RM(Advanced RISC Machines)是對一類微處理器的通稱,。ARM是微處理器行業(yè)的一家知名企業(yè),，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(tǒng)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(shù)碼相機、GPS,、個人數(shù)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(fā)平臺的MCU,，完成了基于ARM的太陽能發(fā)電系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)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(xiàn)以STR912FW44X6芯片作為硬件開發(fā)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(xiàn)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(tǒng)計并顯示太陽能發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量。以太網通過網線連接到網絡,，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸,。
3 硬件電路設計和功能實現(xiàn)
3.1 RS 232串口的電路設計和功能實現(xiàn)
RS 232是一種串行數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(xiàn)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(shù)據(jù)轉換通道,，由7～14腳構成2個數(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(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸,。
3.2 RS 485串口的電路設計和功能實現(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，是因為RS 485比RS 232具有很多優(yōu)勢,。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(fā)送和差分接受方式實現(xiàn)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(fā)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(shù)據(jù)通信,，其總線一般最大支持32個節(jié)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(fā)送的使能端,，當RE為邏輯0時，器件處于接收狀態(tài),；當DE為邏輯1時,，器件處于發(fā)送狀態(tài)，因為ADM3485工作在半雙工狀態(tài),，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(fā)送的差分信號端，當A引腳的電平高于B時,，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為1,；當A的電平低于B端時。代表發(fā)送的數(shù)據(jù)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(fā)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(tǒng)計并顯示太陽能發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量。
3.3 以太網的電路設計和功能實現(xiàn)
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(yè)的標準。它包括一個數(shù)據(jù)接口,，以及一個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立信道。每條信道都有自己的數(shù)據(jù),、時鐘和控制信號。MII數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)信號。
通過管理接口,，上層監(jiān)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(lián)網,，并可以實時地與計算機進行通信，用來傳輸太陽能發(fā)電系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù),。
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(jié)點數(shù)量的限制，大大提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰Α?br type="_moz" />