控制室屏柜物联网监护系统.docx

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1、控制室屏柜物联网监护系统提醒：垃圾文章，请勿抄袭摘要为了提高系统管理的先进性与安全性，在工业自动操纵中需要实现操纵室屏柜的远程操纵。本文研究通过物联网技术实现对多个屏柜的远程开关操纵，并将当前状态反应给操纵端。物联网技术是新一代信息技术，是在互联网技术基础上的延伸与扩展的一种网络技术，其用户端延伸与扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换与通讯以实现智能化识别、定位、追踪、监控与管理。本文通过多台51单片机实现物联网技术，由一台作管理用的上位主计算机（主机）与多台直接参与操纵检测的下位从计算机（从机）构成的主从式多机系统，利用单片机间串口通信实现主机与从机间通信。同时设计了从机对屏柜的门控电路

2、，从而实现在主机端即可操纵多个屏柜。关键词：物联网，单片机，串行通信，操纵室屏柜，门控系统ABSTRACT目录摘要IABSTRACTII前言11 .本课题选取的目的及意义O2 .本文要紧工作O第一章串行通信部分11 .串行通信原理I1.1 通信的种类71.2 通信参数71.3 工作模式21.4 同步通信与异步通信32 .串口通信传输协议32.1 HC总线传输协议32.2 SPI总线传输协议62.3 串口通信传输协议72.3.1 80C51单片机的串行口的结构72.3.2 80C51串行口的操纵寄存器82.3.3 80C51单片机串行口的工作方式92.4 方案选取113 .主从通信系统设计113

3、.1 硬件原理图设计113.2 软件的编写12第二章从机电子锁部分1771门控系统构成172.电控锁选择及其驱动电路设计173.报警电路184.单片机电路18第三章系统仿真20结束语178参考文献178附录178致谢178刖百在工业操纵中，当工作人员对操纵室进行检修时，需要对操纵室屏柜开关进行操纵，并要及时获取屏柜开关状态。为了提高系统管理的先进性与安全性，计算机工业自动操纵与检测系统越来越多地使用集总分散系统。较为常见的形式是由一台作管理用的上位主计算机（主机）与多台直接参与操纵检测的下位从计算机（从机）构成的主从式多机系统，主机与从机之间以通讯的方式来协调工作。主机的作用一是要向从机发送各

4、类命令及参数；二是要及时收集、整理与分析从机发回的数据，供进一步决策与报表。从机被动地接收、执行主机发来的命令，同时根据主机的要求向主机回传相应的实时数据，报告其运行状态。1 ,本课题选取的目的及意义单片机开创了嵌入式系统独立进展道路，嵌入式技术是物联网技术最为关键的底层技术，在单片机技术成熟进展的今天，物联网的兴起，给单片机提供一个更为广大与宏伟的舞台，同时也给单片机提供了新的进展方向。本次课题的设计所使用的方法是用串口通信的方法来实现主从式总线通信系统的。MCS-51系列单片机内部带有一个可用于异步通讯的全双工的串行通讯接口，因此能够很方便地构成一个主从式多机系统。51单片机由于其出色的性

5、能与便宜的价格，目前仍然是国内用的最为广泛的8位单片机类型，因此选取基于51单片机的主从通信系统的设计与实现这个课题是十分有意义的。2 .本文的要紧工作本次毕业设计的要紧工作是利用51单片机总线式主从通信系统，实现基于主从总线的数据传送，利用主机操纵从机，从机操纵电子锁开关，并向主机返回数据，从而实现对操纵室屏柜的监护系统。为了方便起见，先设计一个一主两从的通信系统，画出系统的硬件原理图，同时在此原理图的基础上设计出软件实现此功能。至于更加复杂的主从式多机系统的设计与实现能够在此系统的基础上进行扩展实现。在本次操纵室屏柜监护系统设计与实现过程中，要完成下列任务：（一）串行通信部分1 .熟悉串口

