本文实现了一整套比较完整的嵌入式监控系统。介绍了整个系统的解决方案,现场控制卡的硬件设计、软件设计,以及现场控制卡与网络通讯卡之间的通信。本系统与一般监控系统相比,主要特点是现场监控设备能直接上网,而系统又利用了Ethernet作为监控信息的网络传输信道,并采用了廉价的51系列单片机作为现场监控设备的MCU,以及使用了源代码公开的μC/OS-Ⅱ实时内核最为现场监控设备的软件平台,使系统具备了较高的性价比。
本系统将采用上、下位机的方式组建监控系统。下位机工作于监控现场,采用51系列单片机控制;上位机则用于监控中心,使用一台PC机。单片机通过各种传感器,采集数据,通过以太网卡控制芯片实现的网络接口将监控数据传给异地的PC机,PC机的远程监控端接收监控信息并存储,然后进行相应处理并发出相应的报警信息。同时,PC机也可以向单片机发送指令,控制单片机的监控行为。控制命令发出去以后,负责现场控制的单片机接受命令,经过信息处理以后再执行。
对于现场监控器和现场控制器都是分别由各自的单片机来组成,现场控制器的硬件设计与现场监控器硬件设计一样,都是包含了单片机最小系统的扩展,再加上各自的功能模块。系统硬件设计主要包括两部分内容:一是单片机系统的扩展部分设计,主要是系统存储器的扩展,存储器扩展指EPROM, RAM的扩展等。二是功能模块的设计,包括通信功能模块、电机驱动模块。本系统使用的单片机为78E58B单片机。本系统的复位电路采用了电平式开关复位与上电复位,另外复位引脚还与网络通讯卡上MCU的一个I/O口连接。使用这种复位电路,当该MCU中的程序在运行过程中出现问题的时候,就可以通过网络通讯卡上的MCU使之复位,重新恢复正常工作。
本系统采用RS232最简单的全双工通信方式,只用了三根线,即串行接收RXD,串行发送TXD和接地线GND。将“串行发送”和“串行接收”交叉连接,地线直接相连,其余信号线都不用。用软件来实现通信的“握手”、空闲检测等功能。并且选用MAX232串口通信信号转换芯片来实现RS232与TTL的电平和正负逻辑电平的转换。通过MAX232的TTL和RS-232的输入/输出端口,自动的调节了单片机的TTL电平信号和RS-232的串口通信信号的电平匹配。实现现场控制卡和网络通讯卡的连接实际上就是实现两卡上单片机的互连。
光耦合器是把发光器件和光敏器件组装在一起,通过光线实现藕合,构成电-光-电的转换器件。光耦合器可用于较远距离的信号隔离传送。可以起到隔离两个系统地线的作用,是两个系统的电源相互独立,消除地电位不同所产生的影响,具有很强的抑制噪声干扰的能力。 还可以作为信号隔离转换、脉冲系统间的电平匹配、强电与弱电之间隔离、高压开关等。光耦合器的应用时系统具有较高的电气隔离和抗干扰能力。
通过并口扩展,系统采用两个8位并口分别用作数据的输入与输出,并采用一个8位并口用作联络信息的传送,该并口的高4位和低4位分别用于联络信号的输入和输出。通信采用的是查询法,通过查询联络信息的状态来指导完成整个通信过程。这些联络信息分别与系统内的三种内部通信相对应,包括配置信息的传输、控制信息的传输和环境信息的传输。
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