電子信息工程專業(yè)論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 24 電源 監(jiān)測(cè) 24 LED 檢測(cè) 24 通過 RS485 連接 ARM 共同檢測(cè) 24 第 7 章 結(jié) 論 25 附 錄 26 參考文獻(xiàn) 28 致 謝 29 東北大學(xué)東軟信息 學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 1章 緒 論 1 第 1 章 緒 論 本篇論文介紹將通過一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)作為溫度采集的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，單片機(jī)系統(tǒng)內(nèi)通過溫度傳感器 DS18B20 采集溫度，并 將溫度數(shù)據(jù) 顯示到 LED 數(shù)碼管，同時(shí)將采集來的數(shù)據(jù)通過 RS485 總線傳送到 ARM 級(jí)進(jìn)行顯示。 用美國 DALLAS 公司生產(chǎn)的 DS18B20 溫度傳感器采集溫度 和 A/D 轉(zhuǎn)換合為一體，然后輸出的 數(shù)字量，硬件 設(shè)計(jì) 電路 時(shí)結(jié)構(gòu)不復(fù)雜，與單片機(jī)接口很少需要 其他的 元件。廣泛運(yùn)用在距離遠(yuǎn)、節(jié)點(diǎn)分布多的地方，可以廣泛的應(yīng)用 。 因?yàn)楫?dāng)今 數(shù)字技術(shù)的發(fā)展和計(jì)算機(jī)的 應(yīng)用 非常廣泛 ，很多 生產(chǎn)技術(shù)和工藝 都需要 計(jì)算機(jī) 的控制 。廣泛使用的 RS485 是因?yàn)樗?傳輸距離非常遠(yuǎn) 。 并且 通過 RS485 總線構(gòu)成的分 部 數(shù)據(jù)采集與設(shè)備 設(shè)計(jì) 簡(jiǎn)單， 同時(shí)具有 成本低， 系統(tǒng)不復(fù)雜 ， 具有 能夠遠(yuǎn)距離通訊等 特點(diǎn) 。 國內(nèi)外現(xiàn)狀 當(dāng)今世界 RS485 串口被廣泛運(yùn)用于生活生產(chǎn)中。 隨著 80 年代初單片機(jī)技術(shù)的成熟而發(fā)展起來的，現(xiàn)在世界儀表市場(chǎng)基本被智能儀表所壟斷。究其原因就是企業(yè)信息化的需要，企業(yè)在儀表選型時(shí)其中的一個(gè)必要條件就是要具有聯(lián)網(wǎng)通信接口。 應(yīng)用范圍 儀器儀表：醫(yī)療器械 、 色譜儀、 智能儀器、示波器。 工業(yè)：過程控制、 工業(yè)機(jī)器人、電機(jī)控制、 數(shù)字控制。 民用：高級(jí)電視游戲機(jī)、 電子玩具、 錄像機(jī)、激光盤驅(qū)動(dòng)。 導(dǎo)航與控制：導(dǎo)彈控制、魚雷制導(dǎo)控制、智能武器裝置、航天導(dǎo)航系統(tǒng)。 東北大學(xué)東軟信息 學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2章 關(guān)鍵技術(shù)介紹 2 第 2 章 關(guān)鍵技術(shù)介紹 關(guān)鍵性開發(fā)技術(shù)的介紹 RS485 總線 介紹 RS485 就是 電氣接口規(guī)范 ， 屬于 7 層開放系統(tǒng)互連 (Open SysyemInterconnection，OSI) 模型物理層的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。 他只需要在 平衡 驅(qū)動(dòng)器和接收器的電氣特性，不需要連接 插件、 輸電線路和通信協(xié)議。他支持 半雙工或全雙工模式，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通常 用 終 端匹配的總線型 ，不支持環(huán)形或星形網(wǎng)絡(luò)。由 于 RS 485 接口 是 RS – 422 基礎(chǔ)發(fā)展而來的 ， RS – 485 總線 采用平衡傳輸?shù)?方式 ，需要 接到 傳輸線路終端電阻等。 RS 485 接口可與四線線使用 時(shí) ， 同時(shí) 可以實(shí)現(xiàn)真正 意義 的兩線多點(diǎn)雙向通信。 而 四線連接 時(shí) ，只能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)通信，這只能有一個(gè)主設(shè)備和 多個(gè) 從設(shè)備上 。無論二線四線總線連接可以收到 多達(dá)32 個(gè)設(shè)備。的 RS 485 共模之間 7 至 +12 V 輸出電壓的 RS 485 接收器最小輸入阻抗為12kΩ 的 RS 485 約 1219m 的最大傳輸速率為 10Mb/s 最大傳輸平衡雙絞線的傳輸速率是成反比的 ，在 100KB/s 速率以下的長度，它可能使用的 固定最長長度 的電纜長度。只有在很短的距離，獲得最高的傳輸速率。 100m 長的雙絞線一般最高 只能是 1Mb / s 的傳輸速率 。 RS 485 需要兩個(gè)終端電阻，電阻 值 要求等于傳輸電纜的特性阻抗。