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太陽能產常識

太陽能發電系統數據采集與傳輸的硬件設計

發布時間：2016-09-21

ARM(Advanced RISC Machines)是對一類微處理器的通稱。ARM是微處理器行業的一家知名企業，它設計了大量高性能、廉價、耗能低的RISC處理器、相關技術及軟件。ARM微處理器是一種高性能、低功耗的32位微處理器，該處理器廣泛應用于嵌入式系統中。ARM 9代表了ARM公司主流的處理器，已經在手持電話、機頂盒、數碼像機、GPS、個人數字助理以及因特網設備等方面有了廣泛的應用。在此，以ST公司生產的ARM 9系列中典型的STR912FW44X6芯片作為硬件開發平臺的MCU，完成了基于ARM的太陽能發電系統中數據采集與傳輸系統的硬件設計，并提出了一種利用RS 485串口代替RS 232串121來進行通信的新方法。

　　l 硬件總體設計框架

　　硬件總體設計框架如圖1所示。

　　

　　2 硬件介紹

　　現以STR912FW44X6芯片作為硬件開發平臺的MCU，STR912FW44X6外擴張了點陣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接口。其中，本文使用的有UART接口和以太網接口。UART接口分為一個RS 232串口和兩個RS 485串口。RS 232串口用來與GSM模塊的RS 232串口相連，以實現GPRS的無線傳輸；兩個RS 485串口，一個用來作MODBUS通信接口，另一個用來接電度表計，以采集統計并顯示太陽能發電系統的發電量。以太網通過網線連接到網絡，以實現數據的無線傳輸。

　　3 硬件電路設計和功能實現

　　3．1 RS 232串口的電路設計和功能實現

　　RS 232是一種串行數據接口標準，是目前最常用的串行接口標準，用于計算機與計算機之間、計算機與外設之間的數據傳輸。RS 232串行接口總線適用于設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公司生產的ST3232EAR來實現的。ST3232EAR是一種把電腦的串行口RS 232信號電平(-lO V，+10 V)轉換為單片機所用到的TTL信號電平(O V，+3．3 V)的芯片。它的內部結構由三部分組成：第一部分是電荷泵電路，由1～6腳和4只電容構成。其功能是產生+12 V和-12 V兩個電源，為RS 232串口提供電平的需要。第二部分是數據轉換通道，由7～14腳構成2個數據通道。其中，13腳(RlIN)、12腳(R1OUT)、11腳(TlIN)、14腳(T1OUT)為第一數據通道；8腳(R2IN)、9腳(R2OUT)、10腳(T2IN)、7腳(T2OUT)為第二數據通道。TTL／CMOS數據從TlIN，T2IN輸入轉換成RS 232數據，從T1OUT，T20UT送到電腦DP9插頭；DP9插頭的RS 232數據從RlIN，R2IN輸入轉換成TTL／CMOS數據后，從R1OUT，R2OUT輸出。第三部分是供電，由15腳GND、16腳VCC(+5 V)構成。

　　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指令來達到控制GSM模塊功能的目的，以通過GPRS實現數據的傳輸。

　　3．2 RS 485串口的電路設計和功能實現

　　RS 485是用來采集太陽能發電系統數據的，這里之所以采用RS 485而不采用RS 232，是因為RS 485比RS 232具有很多優勢。RS 232采取不平衡傳輸方式，即單端通信，其收發端的數據信號都是相對于地信號的。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，且其只能支持點對點通信。而RS 485采用平衡發送和差分接受方式實現通信，由于傳輸線通常使用雙絞線，有時差分傳輸，所以有極強的抗共模干擾能力，總線收發器的靈敏度很高，可以檢測到低至200 mV的電壓，故其傳輸信號在千米以上是可以恢復的。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，可支持多點數據通信，其總線一般最大支持32個節點。

　　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電平轉換為RS 485電平的功能。 ADM34185芯片的結構和引腳都非常簡單，內部含有一個驅動器和一個接收器，RO和DI端分別為接收器的輸出端和驅動器的輸入端，與單片機連接時只需分別與單片機的RXD和TXD相連即可。RE和DE端分別為接收和發送的使能端，當RE為邏輯0時，器件處于接收狀態；當DE為邏輯1時，器件處于發送狀態，因為ADM3485工作在半雙工狀態，所以只需用單片機的一個管腳控制這兩個引腳即可。A端和B端分別為接收和發送的差分信號端，當A引腳的電平高于B時，代表發送的數據為1；當A的電平低于B端時。代表發送的數據為O。在與單片機連接時接線非常簡單，只需要一個信號控制ADM3485的接收和發送即可。同時將A和B端之間加匹配電阻，一般可選100 Ω的電阻。該設計有兩個RS 485，其中一個用來作MODBUS通信接口，另一個用來接電度表，以采集統計并顯示太陽能發電系統的發電量。

　　3．3 以太網的電路設計和功能實現

　　以太網網口采用的是0880-1X1T-01，以太網物理層接口芯片采用的是ST公司的STElOOP快速以太網物理層芯片。STEl00P以太網接口芯片提供了一組媒體獨立接口(MII)。媒體獨立指的是在不對MAC硬件重新設計或替換的情況下，任何類型的PHY設備都可以正常工作。MII接口是快速以太網MAC層與PHY層之間的標準接口，是IEEE 802．3定義的以太網行業的標準。它包括一個數據接口，以及一個MAC和PHY之間的管理接口。數據接口包括分別用于發送器和接收器的兩條獨立信道。每條信道都有自己的數據、時鐘和控制信號。MII數據接口總共需要16個信號。管理接口是個雙信號接口：一個是時鐘信號，另一個是數據信號。

　　通過管理接口，上層監視和控制PHY。基于以太網的TCP／IP通信，使ARM可以通過網線進行聯網，并可以實時地與計算機進行通信，用來傳輸太陽能發電系統的實時數據。

　　4 結語

　　提出一種利用RS 485串口代替RS 232串口進行通信的新方法。這種方法解決了RS 232串口在傳輸距離和節點數量的限制，大大提高了數據傳輸的能力。

本篇文章來源于中國太陽能信息網|Solar.NengYuan.Net 原文鏈接：http://solar.nengyuan.net/2010/0618/18552.html