單片機(jī)多機(jī)通訊在分布式安防系統(tǒng)中的應(yīng)用

安全防衛(wèi)系統(tǒng)應(yīng)用在許多場合，他的可靠性直接影響人們的生命財(cái)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(jì)算機(jī)＋微控制器的方式，這樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)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(diǎn)要求，從可靠性和實(shí)用性出發(fā)，利用單片機(jī)＋RS485串口標(biāo)準(zhǔn)組成了一種分布式安防系統(tǒng)。該系統(tǒng)的要求如下：

（1）通信距離遠(yuǎn)　從站多達(dá)16個且距離較分散，各站之間相距都在km以上，最遠(yuǎn)約有5 000 m。

（2）實(shí)時性強(qiáng)　由于從站無人看守，主站必須每個時刻都知道從機(jī)是否在線，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，主站立刻做出相應(yīng)的反應(yīng)。

（3）抗干擾能力強(qiáng)　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(luò)的影響較大。

（4）通訊接口簡單、成本低。

1　系統(tǒng)多機(jī)通訊的實(shí)現(xiàn)方法

1．1　通信標(biāo)準(zhǔn)

串行通訊的通信標(biāo)準(zhǔn)很多，最常用的是RS232C標(biāo)準(zhǔn)。 對于遠(yuǎn)距離通訊來說，RS485串行接口標(biāo)準(zhǔn)是理想的選擇。RS485的電氣標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際上是RS422的變型，由于性能優(yōu)異、結(jié)構(gòu)簡單、組網(wǎng)容易而得到廣泛的應(yīng)用。他采用的是平衡發(fā)送和差分接收方式來實(shí)現(xiàn)通信，因此有極強(qiáng)的抗共模干擾能力，接收靈敏度也相當(dāng)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(dá)120 m，而10 kb／s速率傳輸可達(dá)1．2 km。如果降低波特率，傳輸距離還可以進(jìn)一步提高。另外RS485實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)互連，最多可達(dá)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(jié)構(gòu)

分布式集中控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳捎每偩€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(biāo)準(zhǔn)。由于采用了單片機(jī)多機(jī)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，其系統(tǒng)組成方框圖如圖1所示。

整個系統(tǒng)中，各單片機(jī)選用MCS-51系列，12MHz晶振。利用單片機(jī)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(gòu)成半雙工異步串行通信網(wǎng)絡(luò)。

2　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2．1　主從站硬件設(shè)計(jì)

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(dāng)從站有人請求進(jìn)入時，給予響應(yīng)；當(dāng)有人非正常進(jìn)入或者從站線路出現(xiàn)故障時，提示報警。他由單片機(jī)最小系統(tǒng)、RS485接口和顯示部分組成，單片機(jī)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(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，根據(jù)需要還可加上光電隔離耦合電路（圖中未畫出），進(jìn)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(yīng)，同時有請求開門時置狀態(tài)標(biāo)志以及非法進(jìn)入時提示報警。其硬件構(gòu)成也是用單片機(jī)最小系統(tǒng)和一個收發(fā)器組成，其硬件結(jié)構(gòu)和主站相似，只是報警和開關(guān)電路不同。

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2．2　中繼器硬件設(shè)計(jì)

中繼器的設(shè)計(jì)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(jī)，另一端將單片機(jī)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(shè)計(jì)上要注意的一點(diǎn)是單個晶振驅(qū)動不了2片單片機(jī)，必須外接一個時鐘驅(qū)動電路。硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。

3　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

利用單片機(jī)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(yàn)位和1位停止位。由于設(shè)計(jì)16個從站，故其中數(shù)據(jù)位的最高位未用，便于以后擴(kuò)展，4～7位表示從站地址，低3位表示從站當(dāng)前狀態(tài)（包括在線、正常請求開門、非法進(jìn)入等）。為滿足傳輸距離，主從雙方約定波特率為8 kb／s。

3．1　主從站軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用主從式通信管理方法，由主站管理通信，從機(jī)間不直接通訊，主站既可以按一定的時間周期定期與每臺從站依次通信，收集從站回傳的信息，也可以隨時與某從站通信。如果主站連續(xù)三次呼叫，某個從站沒有應(yīng)答，則判斷此從站出現(xiàn)故障，發(fā)出警報。主站的通信程序流程圖如圖4所示。

所有從站開始均復(fù)位，并處于監(jiān)聽狀態(tài)。當(dāng)主站向總線上發(fā)出某一從站的地址和詢問信息時，所有從站接收到該地址，并與自己的地址比較。如果相符，說明主站在呼叫自己，發(fā)應(yīng)答信號，報告自己當(dāng)前的狀態(tài)，或按命令執(zhí)行動作；否則不予理睬，繼續(xù)監(jiān)聽呼叫地址。如果從站有人請求開門，則置狀態(tài)標(biāo)志等待主站下一次查尋時發(fā)往主站。從站的主程序只是查尋有無開門請求，接受數(shù)據(jù)由串口中斷完成，其中斷子程序如圖5所示。

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3．2　中繼器軟件設(shè)計(jì)

軟件設(shè)計(jì)方法是用用串口中斷和外部口INTO中斷2個中斷子程序來分別完成2個串并轉(zhuǎn)換的功能。2個單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)完全相同。

4　結(jié)　語

多機(jī)系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)是單片機(jī)在現(xiàn)代工程中的主要應(yīng)用形式。盡管目前已存在校準(zhǔn)的分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和較為完善的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，但由于其標(biāo)準(zhǔn)條款過于繁雜，價格昂貴，對一般的應(yīng)用場合缺乏實(shí)用性。

本文結(jié)合對安防系統(tǒng)的研究，提出的遠(yuǎn)程分布式、多負(fù)載的系統(tǒng)已在現(xiàn)場通過調(diào)試并正常運(yùn)行。實(shí)踐證明，該系統(tǒng)是一種結(jié)構(gòu)簡單、靈活、可靠性高的價格低廉的實(shí)用型控制系統(tǒng)，非常適用于中小型工業(yè)場合的控制，具有較高推廣應(yīng)用價值。

參考文獻(xiàn)
［1］李華.MCS-51系列單片機(jī)實(shí)用接口技術(shù)［M］．北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1999．
［2］Texas Instruments Incorporated．SN65LBC184，SN75LBC184 differential transceiver withtransientvoltage superssion［P］．Copyright（C），　　2002．
［3］陳壽法．半雙工RS485通訊中繼器的設(shè)計(jì)［J］．微計(jì)算機(jī)信息，1999，（9）．