基于單片機的試驗站遠程監控系統網(wǎng)絡(luò )接口

　　遠程監控系統廣泛應用于工業(yè)遠程監控、智能樓宇、安防監控和網(wǎng)絡(luò )家電等方面，通過(guò)遠程監控，技術(shù)人員無(wú)須親臨現場(chǎng)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，方便地利用本地豐富的軟硬件資源對遠程對象進(jìn)行過(guò)程控制。

　　由于試驗數據在導線(xiàn)傳輸過(guò)程中容易受到電磁干擾和產(chǎn)生衰減，特別是處于運動(dòng)狀態(tài)的設備或被隔離區域內設備的數據測量，敷設信號傳輸線(xiàn)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(wú)線(xiàn)數據傳輸網(wǎng)絡(luò )接口方案，可以克服傳統有線(xiàn)數據傳輸存在的弊端。

　　方案選擇

　　1 遠程監控系統信號傳輸的基本要求

　　大型的試驗站多為自動(dòng)測試系統，其試驗參數由各種變送器、變換器及測量?jì)x器等測量所得。有些數據需要現場(chǎng)監控，但大多數測量數據需要傳輸到試驗間，由試驗人員監控并處理、分析波形、繪制特性曲線(xiàn)并生成報表?？傮w來(lái)說(shuō)，信號傳輸有如下幾種要求。

　　● 傳輸數據通道及精度滿(mǎn)足試驗標準要求。

　　● 傳輸響應速度快。

　　● 運行穩定可靠性高。

　　● 可實(shí)現網(wǎng)絡(luò )信息化管理。

　　2 現狀分析及方案確定

　　基于以上要求，國內外目前可采用的無(wú)線(xiàn)傳輸方式有以下幾種方案。

　　● 數傳電臺遠程監控方案：它可采用編碼方式完成軟擴頻或是硬件擴頻以滿(mǎn)足數據傳輸的要求，但系統造價(jià)比較昂貴；數據傳輸可靠性低；維護困難。

　　● 基于CDPD網(wǎng)絡(luò )的遠程監控方案：在簡(jiǎn)易再開(kāi)發(fā)應用中，產(chǎn)品硬件部份造價(jià)太高；覆蓋范圍太小，無(wú)法應用于試驗站可能存在的偏僻地帶。

　　● 基于GSM-SMS模塊無(wú)線(xiàn)數據監測系統方案：具備網(wǎng)絡(luò )覆蓋面廣、用戶(hù)綜合投資小、運營(yíng)費用少，數據傳輸安全可靠等諸多優(yōu)點(diǎn)，對于解決監控采集點(diǎn)分散、覆蓋面廣、監控點(diǎn)移動(dòng)、實(shí)時(shí)性要求較低的監控采集系統具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢，但受到公網(wǎng)業(yè)務(wù)開(kāi)通狀況及信號覆蓋范圍的影響較大，受系統及網(wǎng)絡(luò )運行情況影響，不可控因素較大。

　　我們提出一種基于無(wú)線(xiàn)數據傳輸和以太網(wǎng)絡(luò )相結合的監控系統單片機網(wǎng)絡(luò )接口，把監控系統中的智能控制單元擴展到網(wǎng)絡(luò )上，嵌入TCP/IP協(xié)議的單片機數據通信系統，使試驗人員可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )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(kāi)發(fā)環(huán)境的基礎上進(jìn)行系統、程序構架的設計，利用TCP/IP協(xié)議中的TCP、IP及簡(jiǎn)單的應用層協(xié)議實(shí)現單片機之間以及單片機和上位機之間的網(wǎng)絡(luò )互連。這樣既提高了數據傳輸的速度，又保證了傳輸的正確性，同時(shí)還擴展了數據傳輸的有效作用半徑。

　　網(wǎng)絡(luò )接口的構成

　　無(wú)線(xiàn)傳輸系統網(wǎng)絡(luò )接口的控制器采用8位單片機+精簡(jiǎn)TCP/IP協(xié)議棧方案?？傮w方案結構如圖1所示。

　　圖1 無(wú)線(xiàn)傳輸系統網(wǎng)絡(luò )接口的總體方案

　　儀器儀表或控制設備經(jīng)過(guò)RS232/RS485接口連接無(wú)線(xiàn)傳輸模塊，發(fā)射與接收數據。無(wú)線(xiàn)傳輸的另一端經(jīng)過(guò)TTL連接單片機，單片機再通過(guò)8位數據總線(xiàn)連接RTL8019AS，網(wǎng)絡(luò )控制器用RJ45接口與以太網(wǎng)連接。通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸和以太網(wǎng)，儀器儀表或控制設備和遠程監控主機或Internet建立了網(wǎng)絡(luò )連接，利用遠程主機上的監控軟件可以讀取儀器儀表的數據，了解控制設備的工作狀態(tài)，根據采集到的數據進(jìn)行分析并對現場(chǎng)設備進(jìn)行控制。

　　系統組成

　　在工業(yè)測控系統中，多種儀器儀表測量的現場(chǎng)數據通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸裝置無(wú)線(xiàn)發(fā)送，在監控主機（PC）端通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸裝置無(wú)線(xiàn)接收數據，并對數據進(jìn)行記錄、分析、存儲，實(shí)現信息化管理。

　　處于儀器儀表端的無(wú)線(xiàn)傳輸裝置接收的是PC發(fā)送過(guò)來(lái)的命令數據幀，無(wú)線(xiàn)發(fā)送的是從儀器儀表上讀取到的電量和非電量數據。處于監控主機端的無(wú)線(xiàn)傳輸裝置接收的是儀器儀表端發(fā)送過(guò)來(lái)的數據或參數，而發(fā)送的是讀取數據、參數或寫(xiě)參數命令。

　　1 硬件接口電路設計

　　網(wǎng)絡(luò )接口的設計采用STC89C52RC來(lái)控制以太網(wǎng)芯片RTL8019AS進(jìn)行數據的傳輸。

　?、?RTL8019AS的工作方式

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

　　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(shí)(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(gè)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(guò)一個(gè)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(xiàn)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(由微處理器初始化時(shí)設定)，而是采用易于控制的跳線(xiàn)方式。這時(shí)芯片的地址由85，84，82，81(IOS3...IOS0)幾個(gè)引腳決定，如表1所示。

　　表1 I/O基址的選擇

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

　?、?RTL8019AS的網(wǎng)絡(luò )接口方式

　　RTL8019AS的網(wǎng)絡(luò )接口類(lèi)型由PL0，PL1引腳決定，如表2所示。

　　表2 網(wǎng)絡(luò )媒介選擇

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

　　RTL8019AS與以太網(wǎng)的接口采用無(wú)屏蔽雙絞線(xiàn)RJ45接口，中間需要接一個(gè)網(wǎng)絡(luò )隔離變壓器，也稱(chēng)為發(fā)送/接收濾波器，用來(lái)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(xiàn)要通過(guò)一個(gè)10nF的電容接到電源地上，在20F001N的輸出口上必須加上一個(gè)200Ω的電阻來(lái)抑止輸入8019AS的電壓大小，這也是一種保護措施。