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[導(dǎo)讀]利用8031單片機(jī)的串行接口,構(gòu)成遠(yuǎn)程測控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對多種參數(shù)的現(xiàn)場測量、遠(yuǎn)程傳輸和集中處理。詳細(xì)介紹了基于單片機(jī)的通信控制器設(shè)計(jì)。

 ] 利用8031單片機(jī)的串行接口,構(gòu)成遠(yuǎn)程測控系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對多種參數(shù)的現(xiàn)場測量、遠(yuǎn)程傳輸和集中處理。詳細(xì)介紹了基于單片機(jī)的通信控制器設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞] 串行通信;8031單片機(jī);RS-485/232通信標(biāo)準(zhǔn);通信轉(zhuǎn)換器

1    
  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?;筆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:
 ?。?)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。


 ?。?)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)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。

參考文獻(xiàn)

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[2] 陳偉人.單片微型計(jì)算機(jī)及接口技術(shù)[M].北京:清華大學(xué)出版社,1989.
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[4] 何立民.單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)選編(5)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1998.

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