基于AT89S8252排污远程监测系统

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随着微电子技术和通信技术的发展，远程监测和远程控制得到了广泛应用，工业废气的排放是否达到国家环保局的要求，需要实施远程监测和控制系统，系统采用上、下位拓扑结构，通信采用物理链路PSTN形式来实现远程监测、检测。1 系统设计方案系统采用上、下位主从结构设计，上位机为主叫方。下位机为被叫方上位机以定时巡检或随机抽检两种方式远程获取各下位机(子站)采集到的空气质量数据，根据国家环保总局有关空气质量监测的要求编制周报，日报等。下位机(即子站)分布在城市的各检测点，负责采集空气质量数据，主要是二氧化硫(SO2)，二氧化氮(NO2)含量，具有自检、自动稳零等功能，自动应答上位机呼叫并上传数据。2 远程监测系统下位机的硬件设计系统硬件设计的关键是基于PSTN通信接口电路，模拟信号采样电路及满足无人职守要求的下位机控制电路。2.1 下位机的硬件设计按照功能规划和系统设计要求，确定本系统的硬件框架，如图1所示。2.2 CPU模块设计基于AT89S8252微处理器的CPU模块电路如图2所示。为了适应LCD液晶模块的接口要求，在P0数据地址复用总线口上扩展了U3(74HC373)作为低8位地址锁存器，产生LCD模块读写所需驱动信号的输入信号A0，A1。图2中LCDIN为液晶模块地址选择口线。系统采用MAX813L实现复位需要，由S1实现手动复位(主要用于调试期间的复位)。由此实现的复位电路具有电源电压监视能力，即当电源电压低于4.65 V时产生高电平复位信号；同时也具有上电复位能力。由于AT89S8252内部含WDT，并且不需要额外的喂狗信号，从减少口线占用考虑，放弃使用MAX813L内含的Wtd。在图2中，CZ2为四路开关量输入口，CZ8为功能扩展预留口。从图中可知，系统的主频为6 MHz，一方面保证满足系统对时间的要求，同时也考虑了可靠性的要求，即适当降低速度以提高抗干扰能力。图中，ADSCK，ADIO及ADRDY为模数转换接口信号；MODEM作为MODEM电源控制信号；LED为系统指示灯控制信号。 2.3 人机界面设计 本系统中人机界面主要是显示界面，因为是远程控制系统，因此下位机没有设计按键按钮电路。显示界面采用HD44780兼容的16×2液晶显示模块。具体接口电路如图3所示。接口设计，由LCDIN，WR和RD组合产生液晶模块的使能信号E(即图中的LCD信号)，A0为读写选择信号(R／W)，A1为寄存器选择信号(RS)。2.4 MODEM通信接口设计远程控制系统的关键模块是通信模块，PSTN远程系统的关键是调制解调器(MODEM)通信接口模块。本系统的MODEM接口设计如图4所示。MAX232作为TTL-RS 232电平转换芯片，是微处理器与MODEM之间的接口电路，51系列微处理器虽然有串行输入／输出口，但不具有RTS，CTS，Dtr等标准接口握手信号线，考虑到下位机与上位机的通信量一般并不大，所有在连接时采用了简单的“三线式”，即只通过TXD，RXD和底线GND进行连接，同时对其他信号做以下处理：(1)7(RTS)，8(CTS)，1(CD)等三信号短接；(2)6(DSR)、4(Dtr)等两信号短接。从图中可知，RS 232的接线端与连MODEM的Db9(即图中CZ2)的第二脚(接收端)相连，发送端与Db9的第三脚(发送脚)相连，通过软件的设置与处理，实现“三线式”远程通信。在接口电路设计中，引入了MODEM电源控制电路，即下位机每次响应呼叫并正确发送数据后，由看门狗自动实施下位机系统整体复位，对MODEM的复位命令是通过电源的上电来实现的，因为MODEM可能无法响应微处理器传来的复位命令。对应电源的开、关控制，可以采用对阴、阳极同时实施开关控制。前提是必须选用双刀双掷继电器，由于调整解调器的供电功率一般在9 W以下，因此采用OMRON G5V-2小型继电器。该继电器可靠性高，负载能力为2 A／30 V (DC)，工作电压为5 V，与5 V微处理器系统接口简单。
                          
                       
                          
                                3 远程监测系统下位机的软件设计基于“三线式”的MODEM通信接口程序，关键是软件握手信号的处理；模拟／数字转换接口程序，关键是AD7705的初始化和双通道的切换；主模块框架的构建，关键是微处理器资源的合理分配和使用；适应无人职守的系统可靠性设计，关键是软硬件看门狗的应用。3.1 下位机的软件框架整个下位机系统的软件框架如图5所示。在图5中，主模块、通信模块、A／D转换模块及显示模块为独立模块，主模块为核心，管理其他3个子模块，这4个模块均为实模块；而软件与硬件看门狗模块为虚模块，它以适当的形式和适当的时机存在于主模块和MODEM通信模块中，其作用就是监视系统的运行状态，以防通信死锁等意外情况导致下位机瘫痪，实现下位机在软故障条件下的自恢复。3.2 软件主模块设计软件中主模块是管理模块，设计的考虑因素有：(1)系统资源的合理使用，例如中断资源、内部存储器和寄存器资源；(2)在实现功能的前提下，保证程序的简化和优化，减少调试工作量。主模块首先考虑的是A／D转换和通信之间的关系问题，其次是各模块的层次问题，最后是看门狗在各模块中的嵌入问题。主模块的流程图如图6所示。4 结语随着当前信息时代的飞速发展及新型单片机技术在控制领域的发展和应用的拓宽。远程监测在工业管理也得到了实际应用，本系统设计研究提供了一种监控应用系统，并将其应用到地区之间的管理系统中，实现了监测的数据共享，为环保部门提供一种新型，可视化，高效的远程监测与管理系统。