太陽能發(fā)電系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與傳輸?shù)挠布O(shè)計(jì)

2 硬件介紹
    現(xiàn)以STR912FW44X6芯片作為硬件開發(fā)平臺(tái)的MCU，STR912FW44X6外擴(kuò)張了點(diǎn)陣LCD顯示屏、輸入按鍵、UART接口、IrDA、CAN、USB、ETM接口、音頻放大器／話筒放大器和以太網(wǎng)接口。其中，本文使用的有UART接口和以太網(wǎng)接口。UART接口分為一個(gè)RS 232串口和兩個(gè)RS 485串口。RS 232串口用來與GSM模塊的RS 232串口相連，以實(shí)現(xiàn)GPRS的無線傳輸；兩個(gè)RS 485串口，一個(gè)用來作MODBUS通信接口，另一個(gè)用來接電度表計(jì)，以采集統(tǒng)計(jì)并顯示太陽能發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量。以太網(wǎng)通過網(wǎng)線連接到網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸。

3 硬件電路設(shè)計(jì)和功能實(shí)現(xiàn)
3．1 RS 232串口的電路設(shè)計(jì)和功能實(shí)現(xiàn)
    RS 232是一種串行數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)，是目前最常用的串行接口標(biāo)準(zhǔn)，用于計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間、計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳輸。RS 232串行接口總線適用于設(shè)備之間通信距離不大于15 m，傳輸速率最大為20 KB／s。
    RS 232串口是通過ST公司生產(chǎn)的ST3232EAR來實(shí)現(xiàn)的。ST3232EAR是一種把電腦的串行口RS 232信號(hào)電平(-lO V，+10 V)轉(zhuǎn)換為單片機(jī)所用到的TTL信號(hào)電平(O V，+3．3 V)的芯片。它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)由三部分組成：第一部分是電荷泵電路，由1～6腳和4只電容構(gòu)成。其功能是產(chǎn)生+12 V和-12 V兩個(gè)電源，為RS 232串口提供電平的需要。第二部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道，由7～14腳構(gòu)成2個(gè)數(shù)據(jù)通道。其中，13腳(RlIN)、12腳(R1OUT)、11腳(TlIN)、14腳(T1OUT)為第一數(shù)據(jù)通道；8腳(R2IN)、9腳(R2OUT)、10腳(T2IN)、7腳(T2OUT)為第二數(shù)據(jù)通道。TTL／CMOS數(shù)據(jù)從TlIN，T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS 232數(shù)據(jù)，從T1OUT，T20UT送到電腦DP9插頭；DP9插頭的RS 232數(shù)據(jù)從RlIN，R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL／CMOS數(shù)據(jù)后，從R1OUT，R2OUT輸出。第三部分是供電，由15腳GND、16腳VCC(+5 V)構(gòu)成。
    通過將MCU中GPIO的RXD和TXD分別與ST3232的12腳(R1OUT)和11腳(T1IN)相連，使14腳(T10UT)和13腳(R1IN)輸出RS 232電平，然后連接GSM模塊RS 232串口和MCU板上的RS 232串口，可以通過向RS 232接口寫AT指令來達(dá)到控制GSM模塊功能的目的，以通過GPRS實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。
3．2 RS 485串口的電路設(shè)計(jì)和功能實(shí)現(xiàn)
