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1． 引言 隨著生活水平的不斷提高，人們對居住環境的要求也大大提高，對信息服務和安全防范的要求尤為突出．如何利用計算機和通信技術在智能化小區家庭智能管理系統中，對住戶家庭水表、電表、煤氣表的自動計量以及火災、煤氣泄漏、入室盜竊等警情的實時監控已經成為信息產業的熱點技術．利用CAN總線技術雖然有其開放式、數字化、多點通信等諸多優點，但將其用于智能住宅小區，卻因其成本偏高，目前在我國還難以推廣．為此，作者開發出一種設備簡單，成本低廉，便于維護經濟型智能小區家庭管理系統，能有效地實現三表自動采集計費，防盜、防災、自動報警和遠程監控等功能．利用單片機進行實時采集，并將采集的數據通過串行口傳給PC機，PC機完成數據的運算、存儲、和打印。硬件通過PIC16FXX單片機實現，軟件由VC++6.0實現. 2． 系統結構 系統是由一臺PC機（上位機）和多臺PIC單片機（下位機，作為終端控制器）構成分布式控制系統，PC機COM口帶多個終端控制器，終端控制器地址設為1－N。PC機采用巡查工作方式自動查詢小區內所有終端控制器的報警狀態，及時對各種報警信號做出響應，并通過有效手段(語音提示、電子地圖標識等)向監控中心工作人員提供報警業主家庭有關地址、電話等詳細信息，以便及時處理；同時通過抄表工作方式完成自動抄表以及報表輸出等任務．終端控制器采集用戶煤氣表、電表、水表脈沖數據，實現3表自動計數；同時采集現場的防盜、防災等信息，有意外事件發生時可自動啟動報警器報警．PC機與終端控制器采用總線式網絡結構相連，采用RS—485接口總線通信；RS485接口總線利用平衡發送和差分接收方式實現通信．，以半雙工工作方式工作，最大傳輸距離可達1200m，波特率在1200和38400b/s間可設置，RS485網絡采用一對有補償的雙絞線。終端控制器采用PIC16FXX單片機，片中串行口加MAX487轉換器，選用在多點總線傳輸線中雙向數據通信應用網絡廣泛使用的MAX487收發器，其特點是具有限斜率的驅動器，即驅動器發送數字信號，其沿邊斜率是受限制的，這使電磁干擾(EMI)減至最小，并減少因電纜終端不匹配而產生的影響．接口接線簡單，維護方便，保證了抄表的可靠性和監控的實時性． 3． 終端控制器硬件設計 每個家庭安裝的終端控制器是以單片機PIC16FXX為核心的數據采集和處理裝置，電路結構如圖2所示．PIC16FXX單片機是由美國Microchip公司推出的一種新型的CMOS工藝的8位單片機，具有別具特色的哈佛總線和RISC結構，以及PIC16FXX的程序存儲器為電可擦除閃速存儲器（flash）,可修改程序，甚至可在線編程。PIC16F83和PIC16F84片內數據存儲器除RAM外，還有64K字節的EPROM，可以當作一般的或非易失性數據存儲器使用，簡單方便，它還具有片內上電復位，延時電路，看門狗電路等。終端控制器就是由PIC16FXX單片機擴展了8路信號輸入通道，通信接口電路，鍵盤，看門狗電路，LCD顯示器和EEPROM 24C16等． 為了簡化硬件結構，將三表設計成脈沖表，報警探頭為脈沖輸出，從而避免了在控制器主板上使用A／D轉換接口．本系統對表脈沖安排4路輸入通道，利用單片機PIC16FXX的PORTA端口輸入，表脈沖和報警脈沖信號分別通過斯密特觸發器波形整形和74LS244緩沖器進入CPU，在一定的采樣周期內，CPU輪流查詢用戶表和報警的輸入端口狀態，并進行數據分析處理，存到EEPROM 24C16相應的存儲區，等待中央計算機的查詢和抄寫．再安排4路輸入通道用于對設防、撤防、解警和求助操作的遙控處理．串行接口器件LCD液晶顯示器可顯示表數據和有關報警狀態等信息，所采用的液晶顯示模塊，內置顯示RAM和驅動控制器，通過4線與單片機相連． 