6、通信的原理，选择合适的通信协议进行管理2 .设计主从式通信系统的硬件原理框图3 .设计通信系统硬件电路4 .串行通信软件程序设计与调试（二）从机电子锁操纵部分1硬件电路设计5 .程序设计（利用中断）第一章串行通信部分1.串行通信原理1.1通信的种类通常通信的形式能够分为两种，一种为并行数据通信，另一种则为串行数据通信。两种不一致的通信模式如图2T所示。图27并行与串行由图1可知，并行数据通信一次的传输量为8个位（1个字节），而串行数据通信则是一次只传输1位。并行数据通信是指数据的各位同时进行传送的通信方式。其优点是传送速度快；缺点是数据有多少位，就需要多少根传送线。串行数据通信是指数据是一位一

7、位顺序传送的通信方式，它的突出优点是只需一对传送线，这样就大大降低了传送成本，特别习惯于远距离通信；其缺点是传送速度较低。假设并行传送N位数据所需时间为T,那么串行传送的时间至少为N*T。1.2 通信参数双方为了能够进行通信，务必要遵守一定的通信规则，这个共同的规则就是通信端口的初始化。通信端口的初始化有下列几项务必设置：1 .数据的传输速率传输双方通过传输线的电压改变来交换数据，但传输线的电压改变的速度务必与接收端的接收速度保持一致，RS-232通常用于异步传输，即双方并没有一个可参考的同步时钟作为基准。由于没有一个参考时钟，双方所发送的高低电位到底代表几个位就不得而知了，要使得双方的数据读

8、取正常，就要考虑到传输速率一波特率，其所代表的意义是每秒钟所能产生的最大电压状态改变率，或者者说是每秒钟能够振荡的次数。原始信号通过不一致的波特率取样后，所得的结果完全不一样。取样速度只有原先的一半时，信号被跳着取样，数据因此产生错误。因此通信双方获得相同的通信速度是首先要做的情况。2 .数据的发送单位通常串行通信端口所发送的数据是字符类型的，若用来传输文件，则会使用二进制的数据类型。当使用字符类型时，通常使用ASCI1码，ASCI1码中8个位形成一个字符。以实际的RS-232传输来看，由于大多数应用只是发送文字码，因此只要7个位就能够将ASCI1码的0T27号字符表达出来，所有的可见字符都在

9、这个范围内，因此只要7个数据位就足够了。不一致的情况下，会使用到不一致的发送单位，但使用多少个位合成一个字节务必先行确定。3 .起始位及停止位由于异步串行通信中并没有使用同步脉冲作为基准，故接收端完全不明白发送端何时将进行数据的发送，而当发送端准备要开始发送数据时，发送端会在所送出的字符前后分别加上高电位的起始位（逻辑0）及低电位的停止位（逻辑1）,它们分别是所谓的起始位与停止位。当发送端要开始发送数据时，便将传输在线的电位由低电位提升至高电位，而当发送结束后，再将电位降至低电位。接收端会因起始位的触发（因电压由低电位升至高电位）而开始接收数据，并因停止位的通知（因电压维持在低电位）而确切数据

10、的字符信号已经结束。4 .校验位的检查为了预防错误的产生，因此使用校验位作为检查的机制；校验位是用来检查所发送数据正确性的一种核对码，其中又分成奇校验位与偶校验位两种方式，分别是检查字符码中I的数目是奇数或者偶数。以偶校验位为例，A的ASCn码01100001（二进制），其中1的数目是三个，因此校验位便是1,使1的数目保持偶数。同理，校验位是奇校验位时，A的校验位便是0,使1的数目保持奇数。1.3 工作模式数据传输查模式有单工、半双工、全双工与多工工作方式。单工方式时，数据仅按一个固定方向传送。因而这种传输方式的用途有限，常用于串行口的打印数据传输与简单系统间的数据采集。半双工方式时数据可实现

11、双向传送，但不能同时进行，实际的应用使用某种协议实现收/发开关转换。全双工方式时同意双方同时进行数据双向传送。这三种传输方式都是用同一线路传输同一种频率信号，为了充分利用线路资源，可通过使用多路复用器或者多路集线器，使用频分、时分或者码分复用技术，即可实现在同一线路上共享功能，我们称之为多工传输方式。几种传输方式框图如图22所示。从前往后依次为单工、半双工与全双工。不一致的工作模式能够应用在不一致的地方，也各有其优点。就串行通信而言，RS-232使用的是全双工的模式。同时能够利用的传输线路决定了工作模式。RS-232之因此能达到全双工的功能，就是由于其引脚在设计上是接收与发送分属两个不一致的引

