單片機多機通訊在分布式安防系統(tǒng)中的應用

羅文平 王子旭　　摘　要：提出了一種在分布式單片機控制系統(tǒng)中，多機間進行高性能串行通信的方案。采用rs485串行接口標準及兩級單片機主從式結構，實現(xiàn)了成本低、傳輸距離遠、抗干擾能力強的通信。此設計方案在遠程分布式安全防衛(wèi)系統(tǒng)中得到很好的應用。
　　關鍵詞：分布控制系統(tǒng)；rs485網(wǎng)絡；多機通信；單片機

　　安全防衛(wèi)系統(tǒng)應用在許多場合，他的可靠性直接影響人們的生命財產(chǎn)安全。而不同的場合提出的防衛(wèi)要求又各不相同，故安防系統(tǒng)的組成形式呈現(xiàn)多樣化的趨勢。目前的安防系統(tǒng)大多采用計算機＋微控制器的方式，這樣的系統(tǒng)結構復雜，所需的軟、硬件支持多，成本高。我們針對某倉庫安防提出的以下幾點要求，從可靠性和實用性出發(fā)，利用單片機＋rs485串口標準組成了一種分布式安防系統(tǒng)。該系統(tǒng)的要求如下：
　?。?）通信距離遠　從站多達16個且距離較分散，各站之間相距都在km以上，最遠約有5 000 m。
　?。?）實時性強　由于從站無人看守，主站必須每個時刻都知道從機是否在線，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，主站立刻做出相應的反應。
　?。?）抗干擾能力強　主站和從站都在惡劣環(huán)境下工作，外界的各種干擾對控制系統(tǒng)，特別是通信網(wǎng)絡的影響較大。
　?。?）通訊接口簡單、成本低。

1　系統(tǒng)多機通訊的實現(xiàn)方法
1．1　通信標準
　　串行通訊的通信標準很多，最常用的是rs232c標準。 對于遠距離通訊來說，rs485串行接口標準是理想的選 擇。rs485的電氣標準實際上是rs422的變型，由于性能優(yōu)異、結構簡單、組網(wǎng)容易而得到廣泛的應用。他采用的是平衡發(fā)送和差分接收方式來實現(xiàn)通信，因此有極強的抗共模干擾能力，接收靈敏度也相當高。同時傳輸速率和最大傳輸距離也大大提高。如果用100 kb／s時，傳輸距離可達120 m，而10 kb／s速率傳輸可達1．2 km。如果降低波特率，傳輸距離還可以進一步提高。另外rs485實現(xiàn)了多點互連，最多可達32臺驅(qū)動器和32臺接收器，非常便于多器件的連接［2］。
1．2　系統(tǒng)結構
　　分布式集中控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡拓撲采用總線方式，傳送數(shù)據(jù)采用主從站的方法，中間增加若干個中繼器。各單元通訊接口均采用rs485串口標準。由于采用了單片機多機通信及總線方式，該系統(tǒng)有較高的可靠性，即使某個從站出現(xiàn)故障也不會影響其他站。 整個系統(tǒng)中，各單片機選用mcs-51系列，12mhz晶振。利用單片機自身的半雙工異步串行接口，并外配合適的通訊接口芯片及采用通信總線形式，構成半雙工異步串行通信網(wǎng)絡。

2　系統(tǒng)硬件設計
2．1　主從站硬件設計
　　主站是系統(tǒng)的中心，其功能是不停地按順序查詢每個從站的狀態(tài)并顯示，當從站有人請求進入時，給予響應；當有人非正常進入或者從站線路出現(xiàn)故障時，提示報警。他由單片機最小系統(tǒng)、rs485接口和顯示部分組成，單片機采用at89c51，接口芯片采用sn75lbc184，這是具有瞬變高壓抑制功能的芯片，能抗雷擊、靜電放電、避免瞬時交流電故障引起的非正常高壓脈沖沖擊。顯示部分包括鍵盤輸入和led電子顯示屏。結構框圖如圖2所示，根據(jù)需要還可加上光電隔離耦合電路，進一步保證各系統(tǒng)間可靠安全地通訊。　　從站主要是接受主站發(fā)來的詢問信號并給予回應，同時有請求開門時置狀態(tài)標志以及非法進入時提示報警。其硬件構成也是用單片機最小系統(tǒng)和一個收發(fā)器組成，其硬件結構和主站相似，只是報警和開關電路不同。
2．2　中繼器硬件設計
　　中繼器的設計方案有很多種，本系統(tǒng)采用的是2片at89c51和2片sn75lbc184。他的一端將接收到的差分信號轉(zhuǎn)換為ttl電平送入單片機，另一端將單片機輸出的ttl電平轉(zhuǎn)換為差分信號輸出。其間包括2個串并轉(zhuǎn)換的過程。其硬件設計上要注意的一點是單個晶振驅(qū)動不了2片單片機，必須外接一個時鐘驅(qū)動電路。硬件結構如圖3所示。

3　系統(tǒng)軟件設計
　　利用單片機的串行口工作方式3來完成通信。方式3的信息幀是11位，即1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位奇偶校驗位和1位停止位。由于設計16個從站，故其中數(shù)據(jù)位的最高位未用，便于以后擴展，4～7位表示從站地址，低3位表示從站當前狀態(tài)（包括在線、正常請求開門、非法進