一種通信電源監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)方案的設(shè)計

1　引言

《通信電源和空調(diào)集中監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)要求》中規(guī)定監(jiān)控系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上是一個多級的分布式計算機監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)[2],一般可分為三級,即監(jiān)控中心（SC—SupervisiON Center）、監(jiān)控站（SS—Supervision STaTIon）和監(jiān)控單元（SU—Supervision Unit）。對于通信電源監(jiān)控系統(tǒng)來說，沒有必要設(shè)置監(jiān)控中心，因此可以簡化為兩級集散式結(jié)構(gòu)，由上位機和下位機組成[1-2]。

2　通信電源監(jiān)控系統(tǒng)組網(wǎng)方案探討

通信電源監(jiān)控系統(tǒng)的組網(wǎng)目前主要可以考慮采用以下幾種方案：

第一種是目前仍然廣泛使用的主從式總線網(wǎng)絡(luò)，這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以上位機為中心，通過RS485或RS422接口將各種具有通信功能的下位機連接起來，采用查詢方式來實現(xiàn)遙測、遙信和遙控功能，下位機與智能設(shè)備之間則可以采用點對點的串行通信（RS232）。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是可以十分方便的實現(xiàn)小規(guī)模監(jiān)控系統(tǒng)，缺點是組網(wǎng)受到通信距離的限制。

第二種是現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)，它放棄了傳統(tǒng)的主從式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了真正意義上的全分布式結(jié)構(gòu)，使得每一個下位機都可以當(dāng)作網(wǎng)絡(luò)中一個對等的節(jié)點。同時它

還提供了到上一層網(wǎng)絡(luò)的接口，可以方便的接入SCADA系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程通信及遠程下載功能。其缺點是在與計算機互聯(lián)時，還需要專門的網(wǎng)關(guān)，而且標(biāo)準(zhǔn)眾多，難以普及。

第三種是以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，目前在有些通信電源監(jiān)控系統(tǒng)中應(yīng)用了以太網(wǎng)技術(shù)。這里的以太網(wǎng)是指由下位機和上位機直接通過以太網(wǎng)互連而生成的對等網(wǎng)絡(luò)，在這種結(jié)構(gòu)中，不僅下位機之間是對等的，而且計算機作為 “上位機”的概念也變得非常模糊。與前兩種方案相比較而言，它具有較高的速度，但其缺點是造價不菲，難以適用于通信電源監(jiān)控系統(tǒng)。

通過上述分析可以看出，傳統(tǒng)的主從式網(wǎng)絡(luò)最適合于通信電源監(jiān)控系統(tǒng)的組網(wǎng)，但由于受到距離限制，因此必須加以改進。本系統(tǒng)利用現(xiàn)有的PSTN網(wǎng)解決了這一問題，即下位機與上位機之間的通信通過PSTN網(wǎng)實現(xiàn)，下位機與智能設(shè)備之間的通信則通過RS485構(gòu)成主從式網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)。

3　通信模塊硬件電路設(shè)計

下位機作為直接面向設(shè)備的從機需要與上位機進行遠程通信，同時下位機還要作為主機與各種智能設(shè)備通信。因此在本系統(tǒng)中同時采用了RS232和RS485 兩種通信方式，其中下位機與上位機之間的通信通過RS232接入PSTN網(wǎng)實現(xiàn)，完成獲取參數(shù)、傳輸數(shù)據(jù)以及遠程報警等功能；下位機與各種智能設(shè)備之間的通信則通過RS485組網(wǎng)實現(xiàn)，獲取數(shù)據(jù)及其工作狀態(tài)[4]。

在本系統(tǒng)中，通信模塊采用了單獨的微處理器DS80C320，它在普通單片機基礎(chǔ)上為P1口也定義了第二功能，從而擁有四個全雙工串行通信口、六個外部中斷、三個定時/計數(shù)器，而且在指令上與8051完全兼容，對于監(jiān)控系統(tǒng)的通信單元來說十分適用。

3.1 下位機與上位機之間的通信

下位機與上位機之間的通信采用了PSTN網(wǎng)作為媒介，可以通過以下三種方案實現(xiàn)：第一種方案是采用專用Modem芯片，將Modem的功能直接在下位機中實現(xiàn)；第二種方案是擴展一個類似PCI或ISA的插槽，通過內(nèi)置Modem連至PSTN網(wǎng)；第三種是擴展一個標(biāo)準(zhǔn)的全雙工RS232通信接口，通過外置 Modem連至PSTN網(wǎng)。以上三種方案中，第一種方案具有成本低、便于集成化設(shè)計的優(yōu)點，但缺點是軟硬件的設(shè)計較為復(fù)雜，系統(tǒng)可靠性不高；第二種方案與內(nèi)置Modem和擴展槽的硬件設(shè)計密切相關(guān)，不利于維護和升級；第三種方案具有通用性好、可靠性高、維護方便的優(yōu)點，因此在本系統(tǒng)中采用第三種方案來實現(xiàn)下位機與上位機之間的通信。其具體實現(xiàn)電路如圖1所示：

圖1　DS80C320與Modem硬件接口圖

圖1中，8251是通用同步/異步收發(fā)器，它具有獨立的接收器和發(fā)送器，通過編程可以以單工、半雙工或全雙工的方式進行通信。同時它還提供了多個控制信號，可以方便的實現(xiàn)與Modem之間的互聯(lián)。由DS80C320的ALE、、組合產(chǎn)生2MHz脈沖作為8251的時鐘信號，同時這一脈沖經(jīng)過CD4024組成的分頻器進行64分頻后作為8251的接收、發(fā)送時鐘。8251的片選信號 與地址譯碼器74LS138的 相連，控制/數(shù)據(jù)端接地址線A0，因此，8251的控制字寄存器和狀態(tài)字寄存器的地址為BFFFH，數(shù)據(jù)緩沖地址為BFFEH。RXD和TXD完成數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，其他控制信號完成單片機與Modem之間的狀態(tài)控制和檢測：振鈴指示信號RI經(jīng)電平轉(zhuǎn)換以后接至DS80C320的外部中斷；載波檢測信號CD經(jīng)電平轉(zhuǎn)換以后接至DS80C320的P1.1。當(dāng)上位機撥號呼叫下位機時，振鈴指示信號RI產(chǎn)生振鈴，作為外部中斷源產(chǎn)生中斷，通信處理器復(fù)位P1.1輸出有效DTR信號，摘機進入應(yīng)答通信狀態(tài)。