毕业设计（论文）基于单片机的温室控制系统.doc

江苏农林职业技术学院 毕 业 设 计（论 文）SNL/QR7.5.4-3 基于单片机的温室控制系统 专 业 数控技术 学生姓名 班 级 06数控技术（4） 班学 号 指导教师 完成日期 2009年6月 成绩评议表学号 061502408姓名 田崇朝 题目 基于单片机的温室控制系统 指导教师建议成绩： 评阅教师建议成绩： 答辩小组建议成绩： 院答辩委员会评阅意见及评定成绩：答辩委员会主任签字（盖章）： 年 月 日毕业设计（论文）任务书姓名田崇朝学号061502408班级06数控技术（4）班题目基于单片机的温室控制系统设计(论文)主要内容通过单片机的原理来控制温室的温度、湿度、光照等一些影响之物生长的因素，来实现长时间大面积的无人职守的自动化种植。有以下三部分：（1） DCS硬件的选择与设计（2） DCS软件设计（3） DCS系统的调试结果重点研究问题通过对多路巡检显示控制仪以及温室控制方式的了解，采用分散控制的方法进行控制（DCS），对DCS的研究有以下有三个部分：（1） DCS硬件器材的选择和电路原理图设计 （2） 硬件电路板的设计（3） 上位机软件和下位机的设计 主要技术指标（1） 采用MCS-51指令（2） 系统湿度和光照采用0804进行（3） 模拟和数字量之间的转换（4） DS18B20单总线数字温度传感器的调试（5） MAX485通讯协议程序的调试，其它要说明的问题由于这次验收实验时间较紧，所以原定的控制算法部分在本次毕业设计中没有能够完成，在控制温度和湿度方面主要还是使用的限位控制。不过在老师的指导下，我们设计的温室控制系统的各项指标都能达到要求。指导老师意见 指导教师签字： 年 月 日指导教师意见 对论文的简短评价：1.指出论文存在的问题及错误2.对创造性工作评价3.建议成绩 优 良 中 及格 不及格 指导教师签字 年 月 日评阅教师意见 对论文的简短评价：1.指出论文存在的问题及错误2.对创造性工作评价3.建议成绩 优 良 中 及格 不及格 评阅教师签字 年 月 日答辩小组评议意见学号061502408姓名 田崇朝 题目 基于单片机的温室控制系统 答辩小组意见： 1、对论文的评价2.建议成绩等级 优 良 中 及格 不及格3.需要说明的问题 答辩小组长签字 年 月 日摘要：首先，本次毕业设计是基于单片机测控系统的研究。介绍了以单片机为主要元器件的测控系统以及结构、设计和原理，该系统实现了自动控制，为设备的正常运行提供了条件。 其次，本次毕业设计针对系统所使用的C8051F020单片机的性能和发展情况做了一个全面的介绍；接着又对DS18B20单总线数字温度传感器做了性能方面的说明；同时关于UART0串行通信的方式和功能也进行了分析；最后，在单片机测量系统的抗干扰硬件软件的方法与设计方面也加以了论述。本次毕业设计主要应用C8051F020单片机作为核心控制元件进行分析和设计，对各部分的电路进行了介绍。并经过反复的模拟运行、调试，修改，最后形成了一套完整的程序系统。经过实践证明，本系统运行稳定，其优点是硬件电路简单，软件功能完善，控制系统可靠，性价比较高等，具有一定的实用和参考价值。 最后，在本次毕业设计过程中还使涉及到了功能强大的Protel99 SE软件的使用，并利用此软件绘制了系统原理图、印制线路板图。关键词:测控系统；温度；串行通讯；抗干扰；Protel99 SE软件Abstract: First, the current design is based on graduation MCU control systems. SCM introduced to the main components of the monitoring system and the architecture, design and principle, the realization of the automatic control system, for the normal operation of equipment for the conditions. Secondly, The graduation address system design used by the C8051F020 the performance and development of a comprehensive done presentation; Then right DS18B20 