发布时间 : 星期一 文章基于单片机技术的远程抄表系统设计毕业设计更新完毕开始阅读6d792ed3d5d8d15abe23482fb4daa58da0111c9e
在CAN协议中存在两种不同的帧格式，其主要区别在于标识符的长度，具有11位标识符的帧称为标准帧，如图2-3所示；而包含29位标识符的帧称为扩展帧，如图2-4所示。
图2-3 标准格式数据帧
图2-4 扩展格式数据帧
2、 远程帧
远程帧的RTR位是隐位，且不存在数据场。DLC的数据是独立的，它可以是0-8中的任何数值，这一数值为对应的数据帧的DLC。
3、
出错帧
出错帧由两个不同场组成，前一个场由各站的错误标志叠加得到，后一个场是出错界定符。出错帧的组成如图2-5所示。
图2-5 出错帧组成
错误标志具有两种形式，第一种是认可错误标志；第二种是活动错误标志。认可错误标志由6个连续的隐位组成，除非被来自其他节点的显位冲掉重写。而活动错误标志由6个连续的显位组成。
出错界定符包括8个隐位，出错标志发送后，每个站都发送一个隐位，并监视总线，直到检测到隐位，此后开始发送剩余的7个隐位。
第3章 系统硬件设计
3.1 系统整体方案设计
图3.1是基于单片机技术和CAN总线技术的远程自动抄表系统的结构示意图，系统以物管的控制机房为主站，以每个小区为相对独立的子系统。这些子系统由每一个独立的节点构成，每个节点由智能表头，CAN控制器，CAN收发器等设备组成。上位机会在一个特定的时间向智能节点发送抄表信号，用户的用电数据通过智能电表的RS485接口发送到单片机，单片机把处理后的数据发送到CAN控制器，经过CAN收发器发送到CAN总线上，数据经由CAN集中器传送至控制中心，以实现远程抄表的功能，并能和银行系统互联实现自动收费，用户也可远程访问上位机查看用电信息。
上位机银行服务器CAN控制器CAN收发器CAN集中器CAN总线CAN总线CAN收发器CAN收发器CAN收发器CAN收发器CAN收发器CAN收发器CAN控制器CAN控制器CAN控制器CAN控制器CAN控制器CAN控制器节点1节点2小区1节点3节点1节点2小区2节点3 图3-1 远程智能抄表系统拓扑结构图
3.2 系统节点设计
CAN是一种串行通信协议，它有高度的数据完整性和可靠性。特别适合于分布式实时控制系统，其波特率可高达1 Mb/s。CAN总线分为三层：物理层、传输层和目标层。其中物理层是根据CAN总线的电气特性在所有不同收发点之间传输数据，而目标层和传输层包含了ISO/ OSI模型中数据链路层的功能。这
三层是通过CAN收发器和CAN控制器实现的，而CAN总线的应用层就可以用主控芯片(如单片机)来实现。
远程抄表系统的网络拓扑结构采用总线式结构，可以分为过程控制和现场监控两层。过程控制层主要由两部分构成：CAN-RS232转换器和PC机。其中CAN-RS232转换器一端和PC机连接，完成和PC机的通信；另一端和CAN总线相连，完成和CAN总线的通信。它的主要功能是将PC机的控制参数和操作信号传送给指定的CAN节点，同时将节点的数据传输给PC机做进一步处理。它和PC机之间是通过RS232串行口进行数据交换的。
现场控制层为系统的底层，由带有RS485接口的单相电子式电能表，用CAN收发器采集电能数据，把采集到的电能数据送到总线上，传送给PC机。
过程控制层是现场控制层的上层，接收由现场控制层传输上来的数据，以及向该层发送相应的操作命令，以便运行人员对整个抄表过程进行监控。这种方法价格低廉、结构简单、易于操作，因此，本系统采用这种方法设计。
总线由双绞线和终端电阻构成，标定值如表3-1所示。
表3-1 双绞线(屏蔽或不屏蔽)电器参数
参数 特征阻抗 单位长度电阻 传输时延 终端电阻 符号 Z r RL 单位 Ω mΩ/m ns/m Ω 数值 最小值 108 118 典型值 120 70 5 120 最大值 132 130
节点硬件的整体设计框图如图3-2所示。传输指令的过程为：上位机的命令经PC机RS232串口，信号电平经过MAX232转换为TTL电平后接到89C51的串行口，89C51接收的串行数据，通过数据/地址总线转为并行数据发给CAN控制器SJA1000，再通过82C250芯片发送到CAN总线上。数据通过CAN总线传到其它的CAN总线驱动器，进而传到其它的CAN控制器，其它CAN控制器将接收的数据中的标识码位和自身的验收滤波器中预设值比较，若相一致，继续接收后面的报文，否则不予接收其报文。
PC机COMMAX23289C51SJA1000PCA82C250CAN总线智能电表74LBC18489C51SJA1000PCA82C250
图3-2 智能节点的整体设计框图
远程抄表的节点硬件电路主要有下列几部分构成：串口接口电路、CPU电路、CAN总线接口电路、信号采集电路，抗干扰电路。
3.3 串口接口电路
CAN总线上位机节点和PC机的通信采用的是串口RS232。由于节点的CPU单元AT89C51可进行全双工串行通信，可以很方便的通过RS232串口和PC机进行数据交换。而PC机RS232口的电平是ELA-RS-232C，AT89C51的电平是TTL/CMOS电平，要想实现它们之间的数据通信，可以通过MAX232芯片进行电平转换。MAX232芯片的特点：
1) 该芯片完全满足所有的RS-232C技术标准。 2) 电源电压只需要一个+5V。
3) 芯片内部可产生+10V和-10V电压。 4) 低功耗，供电电流为5mA。
5) 芯片分别集成2个RS232C驱动器和接收器。
MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS232标准串口设计的单电源电平转换芯片，使用+5V单电源供电。它的内部有一个电源电压变换器，可以把输入的+5V电源变换为成RS-232所需要的士10V电压。MAX232接口电路如图3-3所示，其中电容C1、C2、C3、C4及V+、V-是电源变换部分。在实际电路中，对电源的要求很高，对电源噪声很敏感。因此，VCC对地需要加1.0uF/25V的去耦电容C5。电容C1、C2、C3、C4用容抗相同的电解电以提高抗干扰能力。MAX232的引脚T10UT和RIIN分别连接PC机串口的RXD和TXD端，T1IN和R10UT分别与AT89C51的TXD和RXD相连，T2IN和R20UT悬空。而MAX232自身自带驱动电路，可以提供足够的电压电流，不需要外加驱动电路。至此RS232的电平转换工作完成。
图3-3 MAX232引脚图和电容典型参数