科技创新6远程信息系统总体设计报告.

1、 第15页Copyrights Void Group All Rights Reserved.目录1. 引言11.1 编写目的11.2 专用名词解释11.2.1 RS-485接口11.2.2 其他12. 项目概述22.1 项目名称22.2 项目功能简介22.3 项目人员22.4 项目目标22.5 项目开发环境22.5.1 主要开发地点22.5.2 主要开发资源22.6 项目完成期限23. 系统总体设计33.1 总体设计概述33.2 总体系统性能要求43.2.1 实时性要求43.2.2 可靠性43.2.3 灵活性43.3 子模块设计43.3.1 中央处理模块43.3.2 网络通信测试模块53.3

2、.3 输入输出模块63.3.4 本地主系统63.3.5 测控子系统63.3.6 点对点通信模块73.4 通信网络及协议83.4.1 通信网络概述83.4.2 模块设计与协议层次103.5 运行环境103.5.1 设备环境103.5.2 硬件环境103.5.3 支持软件103.5.4 软件开发环境104. 实施计划114.1 任务分解与人员分工114.2 目进度计划115. 附录A ：产品列表136. 附录B：名词命名规范141. 引言1.1 编写目的本次的主从多机测控系统由一个主机和多个从机组成，5个小组分别负责不同模块的开发调试，为了今后系统能够顺利整合，统一消息与接口，保证各小组进度一致，

3、撰写本总体设计报告。其中主要包括系统上层逻辑图、各个子模块功能描述与接口以及今后将采用的消息传递协议，还包括了各个小组的分工合作和整体进度安排。1.2 专用名词解释1.2.1 RS-485接口RS485 InterfaceRS 485 接口是针对RS -232-C的不足，开发出来新的接口标准。RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力增强，即抗噪声干扰性好。数据最高传输速率为10Mbps最大传输距离标准值为4000英尺，实际上可达 3000米。另外RS-232-C接口在总线上只允许连接1个收发器， 即单站能力。而RS-485接口在总线上是允许连接多达128个收发器。即具有

4、多站能力,这样用户可以利用单一的RS-485接口方便地建立设备网络。最常见的应用是在工业环境下可编程逻辑控制器内部之间的通信。其它常见应用还包括商店的收款机和远程仪器仪表。(摘自百度知道)1.2.2 其他2. 项目概述2.1 项目名称远程信息处理系统。2.2 项目功能简介本系统是一个基于RS485总线实现的远程信息处理系统，包括一个全局主系统、一个本地主系统和三个从系统模块。从系统分别实现超声波测量、水温测控、电机转速测控等功能。其中除了包括RS485总线网络外，还构筑了红外、无线通信子网，实现远程通信功能。2.3 项目人员项目提出者：上海交通大学 电子工程系 科技创新课程组 指导老师项目开发

5、者：Void Group全体大组成员项目指导者：上海交通大学 电子工程系 科技创新课程组 指导老师2.4 项目目标基本目标：基本实现温度测量、超声波测量和电机转速测量功能，并提供红外通信和无线通信接入方案。扩展目标：在基本目标的基础上，完成对温度、电机转速的实时控制 ，以及用超声波对多块样品测量。2.5 项目开发环境2.5.1 主要开发地点科技创新实验室2.5.2 主要开发资源实验室各仪器设备、多套基于ATMEL 89S52的单片机系统开发板、各种传感器件、通信小模块以及常规电子元器件等。2.6 项目完成期限计划在第16周以前完成整个项目的开发和测试工作。3. 系统总体设计3.1 总体设计概述

6、本系统主要包括三个部分：总控测量模块、网络模块、现场测量控制模块。总控测量模块主要负责向现场测控模块下达命令、进行高级数据处理以及与用户的交互。它包括一个输入输出模块（使用PC机作为I/O界面）、中央处理模块（负责发送用户指令和高级数据处理）、本地主系统（实现总线控制权的分配）。调试模块连接到PC机，系统调试时使用。网络模块负责在设备网络中传输消息。除了由RS-485总线以外，还有无线通信模块和红外通信模块。这些通信模块由两对发射和接收机组成半双工传输通道，内部由无线或红外传输，对外实现RS-485接口标准，实现模块化，便于更换拆卸。现场测控模块负责现场的测量与控制，并返回测量的结果，发送给上

7、级系统。3.2 总体系统性能要求3.2.1 实时性要求对于水温、电机测控子系统而言，要求它对设备的监控是实时的，需要避免发生严重的错误。对于中央处理模块而言，由于网络的传输，允许一定程度的延时，同时进行一些复杂运算，并通过算法进行一定程度的修正。3.2.2 可靠性为保证系统测控结果的可靠性，除了要求现场测量设备的精度以外，还要（1）避免系统死锁、（2）避免总线冲突（3）建立安全灵活的消息机制。3.2.3 灵活性作为一个主从多机测控系统，要求整个系统有一个完整的消息协议，各个子系统可方便装卸，实现模块化。3.3 子模块设计3.3.1 中央处理模块功能介绍：负责接收用户端输入的指令，通过通信网络向

8、测控子系统发送命令，并且将信息反馈给用户。性能要求：将用户的输入指令正确转换成控制命令发送至总线控制模块，对接收到的数据进行有效处理。作为整个系统的核心，必须高效、安全地完成各种控制和数据处理。流程图：如下3.3.2 网络通信测试模块功能介绍：主要用于对通信网络的可靠性测试。同时提供扩展的PC接口，以便于PC机的接入，从而降低测试难度。本模块不作为最终产品的一部分提交。性能要求：能够捕获通信模块中的传输信号，并且按要求生成各种异常信号供网络可靠性测试使用。结构框图：见图3-33.3.3 输入输出模块功能介绍：使用PC机作为人机交互界面，获得更友好的交互效果。性能要求：正确地从用户端得到各种指令

