基于單片機(jī)的通信轉(zhuǎn)換器在遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)中的應(yīng)用

1　前　言

　　隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，遠(yuǎn)程測控技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)過程中得到了廣泛的應(yīng)用，各種測量參數(shù)的網(wǎng)絡(luò)化傳輸、智能化處理和綜合化應(yīng)用已成為一種趨勢。傳統(tǒng)儀器儀表的信號傳輸方式已無法實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程中多種參數(shù)的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和遠(yuǎn)距離傳輸?shù)囊螅还P者介紹一種基于單片機(jī)串行通信口的集散局域網(wǎng)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多種工業(yè)參數(shù)的遠(yuǎn)程測控。

　　2　系統(tǒng)構(gòu)成及功能　　

　　遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2—1所示。系統(tǒng)主要功能如下：

　　（1）PT為獨(dú)立的測量監(jiān)測站點(diǎn)，由單片機(jī)構(gòu)成，可實(shí)現(xiàn)一個(gè)或多個(gè)子站點(diǎn)的監(jiān)測，通過并行I／O口連接監(jiān)測點(diǎn)的測量、檢測、顯示、調(diào)節(jié)、執(zhí)行等部件；具有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、存儲、顯示、傳輸和控制功能；通過串行接口與通信轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；　　

　　（2）CR是一個(gè)8031單片機(jī)構(gòu)成的通信轉(zhuǎn)換器，CCS－中央監(jiān)控站；CR－通信轉(zhuǎn)換器；PT－監(jiān)測站點(diǎn)用于整個(gè)系統(tǒng)的控制、數(shù)據(jù)處理及轉(zhuǎn)換傳輸，與各站點(diǎn)的工作方式采用主—從模式，與中央監(jiān)控站通過擴(kuò)展串行口進(jìn)行串行通信，實(shí)現(xiàn)測量、控制信息的集中處理。

　　（3）CCS中央監(jiān)控站由工控機(jī)構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)系統(tǒng)信息的綜合管理；通過Internet實(shí)現(xiàn)參數(shù)、信息的遠(yuǎn)程查詢和共享。

3　火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)的通信解決方案

　　3．1　火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)的通信要求

　　某小區(qū)由多幢高層建筑組成，120個(gè)火災(zāi)測控站點(diǎn)分布在各樓層之間。要求火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)在中央控制室實(shí)現(xiàn)集中控制管理。

　　3.2 RS-232/485轉(zhuǎn)換器存在的問題

　　采用RS-232/485轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)中央監(jiān)控站與監(jiān)測站點(diǎn)的通信，在實(shí)際應(yīng)用中存在以下問題：（1）波特率固定不可調(diào)（9600 bps），監(jiān)測站點(diǎn)擴(kuò)容困難；（2）負(fù)載小、信號衰減大；（3）出錯(cuò)率較高、工作不穩(wěn)定等。

　　3．3　解決方案　　

　　選用“中繼器”，可以解決負(fù)載及工作穩(wěn)定性問題，但隨著測量站點(diǎn)數(shù)量的增加，“中繼器”的需求也增多，成本增加，為此筆者專門設(shè)計(jì)了一個(gè)基于單片機(jī)的通信轉(zhuǎn)換器取代原方案的RS－232／485轉(zhuǎn)換器。

　　4　基于單片機(jī)的通信轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)

　　4．1　通信轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)　　

　　以8031單片機(jī)為核心的通信轉(zhuǎn)換器，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4—1所示：

　　該通信轉(zhuǎn)換器主要由8031單片機(jī)、外部存儲器、串行雙路分時(shí)器、擴(kuò)展串行口等組成。各部分主要功能為：

　　1）鍵盤：從P1．0～P1．3端輸入，用于系統(tǒng)初始值及狀態(tài)參數(shù)的輸入；

　　2）顯示器：采用字符式液晶顯示器，滾動顯示系統(tǒng)及各站點(diǎn)狀態(tài)、參數(shù)等；

　　3）程序存儲器：存放系統(tǒng)程序，用EPROM芯片，選27C256（32K）；

　　4）數(shù)據(jù)存儲器：存放系統(tǒng)數(shù)據(jù)及測控?cái)?shù)據(jù)，用RAM芯片，選62C256（32K）；另外配有8KEEPROM（28C64），用于存放系統(tǒng)安全數(shù)據(jù)；