single-bus digital temperature sensor made of the performance; UART0 while on the way serial communication function and the analysis; Finally, SCM interference measurement system hardware and software design method also be discussed. The graduate design major applications C8051F020 microcontroller as a core element in the analysis and design on the part of the circuit was introduced. After repeated and the simulation running, debugging, revision, the final form of a complete set of procedures system. Practice has proved that the system stability, and they have the advantage of a simple hardware circuits, software functions, reliable control system, high cost performance, is practical and reference value. Finally, at the graduation design process also involving the powerful Protel99 SE software use, and the use of this software mapping diagram of the system, the PCB plans.Keywords : microcontroller；temperature；sensor；communication；Protel99 SE 目录第一章 绪论11.1 引言11.2温室控制系统11.3国内外温室环境控制技术的发展与现状21.3.1日本的发展与现状21.3.2欧美的发展与现状31.3.3中国的发展与现状31.4本文主要研究的目的和方向4第二章 DCS系统总体设计52.1总体设计要求52.2控制对象的简单介绍52.3 DCS系统总体方案设计6第三章 DCS硬件的选择与设计83.1 DCS硬件器材的选择83.1.1传感器的选择83.1.2下位机控制芯片和通讯芯片的选择93.2 DCS硬件电路原理图设计113.2.1数据采集和通讯接口电路的设计113.2.2总体电路设计123.3 硬件电路板的设计133.3.1原理图设计133.3.2 电路板设计14第四章 DCS软件设计164.1上位机软件设计164.1.1MFC串口编程的方法164.2下位机软件设计174.2.1单片机编程开发工具Keil uVision174.2.2 下位机软件流程194.3多机串行通讯协议的编写214.3.1多机通讯协议的介绍214.3.2本系统采用的数据桢结构22第五章 DCS系统的调试结果235.1 DCS系统的软硬件调试235.1.1硬件调试235.1.2软件调试235.2测试实验结果24总结与展望26总结26展望26致谢27参考文献：28附录29软件程序29主机程序29从机程序33第一章 绪论1.1 引言在现代化的农业生产中，需要做到长时间大面积的无人职守的自动化种植。而本毕业设计就是以生态农业自动化科研项目为背景，研究实用型多路巡检显示控制仪的设计方法，通过调研、分析、仿真与实验，形成实用有效的测量控制自动化方法，完成相关硬件研制和软件开发。按照这种需求而设计制作多路巡检显示控制装置。该装置可以在多点检测温湿度、光照、压力等信息并且实现通讯控制功能。由于实际控制中需要做到每个单独的点都要能够各自控制自己的受控对象，同时又要和其他点进行通讯，所以该系统必须要使用上下位机联动控制的方法，该多路巡检显示控制仪必须在每个点都要作到能够单独采集数据并且显示和完成闭环控制，这样下位机就要使单片机，这样做到体积小，成本低，而且还要可以将自己的数据在一条485总线上发送和接收，与上位机和其他点的巡检器联合控制保持受控对象的稳定。