AVR單片機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

眾所周知，安全是電力企業(yè)一個(gè)永恒的主題，而安全工器具的好壞，將直接影響著電力企業(yè)在生產(chǎn)過程中的人身和設(shè)備安全。筆者提出了一種基于AVR單片機(jī)的安全工器具監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，主要是對安全工器具的離就位狀態(tài)信息、有效使用期限和安全工器具柜內(nèi)的溫濕度狀況等進(jìn)行監(jiān)控，可以根據(jù)實(shí)現(xiàn)安全工器具柜內(nèi)溫濕度的自動(dòng)調(diào)節(jié)，能夠自動(dòng)記錄安全工器具的相關(guān)信息。本文首先闡述了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，然后詳細(xì)論述了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)。

1 安全工器具監(jiān)控系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

1．1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

本文所設(shè)計(jì)的安全工器具監(jiān)控系統(tǒng)主要分為下位機(jī)數(shù)據(jù)采集和上位機(jī)數(shù)據(jù)管理兩個(gè)部分，兩者之間通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。

系統(tǒng)首先通過數(shù)據(jù)采集板對安全工器具柜的相關(guān)量進(jìn)行采集，然后將采集得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理后經(jīng)串口服務(wù)器傳遞給上位機(jī)管理系統(tǒng)，上位機(jī)獲得數(shù)據(jù)后進(jìn)行相應(yīng)處理。

每個(gè)安全工器具柜都需要40個(gè)數(shù)據(jù)采集端口來采集安全工器具的離就位狀態(tài)信息。當(dāng)安全工器具的離就位狀態(tài)發(fā)生改變時(shí)，數(shù)據(jù)采集板就將采集到這一信息，然后傳遞給上位機(jī)管理系統(tǒng)進(jìn)行處理。當(dāng)柜內(nèi)的溫濕度沒有到達(dá)設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，系統(tǒng)便控制加熱除濕裝置工作，從而調(diào)節(jié)柜內(nèi)的溫濕度狀況。當(dāng)上位機(jī)管理系統(tǒng)接收到下位機(jī)傳遞過來的數(shù)據(jù)后，便開始作相應(yīng)的處理：將安全工器具的離就位狀態(tài)信息進(jìn)行備份，以便于進(jìn)行歷史查詢；將安全工器具的使用狀況、有效使用期限和柜內(nèi)溫濕度狀況等信息實(shí)時(shí)顯示在用戶界面，以便于工作人員對系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控。

1．2 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)所實(shí)現(xiàn)的主要功能有：

1）實(shí)時(shí)監(jiān)控安全工器具的離就位狀態(tài)。

2）實(shí)時(shí)監(jiān)控安全工器具柜內(nèi)的溫濕度狀況。

3）實(shí)時(shí)監(jiān)控安全工器具的有效使用期限。

2 安全工器具監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件部分的主要功能就是實(shí)現(xiàn)對安全工器具的離就位狀態(tài)、柜內(nèi)溫濕度的檢測，以及實(shí)現(xiàn)對加熱和除濕裝置的自動(dòng)控制，并且將相關(guān)信息實(shí)時(shí)顯示在液晶顯示器上。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

系統(tǒng)選用AVR系列單片機(jī)的ATmega128-16AC作為主控制器、ATmega8-16AC作為數(shù)據(jù)采集控制器。AVR單片機(jī)是一種增強(qiáng)型內(nèi)置Flash的RISC精簡指令集高速8位單片機(jī)，它內(nèi)部采用哈佛結(jié)構(gòu)，時(shí)鐘速度可達(dá)到16 MHz。

主控板需要控制4個(gè)數(shù)據(jù)采集板，作用于同一個(gè)安全工器具柜。采用紅外線反射式檢測方法來對安全工器具離就位狀態(tài)的進(jìn)行檢測，當(dāng)安全工器具被借出或歸還時(shí)，紅外反射裝置所反饋的電平就會(huì)發(fā)生變換，我們就通過檢測該電平來判斷安全工器具的就位與離位。主控板通過RS-485接口以輪詢的方式來獲取數(shù)據(jù)采集板獲得的數(shù)據(jù)。

