羅文平 王子旭　　摘　要：提出了一種在分布式單片機(jī)控制系統(tǒng)中，多機(jī)間進(jìn)行高性能串行通信的方案。采用rs485串行接口標(biāo)準(zhǔn)及兩級(jí)單片機(jī)主從式結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了成本低、傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)的通信。此設(shè)計(jì)方案在遠(yuǎn)程分布式安全防衛(wèi)系統(tǒng)中得到很好的應(yīng)用。
　　關(guān)鍵詞：分布控制系統(tǒng)；rs485網(wǎng)絡(luò)；多機(jī)通信；單片機(jī)

　　安全防衛(wèi)系統(tǒng)應(yīng)用在許多場(chǎng)合，他的可靠性直接影響人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。而不同的場(chǎng)合提出的防衛(wèi)要求又各不相同，故安防系統(tǒng)的組成形式呈現(xiàn)多樣化的趨勢(shì)。目前的安防系統(tǒng)大多采用計(jì)算機(jī)＋微控制器的方式，這樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所需的軟、硬件支持多，成本高。我們針對(duì)某倉(cāng)庫(kù)安防提出的以下幾點(diǎn)要求，從可靠性和實(shí)用性出發(fā)，利用單片機(jī)＋rs485串口標(biāo)準(zhǔn)組成了一種分布式安防系統(tǒng)。該系統(tǒng)的要求如下：
　　（1）通信距離遠(yuǎn)　從站多達(dá)16個(gè)且距離較分散，各站之間相距都在km以上，最遠(yuǎn)約有5 000 m。
　?。?）實(shí)時(shí)性強(qiáng)　由于從站無(wú)人看守，主站必須每個(gè)時(shí)刻都知道從機(jī)是否在線，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，主站立刻做出相應(yīng)的反應(yīng)。
　?。?）抗干擾能力強(qiáng)　主站和從站都在惡劣環(huán)境下工作，外界的各種干擾對(duì)控制系統(tǒng)，特別是通信網(wǎng)絡(luò)的影響較大。
　?。?）通訊接口簡(jiǎn)單、成本低。

1　系統(tǒng)多機(jī)通訊的實(shí)現(xiàn)方法
1．1　通信標(biāo)準(zhǔn)
　　串行通訊的通信標(biāo)準(zhǔn)很多，最常用的是rs232c標(biāo)準(zhǔn)。 對(duì)于遠(yuǎn)距離通訊來(lái)說(shuō)，rs485串行接口標(biāo)準(zhǔn)是理想的選 擇。rs485的電氣標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際上是rs422的變型，由于性能優(yōu)異、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、組網(wǎng)容易而得到廣泛的應(yīng)用。他采用的是平衡發(fā)送和差分接收方式來(lái)實(shí)現(xiàn)通信，因此有極強(qiáng)的抗共模干擾能力，接收靈敏度也相當(dāng)高。同時(shí)傳輸速率和最大傳輸距離也大大提高。如果用100 kb／s時(shí)，傳輸距離可達(dá)120 m，而10 kb／s速率傳輸可達(dá)1．2 km。如果降低波特率，傳輸距離還可以進(jìn)一步提高。另外rs485實(shí)現(xiàn)了多點(diǎn)互連，最多可達(dá)32臺(tái)驅(qū)動(dòng)器和32臺(tái)接收器，非常便于多器件的連接［2］。
1．2　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
　　分布式集中控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳捎每偩€方式，傳送數(shù)據(jù)采用主從站的方法，中間增加若干個(gè)中繼器。各單元通訊接口均采用rs485串口標(biāo)準(zhǔn)。由于采用了單片機(jī)多機(jī)通信及總線方式，該系統(tǒng)有較高的可靠性，即使某個(gè)從站出現(xiàn)故障也不會(huì)影響其他站。 整個(gè)系統(tǒng)中，各單片機(jī)選用mcs-51系列，12mhz晶振。利用單片機(jī)自身的半雙工異步串行接口，并外配合適的通訊接口芯片及采用通信總線形式，構(gòu)成半雙工異步串行通信網(wǎng)絡(luò)。

2　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2．1　主從站硬件設(shè)計(jì)
　　主站是系統(tǒng)的中心，其功能是不停地按順序查詢每個(gè)從站的狀態(tài)并顯示，當(dāng)從站有人請(qǐng)求進(jìn)入時(shí)，給予響應(yīng)；當(dāng)有人非正常進(jìn)入或者從站線路出現(xiàn)故障時(shí)，提示報(bào)警。他由單片機(jī)最小系統(tǒng)、rs485接口和顯示部分組成，單片機(jī)采用at89c51，接口芯片采用sn75lbc184，這是具有瞬變高壓抑制功能的芯片，能抗雷擊、靜電放電、避免瞬時(shí)交流電故障引起的非正常高壓脈沖沖擊。顯示部分包括鍵盤(pán)輸入和led電子顯示屏。結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示，根據(jù)需要還可加上光電隔離耦合電路，進(jìn)一步保證各系統(tǒng)間可靠安全地通訊?！　恼局饕墙邮苤髡景l(fā)來(lái)的詢問(wèn)信號(hào)并給予回應(yīng)，同時(shí)有請(qǐng)求開(kāi)門(mén)時(shí)置狀態(tài)標(biāo)志以及非法進(jìn)入時(shí)提示報(bào)警。其硬件構(gòu)成也是用單片機(jī)最小系統(tǒng)和一個(gè)收發(fā)器組成，其硬件結(jié)構(gòu)和主站相似，只是報(bào)警和開(kāi)關(guān)電路不同。
2．2　中繼器硬件設(shè)計(jì)
　　中繼器的設(shè)計(jì)方案有很多種，本系統(tǒng)采用的是2片at89c51和2片sn75lbc184。他的一端將接收到的差分信號(hào)轉(zhuǎn)換為ttl電平送入單片機(jī)，另一端將單片機(jī)輸出的ttl電平轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)輸出。其間包括2個(gè)串并轉(zhuǎn)換的過(guò)程。其硬件設(shè)計(jì)上要注意的一點(diǎn)是單個(gè)晶振驅(qū)動(dòng)不了2片單片機(jī)，必須外接一個(gè)時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)電路。硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。

3　系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
　　利用單片機(jī)的串行口工作方式3來(lái)完成通信。方式3的信息幀是11位，即1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位奇偶校驗(yàn)位和1位停止位。由于設(shè)計(jì)16個(gè)從站，故其中數(shù)據(jù)位的最高位未用，便于以后擴(kuò)展，4～7位表示從站地址，低3位表示從站當(dāng)前狀態(tài)（包括在線、正常請(qǐng)求開(kāi)門(mén)、非法進(jìn)