《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于AT89S8252排污遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
摘要: 隨著微電子技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展,遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程控制得到了廣泛應(yīng)用,工業(yè)廢氣的排放是否達(dá)到國(guó)家環(huán)保局的要求,需要實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng),系統(tǒng)采用上、下位拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),通信采用物理鏈路PSTN形式來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、檢測(cè)。
Abstract:
Key words :

隨著微電子技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展,遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)" title="遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)">遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程控制得到了廣泛應(yīng)用,工業(yè)廢氣的排放是否達(dá)到國(guó)家環(huán)保局的要求,需要實(shí)施遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)和控制系統(tǒng),系統(tǒng)采用上、下位拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),通信采用物理鏈路PSTN形式來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、檢測(cè)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

系統(tǒng)采用上、下位主從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),上位機(jī)為主叫方。下位機(jī)為被叫方上位機(jī)以定時(shí)巡檢或隨機(jī)抽檢兩種方式遠(yuǎn)程獲取各下位機(jī)(子站)采集到的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù),根據(jù)國(guó)家環(huán)??偩钟嘘P(guān)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)的要求編制周報(bào),日?qǐng)?bào)等。下位機(jī)(即子站)分布在城市的各檢測(cè)點(diǎn),負(fù)責(zé)采集空氣質(zhì)量數(shù)據(jù),主要是二氧化硫(SO2),二氧化氮 (NO2)含量,具有自檢、自動(dòng)穩(wěn)零等功能,自動(dòng)應(yīng)答上位機(jī)呼叫并上傳數(shù)據(jù)。

2 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)下位機(jī)的硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是基于PSTN通信接口電路,模擬信號(hào)采樣電路及滿足無(wú)人職守要求的下位機(jī)控制電路。

2.1 下位機(jī)的硬件設(shè)計(jì)

按照功能規(guī)劃和系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求,確定本系統(tǒng)的硬件框架,如圖1所示。
 


2.2 CPU模塊設(shè)計(jì)

基于AT89S8252" title="AT89S8252">AT89S8252微處理器的CPU模塊電路如圖2所示。
 


為了適應(yīng)LCD液晶模塊的接口要求,在P0數(shù)據(jù)地址復(fù)用總線口上擴(kuò)展了U3(74HC373)作為低8位地址鎖存器,產(chǎn)生LCD模塊讀寫所需驅(qū)動(dòng)信號(hào)的輸入信號(hào)A0,A1。圖2中LCDIN為液晶模塊地址選擇口線。

系統(tǒng)采用MAX813L實(shí)現(xiàn)復(fù)位需要,由S1實(shí)現(xiàn)手動(dòng)復(fù)位(主要用于調(diào)試期間的復(fù)位)。由此實(shí)現(xiàn)的復(fù)位電路具有電源電壓監(jiān)視能力,即當(dāng)電源電壓低于4.65 V時(shí)產(chǎn)生高電平復(fù)位信號(hào);同時(shí)也具有上電復(fù)位能力。由于AT89S8252內(nèi)部含WDT,并且不需要額外的喂狗信號(hào),從減少口線占用考慮,放棄使用 MAX813L內(nèi)含的WTD。

在圖2中,CZ2為四路開(kāi)關(guān)量輸入口,CZ8為功能擴(kuò)展預(yù)留口。從圖中可知,系統(tǒng)的主頻為6 MHz,一方面保證滿足系統(tǒng)對(duì)時(shí)間的要求,同時(shí)也考慮了可靠性的要求,即適當(dāng)降低速度以提高抗干擾能力。圖中,ADSCK,ADIO及ADRDY為模數(shù)轉(zhuǎn)換接口信號(hào);MODEM作為MODEM電源控制信號(hào);LED為系統(tǒng)指示燈控制信號(hào)。

2.3 人機(jī)界面設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)中人機(jī)界面主要是顯示界面,因?yàn)槭沁h(yuǎn)程控制系統(tǒng),因此下位機(jī)沒(méi)有設(shè)計(jì)按鍵按鈕電路。顯示界面采用HD44780兼容的16×2液晶顯示模塊。具體接口電路如圖3所示。


接口設(shè)計(jì),由LCDIN,WR和RD組合產(chǎn)生液晶模塊的使能信號(hào)E(即圖中的LCD信號(hào)),A0為讀寫選擇信號(hào)(R/W),A1為寄存器選擇信號(hào)(RS)。

2.4 MODEM通信接口設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的關(guān)鍵模塊是通信模塊,PSTN遠(yuǎn)程系統(tǒng)的關(guān)鍵是調(diào)制解調(diào)器(MODEM)通信接口模塊。本系統(tǒng)的MODEM接口設(shè)計(jì)如圖4所示。
 


