基于單片機的通信轉換器在遠程測控系統(tǒng)中的應用

1　前　言

　　隨著計算機網絡和通信技術的飛速發(fā)展，遠程測控技術在工業(yè)生產過程中得到了廣泛的應用，各種測量參數的網絡化傳輸、智能化處理和綜合化應用已成為一種趨勢。傳統(tǒng)儀器儀表的信號傳輸方式已無法實現生產過程中多種參數的實時性、準確性和遠距離傳輸的要求；筆者介紹一種基于單片機串行通信口的集散局域網系統(tǒng)，實現多種工業(yè)參數的遠程測控。

　　2　系統(tǒng)構成及功能　　

　　遠程測控系統(tǒng)結構如圖2—1所示。系統(tǒng)主要功能如下：

　?。?）PT為獨立的測量監(jiān)測站點，由單片機構成，可實現一個或多個子站點的監(jiān)測，通過并行I／O口連接監(jiān)測點的測量、檢測、顯示、調節(jié)、執(zhí)行等部件；具有數據轉換、存儲、顯示、傳輸和控制功能；通過串行接口與通信轉換器進行數據傳輸；　　

　　（2）CR是一個8031單片機構成的通信轉換器，CCS－中央監(jiān)控站；CR－通信轉換器；PT－監(jiān)測站點用于整個系統(tǒng)的控制、數據處理及轉換傳輸，與各站點的工作方式采用主—從模式，與中央監(jiān)控站通過擴展串行口進行串行通信，實現測量、控制信息的集中處理。

　?。?）CCS中央監(jiān)控站由工控機構成，實現對整個系統(tǒng)信息的綜合管理；通過Internet實現參數、信息的遠程查詢和共享。

3　火災自動報警系統(tǒng)的通信解決方案

　　3．1　火災自動報警系統(tǒng)的通信要求

　　某小區(qū)由多幢高層建筑組成，120個火災測控站點分布在各樓層之間。要求火災自動報警系統(tǒng)在中央控制室實現集中控制管理。

　　3.2 RS-232/485轉換器存在的問題

　　采用RS-232/485轉換器實現中央監(jiān)控站與監(jiān)測站點的通信，在實際應用中存在以下問題：（1）波特率固定不可調（9600 bps），監(jiān)測站點擴容困難；（2）負載小、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”，可以解決負載及工作穩(wěn)定性問題，但隨著測量站點數量的增加，“中繼器”的需求也增多，成本增加，為此筆者專門設計了一個基于單片機的通信轉換器取代原方案的RS－232／485轉換器。

　　4　基于單片機的通信轉換器設計

　　4．1　通信轉換器設計　　

　　以8031單片機為核心的通信轉換器，其系統(tǒng)結構如圖4—1所示：

　　該通信轉換器主要由8031單片機、外部存儲器、串行雙路分時器、擴展串行口等組成。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)及各站點狀態(tài)、參數等；

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

　　4）數據存儲器：存放系統(tǒng)數據及測控數據，用RAM芯片，選62C256（32K）；另外配有8KEEPROM（28C64），用于存放系統(tǒng)安全數據；

　　5）利用TXD、RXD串行口對各個站點進行巡檢監(jiān)測，并發(fā)送控制調節(jié)信號；

　　6）串行雙路485分時器：采用2路控制，用于解決單路負載過重問題；

　　7）擴展RS－232串行通信口：用于實現通信轉換器與中央監(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實現。

　　另外，在上述硬件的支持下，通過軟件設計可以解決以下問題：（1）通信波特率可根據需要設置調整（600～9600 bps）；（2）實現了應答式雙工通信，確保信息的可靠傳遞；（3）為系統(tǒng)提供相當的站點冗余量。

　　4．2　擴展RS－232串行口的硬件設計　　

　　由于8031只有一個串行口，該口已用于通信轉換器與測控站點之間通信，要解決通信轉換器與中央監(jiān)測站的通信，需擴展一個串行口，采用INS82C50和MAX232A實現。

　　其中，當中央監(jiān)控站向通信轉換器發(fā)送信息時，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響應中斷，實現數據的正確接收和發(fā)送。

　　4．3　2路485分時控制器的設計　　

　　為了解決站點擴容及負載過重問題，設計成2路工作模式，由2個MAX485轉換器組　　成，利用其2、3功能端實現控制，其中P1．4、P1．5控制Ⅰ路狀態(tài)，P1．6、P1．7控制Ⅱ路狀態(tài)。兩個通信口的波特率相同，由內部定時器設定。電路原理如圖4—2所示。

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

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

　 5　結束語　　

　　該文提出的基于單片機的通信轉換器方案可以推廣應用到很多相關領域。如果將轉換器中的MAX－485通信口再擴展，系統(tǒng)的容量將會更大。另外，轉換器與站點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。