主控板接收到采集數(shù)據(jù)后便作相應(yīng)的處理：將安全工器具離就位的具體信息顯示在液晶顯示器上，以便于工作人員實(shí)時(shí)了解安全工器具的使用狀況；將安全工器具的離就位狀態(tài)信息傳遞給上位機(jī)管理系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)處理。

3 安全工器具監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

安全工器具監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要包括下位機(jī)與上位機(jī)之間的通信協(xié)議設(shè)計(jì)、下位機(jī)程序設(shè)計(jì)和上位機(jī)程序設(shè)計(jì)等3個(gè)部分。

3．1 下位機(jī)程序設(shè)計(jì)

下位機(jī)主要完成對安全工器具離就位狀態(tài)信息的采集與顯示、對安全工器具柜內(nèi)溫濕度的采集與調(diào)節(jié)，并將安全工器具離就位狀態(tài)等相關(guān)信息發(fā)送給上位機(jī)管理系統(tǒng)進(jìn)行處理。

1）下位機(jī)主控程序設(shè)計(jì)

只有當(dāng)上位機(jī)管理系統(tǒng)需要時(shí)，安全工器具的有效使用期限和柜內(nèi)的溫濕度信息才會(huì)發(fā)送給上位機(jī)管理系統(tǒng)。整個(gè)下位機(jī)的主控程序流程圖如圖2所示。

2）下位機(jī)采集數(shù)據(jù)處理程序設(shè)計(jì)

下位機(jī)數(shù)據(jù)采集的時(shí)間間隔由定時(shí)器控制，數(shù)據(jù)采集命令由下位機(jī)主控板通過RS-485的方式發(fā)送給數(shù)據(jù)采集板，采集數(shù)據(jù)同樣以RS-485的方式回傳給主控板進(jìn)行處理。

主控板對安全工器具離就位狀態(tài)信息的處理過程如圖3所示。

3．2 上位機(jī)程序設(shè)計(jì)

上位機(jī)管理系統(tǒng)的主要功能就是實(shí)現(xiàn)對下位機(jī)傳遞過來的數(shù)據(jù)的處理：將安全工器具的離就位狀態(tài)信息以用戶界面的形式顯示給用戶，以便工作人員及時(shí)了解工器具的使用情況，并將相關(guān)工器具的離就位狀態(tài)信息進(jìn)行保存，以便用戶進(jìn)行歷史。

上位機(jī)處理數(shù)據(jù)的流程如圖4所示，采用事件觸發(fā)的方式來處理下位機(jī)傳遞上來的數(shù)據(jù)，當(dāng)有數(shù)據(jù)傳遞上來時(shí)，便進(jìn)入數(shù)據(jù)處理流程：首先判斷數(shù)據(jù)的起始符和校驗(yàn)碼是否都正確，只有當(dāng)兩者都正確時(shí)才會(huì)對數(shù)據(jù)包進(jìn)行下一步的處理，否則結(jié)束數(shù)據(jù)處理的整個(gè)流程，等待新數(shù)據(jù)的到來；然后判斷數(shù)據(jù)中的操作指令，當(dāng)數(shù)據(jù)信息與需要的信息不相符時(shí)，便結(jié)束整個(gè)數(shù)據(jù)處理流程，等待新數(shù)據(jù)的到來；然后根據(jù)不同的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行對應(yīng)的處理；數(shù)據(jù)處理完成之后，繼續(xù)等待新數(shù)據(jù)的到來。

4 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)的基于AVR單片機(jī)的安全工器具監(jiān)控系統(tǒng)能有效實(shí)現(xiàn)對安全工器具的實(shí)時(shí)監(jiān)控，包括安全工器具的使用狀況、有效使月期限、所處環(huán)境狀況等；能夠?qū)崿F(xiàn)對安全工器具所處環(huán)境溫濕度的自動(dòng)調(diào)節(jié)；能夠?qū)崿F(xiàn)安全工器具相關(guān)信息的自動(dòng)保存，提供歷史查詢功能。本文在技術(shù)上提出了一種安全工器具監(jiān)控方式，為實(shí)現(xiàn)對安全工器具進(jìn)行科學(xué)、高效管理提供了一種思路，是電力企業(yè)實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)、科學(xué)管理的重要組成部分。