溫室智能控制器硬件設計
1.3.2 控制器選擇
下位控制器選用C8051F310,理由如下:
( 1) C8051F310 具有17 個端口I /O; 均耐5V 電壓,大灌電流。被選擇作為數字I /O 的引腳還可以被配置為推挽或漏極開路輸出。有4 個通用16 位計數器/定時器,與標準8051 的計數器/定時器相比,它具有更強的功能并且需要較少的CPU 干預。每個捕捉/比較模塊都可以高速輸出或者8 位或16 位脈沖寬度調制器。這些功能保證了作為控制器的有效輸出控制繼電器[4]。C8051F310 擴展的中斷系統向CIP - 51 提供14 個中斷源,允許大量的模擬和數字外設中斷微控制器。C8051F310 包含16KB 的FLASH 程序存儲器,滿足使用。
( 2) C8051F310 系列MCU 內部有一個SMBus /I2C 接口、一個具有增強型波特率配置的全雙工UART 和一個增強型SPI 接口。每種串行總線都完全用硬件實現,都能向CIP - 51 產生中斷,需要很少的CPU 干預,便于和RS485 總線接口通信。
( 3) C8051F310 擴展的中斷系統允許大量的模擬和數字獨立工作,在需要時才中斷控制器。一個中斷驅動的系統需要較少的MCU 干預,有更高的執行效率。它包含8KB 的FLASH 程序存儲器,滿足使用。
硬件系統設計盡可能選擇典型電路,并符合單片機的常規用法,為硬件系統的標準化、模塊化打下良好基礎。硬件結構結合應用軟件方案一并考慮,硬件結構與軟件方案會產生相互影響,考慮的原則是: 軟件能實現的功能盡可能由軟件來實現,以簡化硬件結構。但必須注意,由軟件實現的功能,其響應時間要比直接用硬件實現來得長,而且占用CPU 時間。因此,選擇方案時,要考慮到這些因素,整個系統中相關的器件要盡可能做到匹配。
2. 1 電源電路設計
電源電路的主要功能是提供采集模塊和控制模塊的芯片電能供給。需求有單片機所需數字電壓3. 3v,傳感器所需電壓5v、12v。以及模擬保護電壓3. 3av。具體電路如圖2 所示。
圖2 電源設計電路圖
2. 2 RS -485 通信接口電路設計
RS - 485 接口電路的主要功能是將來自微處理器的發送信號TXD 通過“發送器”轉換成通訊網絡中的差分信號,也可以將通訊網絡中的差分信號通過“接收器”轉換成被微處理器接收的RXD 信號。任一時刻,RS - 485 收發器只能夠工作在“接收”或“發送”兩種模式之一,因此,必須為RS - 485 接口電路增加一個收/發邏輯控制電路。在實際應用中,電路中光耦器件的響應速率將會影響RS - 485 電路的通訊速率。因而,可根據具體需要選用響應速度較快的光耦器件6N136。6N136 是日本東芝公司生產的具有優良特性的光電耦合器件,封裝了一個高度紅外發光管和光敏三極管。6N136 具有體積小、壽命長、抗干擾性強、隔離電壓高、高速度、與TTL 邏輯電平兼容等優點。具體電路如圖3 所示。
圖3 RS - 485 接口電路圖
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