发布时间 : 星期二 文章基于单片机的温度巡检系统的设计更新完毕开始阅读
图3.7声光报警电路原理图
3.4通讯部分 3.4.1 电路设计
由于单片机串行口输出的是TTL电平，要想实现多机通讯，必须要将其转换成常用的串行通信总线标准接口电平，如RS-232或RS-485。
其中RS-232适于短距离或带调制解调器的通信场合，其逻辑电平与TTL、MOS逻辑电平完全不同，需要用MAX232驱动芯片进行电平转换。其主要缺点是数据传输速率慢、传送距离短（不超过30m），抗干扰能力差，不能满足题目的要求。RS-485标准接口为差分驱动结构，它通过传输线驱动器把逻辑电平变换为电位差，完成信号的传递，具有传输速率快、传送距离长（可传1200m）、抗干扰能力强等优点，允许一对双绞线上一个发送器驱动多个负载设备。所以系统使用RS-485总线进行传输，采用SN75176驱动芯片进行电平转换。
图3.8 SN75176芯片及其逻辑关系
3.4.2 多机系统
多机系统是指由多台计算机组成的系统。多机系统的结构有很多种，如果从系统中各台计算机的关系上分，可分为紧密耦合型和松散耦合型两类。
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在紧密耦合的多机系统中，各台计算机之间的联系紧密，一般情况下他们通过总线(包括公共存储器)进行频繁的信息交换，并在一个总的操作系统——分布式操作系统的控制下协调地工作。
在松散耦合的多机系统中，计算机之间的联系较少，每一台计算机都有独立的存贮器，并在各自的操作系统下独立地工作。计算机之间通过通讯来协同工作。这类多机系统又可分为分布式和主从式两类
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。分布式多机系统中，各台计算机具有平等的地位和相似的结构。
主从式多机系统中，有一台功能较强的主计算机和若干台结构相似的从计算机。我们采用主从式系统完成本设计。
在主从式多机系统中，计算机之间的通信由主机控制。主机主动和从机联络通信，向从机发出各种命令，如设计从机的工作参数，修改从机的实时时钟，询问从机的状态，收集从机的数据等。而从机不能主动向主机或其他从机进行通讯联系，他只有在主机向它发出命令时才做出相应，向主机回送信息。因此主计算机处于主导地位，而从计算机处于处于从属地位[20]。
在主从式多机系统中，主机的功能往往是监视各从机的工作，定时收集各个从机的实时数据信息并将收集到的数据信息进行处理、存档、格式化显示和打印等。同时，操作人员通过人-机通讯，在主机上查询从机的状态，诊断系统中各个从机是否出现故障，以便系统维护。从机的功能一般是进行现场数据信息的采集、计算和对现场的控制，从机自动完成对各要素的定时采样和计算，在接到主机的命令时将结果送给主机。
3.4.3主从式多机系统设计要点
在设计主从式多机系统时，除了掌握单片及应用系统的设计方法外，还必须注意以下几个方面：
①机和从机的功能划分
在设计一个多机系统时，应着眼于整个系统的功能，设法提高整个系统的性能价格比，因此合理规定主机和从机的功能是十分重要的。
系统的有些功能，例如数据的计算分析，可以由各个从机来完成，只把结果送给主机，也可以把原始数据直接送给主机，由主机处理。这两种方法对中央处理机的工作时间、存储器的容量以及主机和从机之间需传送的信息量会产生影响。在确定主从机功能的同时，应从系统的实时行要求，主机和从机的工作量，主从机之间的距离和现场操作需求来考虑。
②通讯方式
多机系统和单机系统在硬件上的最大不同是需要通讯口。通讯可采用各种方法来实现，对于距离在几米以上的系统，一般均采用串行通讯。它又分为同步和异步两种方式，前者速度快，通讯距离较近，后者速度慢，但通讯距离远。一般的工业控制和数据采集系统，在数据传输量不大的情况下，采用异步方式比较方便
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。通讯的物理物理媒介也有许多种，如采
用无线电通讯或电话线通讯，这是一般采用异步方式，并应加入调制解调器，它的通讯距离最远可达几十公里以上；如果采用电缆通讯，可采用RS –232或RS-422、RS-456等方式，
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后二者可采用一般的双绞线进行通讯，具有传输距离远、抗干扰能力强等优点，在通讯距离较远时，应采用 RS-485等接口方式
③主机选择