所以该多路巡检仪要作到具有一定的通用性，这样可以使得每个点都可以稍加改装就可以使用。1.2温室自动控制系统 1、上位机部分     上位机系统选用个人计算机，主要用于数据处理、通讯、系统控制、实时显示及修改各种控制数据、曲线，记录每天的各种采集数据，以备查阅。由于影响作物生长的因素(如温度、湿度等)大都是一种多输入、多输出、大滞后的非线性控制变量，还需要动态、实时、有效、可靠的人机接口(HMI)的可视化界面，因此，可以选用工控组态软件(MCGS)，它为用户提供了从数据采集到数据处理、报警处理、流程控制、动画显示、报表输出、曲线显示等解决实际工程问题的各种方案与实施工具，用户可避开复杂的计算机软硬件问题。2、下位机部分     下位机系统可以选用单片机和DSP(数字信号处理器)，现代市场上主要使用单片机。它主要用于现场实地检测及控制，完成数据处理，根据农作物生长的控制曲线进行滴灌及营养液(肥料)的配比和实施，同时将控制及测量结果传送到上位机，并接受上位机的指令。 3、采用模仿DCSDCS是分散控制系统（Distributed Control System）的上下位机联合控制，DCS：国内一般习惯称为集散控制系统。它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机（Computer）、通讯（Communication）、显示（CRT）和控制（Control）等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。DCS具有以下特点：（1）高可靠性（2）开放性（3）灵活性（4）易于维护（5）协调性（6）控制功能齐全，该多路巡检系统将下位机的计算机简化为单片机，通过RS485总线与上位机完成通讯，由于DCS的构成方式十分灵活，可由专用的管理计算机站、操作员站、工程师站、记录站、现场控制站和数据采集站等组成，也可由通用的服务器、工业控制计算机和可编程控制器构成。综上所述，由于这种上下位机集散控制的方式可以使得该多路巡检系统得到最优化的控制方式和可操作性，同时也最易于维护和可靠。所以在本系统中我采用这种控制方式。1.3国内外温室环境控制技术的发展与现状首先我调查了我国和其他国家现有的温室控制技术的情况，通过学习和了解这些控制方式的优点和缺点，更加了解我的受控对象的情况，让我在本设计中更加准确的设计控制系统。1.3.1日本的发展与现状 日本是一个人口多土地少的国家，为了解决人们的需求，日本采取了很多的方法解决需求问题。随着科技的发展，塑料大棚和其它人工栽培设施在日本得到普遍的应用，使用面积居世界之首。继露天栽培、设施园艺和水耕栽培之后，被称作“第四高技术农业”的植物工厂已在日本普及。植物工厂用钠蒸气灯取代太阳光，并通过计算机将温度、湿度、CO2浓度和肥料等控制在最适合蔬菜生长发育的水平。同旱地栽培相比，蔬菜的生长速度快了45倍，且不受气候左右，不施农药，四季稳定生产。在寒冷地带、沙漠地带，甚至在宇宙空间和地下空间，也能提供新鲜的蔬菜。如日本一家公司设计出完全自动化的生菜培育工厂，其生产速度要比通常速度高3倍。这对于土地少、需要进口大量蔬菜的国家来说是一项成功的发明。日本在鸟取县的沙漠地带进行塑料大棚的蔬菜种植，取得了良好效果。北海道大棚盘育苗灌水实现了自动化，自走喷灌机行走速度和喷水量可自行调节，以达到合理灌水的目的。该机解决了大棚灌水费时、喷灌不均匀等问题，从而使水稻大棚育秧实现了灌水机械化。由于种苗生产设施内高温、多湿等不良环境，且从生产过程看，它又类似于工厂生产的条件，因此，最近进行了灌水、农药的喷洒等个别作业的自动化。也进行了与此相关联的种苗的特性、优质种苗的选择方法、间苗方法等基础技术的研究。根据日本农林省蔬菜生产机械化、节能化研究委员会的报告指出的技术课题里，对于自动育苗设施包括了以下的内容： (1) 播种装置； (2) 苗接触刺激装置； (3) 苗灌水装置； (4) 换气扇的旋转、遮光装置的开闭装置； (5) 缺苗、不良苗的检测、除去、补栽装置； (6) 苗箱的排列、装载装置； (7) CO2施肥装置等。 对于间苗作业的自动化研究主要进行： (1) 利用图像、激光等传感技术的开发； (2) 识别苗软件的开发； (3) 利用传感器的可选择机械化间苗机构的开发。 对于防除作业进行： (1) 自动引导行走机构的开发； (2) 无人防除机的开发等研究。 