基于RS485通信的主从式激光器控制系统的设计【文献综述】.doc

PAGE PAGE 5 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操作控制平台。 2.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MCS-51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9600bps[2]。 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RS485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。 图2 系统总体框图 上下位机间的通信过程：(1)通