單片機排污遠程監(jiān)測系統(tǒng)設計

電子技術是根據(jù)電子學的原理，運用電子器件設計和制造某種特定功能的電路以解決實際問題的科學，包括信息電子技術和電力電子技術兩大分支。信息電子技術包括 Analog （模擬）電子技術和 Digital （數(shù)字）電子技術。

　　1 系統(tǒng)設計方案

　　系統(tǒng)采用上、下位主從結構設計，上位機為主叫方。下位機為被叫方上位機以定時巡檢或隨機抽檢兩種方式遠程獲取各下位機采集到的空氣質量數(shù)據(jù)。下位機分布在城市的各檢測點，負責采集空氣質量數(shù)據(jù)，自動應答上位機呼叫并上傳數(shù)據(jù)。

　　2 遠程監(jiān)測系統(tǒng)下位機的硬件設計

　　系統(tǒng)硬件設計的關鍵是基于PSTN通信接口電路，模擬信號采樣電路及滿足無人職守要求的下位機控制電路。

　　2.1 下位機的硬件設計

　　按照功能規(guī)劃和系統(tǒng)設計要求，確定本系統(tǒng)的硬件框架，如圖1所示。

　　2.2 CPU模塊設計

　　兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)的AT89S8252單片機是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內含8k bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和256 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），SPI串行口用于編程向下裝載，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，片內置通用8位中央處理器和Flash存儲單元，功能強大的AT89S8252單片機可為您提供許多高性低比的系統(tǒng)控制應用領域。如圖2所示。

　　為了適應LCD液晶模塊的接口要求，在P0數(shù)據(jù)地址復用總線口上擴展了U3（74HC373）作為低8位地址鎖存器，產(chǎn)生LCD模塊讀寫所需驅動信號的輸入信號A0，A1。圖2中LCDIN為液晶模塊地址選擇口線。

　　系統(tǒng)采用MAX813L實現(xiàn)復位需要，由S1實現(xiàn)手動復位（主要用于調試期間的復位）。由此實現(xiàn)的復位電路具有電源電壓監(jiān)視能力，即當電源電壓低于4.65 V時產(chǎn)生高電平復位信號；同時也具有上電復位能力。

　　在圖2中，CZ2為四路開關量輸入口，CZ8為功能擴展預留口。從圖中可知，系統(tǒng)的主頻為6 MHz。圖中，ADSCK，ADIO及ADRDY為模數(shù)轉換接口信號；MODEM作為MODEM電源控制信號；LED為系統(tǒng)指示燈控制信號。

　　2.3 人機界面設計

　　本系統(tǒng)中人機界面主要是顯示界面，因為是遠程控制系統(tǒng)，因此下位機沒有設計按鍵按鈕電路。具體接口電路如圖3所示。

　　接口設計，由LCDIN，WR和RD組合產(chǎn)生液晶模塊的使能信號E（即圖中的LCD信號），A0為讀寫選擇信號（R／W），A1為寄存器選擇信號（RS）。

　　2.4 MODEM通信接口設計

　　Modem，其實是Modulator（調制器）與Demodulator（解調器）的簡稱，中文稱為調制解調器。計算機內的信息是由“0”和“1”組成數(shù)字信號，而在電話線上傳遞的卻只能是模擬電信號。于是，當兩臺計算機要通過電話線進行數(shù)據(jù)傳輸時，就需要一個設備負責數(shù)模的轉換。這個數(shù)模轉換器就是我們這里要討論的Modem。計算機在發(fā)送數(shù)據(jù)時，先由Modem把數(shù)字信號轉換為相應的模擬信號，這個過程稱為“調制”。經(jīng)過調制的信號通過電話載波傳送到另一臺計算機之前，也要經(jīng)由接收方的Modem負責把模擬信號還原為計算機能識別的數(shù)字信號，這個過程我們稱“解調”。正是通過這樣一個“調制”與“解調”的數(shù)模轉換過程，從而實現(xiàn)了兩臺計算機之間的遠程通訊。

　　遠程控制系統(tǒng)的關鍵模塊是通信模塊，PSTN遠程系統(tǒng)的關鍵是調制解調器通信接口模塊。本系統(tǒng)的MODEM接口設計如圖4所示。

　　MAX232 作為TTL-RS 232電平轉換芯片，是微處理器與MODEM之間的接口電路，51系列微處理器雖然有串行輸入／輸出口，但不具有RTS，CTS，DTR等標準接口握手信號線，MAX232芯片是美信公司專門為電腦的RS-232標準串口設計的單電源電平轉換芯片，使用+5v單電源供電。只通過TXD，RXD和底線GND進行連接，同時對其他信號做以下處理：

　　（1）7（RTS），8（CTS），1（CD）等三信號短接；

　　（2）6（DSR）、4（DTR）等兩信號短接。

　　從圖中可知，RS 232的接線端與連MODEM的DB9（即圖中CZ2）的第二腳（接收端）相連，發(fā)送端與DB9的第三腳（發(fā)送腳）相連，通過軟件的設置與處理，實現(xiàn)“三線式”遠程通信。

　　在接口電路設計中，引入了MODEM電源控制電路，即下位機每次響應呼叫并正確發(fā)送數(shù)據(jù)后，由看門狗自動實施下位機系統(tǒng)整體復位，對MODEM的復位命令是通過電源的上電來實現(xiàn)的，因為MODEM可能無法響應微處理器傳來的復位命令。該繼電器可靠性高，負載能力為2 A／30 V （DC），工作電壓為5 V，與5 V微處理器系統(tǒng)接口簡單。

　　3 遠程監(jiān)測系統(tǒng)下位機的軟件設計

　　基于“三線式”的MODEM通信接口程序，關鍵是軟件握手信號的處理；模擬／數(shù)字轉換接口程序，關鍵是AD7705的初始化和雙通道的切換；主模塊框架的構建，關鍵是微處理器資源的合理分配和使用；關鍵是軟硬件看門狗的應用。

　　3.1 下位機的軟件框架

　　整個下位機系統(tǒng)的軟件框架如圖5所示。