MAX232 作為TTL-RS 232電平轉(zhuǎn)換芯片,是微處理器與MODEM之間的接口電路,51系列微處理器雖然有串行輸入/輸出口,但不具有RTS,CTS,DTR等標(biāo)準(zhǔn)接口握手信號(hào)線,考慮到下位機(jī)與上位機(jī)的通信量一般并不大,所有在連接時(shí)采用了簡(jiǎn)單的“三線式”,即只通過(guò)TXD,RXD和底線GND進(jìn)行連接,同時(shí)對(duì)其他信號(hào)做以下處理:

(1)7(RTS),8(CTS),1(CD)等三信號(hào)短接;

(2)6(DSR)、4(DTR)等兩信號(hào)短接。

從圖中可知,RS 232的接線端與連MODEM的DB9(即圖中CZ2)的第二腳(接收端)相連,發(fā)送端與DB9的第三腳(發(fā)送腳)相連,通過(guò)軟件的設(shè)置與處理,實(shí)現(xiàn)“三線式”遠(yuǎn)程通信。

在接口電路設(shè)計(jì)中,引入了MODEM電源控制電路,即下位機(jī)每次響應(yīng)呼叫并正確發(fā)送數(shù)據(jù)后,由看門狗自動(dòng)實(shí)施下位機(jī)系統(tǒng)整體復(fù)位,對(duì)MODEM的復(fù)位命令是通過(guò)電源的上電來(lái)實(shí)現(xiàn)的,因?yàn)镸ODEM可能無(wú)法響應(yīng)微處理器傳來(lái)的復(fù)位命令。對(duì)應(yīng)電源的開(kāi)、關(guān)控制,可以采用對(duì)陰、陽(yáng)極同時(shí)實(shí)施開(kāi)關(guān)控制。前提是必須選用雙刀雙擲繼電器,由于調(diào)整解調(diào)器的供電功率一般在9 W以下,因此采用OMRON G5V-2小型繼電器。該繼電器可靠性高,負(fù)載能力為2 A/30 V (DC),工作電壓為5 V,與5 V微處理器系統(tǒng)接口簡(jiǎn)單。

3 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)下位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)

 

基于“三線式”的MODEM通信接口程序,關(guān)鍵是軟件握手信號(hào)的處理;模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換接口程序,關(guān)鍵是AD7705的初始化和雙通道的切換;主模塊框架的構(gòu)建,關(guān)鍵是微處理器資源的合理分配和使用;適應(yīng)無(wú)人職守的系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì),關(guān)鍵是軟硬件看門狗的應(yīng)用。

3.1 下位機(jī)的軟件框架

整個(gè)下位機(jī)系統(tǒng)的軟件框架如圖5所示。


3.2 軟件主模塊設(shè)計(jì)
在圖5中,主模塊、通信模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊及顯示模塊為獨(dú)立模塊,主模塊為核心,管理其他3個(gè)子模塊,這4個(gè)模塊均為實(shí)模塊;而軟件與硬件看門狗模塊為虛模塊,它以適當(dāng)?shù)男问胶瓦m當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)存在于主模塊和MODEM通信模塊中,其作用就是監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),以防通信死鎖等意外情況導(dǎo)致下位機(jī)癱瘓,實(shí)現(xiàn)下位機(jī)在軟故障條件下的自恢復(fù)。

軟件中主模塊是管理模塊,設(shè)計(jì)的考慮因素有:

(1)系統(tǒng)資源的合理使用,例如中斷資源、內(nèi)部存儲(chǔ)器和寄存器資源;

(2)在實(shí)現(xiàn)功能的前提下,保證程序的簡(jiǎn)化和優(yōu)化,減少調(diào)試工作量。

主模塊首先考慮的是A/D轉(zhuǎn)換和通信之間的關(guān)系問(wèn)題,其次是各模塊的層次問(wèn)題,最后是看門狗在各模塊中的嵌入問(wèn)題。

主模塊的流程圖如圖6所示。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著當(dāng)前信息時(shí)代的飛速發(fā)展及新型單片機(jī)技術(shù)在控制領(lǐng)域的發(fā)展和應(yīng)用的拓寬。遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)在工業(yè)管理也得到了實(shí)際應(yīng)用,本系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究提供了一種監(jiān)控應(yīng)用系統(tǒng),并將其應(yīng)用到地區(qū)之間的管理系統(tǒng)中,實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)共享,為環(huán)保部門提供一種新型,可視化,高效的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)。

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