rs485轉(zhuǎn)rs232接口電路

pc機(jī)串行口為標(biāo)準(zhǔn)的rs232c接口，最大通信距離僅為15 m，無法適用于遠(yuǎn)距離的監(jiān)測。選用rs485串行接口標(biāo)準(zhǔn)可實(shí)現(xiàn)管理微機(jī)遠(yuǎn)距離對下位機(jī)進(jìn)行通信管理。串口通信采用rs485協(xié)議進(jìn)行，其傳輸距離較長。適用于從光伏發(fā)電設(shè)備到監(jiān)控設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。rs485采用差分信號負(fù)邏輯，邏輯“1”以兩線間的電壓差為+(2～6)v表示;邏輯“0”以兩線間的電壓差為-(2～6)v表示。rs485接口是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，抗共模干擾能力增強(qiáng)，即抗噪聲干擾性好。rs485最大的通信距離約為1219 m，最大傳輸速率為10 mb/s，傳輸速率與傳輸距離成反比。

采用rs485通信時(shí)，需要解決2個(gè)問題。stc89c51本身具有全雙工串行口.但進(jìn)行rs485通信時(shí)需要電平轉(zhuǎn)換：pc機(jī)串行1：1為標(biāo)準(zhǔn)的rs232c接口，通信時(shí)需要將rs485接口的邏輯電平轉(zhuǎn)換成rs232電平。rs485通信的電平轉(zhuǎn)換芯片有全雙工的和半雙工的，為了便于軟件開發(fā)，本次設(shè)計(jì)采用全雙工芯片max488。

如圖3所示，電平轉(zhuǎn)換電路采用max488全雙工集成芯片，使用時(shí)將單片機(jī)的串行收發(fā)端接人rs488的發(fā)收端。為保持通信信號的穩(wěn)定，一般會(huì)在max488加上、下拉電阻。上拉電阻把不確定的信號通過一個(gè)電阻嵌位在高電平，此電阻還起到限流的作用。同理，下拉電阻將不確定的信號嵌位在低電平。在實(shí)際工程應(yīng)用中，由于存在反射信號和環(huán)境等各種干擾的影響，特別是在通訊波特率比較高的時(shí)候，在線路上加上、下拉偏置電阻是非常必要的。上、下拉電阻可提高總線的抗電磁干擾能力，管腳懸空容易受到外界的電磁干擾，同時(shí)長線傳輸中電阻不匹配容易引起反射波干擾，加上、下拉電阻就是電阻匹配，可有效地抑制反射波干擾。

圖3 rs485電平轉(zhuǎn)換電路

rs485轉(zhuǎn) rs232接口電路主要包括了電源、rs232電平轉(zhuǎn)換、rs485電路3部分。本電路的rs232電平轉(zhuǎn)換電路采用了max232集成電路，rs485電路采用了max488集成電路。為使用方便，電源部分設(shè)計(jì)成無源方式，整個(gè)電路的供電直接從pc機(jī)的rs232接口中的dtr(4腳)和rts(7腳)獲取。pc串口每根線可以提供大約9 ma的電流，因此2根線提供的電流足夠滿足這個(gè)電路的使用要求。使用本電路需注意pc程序必須使串口的dtr和rts輸出高電平，經(jīng)過d3穩(wěn)壓后得到vcc，經(jīng)過實(shí)際測試，vcc電壓大約在4.7 v左右。其電路圖如圖4所示。

圖4 rs485轉(zhuǎn)rs232接口電路

設(shè)計(jì)了一套基于labview數(shù)據(jù)采集和rs485通信的光伏發(fā)電監(jiān)測系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)監(jiān)測光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)行電參數(shù)和環(huán)境參數(shù)并統(tǒng)計(jì)發(fā)電量信息。該系統(tǒng)由單片機(jī)和傳感器采集光伏發(fā)電系統(tǒng)的各類相關(guān)參數(shù)。并采用rs485協(xié)議與pc機(jī)通信。上位機(jī)通過labview提 供的標(biāo)準(zhǔn)i/o應(yīng)用程序接口visa實(shí)時(shí)獲取單片機(jī)傳遞的數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)經(jīng)上住機(jī)監(jiān)測軟件 處理后通過監(jiān)測界面圖形化顯示。該監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、硬件成本低廉、數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定 、運(yùn)行穩(wěn)定可靠，具有可視化的監(jiān)測界面。經(jīng)測試系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測到各類參數(shù)的變化情況， 可有針對性地對光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)進(jìn)而提高光伏運(yùn)行效率。

