基于组态王和MAX485的实时监测系统方案.docx

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基于组态王和MAX485的实时监测系统方案

基于组态王和MAX485的实时监测系统

1、设计概述

随着科技的不断进步，自动化程度也越来越高，我们的生活和工作也越来越方便。

绵延几百甚至上千公里的输油管道如果依靠工作人员徒步检查是否有管道损坏显然是不切实际的，基于组态王和MAX485的实时监测系统利用传感器实时监测输油管道从而提高工作效率，而且节约了成本。

2、设计方案及工作原理

该系统以特定的传感器采集终端数据，经过AD转换传输至下位单片机，下位单片机通过MAX485与上位单片机通信，上位单片机再将数据传至PC的组态王软件进行显示，从而实现对现场数据的实时监测与报警。

3、设计概要

3．1硬件设计概要

使用的硬件有STC89C51单片机、传感器、ADC0809、MAX485、MAX232、CD4511、数码管、串口、交叉串口线等。

ADC0809

ADC0809是CMOS器件，不仅包括一个8位的逐次逼近型的ADC部分，而且还提供一个8通道的模拟多路开关和通道寻址逻辑，因而有理由把它作为简单的“数据采集系统”。

利用它可直接输入8个单端的模拟信号分时进行A/D转换，在多点巡回检测和过程控制、运动控制中应用十分广泛。

1）主要技术指标和特性

（1）分辨率：

8位；

（2）总的不可调误差：

ADC0809为±1LSB。

（3）转换时间：

取决于芯片时钟频率，如CLK=500kHz时，TCONV=128μs。

（4）单一电源：

+5V。

（5）模拟输入电压围：

单极性0～5V；双极性±5V,±10V（需外加一定电路）。

（6）具有可控三态输出缓存器。

（7）启动转换控制为脉冲式（正脉冲），上升沿使所有部寄存器清零，下降沿使A/D转换开始。

（8）使用时不需进行零点和满刻度调节。

2）部结构和外部引脚

ADC0809的部结构和外部引脚分别如图所示。

部各部分的作用和工作原理在部结构图中已一目了然，在此就不再赘述，下面仅对各引脚定义分述如下：

图3.1ADC0809部结构框图

（1）IN0～IN7——8路模拟输入，通过3根地址译码线ADDA、ADDB、ADDC来选通一路。

（2）D7～D0——A/D转换后的数据输出端，为三态可控输出，故可直接和微处理器数据线连接。

8位排列顺序是D7为最高位，D0为最低位。

（3）ADDA、ADDB、ADDC——模拟通道选择地址信号，ADDA为低位，ADDC为高位。

地址信号与选道对应关系如表3.1所示。

（4）VR（+）、VR（-）——正、负参考电压输入端，用于提供片DAC电阻网络的基准电压。

在单极性输入时，VR（+）=5V，VR（-）=0V；双极性输入时，VR（+）、VR（-）分别接正、负极性的参考电压。

（5）ALE——地址锁存允许信号，高电平有效。

当此信号有效时，A、B、C三位地址信号被锁存，译码选通对应模拟通道。

在使用时，该信号常和START信号连在一起，以便同时锁存通道地址和启动A/D转换。

（6）START——A/D转换启动信号，正脉冲有效。

加于该端的脉冲的上升沿使逐次逼近寄存器清零，下降沿开始A/D转换。

如正在进行转换时又接到新的启动脉冲，则原来的转换进程被中止，重新从头开始转换。

图3.2ADC0809外部引脚图

地址

选道

ADDC

ADDB

ADDA

0

0

0

0

1

1

1

1

0

0

1

1

0

0

1

1

0

1

0

1

0

1

0

1

IN0

IN1

IN2

IN3

IN4

IN5

IN6

IN7

表3.1地址信号与选道的关系

（7）EOC——转换结束信号，高电平有效。

该信号在A/D转换过程中为低电平，其余时间为高电平。

该信号可作为被CPU查询的状态信号，也可作为对CPU的中断请求信号。

在需要对某个模拟量不断采样、转换的情况下，EOC也可作为启动信号反馈接到START端，但在刚加电时需由外电路第一次启动。

（8）OE——输出允许信号，高电平有效。

当微处理器送出该信号时，ADC0809的输出三态门被打开，使转换结果通过数据总线被读走。

在中断工作方式下，该信号往往是CPU发出的中断请求响应信号。

3）工作时序与使用说明

ADC0809的工作时序如图3.3所示。

当通道选择地址有效时，ALE信号一出现，地址便马上被锁存，这时转换启动信号紧随ALE之后（或与ALE同时）出现。

START的上升沿将逐次逼近寄存器SAR复位，在该上升沿之后的2μs加8个时钟周期（不定），EOC信号将变低电平，以指示转换操作正在进行中，直到转换完成后EOC再变高电平。

微处理器收到变为高电平的EOC信号后，便立即送出OE信号，打开三态门，读取转换结果。

图3.3ADC0809工作时序

模拟输入通道的选择可以相对于转换开始操作独立地进行（当然，不能在转换过程中进行），然而通常是把通道选择和启动转换结合起来完成（因为ADC0809的时间特性允许这样做）。