另外也进行设施内利用生物(天敌)防除、利用昆虫的授粉作业、利用传感器和计算机的高度远隔控制可能的多因素环境控制装置的开发。 1.3.2欧美的发展与现状 荷兰位于欧洲西部，荷兰园艺生产引人注目，是世界著名的鲜花生产王国，花卉销于世界各国，每年出口收入达1014亿美元，蔬菜每年出口近10亿美元。全国现有玻璃温室1´104 hm2，全部由计算机操纵，其中蔬菜、花卉的生产各占一半。荷兰国内有十大温室制造公司。多数成立于本世纪20年代，有较长的生产历史，经验丰富，技术精湛。高成本的投入，高效率的劳动，高质量、高产量的产出，高效益的收入，是荷兰温室园艺生产持续发展、不断提高的主要原因。良好的社会服务，是农民集中精力搞好生产的重要保证。在园艺生产的领域内，除了温室公司外，还有泥炭土公司、种子公司、种苗公司以及肥料、农药、工具等为生产服务配套的公司。 在七八十年代，英国的温室加热主要用燃油锅炉，后来因石油价格暴涨产生能源危机，因此改为使用燃煤。部分地区也采用燃气锅炉和利用工厂余热。随着科技的发展，英国农业部对温室的设计和建造非常重视，在一些农业工程研究所里进行温室骨架与荷载、温室光照与材料、温室环境(温室小气候、温、光、湿、通风、CO2施肥等)与生理、温室环境因子的计算机优化、温室节能、温室自动化控制、温室作物栽培与产后处理、无土栽培等课题的研究。温室管理全部采用计算机管理，主要控制温度、湿度、光照、通风、CO2施肥、营养液供给及温度、pH值、EC值等。伦敦大学农学院研制的温室计算机遥控技术，可以观察遥控50km以外温室内的温、光、湿、气、水等环境状况，并进行调控。CO2施肥在英国温室生产应用中占30%40%，主要是生产规模较大的农户。为保证CO2浓度分布均匀，在温室中安装通风机，搅动空气使温室中CO2浓度一致。在温室种植中，无土栽培占温室面积的30%，主要以岩棉基质栽培为主，占90%。在英国温室群建设中，特别注意温室防风，他们采用树木做屏障，既美化环境又防风。 1.3.3中国的发展与现状 在中国温室栽培起步较晚，80年代以来，我国先后从荷兰、以色列等国引进了四十多套大中型温室，对于消化、吸收国外先进的温室生产经验起到了积极作用.但是，由于引进的温室价格和运行成本都很高，我国科技人员进行了温室的环境控制研究，但是由于我国的设施大都比较简单，大量的作业和调整都要人工操作，作物生长小环境中环境因子调控程度很低，这样使温室生产的生产潜力和生产效率与国外的工厂化蔬菜生产相比尚有很大差距。近些年，我国科技人员在夏季降温、冬季加温等技术方面取得了不少进展. 国内部分公司开始引进以色列ELDAR-SHANY公司灌溉系统和计算机控制首部加上自有技术开发成套的温室产品。我国的温室产品中较为成熟技术及部件的有： (1) 加热系统：吸取荷兰温室预混组混合组多级控制和适宜作物栽培管理的优点，利用热水锅炉，通过加热管道对温室进行加热。此外，也开发了利用热风炉，传感器反馈控制风机将热风送入温室对温室加热的技术。 (2) 帘幕系统：开发了内帘幕系统、外遮荫系统；帘幕驱动系统因采用构件的不同一般有两种形式：一种是由减速电机、轴承、传动管轴、牵引钢丝绳、滑轮组件、链轮和链条等组成的钢缆驱动平托幕系统；另外一种形式的驱动系统是齿轮齿条拉幕系统。马达转动带动驱动轴转动，经过齿轮箱，驱动轴的转动转换为推拉杆的水平移动，从而实现帘幕的展开与收拢。 (3) 通风系统：主要有强制通风系统和自然通风系统两种。强制通风系统一般设计换气次数为0.75 1.5次/min。由于强制通风需耗费大量能量，为获得更好的降温效果，一般配合湿帘，利用蒸发制冷原理降温。自然通风是一种较经济的通风方式。它是通过顶窗或侧窗的启闭，利用风力和温差实现温室内外空气交换，达到温室内降温和降湿的目的。有时，在没有CO2施肥系统的情况下，还利用自然通风来补充温室内的CO2。 目前，我国的计算机控制技术还大多处于单控制器+单传感器+执行机构这种较原始的状态，由于温室特殊的高温、高湿环境，各类国产传感器的可靠性、稳定性也是一个较为重要的问题，急需解决。此外，温室控制的计算机软件也有待于进一步开发。综上所述，本文现在就是要根据国内现有控制器的一些不足的情况，通过对单控制器+单传感器+执行机构这种系统的优化和改进，做成一个具有多路巡检的控制系统，可以将检测到的信息汇总总体控制，并且具有显示和自动控制的功能。