隨著能源危機(jī)的日益嚴(yán)峻。各種可再生能源得到了長足的發(fā)展。在諸多的可再生能源中，光伏發(fā)電在未來有著廣泛的應(yīng)用前景，光伏產(chǎn)業(yè)是最有潛力的新能源之一。進(jìn)行光伏發(fā)電時(shí)，對光伏電站發(fā)電狀態(tài)的監(jiān)測是十分必要的。因?yàn)閱螇K光伏組件輸出的直流電壓較低，一般在幾十伏左右，所以通常采用多塊光伏組件相互串聯(lián)。然后各個(gè)組串相互并聯(lián)從而形成光伏陣列。在發(fā)電過程中，光伏陣列的局部故障會(huì)導(dǎo)致整個(gè)供電系統(tǒng)輸出電壓或功率下降.直接影響系統(tǒng)性能和運(yùn)行效率。為確保系統(tǒng)正常運(yùn)行，應(yīng)對光伏陣列進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測，以便能及時(shí)地、有針對性地進(jìn)行維護(hù)。從而提高光伏發(fā)電效率。據(jù)此，本文基于rs485通信和 labvlew軟件平臺研發(fā)了一套光伏電站監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有可視化的監(jiān)測界面，可實(shí)時(shí)顯示光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電狀態(tài)，并可供用戶查詢歷史數(shù)據(jù)以便進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

圖1為系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖。pc機(jī)主要對光伏發(fā)電系統(tǒng)中的溫度、光照強(qiáng)度等環(huán)境參數(shù)和輸出電流、輸出電壓、輸出功率等發(fā)電信息進(jìn)行監(jiān)控、統(tǒng)計(jì)及顯示。單片機(jī)、a/d轉(zhuǎn)換和傳感器構(gòu)成一個(gè)數(shù)據(jù)采集器，傳感器將環(huán)境參數(shù)和發(fā)電信息采集過來，通過a/d轉(zhuǎn)換將模擬信號變成數(shù)字信號發(fā)送至單片機(jī)，單片機(jī)將數(shù)據(jù)處理后緩存并發(fā)送。單片機(jī)與pc機(jī)之間采用rs485轉(zhuǎn)rs232通信協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。pc機(jī)將接受到的數(shù)據(jù)處理后保存并及時(shí)顯示，實(shí)現(xiàn)對光伏發(fā)電系統(tǒng)各類參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測。

圖1 系統(tǒng)原理框圖

2 硬件電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)硬件電路主要包括2方面：數(shù)據(jù)采集模塊和通信。數(shù)據(jù)采集部分將所需數(shù)據(jù)采集處理后，通過單片機(jī)發(fā)送至上位機(jī)：通信部分在硬件上主要是電平的轉(zhuǎn)換和與上位機(jī)通信時(shí)接口處理。

系統(tǒng)處理器采用stc89c51芯片，該芯片具有8 k字節(jié)flash，512字節(jié)ram，32位i/o口線，看門狗定時(shí)器，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷，1個(gè)7向量4級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，是一種低功耗、高性能

2.1 數(shù)據(jù)采集模塊

該模塊主要功能是采集電流、電壓、溫度、照度4類數(shù)據(jù)。利用模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片將傳感器采集回來的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再由單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片采用adc0809，它是8位逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換器，包括1個(gè)8位的逼近型的adc部分，并提供1個(gè)8通道的模擬多路開關(guān)和聯(lián)合尋址邏輯，用它可直接將8個(gè)單端模擬信號輸入，分時(shí)進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換。本系統(tǒng)中只需要應(yīng)用其中的4個(gè)通道，分別對有傳感器采集回來的電流、電壓、溫度、照度4個(gè)模擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換 。然后由51單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲及數(shù)據(jù)處理，完成對模擬信號的采集。