多机系统的主机应根据应用要求和现有条件来选择。如果该系统需要有外部存储设备以存储各种数据时，应采用由磁盘驱动器地主机，特别是在存储数据量较大时，应采用由硬盘的主机。如果主机需执行较多的实时控制功能，则应选择可配备实时操作系统的主机。一般情况下，可采用等通用的个人计算机。由于一般的个人计算机配有串行接口，如果主从机采用通讯时，应该再加入通讯处理机，它与主机用相连，与各从机用同步通讯方式相连。
④通讯规程选择
这里的通讯规程主要是指主机之间的通讯约定，它包括从机寻址方式、通讯检验及通讯应答等方式等。一般主机和多台从机通讯时，只使用一套公共的的通讯线路，主机应能和指定的任何一个从机通讯，也能向全部从机发命令。因为一台主机只能和一台从机通讯，所以有一个怎样寻址从机的问题。对MCS-51单片机，它们的串行口由主从机通讯方式，允许发送地址或数据。但是如果通讯距离较远或现场有干扰时，就不宜采用此方法。因为MCS-51等的主从机通讯方式中，地址与数据的区别只是发送的最后一位不同，如果有干扰改变了了这位的状态，会打乱整个系统的运行
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。这是可采用在命令中增加几位地址地方法。在有干
扰时，主从机通讯应加入检验，对异步通讯，可采用字符或字节的奇偶校验加上一帧信息的累加和校验。
⑤从机设计方法
从机是一个独立地控制器或数据采集装置，它的设计方法基本上与一般的单片机系统相同，只是需增加通讯口硬件和通讯处理软件。为了减少通讯量，从机常用于完成对一个子系统的控制或数据采集。每台从机所需完成地功能一般比较多，而且是综合性地，这是它的结构比较复杂，再加上通讯处理软件需与控制或数据采集并行进行，所以在多机系统的从机中，应该配备实时多任务操作系统。
3.4.4 RS－485方式构成的多机通信原理
在由单片机构成的多机串行通信系统中，一般采用主从式结构：从机不主动发送命令或数据，一切都由主机控制。并且在一个多机通信系统中，只有一台单机作为主机，各台从机之间不能相互通讯，即使有信息交换也必须通过主机转发。采用RS－485构成的多机通讯原理框图，如图3.9所示。
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图3.9 采用RS－485构成的多机通讯原理框图
在总线末端接一个匹配电阻，吸收总线上的反射信号，保证正常传输信号干净，无毛刺。匹配电阻的取值应该与总线的特性阻抗相当。
当总线上没有信号传输时，总线处于悬浮状态，容易受干扰信号的影响。将总线上差分信号的正端A+和+5电源间接一个10K的电阻；正端A+和负端B-间接一个10K的电阻；负端B和地间接一个10K的电阻，形成一个电阻网络。当总线上没有信号传输时，正端A的电平大约为3.2V，负端B-的电平大约为1.6V，即使有干扰信号，却很难产生串行通信的起始信号0，从而增加了总线抗干扰的能力。
通信规则
由于RS－485通讯是一种半双工通讯，发送和接收共用同一物理信道。在任意时刻只允许一台单机处于发送状态。因此要求应答的单机必须在侦听到总线上呼叫信号已经发送完毕，并且没有其它单机发出应答信号的情况下，才能应答。半双工通讯对主机和从机的发送和接收时序有严格的要求。如果在时序上配合不好，就会发生总线冲突，使整个系统的通讯瘫痪，无法正常工作。要做到总线上的设备在时序上的严格配合，必须要遵从以下几项原则：
①复位时，主从机都应该处于接收状态。SN75176芯片的发送和接收功能转换是由芯片的 RE* ，DE端控制的。RE*=1，DE=1时，SN75176发送状态；RE*=0，DE=0时，SN75176处于接收状态。一般使用单片机的一根口线连接RE*，DE端。在上电复位时，由于硬件电路稳定需要一定的时间，并且单片机各端口复位后处于高电平状态，这样就会使总线上各个分机处于发送状态，加上上电时各电路的不稳定，可能向总线发送信息。因此，如果用一根口线作发送和接收控制信号，应该将口线反向后接入SN75176的控制端，使上电时SN75176处于接收状态。另外，在主从机软件上也应附加若干处理措施，如：上电时或正式通讯之前，对串行口做几次空操作，清除端口的非法数据和命令。
②控制端RE*，DE的信号的有效脉宽应该大于发送或接收一帧信号的宽度。在RS－232，RS－422等全双工通讯过程中，发送和接收信号分别在不同的物理链路上传输，发送端始终为发送端，接收端始终为接收端，不存在发送、接收控制信号切换问题。在RS－485半双工
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