1.4本文主要研究的目的和方向在对国内外相关技术进行广泛调研、分析的基础上，根据实用型多路巡检显示控制仪的要求、性能，选择其中的2-3种不同的典型产品进行重点分析与比较；以实用型多路巡检显示控制仪的设计为背景，对选用的上述产品进行仿真研究，分析、比较其优化性能和功能，在此基础上，形成实用有效的实用型多路巡检显示控制仪的样机；在研制的硬件基础上开发相应软件，实现测量温度，湿度功能。能够采集数字量和模拟量信号，具有A/D转换模块，能够在下位机即时显示和控制，同时也具有通讯模块，可以与上位机完成通讯，使得其可以与其他巡检器相互联系完成联动控制，从而对整个温室的温度，湿度和光照进行维持。第二章DCS 系统总体设计2.1总体设计要求一个完整的温室控制系统应该包括有保温、遮阳系统，湿帘/风扇降温系统，加温系统、热风机系列，补光/补气系统，微雾系统，计算机控制系统和播种机及播种生产线。在传统的温室里这些设备都是由人工完成的，这样造成的结果是耗费人力资源大，而且需要人工根据自己的经验和气候情况来判断控制，一旦有遇到农作物有病虫害等突发情况就无法快速反应和做出正确的判断，而且需要控制人员的专业化程度较高。在全部由计算机控制的温室控制系统里，首先就需要有一个具有多路巡检多种待测量的仪器，要求做到具有无人职守功能，并且能够把所有检测到的数据汇总收集到一个上位机上去，再由上位机根据程序编制好的控制方法输出控制信号传送给下位机的每个被控对象。在上位机的控制算法里，我们这个系统主要采用模糊控制的方法进行控制。在传统的控制领域里，控制系统动态模式的精确与否是影响控制优劣的最主要关键，系统动态的信息越详细，则越能达到精确控制的目的。所以使用模糊控制的方式有很大的好处。因此，经验和工程知识在选择控制变量时占有相当重要的角色。所以在程序的编制的时候需要根据受控对象做出多种的模糊集合，当控制变量确定之后，接下来就是根据经验写出控制规则，但是在做成模糊控制规则之前，首先必需对模糊控制器的输入和输出变量空间做模糊分割。模糊分割时各领域间重叠的程度大大地影响控制的性能。在传感器器方面，由于整个系统的面积大，需测量较多，而且同种待测量需要在整个温室里多点放置，例如温度传感器就需要在整个温室内多个点实现检测功能，要实现这种多路巡检功能就必须要在一条总线上实现一带多的功能，还必须要长距离传输，这时候就必须要使用RS485总线，RS-485接口在总线上是允许连接多达128个收发器。即具有多站能力,这样用户可以利用单一的RS-485接口方便地建立起设备网络。这样就可以将多个点的数据收集到上位机统一进行处理和控制。2.2控制对象的简单介绍在动力楼实验室我通过一个温室模型来模拟温室大棚系统，在该模型内我安装了4个温度传感器，2个湿度传感器和2个光照传感器，由于我设计的每路多路巡检系统可以采集一个数字量和一个模拟量，所以在本温室模型中我采用了4路多路巡检器，将它们如图2.2.1放置在控制箱内，每路巡检器之间采用了485通讯进行连接，同时通过一个485/232变送器于上位机相连接。图2.2.1 受控对象温室模型该对象包括有加热系统、加湿系统、风机系统、降温系统、可以自动开合的屋顶天窗、提供不同强度光照的光源系统。以及为这些设备提供能量的电源。同时还有一些可以供选择添加的辅助设备。这里的受控对象具有很多可以调节这个温室系统的输出手段，而该多路巡检系统的输出手段是通过单片机的一个I/O口来控制继电器来控制这些系统。2.3系统总体方案设计该系统采用上下位机分散控制的方式,由下位机传感器和单片机系统收集数据经由RS485通讯协议传送给上位机由PC端显示控制.下位机方面具有传感器，传感器要选择多种不同检测量的如温度湿度和光照传感器等,单片机使用AT89S52,带有中文字库的液晶显示模块以及储存器.上位机方面具有在WINDOWS环境下的显示和控制界面并且具有数据的存储和图形化显示功能,程序的设计使用MFC完成，可以做到手动和自动控制的切换.通讯方面采用RS485协议可以实现一带多并且可以提高传输距离.输出控制部分要做到可以有两种方式选择，如果是加热器等线形被控对象的话，可以使用单片机输出PWM波形控制可控硅输出电压来调节功率，如果是阀门这类的被控对象的话，可以使用单片机控制继电器输出控制信号，这样只需要在下位机的单片机外围电路上添加不同的电子元件就可以实现多种控制量的输出了。将仪表大致分为单片机、人机交互、信号输入采样、控制输出、串口通信等模块。在硬件方面，对其各种参数进行调整改进，保证其正常工作；在软件方面，通过资料掌握各个模块的基本使用方法，编写出其底层软件，这样一方面能配合硬件的调试，同时也为后续工作的进行打下基础。