基于C8051F340雙串口電梯遠(yuǎn)程控制的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0．引言

遠(yuǎn)程電梯監(jiān)控系統(tǒng)電是當(dāng)今電梯領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，由設(shè)在電梯中心的計(jì)算機(jī)對(duì)樓宇內(nèi)電梯進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制，對(duì)故障和運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測分析等。并對(duì)電梯進(jìn)行控制，和防偽判斷。當(dāng)電梯發(fā)生故障時(shí)，接收故障的狀態(tài)信號(hào)并進(jìn)行判斷得出故障類型，把故障類型和故障時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)等信息傳給服務(wù)中心計(jì)算機(jī)；本文獨(dú)創(chuàng)性的采用雙串口單片機(jī)C8051F340作為前端機(jī)主控芯片，通過232和485進(jìn)行通信，完成調(diào)度，運(yùn)行和維護(hù)。

1．系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)總框圖如圖1所示。

通PLC通過主控芯片C805 1F340的串行口進(jìn)行RS-232通訊，而主控芯片與電梯控制器的串口進(jìn)行RS-485通信。RS-232通訊，也是通過主二／四線轉(zhuǎn)換電路控芯片的串行口，若用普通的單串行口單片機(jī)，即使是增加雙向三本設(shè)計(jì)也達(dá)不到要求，所以這里采用帶雙串行口的C8051F340單片機(jī)作為主控芯片，使三方通訊在不同的串行口進(jìn)行。

1．1 主CPU系統(tǒng)

C8051F340芯片是完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)MCU芯片，高速、靈活、低價(jià)。具有8051兼容的CIP-51內(nèi)核(可達(dá)25MIPS)。它的速度快。新增了FLASH存儲(chǔ)器，具有在系統(tǒng)重新編程能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并允許現(xiàn)場更新8051固件。片內(nèi)JTAG調(diào)試電路允許使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)上的產(chǎn)品MCU進(jìn)行非侵入式、全速、在系統(tǒng)調(diào)試。該調(diào)試系統(tǒng)支持觀察和修改存儲(chǔ)器和寄存器，支持?jǐn)帱c(diǎn)、觀察點(diǎn)、單步及運(yùn)行和停機(jī)命令。而C8051F340更是典型應(yīng)用于工業(yè)系統(tǒng)中的控制類系統(tǒng)。鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，并結(jié)合設(shè)計(jì)目標(biāo)，特選用此款單片機(jī)。C8051F340主控單元電路如圖2所示：

1．2 主控系統(tǒng)與PLC間的通訊電路

由于串行通訊方式具有使用線路少、成本低，特別是在遠(yuǎn)程傳輸時(shí)，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。在串行通訊時(shí)，要求通訊雙方都采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口，使不同的設(shè)備可以方便地連接起來進(jìn)行通訊。RS-232-C接口是目前最常用的一種串行通訊接口。它的全名是"數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備(DCE)之間串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)"。

實(shí)際在計(jì)算機(jī)與終端通訊中一般只使用上RS-232-C的3-9條引線。接口的電氣特性在RS-232-C中任何一條信號(hào)線的電壓均為負(fù)邏輯關(guān)系。即：邏輯"1"，-5--15V；邏輯"0"+5-+15V。噪聲容限為2V。

因此需要用MAX232芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。C8051F340主控單元與PLC間的通訊電路如圖3所示：

1．3 主控系統(tǒng)與內(nèi)呼板間的通訊電路

C8051F340主控單元與內(nèi)呼板間的通訊電路如圖4所示：

根據(jù)實(shí)際情況，要求距離遠(yuǎn)，精度高，抗共模干擾能力增強(qiáng)，傳輸速率快等特殊要求，在此處作者采用了485進(jìn)行通信，RS-485和RS-232相比，具有以下特點(diǎn)：

(1)接口信號(hào)電平比RS-232-C降低了，就不易損壞接口電路的芯片，且該電平與TTL電平兼容，可方便與TTL電路連接。

(2)RS-485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps。

(3)RS-485接口是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，抗共模干擾能力增強(qiáng)，即抗噪聲干擾性好。

(4)RS-485接口的輸距離實(shí)際上可達(dá)3000米。另外RS-485接口具有多站能力，這樣符合我們利用單一的RS-485接口建立起設(shè)備網(wǎng)絡(luò)的要求。