在 一定時(shí)間 沒有終端電阻時(shí)，傳輸距離，一般在 300m 以下的無阻力，終止電阻端接在傳輸總線的兩端。的 RS485 通常用于平衡傳輸和差分接收方式實(shí)現(xiàn)通信。使用兩種常用的雙絞線傳輸線路，所以一般的模式具有很強(qiáng)的抗 干擾能力。接收靈敏度非常高，可檢測(cè)電壓可低 為 200mV，有些芯片已經(jīng)能夠探測(cè)到的電壓低至 50mV 的（如 MAX485 等）。在同一時(shí)間，最大傳輸速率，最大傳輸距離也大大提高。 RS485 特點(diǎn) ： 1. RS485 電氣特性：邏輯 “1”兩條線之間的電壓差為 +（ 26） V 表示 ，邏輯 “0”兩條線之間的電壓差為 （ 26） V 表示 。接口 比 RS232 的 信號(hào)水平降低 ，就 不容易損壞 接口電路芯片，水平和 TTL 電平電路兼容，可方便地連接 ； 2. .RS485 最大數(shù)據(jù)傳輸速率 是 10Mbps； 3. RS485 接口是 由 平衡差分接 收器和驅(qū)動(dòng)程序組合，抗 干擾 能力增強(qiáng) ，即良好的噪聲抑制 性 。 4. RS485 的接口標(biāo)準(zhǔn)，最大傳輸距離為 4000 米 ，實(shí)際上 可以 高達(dá) 3000 米 另外 他RS232 接口總線只允許連接一個(gè)收發(fā)器， 就是 單 站能力 。在 RS 485 接口總線可以連接多達(dá) 128 個(gè)收發(fā)器。具有多站能力，這樣用戶可以利用單一的 RS 485 網(wǎng)絡(luò)接口的優(yōu)勢(shì)，東北大學(xué)東軟信息 學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 2章 關(guān)鍵技術(shù)介紹 3 易于安裝設(shè)備。 MAX485 芯片 原理 采 用 單一 +5 V 電源供應(yīng)工作，額定 300μ A 電流，半雙工通信。它完成了 TTL 電平的 RS 485 功能轉(zhuǎn)換。 MAX485 芯片和 引腳 結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單， 包含一個(gè)內(nèi)置驅(qū)動(dòng)器和接收器。 RO 端 和 DI 端，分別 是 接收器和驅(qū)動(dòng)器的輸入輸出 ， 僅與 單片機(jī) 可以連接到 RXD和 TXD。RE 為 0 時(shí)， 啟用了接收和發(fā)送端，當(dāng) DE 邏輯 0 時(shí)，該設(shè)備是接收狀態(tài)，當(dāng)DE 為邏輯 1，設(shè)備正在發(fā)送的狀態(tài)，因?yàn)樵诎腚p工狀態(tài) MAX485 的工作，所以只使用一個(gè)腳微控制器來控制這兩 個(gè)引腳， A 端跟 B 端 分別接收和發(fā)送的差分輸出端，當(dāng) B端 比 A 端 高，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為 1。當(dāng) A 低于 B 端水平，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為 0。在 單片機(jī) 的接線非常簡(jiǎn)單。 MAX485 只有一個(gè)信號(hào)控制 就 可以接收和發(fā)送。而在 A 和 B 之間的 加上 匹配電阻， 通常可以 是 100Ω 電阻。 DS18B20 溫度傳感器 原理 以前 的模擬信號(hào)遠(yuǎn)距離溫度測(cè)量系統(tǒng)中， 必須很好 解決引線誤差補(bǔ)償 技術(shù) 、多點(diǎn)測(cè)量切換誤差問題和放大電路零點(diǎn)漂移誤差問題等技術(shù)問題，才能夠達(dá)到較高的測(cè)量精度。另外一般監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)的電磁環(huán)境都 比較嚴(yán)重 ， 每個(gè) 干擾信號(hào) 都非常強(qiáng) ，模擬溫度信號(hào)容易受到干擾而產(chǎn)生測(cè)量誤差，影響測(cè)量精度。因此，在溫度測(cè)量系統(tǒng)中，采用抗干擾能力強(qiáng)的新型數(shù)字溫度傳感器是解決這些問題的最有效方案，新型數(shù)字溫度傳感器DS18B20 具有體積更小、精度更高、適用電壓更寬、采用一線總線、可組網(wǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的測(cè)溫效果。東北大學(xué)東軟信息 學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3章 系統(tǒng) 分析 4 第 3 章 系統(tǒng)分析 構(gòu)架概述 系統(tǒng) 構(gòu)架 溫度采集及顯示 系統(tǒng) 如圖 所示，整個(gè)系統(tǒng)由 數(shù)據(jù)采集 （采集溫度） 模塊、 RS485通信、 基于 ARM 顯示模塊 和 基于 ARM 溫度報(bào)警模塊 所構(gòu)成。采用 RS485 通信方式，通過 RS485 總線能提高 通信距離，提高可靠性 ，抗干擾性強(qiáng) 。