一種通信電源監(jiān)控系統(tǒng)組網方案的設計

1　引言

《通信電源和空調集中監(jiān)控系統(tǒng)技術要求》中規(guī)定監(jiān)控系統(tǒng)在結構上是一個多級的分布式計算機監(jiān)控網絡[2],一般可分為三級,即監(jiān)控中心（SC—SupervisiON Center）、監(jiān)控站（SS—Supervision STaTIon）和監(jiān)控單元（SU—Supervision Unit）。對于通信電源監(jiān)控系統(tǒng)來說，沒有必要設置監(jiān)控中心，因此可以簡化為兩級集散式結構，由上位機和下位機組成[1-2]。

2　通信電源監(jiān)控系統(tǒng)組網方案探討

通信電源監(jiān)控系統(tǒng)的組網目前主要可以考慮采用以下幾種方案：

第一種是目前仍然廣泛使用的主從式總線網絡，這種網絡結構以上位機為中心，通過RS485或RS422接口將各種具有通信功能的下位機連接起來，采用查詢方式來實現(xiàn)遙測、遙信和遙控功能，下位機與智能設備之間則可以采用點對點的串行通信（RS232）。這種結構的優(yōu)點是可以十分方便的實現(xiàn)小規(guī)模監(jiān)控系統(tǒng)，缺點是組網受到通信距離的限制。

第二種是現(xiàn)場總線網絡，它放棄了傳統(tǒng)的主從式網絡結構，實現(xiàn)了真正意義上的全分布式結構，使得每一個下位機都可以當作網絡中一個對等的節(jié)點。同時它

還提供了到上一層網絡的接口，可以方便的接入SCADA系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程通信及遠程下載功能。其缺點是在與計算機互聯(lián)時，還需要專門的網關，而且標準眾多，難以普及。

第三種是以太網網絡，隨著計算機技術的發(fā)展，目前在有些通信電源監(jiān)控系統(tǒng)中應用了以太網技術。這里的以太網是指由下位機和上位機直接通過以太網互連而生成的對等網絡，在這種結構中，不僅下位機之間是對等的，而且計算機作為 “上位機”的概念也變得非常模糊。與前兩種方案相比較而言，它具有較高的速度，但其缺點是造價不菲，難以適用于通信電源監(jiān)控系統(tǒng)。

通過上述分析可以看出，傳統(tǒng)的主從式網絡最適合于通信電源監(jiān)控系統(tǒng)的組網，但由于受到距離限制，因此必須加以改進。本系統(tǒng)利用現(xiàn)有的PSTN網解決了這一問題，即下位機與上位機之間的通信通過PSTN網實現(xiàn)，下位機與智能設備之間的通信則通過RS485構成主從式網絡實現(xiàn)。

3　通信模塊硬件電路設計

下位機作為直接面向設備的從機需要與上位機進行遠程通信，同時下位機還要作為主機與各種智能設備通信。因此在本系統(tǒng)中同時采用了RS232和RS485 兩種通信方式，其中下位機與上位機之間的通信通過RS232接入PSTN網實現(xiàn)，完成獲取參數(shù)、傳輸數(shù)據(jù)以及遠程報警等功能；下位機與各種智能設備之間的通信則通過RS485組網實現(xiàn)，獲取數(shù)據(jù)及其工作狀態(tài)[4]。

在本系統(tǒng)中，通信模塊采用了單獨的微處理器DS80C320，它在普通單片機基礎上為P1口也定義了第二功能，從而擁有四個全雙工串行通信口、六個外部中斷、三個定時/計數(shù)器，而且在指令上與8051完全兼容，對于監(jiān)控系統(tǒng)的通信單元來說十分適用。

3.1 下位機與上位機之間的通信

下位機與上位機之間的通信采用了PSTN網作為媒介，可以通過以下三種方案實現(xiàn)：第一種方案是采用專用Modem芯片，將Modem的功能直接在下位機中實現(xiàn)；第二種方案是擴展一個類似PCI或ISA的插槽，通過內置Modem連至PSTN網；第三種是擴展一個標準的全雙工RS232通信接口，通過外置 Modem連至PSTN網。以上三種方案中，第一種方案具有成本低、便于集成化設計的優(yōu)點，但缺點是軟硬件的設計較為復雜，系統(tǒng)可靠性不高；第二種方案與內置Modem和擴展槽的硬件設計密切相關，不利于維護和升級；第三種方案具有通用性好、可靠性高、維護方便的優(yōu)點，因此在本系統(tǒng)中采用第三種方案來實現(xiàn)下位機與上位機之間的通信。其具體實現(xiàn)電路如圖1所示：

圖1　DS80C320與Modem硬件接口圖

圖1中，8251是通用同步/異步收發(fā)器，它具有獨立的接收器和發(fā)送器，通過編程可以以單工、半雙工或全雙工的方式進行通信。同時它還提供了多個控制信號，可以方便的實現(xiàn)與Modem之間的互聯(lián)。由DS80C320的ALE、、組合產生2MHz脈沖作為8251的時鐘信號，同時這一脈沖經過CD4024組成的分頻器進行64分頻后作為8251的接收、發(fā)送時鐘。8251的片選信號 與地址譯碼器74LS138的 相連，控制/數(shù)據(jù)端接地址線A0，因此，8251的控制字寄存器和狀態(tài)字寄存器的地址為BFFFH，數(shù)據(jù)緩沖地址為BFFEH。RXD和TXD完成數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，其他控制信號完成單片機與Modem之間的狀態(tài)控制和檢測：振鈴指示信號RI經電平轉換以后接至DS80C320的外部中斷；載波檢測信號CD經電平轉換以后接至DS80C320的P1.1。當上位機撥號呼叫下位機時，振鈴指示信號RI產生振鈴，作為外部中斷源產生中斷，通信處理器復位P1.1輸出有效DTR信號，摘機進入應答通信狀態(tài)。