8KB串行EEPROM 24C16，用以存儲用戶各表的數據信息、報警狀態信息和采集監控終端地址以及有關初始化信息．每個用戶的采集監控終端設置不同的地址，從而保證采集數據的正確無誤． 終端控制器工作過程如下：上電復位自檢后，開始運行，指示燈閃爍表示程序開始正常工作，初始化LCD，脈沖表，密碼，報警狀態，鍵盤，串口。然后進入主程序循環，首先記錄報警狀態，脈沖表數據，然后將上述兩種數據存入24C16中，查詢鍵盤，通過串口響應PC機通信命令與PC機之間進行數據傳輸。 4． 系統通信 通信的發起方總是主機開始，由PC機控制通訊的主動性，單片機在通訊過程中處于被動地位。由于各分機共享同一頻率，為避免沖突，PC機通過巡查分機的工作方式查詢各單片機是否有信息要上報給PC機。 為了保證PC機與多臺單片機之間能夠準確、可靠的通信，確定一個明確而合理的通訊協議是關鍵。包括對數據格式、通訊方式、傳送速度、傳送步驟、檢糾錯方式以及控制字符定義等問題做出統一規定。 為區分不同的分機，必須為每一個分機分配一個唯一的地址，此地址唯一區別各單片機。數據格式采用數據包的形式，一次傳輸一組數據，數據包格式如下所示： 起始標志位：1個字節 數據長度：1個字節 分機地址：1個字節 數據內容：n個字節 和檢驗：2個字節 命令／數據：1個字節 結束標志位：１個字節 主機向單個單片機傳數據時，首先，上位機順次發送起始標志位，目的地址位，數據，生成檢驗位，結束標志位，上位機發送后每個下位機都產生中斷把上位機數據包都接收下來，當接收到結束標志字符時，表示接受到一幀完整的數據包，然后對數據解包，把接收到的目的地和本機地址進行比較，如果不是則馬上跳出中斷服務程序，相同的話則表示要和本下位機進行通訊。主機發完信息后便等待該分機的接收應答。當接收數據包完成后，接受方也生成相應的檢驗和，如果接受方生成的檢驗和與接收到的檢驗和一致，則表明這次通訊成功，下位機根據接收到的內容給上位機發送相應的反饋信息。如果不一致，則表明此次通訊失敗，下位機給上位機發送失敗信息，要求上位機重新發送。 由于系統采用上位機巡查下位機的工作方式，單片機在通信過程中處于被動地位，只能其被輪詢到的時候才能給上位機發送數據，否則即使信息要上報主機時，也必須處于等待。上位機從第一分機依次查詢下位機，給巡查到的下位機發送查詢命令，詢問該單片機是否有信息要上報給上位機。被輪詢的單片機如果沒有信息要上報給上位機的話就給上位機發送無上報要求的指令，上位機接受到此指令后便輪詢下一地址的分機；若分機有數據需上報便回發一個有上報要求給主機，主機收到后便等待分機上報數據，有上報數據的分機組織好數據后上報給主機，然后等待主機的接收應答。主機收到分機上報的數據后進行檢查，若正確接收發正確接收應答，否則發錯誤接收應答。當接收錯誤后，主機等待分機再次上報數據，分機收到接收錯誤應答后再次發送數據。 信號傳輸中接受與發送都采用中斷方式，多機通信從機中斷服務程序如圖3所示。 5．PC機通信程序設計 上位機的軟件是基于VC++6.0實現的,其中的重點和難點是進行實時的串行通訊。應用VC++編寫串行通信程序，通常可歸納為如下四種方法：一是利用Windows API通信函數；二是使用Microsoft提供的Microsoft Communications Control控件（簡稱MSComm）；三是利用第三方編寫的通信類（如MuMega Technologies公司提供的Cserial類）；四是在VC++中用端口操作指令直接對串行端口編程，實現串行通信。本系統中采用的是MSComm控件，它是通過串行端口發送和接收數據，為應用程序提供串行通信功能，使用非常方便。 6．小結 本系統提出的通訊硬件和通訊協議已經在實際中使用，截止目前運行正常。這說明這種通訊方案在ＰＣ機和多臺單片機的數據通訊中快速、準確、可靠的。 |
