基于MCS-51單片機和RS485串行接口實現(xiàn)在分布式安防系統(tǒng)的設(shè)計

安全防衛(wèi)系統(tǒng)應(yīng)用在許多場合，他的可靠性直接影響人們的生命財產(chǎn)安全。而不同的場合提出的防衛(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。目前的安防系統(tǒng)大多采用計算機＋微控制器的方式，這樣的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，所需的軟、硬件支持多，成本高。我們針對某倉庫安防提出的以下幾點要求，從可靠性和實用性出發(fā)，利用單片機＋RS485串口標準組成了一種分布式安防系統(tǒng)。該系統(tǒng)的要求如下：

（1）通信距離遠從站多達16個且距離較分散，各站之間相距都在km以上，最遠約有5 000 m。

（2）實時性強由于從站無人看守，主站必須每個時刻都知道從機是否在線，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，主站立刻做出相應(yīng)的反應(yīng)。

（3）抗干擾能力強主站和從站都在惡劣環(huán)境下工作，外界的各種干擾對控制系統(tǒng)，特別是通信網(wǎng)絡(luò)的影響較大。

（4）通訊接口簡單、成本低。

1系統(tǒng)多機通訊的實現(xiàn)方法

1．1通信標準

串行通訊的通信標準很多，最常用的是RS232C標準。 對于遠距離通訊來說，RS485串行接口標準是理想的選 擇。RS485的電氣標準實際上是RS422的變型，由于性能優(yōu)異、結(jié)構(gòu)簡單、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實現(xiàn)通信，因此有極強的抗共模干擾能力，接收靈敏度也相當高。同時傳輸速率和最大傳輸距離也大大提高。如果用100 kb／s時，傳輸距離可達120 m，而10 kb／s速率傳輸可達1．2 km。如果降低波特率，傳輸距離還可以進一步提高。另外RS485實現(xiàn)了多點互連，最多可達32臺驅(qū)動器和32臺接收器，非常便于多器件的連接。

1．2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

分布式集中控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓撲采用總線方式，傳送數(shù)據(jù)采用主從站的方法，中間增加若干個中繼器。各單元通訊接口均采用RS485串口標準。由于采用了單片機多機通信及總線方式，該系統(tǒng)有較高的可靠性，即使某個從站出現(xiàn)故障也不會影響其他站。

整個系統(tǒng)中，各單片機選用MCS-51系列，12MHz晶振。利用單片機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

2．1主從站硬件設(shè)計

主站是系統(tǒng)的中心，其功能是不停地按順序查詢每個從站的狀態(tài)并顯示，當從站有人請求進入時，給予響應(yīng)；當有人非正常進入或者從站線路出現(xiàn)故障時，提示報警。他由單片機最小系統(tǒng)、RS485接口和顯示部分組成，單片機采用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，進一步保證各系統(tǒng)間可靠安全地通訊。

從站主要是接受主站發(fā)來的詢問信號并給予回應(yīng)，同時有請求開門時置狀態(tài)標志以及非法進入時提示報警。其硬件構(gòu)成也是用單片機最小系統(tǒng)和一個收發(fā)器組成，其硬件結(jié)構(gòu)和主站相似，只是報警和開關(guān)電路不同。

2．2中繼器硬件設(shè)計

中繼器的設(shè)計方案有很多種，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轉(zhuǎn)換為TTL電平送入單片機，另一端將單片機輸出的TTL電平轉(zhuǎn)換為差分信號輸出。其間包括2個串并轉(zhuǎn)換的過程。其硬件設(shè)計上要注意的一點是單個晶振驅(qū)動不了2片單片機，必須外接一個時鐘驅(qū)動電路。硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計

利用單片機的串行口工作方式3來完成通信。方式3的信息幀是11位，即1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位奇偶校驗位和1位停止位。由于設(shè)計16個從站，故其中數(shù)據(jù)位的最高位未用，便于以后擴展，4～7位表示從站地址，低3位表示從站當前狀態(tài)（包括在線、正常請求開門、非法進入等）。為滿足傳輸距離，主從雙方約定波特率為8 kb／s。

3．1主從站軟件設(shè)計

系統(tǒng)采用主從式通信管理方法，由主站管理通信，從機間不直接通訊，主站既可以按一定的時間周期定期與每 臺從站依次通信，收集從站回傳的信息，也可以隨時與某從站通信。如果主站連續(xù)三次呼叫，某個從站沒有應(yīng)答，則判斷此從站出現(xiàn)故障，發(fā)出警報。

所有從站開始均復位，并處于監(jiān)聽狀態(tài)。當主站向總線上發(fā)出某一從站的地址和詢問信息時，所有從站接收到該地址，并與自己的地址比較。如果相符，說明主站在呼叫自己，發(fā)應(yīng)答信號，報告自己當前的狀態(tài)，或按命令執(zhí)行動作；否則不予理睬，繼續(xù)監(jiān)聽呼叫地址。如果從站有人請求開門，則置狀態(tài)標志等待主站下一次查尋時發(fā)往主站。從站的主程序只是查尋有無開門請求，接受數(shù)據(jù)由串口中斷完成。

3．2中繼器軟件設(shè)計

軟件設(shè)計方法是用用串口中斷和外部口INTO中斷2個中斷子程序來分別完成2個串并轉(zhuǎn)換的功能。2個單片機的程序設(shè)計完全相同。

4結(jié)語

多機系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)是單片機在現(xiàn)代工程中的主要應(yīng)用形式。盡管目前已存在校準的分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和較為完善的網(wǎng)絡(luò)標準協(xié)議，但由于其標準條款過于繁雜，價格昂貴，對一般的應(yīng)用場合缺乏實用性。

本文結(jié)合對安防系統(tǒng)的研究，提出的遠程分布式、多負載的系統(tǒng)已在現(xiàn)場通過調(diào)試并正常運行。實踐證明，該系統(tǒng)是一種結(jié)構(gòu)簡單、靈活、可靠性高的價格低廉的實用型控制系統(tǒng)，非常適用于中小型工業(yè)場合的控制，具有較高推廣應(yīng)用價值。

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