9、信息，并且即时准确的反映出当前系统所要反馈给用户的显示信息，必须提供用户以友好直观和便捷的操作界面。3.3.4 本地主系统功能介绍：负责与各从系统之间进行交互，对上行与下行的消息，重新封装地址信息，同时分配RS-485总线的控制权。性能要求：相对中央处理模块更快的信息处理速度，能够在网络出错时迅速重置，并向上级系统报告错误消息。3.3.5 测控子系统功能介绍：由三部分组成：水温测量控制模块、超声波测量模块、电机测速控制模块。分别利用传感器完成对目标的测量，同时温控模块和电机模块在需要时，可以根据用户设置要求完成较高精度控制。总体性能要求：测量精确，控制准确。各部分性能要求：根据课程提供元件与课

10、程要求决定。预计性能目标为：超声波测量：可实现12块样品的厚度测量，测量误差小于1mm，测量范围5mm20mm水温测控：实现温度测量误差小于1摄氏度，温度控制误差小于1摄氏度。电机测控：实现点击转速5r/s50r/s的转速测量与控制。结构框图：见图3-63.3.6 点对点通信模块功能介绍：该模块对外实现RS-485接口通信，内部有两对收发机组成半双工通道，可以是红外或无线传输进行异步串行通信。性能要求：抗干扰能力强，保证数据信息的正确传输。结构框图：见图3-73.4 通信网络及协议3.4.1 通信网络概述整个系统是一个单总线结构，一个 主机和多个从机同时挂在RS-485总线上。任意时刻最多只能

11、有一个模块向总线写数据，允许多个模块同时读取数据。网络分为三层。最底层为物理层，传输单位为比特（bit），由电缆、无线设备或红外设备实现。第二层是网络层，以帧(frame)为单位发送数据，包括一个起始位、8个数据位、以及结束位、校验位。一次发送一个8bit数据。最上层是应用层。应用层的消息采用字符串形式实现，以一个0x5A开始，以一个0xA5符号结束，中间是消息的具体内容。包括、一个地址byte，一个指令Byte，两个数据Byte，一个校验byte。每条消息共7个byte。各层协议之间都必须遵循统一的接口标准，协议内部的具体实现对替他层是透明的。3.4.2 模块设计与协议层次表3-1模块名称类

12、型物理层网络层应用层备注说明中央处理模块主机网络通信测试模块通信内部检测模块，不提交水温测量控制模块测控超声波测距模块测控电机测速控制模块测控近距红外通信接入模块通信远距无线通信接入模块通信输入输出模块辅助本地主系统通信3.5 运行环境3.5.1 设备环境具有一定理想特性，干扰信号较少。各测试控制子系统采集该虚拟环境的环境参数并进行协同工作，具备一定的环境控制能力。3.5.2 硬件环境AT89S52单片机小系统板以RS-485为主的半双工通信网络3.5.3 支持软件协议库文件各模块开发的单片机子系统软件3.5.4 软件开发环境Microsoft Windows环境KeilC 7.20ISP P

13、layerLook Up Rs2324. 实施计划4.1 任务分解与人员分工表4-1小组组长成员主要任务第一小组李智秦石、袁凯龙、刘意超声波测距模块开发第二小组许嘉勤张涛、王子健、吴海主系统与输入输出的开发第三小组费熠希陈彪、戴洪杰、蒋松青电机测控模块的开发第四小组管逸飞毛春雷、沈达、刘英水温测控模块的开发第五小组陈静怡陈文、潘文婷、宋柳无线与红外传输模块的开发4.2 目进度计划项目总体开发时间初定为11周，即第5 16周。各模块具体计划进度：见表4-2表4-2模块名称计划时间项目总体设计第5周中央处理模块第6 15周68周先完成界面设计，待通信网络构建完毕，逐步调试完善各部分功能通信网络构建

14、第6 8周第6周完成基本框架，第7、8周完成协议软件编写电机测速控制模块第6 11周第6周完成具体设计框架，第7、8周完成测量部分的功能，第9 11周实现全部功能和内部测试水温测量控制模块第6 11周第6周完成具体设计框架，第7、8周完成测量部分的功能，第9 11周实现全部功能和内部测试超声波测距模块第6 11周第6周完成具体设计框架，第7、8周完成测量部分的功能，第9 11周实现全部功能和内部测试近距红外通信接入模块第6 11周第6周完成具体设计框架，第7 9周实现基本数据传输功能，第10、11周进行功能完善，接入整个网络近距无线通信接入模块第6 11周第6周完成具体设计框架，第7 9周实现

15、基本数据传输功能，第10、11周进行功能完善，接入整个网络网络通信测试模块第10 12周在各P2P子系统实现基本功能后，配合其功能的完善逐步完善次测试功能。总体协调、测试第11 16周开始整个系统的总体协调和测试工作5. 附录A ：产品列表用途归类形式归类名称数量备注通用模块、成品单片机小系统5遗失要赔IDC10扁平电缆1010芯排线IDC26扁平电缆626芯排线字符型液晶显示模块2使用资料见FTP元件材料绝缘胶带1单位：卷线材10连电路用，单位：米焊锡10单位：米1单元试验空板10香蕉插头、螺母、垫圈40IDC10座15IDC26座682552单排座（16脚）1一般用于配液晶显示模块RS485接口元件材料MAX4835RS485接口适配和驱动RJ11座8双芯电话线8长度2米。带RJ11水晶头RS485集线空板1温控模块、成品电热杯1温度计1遗失要赔元件材料温度传感器1等效为热敏电阻，标称值约5KW拖线板、继电器1用于接通或断开220V电源LM3582运放OP071建议在测温中用于测量放大器的实现AD08041电机元件材料直流电