基于單片機的試驗站遠程監(jiān)控系統(tǒng)網(wǎng)絡接口

　　遠程監(jiān)控系統(tǒng)廣泛應用于工業(yè)遠程監(jiān)控、智能樓宇、安防監(jiān)控和網(wǎng)絡家電等方面，通過遠程監(jiān)控，技術(shù)人員無須親臨現(xiàn)場就可以方便控制和掌握儀器、設備的運行狀態(tài)及各種參數(shù)，方便地利用本地豐富的軟硬件資源對遠程對象進行過程控制。

　　由于試驗數(shù)據(jù)在導線傳輸過程中容易受到電磁干擾和產(chǎn)生衰減，特別是處于運動狀態(tài)的設備或被隔離區(qū)域內(nèi)設備的數(shù)據(jù)測量，敷設信號傳輸線將十分不便，而且安裝與維護比較麻煩。針對這種情況，我們設計了一種新型的無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡接口方案，可以克服傳統(tǒng)有線數(shù)據(jù)傳輸存在的弊端。

　　方案選擇

　　1 遠程監(jiān)控系統(tǒng)信號傳輸?shù)幕疽?/STRONG>

　　大型的試驗站多為自動測試系統(tǒng)，其試驗參數(shù)由各種變送器、變換器及測量儀器等測量所得。有些數(shù)據(jù)需要現(xiàn)場監(jiān)控，但大多數(shù)測量數(shù)據(jù)需要傳輸?shù)皆囼為g，由試驗人員監(jiān)控并處理、分析波形、繪制特性曲線并生成報表?？傮w來說，信號傳輸有如下幾種要求。

　　● 傳輸數(shù)據(jù)通道及精度滿足試驗標準要求。

　　● 傳輸響應速度快。

　　● 運行穩(wěn)定可靠性高。

　　● 可實現(xiàn)網(wǎng)絡信息化管理。

　　2 現(xiàn)狀分析及方案確定

　　基于以上要求，國內(nèi)外目前可采用的無線傳輸方式有以下幾種方案。

　　● 數(shù)傳電臺遠程監(jiān)控方案：它可采用編碼方式完成軟擴頻或是硬件擴頻以滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?，但系統(tǒng)造價比較昂貴；數(shù)據(jù)傳輸可靠性低；維護困難。

　　● 基于CDPD網(wǎng)絡的遠程監(jiān)控方案：在簡易再開發(fā)應用中，產(chǎn)品硬件部份造價太高；覆蓋范圍太小，無法應用于試驗站可能存在的偏僻地帶。

　　● 基于GSM-SMS模塊無線數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)方案：具備網(wǎng)絡覆蓋面廣、用戶綜合投資小、運營費用少，數(shù)據(jù)傳輸安全可靠等諸多優(yōu)點，對于解決監(jiān)控采集點分散、覆蓋面廣、監(jiān)控點移動、實時性要求較低的監(jiān)控采集系統(tǒng)具有無可比擬的優(yōu)勢，但受到公網(wǎng)業(yè)務開通狀況及信號覆蓋范圍的影響較大，受系統(tǒng)及網(wǎng)絡運行情況影響，不可控因素較大。

　　我們提出一種基于無線數(shù)據(jù)傳輸和以太網(wǎng)絡相結(jié)合的監(jiān)控系統(tǒng)單片機網(wǎng)絡接口，把監(jiān)控系統(tǒng)中的智能控制單元擴展到網(wǎng)絡上，嵌入TCP/IP協(xié)議的單片機數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，使試驗人員可以通過網(wǎng)絡主機或因特網(wǎng)了解并控制遠程設備。在TCP/IP協(xié)議和STC89C5x系列單片機及C51開發(fā)環(huán)境的基礎上進行系統(tǒng)、程序構(gòu)架的設計，利用TCP/IP協(xié)議中的TCP、IP及簡單的應用層協(xié)議實現(xiàn)單片機之間以及單片機和上位機之間的網(wǎng)絡互連。這樣既提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?，又保證了傳輸?shù)恼_性，同時還擴展了數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行ё饔冒霃健?/P>

　　網(wǎng)絡接口的構(gòu)成

　　無線傳輸系統(tǒng)網(wǎng)絡接口的控制器采用8位單片機+精簡TCP/IP協(xié)議棧方案?？傮w方案結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　圖1 無線傳輸系統(tǒng)網(wǎng)絡接口的總體方案