12、脚与线路。1.4 同步通信与异步通信异步通信是指通信的发送与接收设备使用各自的时钟操纵数据的发送与接收过程。为使双方的收发协调，要求发送与接收设备的时钟尽可能一致。异步通信以字符（构成的帧）为单位进行传输，字符与字符之间的间隙（时间间隔）也是任意的，但每个字符中的各位是以固定的时间传送的。原理图如图23所示。图2-3异步通信原理图同步通信时要建立发送方时钟对接收方时钟的直接操纵，使双方达到完全同步。如今，传输数据的位之间的距离均为“位间隔的整数倍，同时传送的字符间不留间隙，即保持位同步关系，也保持字符同步关系。发送方对接收方的同步能够通过外同步与自同步两种方法实现。为自同步原理图如图2-4所示

13、。图2-4同步通信原理图2.串口通信传输协议目前使用的比较广泛的串行总线传输协议有I1C总线传输协议、SP1总线传输协议与RS-232总线协议。不管利用其中任何一种总线协议都能够设计出一个主从式总线通信系统。现在分别介绍其数据传输原理。2.1 IIC总线传输协议IIC总线是PH1IPS公司推出的一种串行总线，是具备多主机系统所需的包含总线裁决与高低速器件同步功能的高性能串行总线。I1C总线只有两根双向信号线。一根是数据线SDA,另一根是时钟线SC1。HC总线通过上拉电阻接正电源。当总线空闲时，两根线均为高电平。连到总线上的任一器件输出的低电平，都将使总线的信号变低，即各器件的SDA及SC1都是

14、线“与”关系7叫每个接到HC总线上的器件都有唯一的地址。主机与其它器件间的数据传送能够是由主机发送数据到其它器件，这时主机即为发送器。由总线上接收数据的器件则为接收器。在多主机系统中，可能同时有几个主机企图启动总线传送数据。为了避免混乱，IIC总线要通过总线仲裁，以决定由哪一台主机操纵总线。数据的有效位规定：IIC总线进行数据传送时，时钟信号为高电平期间，数据线上的数据务必保持稳固，只有在时钟线上的信号为低电平期间，数据线上的高电平或者低电平状态才同意变化，如图3-1所示。图37I1C总线数据传输有效位原理图起始与终止信号：Se1线为高电平期间，SDA线由高电平向低电平的变化表示起始信号；SC

15、1线为高电平期间，SDA线由低电平向高电平的变化表示终止信号，如图3-2所示。图3-2起始信号与终止信号原理图起始与终止信号都是由主机发出的，在起始信号产生后，总线就处于被占用的状态；在终止信号产生后，总线就处于空闲状态。连接到I2C总线上的器件，若具有I1C总线的硬件接口，则很容易检测到起始与终止信号。接收器件收到一一个完整的数据字节后，有可能需要完成一些其它工作，如处理内部中断服务等，可能无法立刻接收下一个字节，这时接收器件能够将SC1线拉成低电平，从而使主机处于等待状态。直到接收器件准备好接收下一个字节时，再释放SC1线使之为高电平，从而使数据传送能够继续进行。数据传送格式：（1）字节传送与应答每一个字节务必保证是8位长度。数据传送时，先传送最高位（MSB）,每一个被传送的字节后面都务必跟随一位应答位（即一帧共有9位）。原理图如图3-3所示。假如一段时间内没有收到从机的应答信号，则自动认为从机已正确接收到数据。由于某种原因从机不对主机寻址信号应答时（如从机正在进行实时性的处理工作而无法接收总线上的数据），它务必将数据线置于高电平，而由主机产生一个终止信号以结束总线的数据传送。假如从机对主机进行了应答，但在数据传送一段时间后无法继续接收更多的数据时，从机能够通过对无法接收的第一个数据字节