鄧亞君 徐遵磊 張穎

1 概述
　　
環(huán)境條件中的溫濕度指標是許多工作場合中的重要參數(shù)，不論是倉庫管理、圖書保存還是工業(yè)測量與計量檢定，都需要符合操作規(guī)定的溫濕度環(huán)境條件。而溫濕度也是最不容易保障的指標，針對這一情況，研制可靠且實用的溫濕度監(jiān)控系統(tǒng)顯得非常重要。監(jiān)控系統(tǒng)以RS-485總線協(xié)議為基礎(chǔ)組成分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，采用PC機與單片機組成的多機系統(tǒng)完成測量與控制任務(wù)。

2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)及工作原理
　　
2.1網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖
　　
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖如圖1。系統(tǒng)采用兩級主從式總線型網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)。由1臺PC機（作為上位機）、若干臺AT89S52單片機（作為下位機）和RS-485總線通信網(wǎng)絡(luò)組成。整個系統(tǒng)在監(jiān)控系統(tǒng)管理軟件的控制下，統(tǒng)一協(xié)調(diào)工作，完成設(shè)計功能。
　　
2.2 主從式通信網(wǎng)絡(luò)
　　
監(jiān)控系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)通信采用RS-485串行總線連接，串行通信具有傳輸距離長、連接簡單、使用靈活方便、數(shù)據(jù)傳輸可靠性高的特點，在工業(yè)監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集和實時控制系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。其中采用差分通信方式進行信號發(fā)送與接收的RS-485（EIA-485Standard）總線協(xié)議較RS-232C協(xié)議提高了抗共模干擾能力和傳輸速率，擴大了傳輸距離，更適合作為現(xiàn)場總線應(yīng)用于復(fù)雜的環(huán)境中的工業(yè)控制和實時監(jiān)控系統(tǒng)中[1]。
　　
下位現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集與控制單元掛接于同一條數(shù)據(jù)通信總線，總線為各現(xiàn)場單元共享，為避免總線通信的競爭與沖突，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信采用主從式和廣播式通信控制方法。由主控微機決定一次通信過程的啟動和終止，通過給需要通信的現(xiàn)場單元分配總線通信使用權(quán)的方法來實現(xiàn)與下位單片機與主控微機之間的網(wǎng)絡(luò)通信。網(wǎng)絡(luò)中的下位單片機請求通信時必須等待主控微機將總線使用權(quán)分配給它后才能收發(fā)數(shù)據(jù)[2]。采用主從通信控制方法雖然速度稍慢，但由于現(xiàn)場單片機與主控微機間的信息交換不是特別頻繁，因此對于本監(jiān)控系統(tǒng)是適用的。
　　
PC主控微機與各現(xiàn)場單元單片機之間所采用的通信規(guī)約是自定義的、非標準的、比較簡單的格式。主控PC微機通過RS-232C串口向總線通信協(xié)議轉(zhuǎn)換控制器發(fā)送命令幀信息，總線控制器接口電路負責(zé)RS-232C電平和RS-485電平之間的相互轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)發(fā)此通信幀向RS-485總線網(wǎng)絡(luò)廣播。在通信幀中包含主控微機所要求的下位現(xiàn)場單元編號，所有下位現(xiàn)場單元單片機都收聽廣播，在收到廣播幀后，進行編號對比操作，各下位單片機把收到的編號與自己的編號進行比較，編號相同的下位單片機控制器為被選中的下位機，對接收到的幀信息進行處理，其余下位單片機控制器皆為未選中的下位機，需要丟棄收到的幀信息并繼續(xù)進行網(wǎng)絡(luò)偵聽工作[3]。同樣，下位現(xiàn)場單元單片機向主控微機發(fā)送信息幀時，由總線通信協(xié)議轉(zhuǎn)換控制器轉(zhuǎn)換為RS-232C通信協(xié)議電平向主控微機轉(zhuǎn)發(fā)。在設(shè)計實驗中，監(jiān)控系統(tǒng)在串行通信波特率為9600bit/s，無奇偶校驗位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位的設(shè)置下通信正常，沒有發(fā)生丟幀或錯幀的現(xiàn)象。
　　
2.3 下位機數(shù)據(jù)采集與控制單元
　　
下位機是一個以AT89S52單片機為核心的數(shù)據(jù)采集與控制單元。AT89S52是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)制造，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，功能強大的AT89S52可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。AT89S52具有如下資源：40個引腳，8k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲（In system programmable可反復(fù)擦寫1000次），256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器，2個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器?？赏ㄟ^軟件設(shè)置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，直至外中斷激活或硬件復(fù)位[4]。下位機分別接有8路溫度濕度傳感器，進行溫度濕度檢測，并根據(jù)各路的平均溫度和平均濕度，控制除濕機、空調(diào)機或其他設(shè)施，以使環(huán)境溫度與濕度控制在特定的范圍內(nèi)，并輪流顯示平均溫度、濕度值。下位機還設(shè)有煙霧、火光和熱釋電紅外傳感器及其相關(guān)電路 ，組成防火、防盜報警系統(tǒng)。下位單片機通過TTL/RS-485通信接口電路與總線網(wǎng)絡(luò)相連接構(gòu)成半雙工主從式串行通信網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)下位機通過串行口與上位機交換數(shù)據(jù)。下位機是一個相對獨立的智能型區(qū)域數(shù)據(jù)測量與控制子系統(tǒng)，當(dāng)監(jiān)控主機與下位單片機之間的通信發(fā)生故障時，各下位機仍可獨立完成相關(guān)區(qū)域的數(shù)據(jù)采集、告警和控制功能。
　　
各溫度和濕度傳感器分別將檢測到的溫度和濕度物理量轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)各自的低噪聲放大器放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/ D）后，送到AT89S52單片機進行數(shù)據(jù)分析處理。下位機可接受上位機的訪問，根據(jù)需要將溫度、濕度數(shù)據(jù)實時傳遞給上位機，由上位機對各倉庫的溫濕度數(shù)據(jù)進行記錄并做相應(yīng)處理。由于不同武器裝備對環(huán)境溫、濕度要求不同，用戶可通過外加鍵盤，在所需要的范圍內(nèi)隨意設(shè)置系統(tǒng)監(jiān)控的溫、濕度指標，以便系統(tǒng)適應(yīng)不同的需要。