1．4 串口自檢電路設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)要求串行口具有自檢能力，即在系統(tǒng)啟動(dòng)或允許檢查狀態(tài)下，高速單片機(jī)C8051F340可以檢測自己的串行口，即發(fā)送任意一個(gè)字節(jié)，并接收這一字節(jié)，若發(fā)送接收一致，則向PLC發(fā)送以及向內(nèi)呼板上的單片機(jī)發(fā)送一個(gè)信號(hào)，并等待對(duì)方通過自檢的信號(hào)，若對(duì)方亦過白檢，則自檢結(jié)束，進(jìn)入正常工作狀態(tài)。

1．5 非接觸式IC卡輸入輸出電路

非接觸式IC卡，即射頻卡或感應(yīng)卡，它成功地將射頻識(shí)別技術(shù)結(jié)合起來，解決了無源和免接觸這一難題，是電子器件領(lǐng)域的一大突破。

卡片的電氣部分由一個(gè)元件和AISC組成，卡片中的天線是只有線圈，很適合封狀到卡片中。ASIC由一個(gè)高速(106KB波特率)的接口，一個(gè)控制單元和一個(gè)EEPROM組成。讀卡器向IC發(fā)一組固定頻率的電磁波，卡內(nèi)有一個(gè)IC串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫器的頻率相同，這樣便產(chǎn)生電磁共振，從而使電容內(nèi)有了電荷，在電容的另一端接有一個(gè)單向通的電子泵，將電容內(nèi)的電荷送到另一個(gè)電容內(nèi)儲(chǔ)存，當(dāng)儲(chǔ)存積累的電荷達(dá)到額定電壓時(shí)，此電源可作電源為其他電路提供工作電壓，將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接收讀寫器的數(shù)據(jù)。非接觸式IC卡控制輸入輸出電路如圖5所示：

2．系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2．1 主程序設(shè)計(jì)流程圖

主程序設(shè)計(jì)流程圖如圖6所示。

2．2 中斷處理模塊的通訊

首先要解決時(shí)間沖突問題，硬件接受或發(fā)送一個(gè)字節(jié)的時(shí)間為1ms左右，而軟件接受或發(fā)送一個(gè)字節(jié)的時(shí)間僅幾μs，這就為雙串口同時(shí)通訊提供了條件。同時(shí)通訊實(shí)際上是將CPU時(shí)間分成很小的時(shí)間片，假設(shè)較快的串口發(fā)送或接受一個(gè)字節(jié)的最長時(shí)間為TRbyteMax，則CPU最長時(shí)間片一般應(yīng)小于TRbyteMax／2，當(dāng)然在接受或發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)之后的間隙，CPU時(shí)間片可以適當(dāng)延長，作一些必要的數(shù)據(jù)處理。其次要解決數(shù)據(jù)沖突問題，2個(gè)串口通訊分別使用各自的接受發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)和控制變量，以減少中斷保護(hù)數(shù)據(jù)量和防止數(shù)據(jù)沖突。當(dāng)主程序、串口中斷處理程序和其他中斷處理程序往存儲(chǔ)器(與上位機(jī)的通訊用存儲(chǔ)器)中寫數(shù)據(jù)時(shí)，需在盡量短的時(shí)間內(nèi)關(guān)閉另一個(gè)串口中斷，關(guān)閉中斷時(shí)間應(yīng)小于幾百μs，防止其他程序數(shù)據(jù)沒有寫完之前串口讀此數(shù)據(jù)。串口通訊數(shù)據(jù)幀中采用高可靠性的循環(huán)冗余校驗(yàn)(CRC)技術(shù)，極大地降低了數(shù)據(jù)誤碼率，在連續(xù)運(yùn)行幾個(gè)月的大量數(shù)據(jù)中沒有發(fā)現(xiàn)誤碼。

3.結(jié)語

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于C8051F340雙串口來進(jìn)行電梯遠(yuǎn)程控制，采用模塊化、結(jié)構(gòu)化、面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)方法，使系統(tǒng)具有高可靠性和高實(shí)時(shí)性。同時(shí)給出了硬件電路模塊和軟件程序圖，其中硬件電路圖通用性強(qiáng)，便于參考和設(shè)計(jì)。此外，IC卡電路，雙串口通信也為系統(tǒng)的可靠性，安全性提供了保證。