这样可以用一条写指令既选择模拟通道又启动转换。

在与微机接口时，输入通道的选择可有两种方法，一种是通过地址总线选择，一种是通过数据总线选择。

如用EOC信号去产生中断请求，要特别注意EOC的变低相对于启动信号有2μs+8个时钟周期的延迟，要设法使它不致产生虚假的中断请求。

为此，最好利用EOC上升沿产生中断请求，而不是靠高电平产生中断请求。

CD4511

图3.4CD4511

其功能介绍如下：

BI：

4脚是消隐输入控制端，当BI=0时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。

LT：

3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0时，译码输出全为1，不管输入DCBA状态如何，七段均发亮，显示“8”。

它主要用来检测数码管是否损坏。

LE：

锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。

LE=1时译码器是锁定

保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。

A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。

a、b、c、d、e、f、g：

为译码输出端，输出为高电平1有效。

CD4511的部有上拉电阻，在输入端与数码管笔段端接上限流电阻就可工作。

MAX485

它采用差分信号进行传输；最大传输距离可以达到1.2km；最大可连接32个驱动器和收发器；接收器最小灵敏度可达±200mV；最大传输速率可达2.5Mb/s。

由此可见，RS－485协议正是针对远距离、高灵敏度、多点通讯制定的标准。

图3.5MAX485

     MAX485接口芯片是Maxim公司的一种RS－485芯片。

采用单一电源+5V工作，额定电流为300μA，采用半双工通讯方式。

它完成将TTL电平与RS－485电平转换的功能。

其引脚结构图如图1所示。

从图中可以看出,MAX485芯片的结构和引脚都非常简单,部含有一个驱动器和接收器。

RO和DI端分别为接收器的输出和驱动器的输入端，与单片机连接时只需分别与单片机的RXD和TXD相连即可；/RE和DE端分别为接收和发送的使能端，当/RE为逻辑0时，器件处于接收状态；当DE为逻辑1时，器件处于发送状态，因为MAX485工作在半双工状态，所以只需用单片机的一个管脚控制这两个引脚即可；A端和B端分别为接收和发送的差分信号端,当A引脚的电平高于B时，代表发送的数据为1；当A的电平低于B端时，代表发送的数据为0。

在与单片机连接时接线非常简单。

只需要一个信号控制MAX485的接收和发送即可。

同时将A和B端之间加匹配电阻，一般可选100Ω的电阻。

MAX232

由于单片机使用的是485电平而电脑使用的是232电平，由于电平的不匹配，两者之间是无法直接通信的，MAX232芯片可以将485电平转换为232电平，实现单片机和电脑之间的通信。

MAX232的接线如图3.6.

图3.6

3.2软件设计概要

ADC0809选通通道及AD转换部分程序：

OE=0;//P17禁止输出//

ALE=0;

XuanTong（）;//选通输入端//

ALE=1;

ST=0;//P14，产生正脉冲//

ST=1;

ST=0;

Delay（30）;

while（EOC==0）;//转换完毕//*/

OE=1;//允许输出//

getdata=P2;//将转换完的数据给P2//

P0=getdata;

OE=0;//禁止输出//

CD4511选位及显示部分程序

voidDisplay（）

{

P12=0;

a=dispbuf[2];

ZhuanHuan（）;

P12=1;

P11=0;

a=dispbuf[1];

ZhuanHuan（）;

P11=1;

P10=0;

a=dispbuf[0];

ZhuanHuan（）;

P10=1;

P0=0x00;

}

数据转换部分程序

temp=getdata*1.0/256*500;

dispbuf[0]=temp%10;

dispbuf[1]=temp/10%10;

dispbuf[2]=temp/100%10;

Display（）;

单片机之间通信协议

上位机

地址

下位机

地址

数据

校验数据

4、组态王

4.1组态王简介

组态王．Kingview工控组态软以其作性能稳定可靠、人机界向友善、硬件配置方便以及编程简单易用同时其驱动程序较为丰富，如支持DDE、板卡、OPC服务器、PLC、智能仪表、智能模块等；支持Activex控件、配方管理、数据库访问、网络功能、冗余功能。

其扩展性强，配有加密锁，支持丁稃加密；可方便与管理计算机或控制计算机联网通信等优良特性，提供了对工业控制现场大晕数据进行采集、监控、处理的解决方案。

在各种工业控制领域中得到了大最使用。

本系统使用组态王做显示界面，画面直观，操作简单。

图4.1

图4.2

图4.3

图4.4

4.2组态王通信

上位机发送读命令

字头

设备地址

标志

数据地址

数据字节数

异或

CR

下位机应答：

若正常：

字头

设备地址

数据字节数

数据…

异或

CR

若不正常：

字头

设备地址

**

异或

CR

5、核心技术说明

数码管的显示部分作为辅助，用于观察信号是否采集转化正确。

组态王与单片机的通信所采用的通信协议在PC中是封装好的，单片机中的程序必须严格按照封装的协议来编写。

6、参考文献

C++程序设计课程/郭爱章主编。

—2版。

—东营：

中国石油大学，2009.7。

单片机原理及应用/王洪君主编.—2版.—：

大学，2009.2。

附页