　　5）利用TXD、RXD串行口對各個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行巡檢監(jiān)測，并發(fā)送控制調(diào)節(jié)信號；

　　6）串行雙路485分時(shí)器：采用2路控制，用于解決單路負(fù)載過重問題；

　　7）擴(kuò)展RS－232串行通信口：用于實(shí)現(xiàn)通信轉(zhuǎn)換器與中央監(jiān)控站的通信；

　　8）其它：狀態(tài)燈、蜂鳴器、液晶背光、外部中斷由P3．2～P3．5實(shí)現(xiàn)。

　　另外，在上述硬件的支持下，通過軟件設(shè)計(jì)可以解決以下問題：（1）通信波特率可根據(jù)需要設(shè)置調(diào)整（600～9600 bps）；（2）實(shí)現(xiàn)了應(yīng)答式雙工通信，確保信息的可靠傳遞；（3）為系統(tǒng)提供相當(dāng)?shù)恼军c(diǎn)冗余量。

　　4．2　擴(kuò)展RS－232串行口的硬件設(shè)計(jì)　　

　　由于8031只有一個(gè)串行口，該口已用于通信轉(zhuǎn)換器與測控站點(diǎn)之間通信，要解決通信轉(zhuǎn)換器與中央監(jiān)測站的通信，需擴(kuò)展一個(gè)串行口，采用INS82C50和MAX232A實(shí)現(xiàn)。

　　其中，當(dāng)中央監(jiān)控站向通信轉(zhuǎn)換器發(fā)送信息時(shí)，通過82C50的INTR端向8031CPU發(fā)出中斷請求，作為8031的外部中斷信號從P3．2端引入，CPU響應(yīng)中斷，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的正確接收和發(fā)送。

　　4．3　2路485分時(shí)控制器的設(shè)計(jì)　　

　　為了解決站點(diǎn)擴(kuò)容及負(fù)載過重問題，設(shè)計(jì)成2路工作模式，由2個(gè)MAX485轉(zhuǎn)換器組　　成，利用其2、3功能端實(shí)現(xiàn)控制，其中P1．4、P1．5控制Ⅰ路狀態(tài)，P1．6、P1．7控制Ⅱ路狀態(tài)。兩個(gè)通信口的波特率相同，由內(nèi)部定時(shí)器設(shè)定。電路原理如圖4—2所示。

??? 當(dāng)采用MAX485芯片時(shí)，每一路總線最多可接32個(gè)測控站點(diǎn)，最大傳輸距離可達(dá)1 200 m，當(dāng)傳輸距離較大時(shí)，可適當(dāng)降低波特率；若測控站點(diǎn)較多，可用MAX1487芯片替代MAX485，站點(diǎn)可多達(dá)128個(gè)。當(dāng)傳輸距離超過1 200 m時(shí)，可在中途增加一個(gè)中繼器，從而延長子站的安裝距離。

　　在硬件電路中應(yīng)在總線之間、總線對地之間采用穩(wěn)壓二極管進(jìn)行限幅保護(hù)。 　

　 5　結(jié)束語　　

　　該文提出的基于單片機(jī)的通信轉(zhuǎn)換器方案可以推廣應(yīng)用到很多相關(guān)領(lǐng)域。如果將轉(zhuǎn)換器中的MAX－485通信口再擴(kuò)展，系統(tǒng)的容量將會更大。另外，轉(zhuǎn)換器與站點(diǎn)之間的通信方式也可以選CAN總線方式，這樣傳輸距離、傳輸速度將會更快。