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1 引言 隨著信息技術的不斷發展，對特定分散測控對象實現遠程監控的應用需求正日益廣泛。以單片機為核心設計的低成本遠程監控系統可廣泛應用于野外作業、企業生產及軍事裝備的指揮控制中，能夠充分體現出組網靈活、高可靠性與可維護性以及令人滿意的性能價格比。 2 系統總體方案簡介 系統由一個主站、若干個機動從站構成。主站負責自動化轉臺及傳感器的數據采集、控制命令及狀態信息的上傳下達。從站位于固定機房、無人值守間及野外作業站等地方，負責接收檢測傳感器的指示數據、進行Karlman濾波后的生產工藝方程解算、相關顯控處理等。主站與從站之間實現點與點之間的碼分多址通信，可以實現有線數據通信（?15km），以及在V／UHF電臺支持下的無線分時復用數／話一體通信（?25km）。 系統工作原理簡圖如圖1所示，電路功能主要有： ·主站、從站均采用雙CPU（80C196、8031）擴展STD總線結構，即除STD的56芯標準插件之外，自定義了60芯的專用系統信號。0C000H－0C3FFH分配給雙口RAM（IDT7130），以便與數據通信板的8031進行透明的數據交換。非全地址譯碼I／O空間，采用了在線可編程芯片ISP2031，便于調試。 ·付站顯控電路。以MC6847作為顯控主芯片，顯存占用80C196地址空間的0A000－0C000H，外接工業級CRT，顯示分辨率為256×192。根據在微機上獲取的漢字字模，自建專用12×12非標準漢字庫。鍵盤控制的主芯片為8279，在應用軟件的支持下，可以獲得類似于工控機的表頁或圖示式監控效果。 ·各類I／O板，接收來自擴展STD總線的信號，完成數據、地址與控制信號的隔離驅動，為了防止設備間的互相干擾，在這類電路板上，廣泛采用了MC1413支持下的繼電器隔離、光電隔離，以及變壓線圈隔離等措施，以保證系統工作的可靠性。 ·智能接口板，主要以3片MC6821控制芯片為核心，形成48路可以任意位定義的信號（如瞬時IO方向，信號持續時間等），與模擬器進行數據通信，該電路板可以模擬給出展寬后的復雜總線時序驅動信號。 ·轉臺方位轉換電路。以分立元器件電路得出同步傳輸機的模擬方位信號，經過粗、精信號的分化，形成直流電平，再由CPU控制多路開關切換，以后由80C196內置的AD變換電路求出方位數據。其他傳感器轉換電路，在識別同步脈沖后，直接由高性能計數器計數，并產生外部中斷信號，交CPU處理。 3 有線／無線數據通信的軟硬件設計 單片機串行口，只能解決近距離的通信，對中、遠距離通訊則無能為力。當各點之間距離超過1 km或更遠時，就需要采用調制解調技術來解決，參見圖2。 3．1 有線數據通信 采用電話線作通信介質在主、從站都經過有線數字調制解調器（簡稱Modem）形成FSK調制信號。 在本方案中采用TCM3105，它是TI公司生產的單片CMOS工藝的Modem，符合CCITT V．23建議和BELL202標準，內含基本的調制解調、定時、載波檢測，以及群延時均衡等，可工作于全雙工或半雙工方式。其RD及TD腳可以和單片機的串行口RXD、TXD直接相接，RDR1、RDR2外接至8031的P1口以設定波特率（1200、600bps）。RXB腳用于接受信號偏壓調整，在片內調整最后一級比較器的門限電平。CDL腳作載波檢測電平設定，所以應精確調整電位器W1、W2以保證良好的收發性能。這里的CLK腳僅作觀測用，一般不接。 調制信號輸入RC、輸出腳TC經過兩級運放及1:1變壓線圈隔離后至外部電纜接插件。 3．2 無線數、話一體通信 無線數據傳輸的傳播介質是電磁波，很適合復雜地形或機動設備等應用場合，并且能和話音分時復用一部電臺，其優點不言而喻。無論是數據還是話音，V／UHF電臺本質上傳輸的都是低頻基帶信號。MSM6927是日本OKI公司生產的一種單片集成、采用FSK調制的Modem，符合ITU－T V．23通信協議，與8031微處理器以及射頻電路一起可以進行無線鏈路數據報的雙向可靠傳輸。 圖2中的發送RD和XD是收發數據腳，為了與有線Modem復用8031的串行口，還應將這二者和TCM3105的RD、TD腳通過多路開關54LS157轉接至8031的RXD、TXD，這一點圖中沒有繪出。／CD2腳表示是否接收到載波信號，低電平有效，可接至指示燈。調制信號輸入AIN、輸出腳AO經過運放處理及低通濾波后饋送到電臺。 3．3 通信軟件設計 通信采取由主機首先發起廣播呼叫，檢查各從機是否就緒，再將缺席者從以后的輪詢隊列中刪除的方法。由于未采用復雜的TCP協議，所以主呼與應答必須事先確定好規則，這樣可以避免多個現場節點同時呼叫而出現通信阻塞。數據幀定義為： 主呼方呼叫后無應答，給出超時標志后即脫離。分機收到數據包后如發現地址與本機符合則接受，有錯則視信息的重要與否，要求重發或干脆丟棄。調試時可與微機進行仿真通信，評估控制關系及數據響應率，以減小研發工作量。 4 改善可靠性的措施 ·適當的冗余設計有助于軍用系統的可靠性。如本系統的有線／無線通信，CRT與LET復合顯示，以及備用通道的控制等，都起到了良好的效果。 ·抗雷擊措施在野外作業時應當加強。本系統曾遭雷擊而重度受損，后追加了防雷保護器，包括有線數據通信電纜串接的防雷保護器、電源防雷保護器等，系統經受住了惡劣氣候的考驗。 ·防止鍵盤死鎖的一種特殊辦法。鍵盤死鎖是工業控制系統甚至家用電腦的常見故障，但對于實時性要求比較高的軍用系統，則要堅決杜絕這一現象。本系統曾遇到由于8279的RST上出現小毛刺，而使8279異常復位，從而導致鍵盤死鎖的現象。因此，在定時器子程序內追加了8279初始化代碼，即，每隔10ms定時給8279初始化一次，以后再未出現鍵盤死鎖現象。 ·算法設計優化也可提高系統的可使用性。如AD采樣后的“野值”剔除處理、Karlman濾波，以及數據通信的糾錯編碼等，本系統采用了海明（Hamming）編碼校驗與代碼和相結合的方法進行檢錯與糾錯。 5 結束語 采用上述思路設計的遠程監控系統，已批量生產并裝備部隊。經使用證明其啟動快捷、組網靈活、運行可靠，取得了良好的效益。 |