湿度传感器光照传感器等单片机AT89S52温度传感器显示模块（带有中文字库的LCD液晶显示模块）外置RAM存储器RS485总线上位机PC输出控制模块图2.3.1系统总体框图第三章 DCS硬件电路设计3.1 硬件器材的选择3.1.1 DCS传感器的选择由于本巡检器需要测量温度，湿度和光照等待测量，所以这里选择了三种传感器。1)数字式温度传感器DS18b20: DS18B20是DALLAS公司生产的一线式数字温度传感器，具有3引脚TO92小体积封装形式；温度测量范围为55125,可编程为9位12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625，被测温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出；其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生；多个DS18B20可以并联到3根或2根线上，CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。以上特点使DS18B20非常适用于远距离多点温度检测系统。 图3.1.1.1 温度传感器2)湿度传感器：瑞士Sensirion推出的 SHTxx系列模拟/数字量温湿度传感器。具有极高的可靠性和卓越的长期稳定性相对湿度和温度测量，可以露点测量 、完整标定，两线数字输出或0-5V的模拟量输出 、长期稳定性 、无需外围元件 、超低功耗 、表贴或4脚可互换插件等优点 。湿度传感器、温度传感器和串行数字接口电路等集成在一块芯片中，这导致输出信号质量好，响应快，对外部干扰 EMC 不敏感。 图3.1.1.2 湿度传感器3)光照传感器：这里我们采用光敏电阻是采用半导体材料制作，利用内光电效应工作的光电元件。它在光线的作用下其阻值往往变小，这种现象称为光导效应，因此，光敏电阻又称光导管。 用于制造光敏电阻的材料主要是金属的硫化物、硒化物和碲化物等半导体。通常采用涂敷、喷涂、烧结等方法在绝缘衬底上制作很薄的光敏电阻体及梳状欧姆电极，然后接出引线，封装在具有透光镜的密封壳体内，以免受潮影响其灵敏度。光敏电阻的原理结构如图所示。在黑暗环境里，它的电阻值很高，当受到光照时，只要光子能量大于半导体材料的禁带宽度，则价带中的电子吸收一个光子的能量后可跃迁到导带，并在价带中产生一个带正电荷的空穴，这种由光照产生的电子空穴对增加了半导体材料中载流子的数目，使其电阻率变小，从而造成光敏电阻阻值下降。光照愈强，阻值愈低。入射光消失后，由光子激发产生的电子空穴对将逐渐复合，光敏电阻的阻值也就逐渐恢复原值。 图3.1.1.3 光敏电阻3.1.2下位机控制芯片和通讯芯片的选择（1）下位机我们选择使用AT89S52。AT89S52是一个低功耗,40个脚,高性能CMOS 8位单片机,片内含8k Bytes ISP(In-system programmable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器,器件采用标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构,芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元,功能强大的微型计算机的AT89S52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。 图3.1.2 AT89S52（2）由于该系统需要采用多个下位机，所以我选择MAX485芯片作为它的通讯芯片，基于485通讯协议的MAX485芯片具有以下特性：1） RS-485的电气特性：逻辑“1”以两线间的电压差为+（26） V表示；逻辑“0”以两线间的电压差为-（26）V表示。接口信号电平比RS-232-C降低了，就不易损坏接口电路的芯片， 且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL 电路连接。2） RS-485的数据最高传输速率为10Mbps。 3）RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力增强，即抗噪声干扰性好。4） RS-485接口的最大传输距离标准值为4000英尺，实际上可达 3000米，另外RS-232-C接口在总线上只允许连接1个收发器， 即单站能力。 