利用单片机实现远程测控功能的串行通信转换器设计

1前言

随着计算机网络和通信技术的飞速发展，远程测控技术在工业生产过程中得到了广泛的应用，各种测量参数的网络化传输、智能化处理和综合化应用已成为一种趋势。传统仪器仪表的信号传输方式已无法实现生产过程中多种参数的实时性、准确性和远距离传输的要求；介绍一种基于单片机串行通信口的集散局域网系统，实现多种工业参数的远程测控。

2系统构成及功能

远程测控系统结构如图2—1所示。系统主要功能如下：

（1）PT为独立的测量监测站点，由单片机构成，可实现一个或多个子站点的监测，通过并行I／O口连接监测点的测量、检测、显示、调节、执行等部件；具有数据转换、存储、显示、传输和控制功能；通过串行接口与通信转换器进行数据传输；

（2）CR是一个8031单片机构成的通信转换器，CCS－中央监控站；CR－通信转换器；PT－监测站点用于整个系统的控制、数据处理及转换传输，与各站点的工作方式采用主—从模式，与中央监控站通过扩展串行口进行串行通信，实现测量、控制信息的集中处理。

（3）CCS中央监控站由工控机构成，实现对整个系统信息的综合管理；通过Internet实现参数、信息的远程查询和共享。

3火灾自动报警系统的通信解决方案

3．1火灾自动报警系统的通信要求

某小区由多幢高层建筑组成，120个火灾测控站点分布在各楼层之间。要求火灾自动报警系统在中央控制室实现集中控制管理。

3.2 RS-232/485转换器存在的问题

采用RS-232/485转换器实现中央监控站与监测站点的通信，在实际应用中存在以下问题：（1）波特率固定不可调（9600 bps），监测站点扩容困难；（2）负载小、信号衰减大；（3）出错率较高、工作不稳定等。

3．3解决方案

选用“中继器”，可以解决负载及工作稳定性问题，但随着测量站点数量的增加，“中继器”的需求也增多，成本增加，设计了一个基于单片机的通信转换器取代原方案的RS－232／485转换器。

4基于单片机的通信转换器设计

4．1通信转换器设计

以8031单片机为核心的通信转换器，其系统结构如图4—1所示：

该通信转换器主要由8031单片机、外部存储器、串行双路分时器、扩展串行口等组成。各部分主要功能为：

1）键盘：从P1．0～P1．3端输入，用于系统初始值及状态参数的输入；

2）显示器：采用字符式液晶显示器，滚动显示系统及各站点状态、参数等；

3）程序存储器：存放系统程序，用EPROM芯片，选27C256（32K）；

4）数据存储器：存放系统数据及测控数据，用RAM芯片，选62C256（32K）；另外配有8KEEPROM（28C64），用于存放系统安全数据；

5）利用TXD、RXD串行口对各个站点进行巡检监测，并发送控制调节信号；

6）串行双路485分时器：采用2路控制，用于解决单路负载过重问题；

7）扩展RS－232串行通信口：用于实现通信转换器与中央监控站的通信；

8）其它：状态灯、蜂鸣器、液晶背光、外部中断由P3．2～P3．5实现。

另外，在上述硬件的支持下，通过软件设计可以解决以下问题：（1）通信波特率可根据需要设置调整（600～9600 bps）；（2）实现了应答式双工通信，确保信息的可靠传递；（3）为系统提供相当的站点冗余量。

4．2扩展RS－232串行口的硬件设计

由于8031只有一个串行口，该口已用于通信转换器与测控站点之间通信，要解决通信转换器与中央监测站的通信，需扩展一个串行口，采用INS82C50和MAX232A实现。

其中，当中央监控站向通信转换器发送信息时，通过82C50的INTR端向8031CPU发出中断请求，作为8031的外部中断信号从P3．2端引入，CPU响应中断，实现数据的正确接收和发送。

4．32路485分时控制器的设计

为了解决站点扩容及负载过重问题，设计成2路工作模式，由2个MAX485转换器组成，利用其2、3功能端实现控制，其中P1．4、P1．5控制Ⅰ路状态，P1．6、P1．7控制Ⅱ路状态。两个通信口的波特率相同，由内部定时器设定。电路原理如图4—2所示。

当采用MAX485芯片时，每一路总线最多可接32个测控站点，最大传输距离可达1 200 m，当传输距离较大时，可适当降低波特率；若测控站点较多，可用MAX1487芯片替代MAX485，站点可多达128个。当传输距离超过1 200 m时，可在中途增加一个中继器，从而延长子站的安装距离。

在硬件电路中应在总线之间、总线对地之间采用稳压二极管进行限幅保护。

5结束语

该文提出的基于单片机的通信转换器方案可以推广应用到很多相关领域。如果将转换器中的MAX－485通信口再扩展，系统的容量将会更大。另外，转换器与站点之间的通信方式也可以选CAN总线方式，这样传输距离、传输速度将会更快。