整个系统中,各单片机选用MCS-51系列,12MHz晶振。利用单片机自身的半双工异步串行接口,并外配合适的通讯接口芯片及采用通信总线形式,构成半双工异步串行通信网络。
2 系统硬件设计
2.1 主从站硬件设计
主站是系统的中心,其功能是不停地按顺序查询每个从站的状态并显示,当从站有人请求进入时,给予响应;当有人非正常进入或者从站线路出现故障时,提示报警。他由单片机系统、RS485接口和显示部分组成,单片机采用AT89C51,接口芯片采用SN75LBC184,这是具有瞬变高压抑制功能的芯片,能抗雷击、静电放电、避免瞬时交流电故障引起的非正常高压脉冲冲击。显示部分包括键盘输入和LED电子显示屏。结构框图如图2所示,根据需要还可加上光电隔离耦合电路,进一步保证各系统间可靠安全地通讯。
从站主要是接受主站发来的询问信号并给予回应,同时有请求开门时置状态标志以及非法进入时提示报警。其硬件构成也是用单片机系统和一个收发器组成,其硬件结构和主站相似,只是报警和开关电路不同。
2.2 中继器硬件设计
中继器的设计方案有很多种,本系统采用的是2片AT89C51和2片SN75LBC184。他的一端将接收到的差分信号转换为TTL电平送入单片机,另一端将单片机输出的TTL电平转换为差分信号输出。其间包括2个串并转换的过程。其硬件设计上要注意的一点是单个晶振驱动不了2片单片机,必须外接一个时钟驱动电路。硬件结构如图3所示。
3 系统软件设计
利用单片机的串行口工作方式3来完成通信。方式3的信息帧是11位,即1位起始位、8位数据位、1位奇偶校验位和1位停止位。由于设计16个从站,故其中数据位的位未用,便于以后扩展,4~7位表示从站地址,低3位表示从站当前状态(包括在线、正常请求开门、非法进入等)。为满足传输距离,主从双方约定波特率为8 kb/s。
3.1 主从站软件设计
系统采用主从式通信管理方法,由主站管理通信,从机间不直接通讯,主站既可以按一定的时间周期定期与每 台从站依次通信,收集从站回传的信息,也可以随时与某从站通信。如果主站连续三次呼叫,某个从站没有应答,则判断此从站出现故障,发出警报。
所有从站开始均复位,并处于监听状态。当主站向总线上发出某一从站的地址和询问信息时,所有从站接收到该地址,并与自己的地址比较。如果相符,说明主站在呼叫自己,发应答信号,自己当前的状态,或按命令执行动作;否则不予理睬,继续监听呼叫地址。如果从站有人请求开门,则置状态标志等待主站下查寻时发往主站。从站的主程序只是查寻有无开门请求,接受数据由串口中断完成。
3.2 中继器软件设计
软件设计方法是用用串口中断和外部口INTO中断2个中断子程序来分别完成2个串并转换的功能。2个单片机的程序设计完全相同。
4 结 语
多机系统与网络是单片机在现代工程中的主要应用形式。尽管目前已存在校准的分布式网络系统和较为完善 的网络标准协议,但由于其标准条款过于繁杂,价格昂贵,对一般的应用场合缺乏实用性。
本文结合对安防系统的研究,提出的远程分布式、多负载的系统已在现场通过调试并正常运行。实践证明,该系统是一种结构简单、灵活、可靠性高的价格低廉的实用型控制系统,非常适用于中小型工业场合的控制,具有较高推广应用价值。
[1]. RS485 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/RS485_585289.html.
[2]. MCS-51 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/MCS-51_477840.html.
[3]. AT89C51 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/AT89C51_810155.html.
[4]. SN75LBC184 datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/SN75LBC184_1044765.html.
[5]. TTL datasheet https://www.dzsc.com/datasheet/TTL_1174409.html.
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