本文重點(diǎn)研究的是以數(shù)據(jù)采集模塊為核心的， 通過 RS485 總線傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)。 溫 度 采 集 模 塊溫 度A R M 顯 示 模 塊R S 4 8 5 傳 輸 圖 系統(tǒng)的 功能構(gòu)架 數(shù)據(jù)采集模塊 由單片機(jī)系統(tǒng)和 RS485 傳輸設(shè)備 組成，數(shù)據(jù)采集模傳輸 是通過RS485 傳輸設(shè)備來完成信息的發(fā)送與接收，最終用數(shù)據(jù)采集模塊將數(shù)據(jù)采集后，通過RS485 傳輸設(shè)備發(fā)送出去，然后 ARM 的 RS485 傳輸設(shè)備負(fù)責(zé)接收，最終在 ARM 的顯示屏上顯示出來，達(dá)到我們對(duì)數(shù)據(jù)的讀取的目的。本設(shè)計(jì)采用的是宇泰科技生產(chǎn)的RS485 傳輸設(shè)備 。 核心模塊 構(gòu)架 根據(jù)需求調(diào)研結(jié)果確定本系統(tǒng)主要包括以下功能模塊， 傳感器模塊、單片機(jī)模塊、LED 數(shù)碼管模塊、串口 RS485 模塊， 如圖 所示。 微控制器 AT89S52， 利用 MAX813L進(jìn)行電源 的 檢測(cè) ， 溫度 采集部分使用的是 溫度傳感器 DS18B20， 這種傳感器是 獨(dú)特的 是單口接線方式傳輸 技術(shù)，在與單片機(jī)連接時(shí)只需要一條口線即可實(shí)現(xiàn)單片機(jī) 與 DS18B20 的雙向通訊，不需 要其他任何的 器件 。傳輸通信利用 RS485 傳輸設(shè)備 ， RS485 總線為多機(jī)通信的 在 實(shí)際 生活中有著 十分重要的地位 ， 他的 其在 傳輸速率、 通信速率、 傳輸距離、多機(jī)連接等 方面 都有著 非常大的 改善 。使 用 MAX7219 驅(qū)動(dòng) 8 位 LED 數(shù)碼管 顯示，經(jīng)濟(jì)高效。 東北大學(xué)東軟信息 學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3章 系統(tǒng) 分析 5 溫 度 采 集模 塊單 片 機(jī) 模 塊L E D 顯 示 模 塊R S 4 8 5 傳 輸模 塊A R M 顯 示 模 塊核 心 控 制 圖 核心 模塊構(gòu)架 圖 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境 硬件配置：硬盤： 120GB 內(nèi)存： 2GB 操作系統(tǒng)： WindowsXP 開發(fā)工具： Microsoft Visual Studio 2020 Altium Designer Keil C51 系統(tǒng)任務(wù)的可行性分析 由于 RS485 總線運(yùn)用了差分電平傳輸數(shù)據(jù) ， 所以傳輸?shù)木嚯x 比 RS232 長許多，最長可以達(dá)到 3000 m， 所以很適合在工業(yè)上得到應(yīng)用。不過 與 CAN 總線等更為優(yōu)秀的工業(yè)總線對(duì)比， RS485 的修改的能力還有一定差距，因此在軟件設(shè)計(jì)的部分還行進(jìn)步的注意，盡量避 免錯(cuò)誤的發(fā)生否則會(huì)很難實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo) 。另外， 假如 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)比較多需要很大的運(yùn)算量，需要對(duì)其作立即反應(yīng)的應(yīng)用場(chǎng)所不適合 用 RS485 總線 進(jìn)行傳輸。盡管 RS485 總線存在一些小毛病，不過因?yàn)?它的價(jià)格 相對(duì)便宜、線路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單 、 易操作，只要處理好各個(gè)細(xì)小漏洞，在某些工程應(yīng)用中還是可以得到廣泛的應(yīng)用 。 由 DS18B20 溫度傳感器 和 單片機(jī) AT89S52 組成的溫度實(shí)時(shí)檢測(cè)裝備，可以直接傳輸溫度的數(shù)字信號(hào)。因此這樣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相對(duì)容易，體積很小 ， 方便移動(dòng) 。 使 用 單片機(jī)控制，軟件編程的自由得當(dāng) ， 所以本次設(shè)計(jì)采用 DS18B20 傳感器測(cè)量 溫度，輸出信號(hào)的 全 部數(shù)字化。節(jié)省了一起的測(cè)溫時(shí) 的 需要 很多外圍 設(shè)備， 電路 方便單片機(jī) 控制 及處理 。DS18B20 的特點(diǎn)在于采用了單總線的數(shù)據(jù)傳輸。 1．一致性 本次項(xiàng)目設(shè)計(jì)將會(huì)與所做項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)功能要求相一致。 2．合理性 東北大學(xué)東軟信息 學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）