3 軟件設(shè)計
　　
3.1網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)軟件的設(shè)計與開發(fā)
　　
網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)軟件的設(shè)計與開發(fā)采用基于面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計思想和關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)，在Windows9x/2000/XP系統(tǒng)平臺上采用Borland C++ Builder編程語言開發(fā)而成。監(jiān)控系統(tǒng)軟件完成的主要任務(wù)和功能有:系統(tǒng)組態(tài)、串行通信管理、圖形顯示管理、數(shù)據(jù)存儲、報表打印、統(tǒng)計分析、異常處理等。倉儲網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計功能較多而復(fù)雜，而且層次比較多。因此在設(shè)計上首先基于Windows的多任務(wù)處理機制，前臺完成命令響應(yīng)、各模塊調(diào)用以及系統(tǒng)工作狀態(tài)的動態(tài)實時圖形化顯示等，后臺負責(zé)實時監(jiān)視接收各下位現(xiàn)場單元發(fā)送的數(shù)據(jù)、定時巡檢或隨機抽檢工作現(xiàn)場的單片機控制器、進行異常處理和報警處理等;在編程技術(shù)上采用VCL組件開發(fā)技術(shù)，應(yīng)用多線程技術(shù)進行多任務(wù)處理;其次，采用模塊化程序設(shè)計，把一個大的程序劃分為若干個小的功能模塊，每個模塊之間既相互獨立又相互聯(lián)系，這樣可以提高軟件的可維護性、可讀性、可靠性和高效性[2]。
　　
3.2 下位機程序設(shè)計[5]
　　
下位機主程序流程圖如圖2所示。包括對系統(tǒng)進行初始化處理;判斷中斷方式（含優(yōu)先級）設(shè)置;串行口工作方式設(shè)置;系統(tǒng)各種指標的裝入;鍵盤初始化;控制信號初始化以及建立數(shù)據(jù)指針、通道初值并啟動 A/ D轉(zhuǎn)換。

圖2 下位機主程序流程圖
　　
以下僅給出下位機處理呼叫應(yīng)答時的部分程序：

　　# define ADD0 x01
　　…
　　sbit tr=p1.3;
　　void service serial（void） interrupt4using1
　?。?br /> 　　uchar　 rs;
　　RI=0;
　　ES=0;　 //關(guān)串行中斷
　　tr=0;
　　rs=SBUF;
　　…
　　｝
　　if（rs!=ADD）　 //不是呼叫本機
　?。?br /> 　　ES=1;
　　if（P3.3=0 ）　//A/D轉(zhuǎn)換請求中斷
　　…
　　Return;
　?。?br /> 　　SM2 =0;
　　tr=1;
　　SBUF=ADD;　　//應(yīng)答
　　While（TI=0）;
　　TI=0;
　　tr=0;　　 //執(zhí)行通信命令
　　…
4 結(jié)語
　　
實踐證明，基于RS-485總線協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)依托集中管理、分散控制的現(xiàn)代控制技術(shù)，組成監(jiān)控系統(tǒng)的硬件和軟件采用標準化、模塊化和系統(tǒng)化的設(shè)計，系統(tǒng)的配置具有通用性強、系統(tǒng)組態(tài)靈活、控制功能完善以及系統(tǒng)安裝、調(diào)試和維修簡便等特點，并且還可以通過智能通信接口或標準的通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和其它監(jiān)控系統(tǒng)，如門禁管理子系統(tǒng)相交聯(lián)通信，組成功能更完善的自動化網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。

參考文獻
　　
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[4] 孫育才，王榮興，孫華芳. ATMEL新型AT89S52系列單片機及其應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社，2005
[5] 李華，孫曉民，李紅青，等.MCS-51系列單片機實用接口技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社，1993