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1 引言 隨著信息技術的不斷發(fā)展，對特定分散測控對象實現(xiàn)遠程監(jiān)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(jiān)控系統(tǒng)可廣泛應用于野外作業(yè)、企業(yè)生產(chǎn)及軍事裝備的指揮控制中，能夠充分體現(xiàn)出組網(wǎng)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(tǒng)總體方案簡介 系統(tǒng)由一個主站、若干個機動從站構(gòu)成。主站負責自動化轉(zhuǎn)臺及傳感器的數(shù)據(jù)采集、控制命令及狀態(tài)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(yè)站等地方，負責接收檢測傳感器的指示數(shù)據(jù)、進行Karlman濾波后的生產(chǎn)工藝方程解算、相關顯控處理等。主站與從站之間實現(xiàn)點與點之間的碼分多址通信，可以實現(xiàn)有線數(shù)據(jù)通信（?15km），以及在V／UHF電臺支持下的無線分時復用數(shù)／話一體通信（?25km）。 系統(tǒng)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(jié)構(gòu)，即除STD的56芯標準插件之外，自定義了60芯的專用系統(tǒng)信號。0C000H－0C3FFH分配給雙口RAM（IDT7130），以便與數(shù)據(jù)通信板的8031進行透明的數(shù)據(jù)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(diào)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(yè)級CRT，顯示分辨率為256×192。根據(jù)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(jiān)控效果。 ·各類I／O板，接收來自擴展STD總線的信號，完成數(shù)據(jù)、地址與控制信號的隔離驅(qū)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(tǒng)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(xù)時間等），與模擬器進行數(shù)據(jù)通信，該電路板可以模擬給出展寬后的復雜總線時序驅(qū)動信號。 ·轉(zhuǎn)臺方位轉(zhuǎn)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(jīng)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(nèi)置的AD變換電路求出方位數(shù)據(jù)。其他傳感器轉(zhuǎn)換電路，在識別同步脈沖后，直接由高性能計數(shù)器計數(shù)，并產(chǎn)生外部中斷信號，交CPU處理。 3 有線／無線數(shù)據(jù)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(diào)制解調(diào)技術來解決，參見圖2。 3．1 有線數(shù)據(jù)通信 采用電話線作通信介質(zhì)在主、從站都經(jīng)過有線數(shù)字調(diào)制解調(diào)器（簡稱Modem）形成FSK調(diào)制信號。 在本方案中采用TCM3105，它是TI公司生產(chǎn)的單片CMOS工藝的Modem，符合CCITT V．23建議和BELL202標準，內(nèi)含基本的調(diào)制解調(diào)、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(diào)整，在片內(nèi)調(diào)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(diào)整電位器W1、W2以保證良好的收發(fā)性能。這里的CLK腳僅作觀測用，一般不接。 調(diào)制信號輸入RC、輸出腳TC經(jīng)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(shù)、話一體通信 無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫鞑ソ橘|(zhì)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(yōu)點不言而喻。無論是數(shù)據(jù)還是話音，V／UHF電臺本質(zhì)上傳輸?shù)亩际堑皖l基帶信號。MSM6927是日本OKI公司生產(chǎn)的一種單片集成、采用FSK調(diào)制的Modem，符合ITU－T V．23通信協(xié)議，與8031微處理器以及射頻電路一起可以進行無線鏈路數(shù)據(jù)報的雙向可靠傳輸。 圖2中的發(fā)送RD和XD是收發(fā)數(shù)據(jù)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(zhuǎn)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(diào)制信號輸入AIN、輸出腳AO經(jīng)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(fā)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(xié)議，所以主呼與應答必須事先確定好規(guī)則，這樣可以避免多個現(xiàn)場節(jié)點同時呼叫而出現(xiàn)通信阻塞。數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)包后如發(fā)現(xiàn)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(fā)或干脆丟棄。調(diào)試時可與微機進行仿真通信，評估控制關系及數(shù)據(jù)響應率，以減小研發(fā)工作量。 4 改善可靠性的措施 ·適當?shù)娜哂嘣O計有助于軍用系統(tǒng)的可靠性。如本系統(tǒng)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(yè)時應當加強。本系統(tǒng)曾遭雷擊而重度受損，后追加了防雷保護器，包括有線數(shù)據(jù)通信電纜串接的防雷保護器、電源防雷保護器等，系統(tǒng)經(jīng)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(yè)控制系統(tǒng)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(tǒng)，則要堅決杜絕這一現(xiàn)象。本系統(tǒng)曾遇到由于8279的RST上出現(xiàn)小毛刺，而使8279異常復位，從而導致鍵盤死鎖的現(xiàn)象。因此，在定時器子程序內(nèi)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(xiàn)鍵盤死鎖現(xiàn)象。 ·算法設計優(yōu)化也可提高系統(tǒng)的可使用性。如AD采樣后的“野值”剔除處理、Karlman濾波，以及數(shù)據(jù)通信的糾錯編碼等，本系統(tǒng)采用了海明（Hamming）編碼校驗與代碼和相結(jié)合的方法進行檢錯與糾錯。 5 結(jié)束語 采用上述思路設計的遠程監(jiān)控系統(tǒng)，已批量生產(chǎn)并裝備部隊。經(jīng)使用證明其啟動快捷、組網(wǎng)靈活、運行可靠，取得了良好的效益。 |
