基于RS485总线照明电路系统设计

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摘 要：本文设计一个基于RS485总线传输的照明电路控制系统,采用STC89C52芯片作为控制处理芯片,RS485总线技术进行主从节点通信,继电器控制电路控制照明电路.通信芯片选用MAX485,成本低,传输距离远,通信协议简单.电路设计包括一个主节点,两个从节点,主要电路分为主控电路,MAX485总线接口电路,显示电路,电源电路,继电器控制电路等.

关 键 词：STC89C52RS485总线传输控制照明电路

中图分类号：TM923文献标识码：A文章编号：1007-9416(2012)07-0148-02

能源的短缺一直以来都是一个世界性的问题,直到今天也是如此,电能是我们目前使用最多的能源之一,然而电能的使用率并不高,相反,在使用率不高的情况下,还存在很多因为控制系统不合理或管理不科学而造成的大量浪费.本文研究的是一个基于RS485总线和STC89C52单片机的公共场所照明电路控制系统.其总线传输协议简单可靠,有很强的可扩展性,此外还具有成本低,可靠性强,实用性强等优点.

1.系统硬件设计

本课题的设计主要采用RS485总线作为传输、STC89C52单片机作为主控制器,通过RS485总线接口将主从节点连接起来进行通信控制,主节点实时显示各从节点现场的照明状况和设置信息,从节点显示相应现场的照明实时状况和设置信息并按照设置信息进行控制继电器电路模块,从而控制现场电路照明系统的照明状态.基本模块电路设计包括：主控制电路,通信接口电路,液晶显示电路,按键设置电路,控制照明灯电路等等.

2.主要模块电路介绍

2.1主控制电路

单片机核心控制电路设计其电路主要包括晶振电路,复位电路,电源等,这是STC89C52能够正常运行的必备条件.复位电路选择按键电平复位电路.

2.2直流稳压电源设计

直流稳压电源电路包含电源变压、整流、滤波和稳压电路.整流电路采用单相全波整流电路,器件选用二极管构成的整流桥堆.滤波电路采用电容滤波,即在整流电路的负载上并联一个电容,电容为50V,2200μF的极性大电容.滤波电路的作用是将脉动直流滤除纹波.稳压采用三端（电压输入端、电压输出端、公共接地端）固定式正压稳压器LM7805,其内部具有过流、过热及短路保护电路.

2.3RS-485总线传输介绍

RS-485总线传输采用差分传输方式,也叫做平衡传输,即使用一对双绞线作为传输信号线,其中一条定义为A线,另一条定义为B线,因此其抗干扰能力强.发送端将TTL电平信号转化为差分信号A、B两路输出.经过线缆传输后,在接收端将差分信号还原为TTL电平信号.通常情况下发送驱动器A,B之间的正电平在+2～+6V是一个逻辑状态,负电平在-2～-6V是另一个逻辑状态.RS-485的收发灵敏度为200mV,当AB之间有大于+200mV的电平时,则认为传输的电平为高电平,即逻辑“1”,当AB之间有小于-200mV的电平时,则认为传输的电平为低电平,即逻辑“0”.接收器接收平衡线上的电平绝对值范围通常在200mV～6V之间.

RS-485最大传输距离约为1219m,最大传输速率为10Mbps.平衡双绞线的长度与传输速率成反比,在100Kbps速率以下,才可能使用规定的最长的电缆.RS-485需要终端电阻,终端电阻接在传输电缆的最远端.要求其值约等于传输电缆的特性阻抗.在短距离传输是可以不需要终端电阻,即一般在300m以下不需要终端电阻.

2.4MAX485接口电路设计

RS-485接口电路设计主要包括其电路设计及终端电阻设,具体设计原理图如图1.

图中终端电阻R5,阻值选用120.阻值为4.7K的电阻R3、R4分别对电源和地线上拉,目的在于防止外环境干扰,造成传输线A、B的电平变化超出了A、B信号线差值可变范围,从而引起传输错误.图中芯片为接收器使能信号端,为驱动器使能信号端.图中将两者接在一起并通过一个I/O口控制,当I/O口为高电平时,MAX485处于发送状态,当I/O口为低电平时,MAX485处于接收状态.

2.5继电器电路设计

继电器控制模块主要采用单片机I/O进行控制三极管的基极,使三极管导通或断开从而使继电器开关状态改变,由于本设计选用的继电器是5V固态继电器,带磁芯的,在电路通断过程中,电路会产生电感效应,所以在设计时增加了二极管以保护三极管.具体设计原理图如图2.

2.6RS-232串口电路设计

由于本设计采用的是STC89C52作为核心控制芯片,在调试过程中,我们需要进行频繁的载入程序到单片机中,所以在主节点上设计了RS-232串口下载电路.RS-232总线串口下载电路,采用的是MAX232芯片作为串口芯片.

3.系统软件设计

3.1RS485传输协议设计

本设计的RS485传输协议主要设计了9个字节,第一个字节为开始标志位,第二个字节的前四位用于存放源节点地址,后四位是目的节点地址,其中主节点地址为0X00,从节点1的地址为0X01,从节点2的地址为0X02.第三个字节的八位是数据类型,在本设计中有三种数据类型,0X01表示请求数据,0X02表示设置数据,0X03表示灯状态信息.第四到第七字节分别是小时、分钟的十位和个位,第八字节定义为开关状态,第九字节是结束标志位.协议设计了开始标志位和结束标志位的原因是为了保证每次传输数据时能够完整的接收每一帧数据,当接收到的是不完整的数据帧时,主从节点主动丢弃数据帧,并再次接收数据帧直到接收到完整的数据帧为止.确认接收完整数据帧的标志是在节点上接收到开始标志和结束标志.

3.2主节点主程序设计

主节点主程序设计包含系统初始化,键盘扫描,离线检测判断,数据请求发送等内容.首先进行系统初始化,然后进入while循环,在while循环中,先调用键盘扫描程序,对键盘进行扫描,第二步进行离线检测判断,调用串口发送程序,将数据或命令发送到各从节点.基本设计流程如图3.主节点系统程序初始化包括RS485总线使能,串口初始化,设置波特率,LCD1602液晶显示初始化等.

3.3RS485发送程序设计

RS485串口发送程序设计关键点在于如何设计好发送设置数据的处理过程.整体的具体流程：在发送数据之前先将CPU中断关闭,判断数据类型是否符合我们的设计要求,其次RS485发送使能,发送开始标志位0XBB,发送源节点、目的节点地址,接着发送数据类型字节,按照数据类型分类进行数据处理.最后发送数据结尾标志0XAA,RS485接收使能,最后开中断.

3.4RS485接收程序设计

RS485接收程序设计和发送程序存在一定的区别,首先,在接收程序设计中,需要按照传输协议传输数据帧开辟一个新的存储缓冲区（9字节）,以便存储接收到的数据,即在数据接收完整后存入存储缓冲区,通过相关程序指令,提取源地址进行判断并将数据写入相应的存储区,为后面调用刷新函数,刷新液晶屏显示做准备.最后利用软件对缓冲区进行清0,这一步至关重要,在设计中不可忘记.

4.结语

本设计采用了RS485总线作为传输总线方式,实现了照明电路现场节点照明状况的实时显示、监控和定时设置等功能.其传输控制距离理论值可达到1219米,具有很强的实用性.同时,RS485总线传输采用差分传输方式,抗干扰性强,协议设计简单.此外,该设计成本低廉,功能齐全,操作简单实用,具有较强的推广性和实际应用性.