　　儀器儀表或控制設備經(jīng)過RS232/RS485接口連接無線傳輸模塊，發(fā)射與接收數(shù)據(jù)。無線傳輸?shù)牧硪欢私?jīng)過TTL連接單片機，單片機再通過8位數(shù)據(jù)總線連接RTL8019AS，網(wǎng)絡控制器用RJ45接口與以太網(wǎng)連接。通過無線傳輸和以太網(wǎng)，儀器儀表或控制設備和遠程監(jiān)控主機或Internet建立了網(wǎng)絡連接，利用遠程主機上的監(jiān)控軟件可以讀取儀器儀表的數(shù)據(jù)，了解控制設備的工作狀態(tài)，根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)進行分析并對現(xiàn)場設備進行控制。

　　系統(tǒng)組成

　　在工業(yè)測控系統(tǒng)中，多種儀器儀表測量的現(xiàn)場數(shù)據(jù)通過無線傳輸裝置無線發(fā)送，在監(jiān)控主機（PC）端通過無線傳輸裝置無線接收數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行記錄、分析、存儲，實現(xiàn)信息化管理。

　　處于儀器儀表端的無線傳輸裝置接收的是PC發(fā)送過來的命令數(shù)據(jù)幀，無線發(fā)送的是從儀器儀表上讀取到的電量和非電量數(shù)據(jù)。處于監(jiān)控主機端的無線傳輸裝置接收的是儀器儀表端發(fā)送過來的數(shù)據(jù)或參數(shù)，而發(fā)送的是讀取數(shù)據(jù)、參數(shù)或?qū)憛?shù)命令。

　　1 硬件接口電路設計

　　網(wǎng)絡接口的設計采用STC89C52RC來控制以太網(wǎng)芯片RTL8019AS進行數(shù)據(jù)的傳輸。

　　① RTL8019AS的工作方式

　　RTL8019AS支持三種工作方式：第一種為跳線方式，I/O基址和中斷由跳線決定；第二種為即插即用方式，由軟件自動配置相應的參數(shù)；第三種為免跳線方式，I/O和中斷由外接的93C46的內(nèi)容決定。

　　RTL8019AS采用哪種工作方式由第65腳JP決定，JP是輸入引腳，當它為低電平時(其他引腳也是這樣，懸空的輸入引腳的電平為低電平，里面有一個100kΩ的下拉電阻)，RTL8019AS工作在第二種和第三種方式下，需要使用93C46芯片；當JP接高電平(接到Vcc或通過一個10kΩ的電阻上拉)，RTL8019AS工作在第一種方式下，不需要使用93C46。通常使用的計算機一般采用即插即用方式和免跳線方式，但本設計的外設不經(jīng)常插拔，所以不支持即插即用的功能，也未使用93C46存儲以太網(wǎng)控制器參數(shù)(由微處理器初始化時設定)，而是采用易于控制的跳線方式。這時芯片的地址由85，84，82，81(IOS3...IOS0)幾個引腳決定，如表1所示。

　　表1 I/O基址的選擇

　　在本系統(tǒng)中將IS03...IS00設置為0000，對應的I/O Base為300H。

　?、?RTL8019AS的網(wǎng)絡接口方式

　　RTL8019AS的網(wǎng)絡接口類型由PL0，PL1引腳決定，如表2所示。

　　表2 網(wǎng)絡媒介選擇

　　在本設計中采用PL1=0，PL0=0，即第一種自動檢測方式，RTL8019AS會自動檢測媒介是同軸電纜還是雙絞線。

　　RTL8019AS與以太網(wǎng)的接口采用無屏蔽雙絞線RJ45接口，中間需要接一個網(wǎng)絡隔離變壓器，也稱為發(fā)送/接收濾波器，用來把信號變成平衡信號傳輸，防止電涌，以減少共模干擾，提高傳輸效率。

　　本設計中使用的隔離變壓器是GROUP TEK的20F001N。在具體的連接中信號地線要通過一個10nF的電容接到電源地上，在20F001N的輸出口上必須加上一個200Ω的電阻來抑止輸入8019AS的電壓大小，這也是一種保護措施。