推出自主知识产权的自动化系统提供了可能。也为自动化系统集成商开发面向行业应用的成套技术和自动化系统提供了机会。总线技术以其先进性、实用性、可靠性、开放性的优点，必然成为未来自动化技术发展的主流。基于现在流行的智能化设备和近些年来兴起的总线技术，我的设计课题是基于RS-485总线的网络测控系统，研究的就是这方面的基本知识。 1.2 发展状况 从上个世纪90年代以来，随着科学技术的迅速发展，人们的生产行为、生活方式都发生了重大的变化，作为生活生产中非常重要的一项技术即测控技术的重要性正在逐渐被人们所认识和重视。测控系统的演变，是一个从集中监控向网络监控的发展历史。早期的测控系统，采用大型仪表集中对各个重要设备的状态进行测控，并通过操作盘来进行集中式操作。而计算机测控系统是以监测控制计算机为主体，加上检测装置、执行机构与被监测控制的对象(生产过程)共同构成的整体。在该系统中，计算机实现了生产过程的检测、监督和控制功能。在现代企业的生产和管理中，大量的物理量、环境参数、工艺数据、特性参数需要进行实时检测、监督管理和自动控制。由于工业生产过程控制要求的高环境适应性、高实时性、和高可靠性等特点，自动控制与检测技术一直沿着自己的道路发展，测控领域所使用的通信技术都自成体系，许多通信协议不开放，而且大多数系统都是面向单台，或单一类型的设备。随着生产力的进步，设备的分布越来越离散单一的，各自独立的测控系统已不能适应工业化的需求，于是便产生了分布式系统。这种系统以计算机网络为基础，使系统资源分配趋于合理。但是由于目前运行的绝大多数分布式监测系统还只是在局域网上，通常的测控仅局限 于同一地点，所以具有一定的地域局限性。Internet能实现资源的共享，从而使人们有能力解决以前在极有限的资源下很难解决的问题，为远程监控系统的发展提供了有利的条件。远程测控是本地计算机通过网络系统如Internet/Intranet，对远端进行测控。 1.3 方案确定 对于远程测控系统的设计而言，一般有：应用专线的远程测控系统 ，利用公用电话网的远程测控系统，采用232/422/485总线，现场总线的远程通信，采用光纤通道的远程测控系统，基于Internet的远程测控系统 ，基于无线通信的远程测控系统这六种方案，由此可以知道这个系统的发展正逐步走向多功能化，由于各485总线的接线少，成本低，通信距离长，因此我的设计选择了基于RS485总线远程测控系统这个比较简单的方案。 1.4 方案任务 设计基于RS-485总线的网络测控系统,完成对远端温度的测量和对远端电机的正反控制,有抗干扰的措施,保证数据传输的可靠。 （1）基于RS-485总线网络的测控系统设计 （2）测量温度电路设计 （3）报警电路设计 （4）控制电机正反转电路设计 （5）串行通信电路设计 东华理工学院毕业设计（论文） 第二章 系统设计 第二章 系统设计 2.1 本方案电路介绍 随着串行通信的广泛应用，工业控制，数据通信等各方面都需要用到串行通信，因此本设计的目的也就在于此，然而RS-485是美国电器工业联合会制定的利用平衡双绞线作传输线的多点通讯标准，它采用差分信号进行传输，最大传输距离可达1.2Km，最大可以连32个驱动器和收发器，接受器最小灵敏度可达到±200mv，最大传输速率可达到2.5Mb/s，因此RS-485正是高灵敏度，远距离，多点通讯制定的标准，因此本次设计选用RS-485串行通信标准。基于RS-485的测控系统，分为软件和硬件两部分， 我设计的是硬件部分，在硬件方面主要包括前端和后台部分。前端包括温度采集器部分，包括传感器，放大器，A/D转换电路，单片机；电机控制器部分，包括电动机和单片机；后台是监控部分，包括MAX485，RS232/485转换器和PC机。

2.1.1 原理描述 第一步完成温度采集器的设计，它主要是由与被测控对象相匹配的传感器，将对象的状态放大到合适放大倍数的放大器，将模拟信号转换成数字信号的A/D转换器，和对数据进行处理的单片机组成；第二步是完成电机控制器的设计，它主要是由电机和控制电机的单片机组成；第三步是完成测控端的设计，基于RS-485总线进行数据的传输，然后我们采用了RS-232/485转换器进行电平的转换传送到PC机上，实现了对远端温度的测量和远端电机的控制。

2.1.2 思路介绍 我的总体设计思路是该系统分为两分，第一部分是系统前端，该部分包括温度采集器和电机控制器两部分。第二部分是系统后台，该部分包括RS-485网络，RS232/485转换器和PC机三部分。 温度采集器设计了信号采集模块，数据处理模块和数据传输模块。信号采集模块是由模拟量输入部分、通道开关部分、放大部分3部分组成，其中，模拟量输入部分是用了温度传感器PT100，传感器是将被测的非电物理量转换为电量的一种装置，利用PT100的铂电阻的阻值随温度变化这一原理进行测量，然后通过电路设计把电阻转换成更加稳定更好处理的电压值进入通道开关；通道开关部分是选择了CD4051BC多路选择开关，由于需要与温度传感器PT100相匹配所以选择了多进一出的CD4051BC芯片，这种多路选择开关是3输入8通道的选择实现对于输入信号的选择；放大部分的放大倍数是由PT100温度和阻值关系来确定的，通过对所采集的电压信号进行一定值的放大得到比较合适的电压值进入A/D转换器。数据处理模块是由A/D转换部分组成，其中A/D转换部分是将所采到的模拟电压值进行A/D转换成为数字电压值，这样才能送进单片机里进行处理，这里我们选择了0809芯片，该芯片是一种逐次比较式