    RS 485是用來采集太陽能發(fā)電系統(tǒng)數(shù)據(jù)的，這里之所以采用RS 485而不采用RS 232，是因?yàn)镽S 485比RS 232具有很多優(yōu)勢(shì)。RS 232采取不平衡傳輸方式，即單端通信，其收發(fā)端的數(shù)據(jù)信號(hào)都是相對(duì)于地信號(hào)的。所以它的共模抑制能力差，再加上雙絞線的分布電容，其傳輸距離最大約為15 m，最高速率為20 KB／s，且其只能支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。而RS 485采用平衡發(fā)送和差分接受方式實(shí)現(xiàn)通信，由于傳輸線通常使用雙絞線，有時(shí)差分傳輸，所以有極強(qiáng)的抗共模干擾能力，總線收發(fā)器的靈敏度很高，可以檢測(cè)到低至200 mV的電壓，故其傳輸信號(hào)在千米以上是可以恢復(fù)的。RS 485的最大通信距離約為1 219 m，最大傳輸速率為10 MB／s，它采用雙半工工作方式，可支持多點(diǎn)數(shù)據(jù)通信，其總線一般最大支持32個(gè)節(jié)點(diǎn)。
    RS 485接口芯片采用的是ADM3485。ADM3485采用單一電源+3．3 V工作，半雙工通信方式，可完成將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS 485電平的功能。  ADM34185芯片的結(jié)構(gòu)和引腳都非常簡單，內(nèi)部含有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)接收器，RO和DI端分別為接收器的輸出端和驅(qū)動(dòng)器的輸入端，與單片機(jī)連接時(shí)只需分別與單片機(jī)的RXD和TXD相連即可。RE和DE端分別為接收和發(fā)送的使能端，當(dāng)RE為邏輯0時(shí)，器件處于接收狀態(tài)；當(dāng)DE為邏輯1時(shí)，器件處于發(fā)送狀態(tài)，因?yàn)锳DM3485工作在半雙工狀態(tài)，所以只需用單片機(jī)的一個(gè)管腳控制這兩個(gè)引腳即可。A端和B端分別為接收和發(fā)送的差分信號(hào)端，當(dāng)A引腳的電平高于B時(shí)，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為1；當(dāng)A的電平低于B端時(shí)。代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為O。在與單片機(jī)連接時(shí)接線非常簡單，只需要一個(gè)信號(hào)控制ADM3485的接收和發(fā)送即可。同時(shí)將A和B端之間加匹配電阻，一般可選100 Ω的電阻。該設(shè)計(jì)有兩個(gè)RS 485，其中一個(gè)用來作MODBUS通信接口，另一個(gè)用來接電度表，以采集統(tǒng)計(jì)并顯示太陽能發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量。
3．3 以太網(wǎng)的電路設(shè)計(jì)和功能實(shí)現(xiàn)
    以太網(wǎng)網(wǎng)口采用的是0880-1X1T-01，以太網(wǎng)物理層接口芯片采用的是ST公司的STElOOP快速以太網(wǎng)物理層芯片。STEl00P以太網(wǎng)接口芯片提供了一組媒體獨(dú)立接口(MII)。媒體獨(dú)立指的是在不對(duì)MAC硬件重新設(shè)計(jì)或替換的情況下，任何類型的PHY設(shè)備都可以正常工作。MII接口是快速以太網(wǎng)MAC層與PHY層之間的標(biāo)準(zhǔn)接口，是IEEE 802．3定義的以太網(wǎng)行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。它包括一個(gè)數(shù)據(jù)接口，以及一個(gè)MAC和PHY之間的管理接口。數(shù)據(jù)接口包括分別用于發(fā)送器和接收器的兩條獨(dú)立信道。每條信道都有自己的數(shù)據(jù)、時(shí)鐘和控制信號(hào)。MII數(shù)據(jù)接口總共需要16個(gè)信號(hào)。管理接口是個(gè)雙信號(hào)接口：一個(gè)是時(shí)鐘信號(hào)，另一個(gè)是數(shù)據(jù)信號(hào)。
    通過管理接口，上層監(jiān)視和控制PHY?；谝蕴W(wǎng)的TCP／IP通信，使ARM可以通過網(wǎng)線進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，并可以實(shí)時(shí)地與計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信，用來傳輸太陽能發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語
    提出一種利用RS 485串口代替RS 232串口進(jìn)行通信的新方法。這種方法解決了RS 232串口在傳輸距離和節(jié)點(diǎn)數(shù)量的限制，大大提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰Α?/p>