采用单一电源+5 V工作，额定电流为300 A，采用半双工通讯方式。它完成将TTL电平转换为RS485电平的功能。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,内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， 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。图3.1.3 MAX4853.2 DCS硬件电路原理图设计3.2.1数据采集和通讯接口电路的设计（1）数据的采集分为温度湿度和光照信号的采集，其中温度信号为DS18B20，是单总线串行通讯的数据信号，我将它按照图3.2.1.1的方式与单片机直接相连，这样就可以将采集的温度信号传送给单片机处理了图3.2.1.1 DS18B20湿度和光照采用0804进行模拟和数字量之间的转换，将0-5V的电压信号转换成数字信号给单片机接收，ADC0804的硬件外围电路和单片机的连接方法如图3.2.1.2所示图3.2.1.2 0804（2）将MAX485芯片按图3.2.3的方式与单片机相连即可从图中可以看出, 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， 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。图3.2.1.3 MAX4853.2.2总体电路设计根据前面的模块化设计，设计出系统的完整原理图如图3.2.2.1所示图3.2.2.1 SCH电路图3.3 DCS硬件电路板的设计3.3.1原理图设计整个过程可分为三大步:1）原理图的设计原理图的设计主要是利用Protel99 SE的原理图设计系统绘制一张电路原理图。设计者应充分利用Protel99 SE所提供的强大而完善的原理图绘图工具、测试工具、模拟仿真工具和各种编辑功能来实现其目的，最终获得一张正确的电路原理图。 2）产生网络表网络表是电路原理图设计（Sch）与印制电路板设计（PCB）之间的桥梁和纽带，它是印制电路板设计中自动布线的基础和灵魂。网络表可以由电路原理图生成，也可以从已有的印制电路板文件中提取。设计的一般原则：1. 尽可能缩短高频元器件之间的连线设法减少它们的分布参数和相互间的电磁干扰易受干扰的元器件不能相互挨得太近输入和输出元件应尽量远离。2. 某些元器件或导线之间可能有较高的电位差应加大它们之间的距离以免放电引出意外短路带高电压的元器件应尽量布置在调试时手不易触及的地方3. 按照电路的流程安排各个电路单元的位置使布局便于信号流通并使信号尽可能保持一致的流向4. 在高频下工作的电路要考虑元器件之间的分布参数一般电路应尽可能使元器件平行排列这样不但美观而且装焊容易易于批量生产5. 相同信号的电路模块输入端与输出端的导线应尽量避免相邻平行最好加线间地线以免发生反馈藕合6. 由于直角或锐角在高频电路中会影响电气性能。因此印制铜铂导线的拐弯处一般取圆弧形。此外尽量避免使用大面积铜箔，否则长时间受热时易发生铜箔膨胀和脱落现象。7. 电源线设计根据印制线路板电流的大小尽量加粗电源线宽度，减少环路电阻，尤其要注意使电源线地线中的供电方向与数据信号的传递方向相反，即从末级向前级推进的供电方式，这样有助于增强抗噪声能力。8. 地线设计地线既是特殊的电源线也是信号线，除了遵循电源线设计的一般原则外还要做到：其一、数字地与模拟地分开，若线路板上既有逻辑电路又有线性电路应使它们尽量分开，低频电路的地应尽量采用单点并联接地，实际布线有困难时可部分串联后再并联接地。高频电路宜采用多点串联接地，地线应短而粗，高频元件周围尽量用栅格状大面积地箔铜。其二、数字电路系统的接地线构成闭环路能提高抗噪声能力。9. 去藕电容配置设计的常规做法之一是在印制板的各个关键部位配置适当的退藕电容以提高电源回路的抗干扰能力退藕电容的一般配置原则是：电源输入端跨接的电解电容器如有可能接以上的更好、原则上每个集成电路芯片都应布置一个的瓷片电容如遇印制板空隙不够可每个芯片布置一个的钽电容。扩展性比较强。3.3.2 电路板设计根据上面的叙述：首先绘制电路原理图，然后由电路原理图生成网络表，最后在PCB设计系统中根据网络表完成自动布线。也可以根据电路原理图直接进行手工布线而不必生成网络表。完成布线工作后，就可以去制作电路板了。