電子技術(shù)是根據(jù)電子學的原理，運用電子器件設(shè)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(shù)和電力電子技術(shù)兩大分支。信息電子技術(shù)包括 Analog （模擬） 電子技術(shù)和 Digital （數(shù)字） 電子技術(shù)。

　　1 系統(tǒng)設(shè)計方案

　　系統(tǒng)采用上、下位主從結(jié)構(gòu)設(shè)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(zhì)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(zhì)量數(shù)據(jù)，自動應(yīng)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(shè)計

　　系統(tǒng)硬件設(shè)計的關(guān)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(shè)計

　　按照功能規(guī)劃和系統(tǒng)設(shè)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(shè)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(nèi)含8k bytes的可反復(fù)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(shù)生產(chǎn)，片內(nèi)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(yīng)用領(lǐng)域。如圖2所示。

　　為了適應(yīng)LCD液晶模塊的接口要求，在P0數(shù)據(jù)地址復(fù)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(qū)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(fù)位需要，由S1實現(xiàn)手動復(fù)位（主要用于調(diào)試期間的復(fù)位）。由此實現(xiàn)的復(fù)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(fù)位信號；同時也具有上電復(fù)位能力。

　　在圖2中，CZ2為四路開關(guān)量輸入口，CZ8為功能擴展預(yù)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(zhuǎn)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(shè)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(shè)計按鍵按鈕電路。具體接口電路如圖3所示。

　　接口設(shè)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(shè)計

　　Modem，其實是Modulator（調(diào)制器）與Demodulator（解調(diào)器）的簡稱，中文稱為調(diào)制解調(diào)器。計算機內(nèi)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(shè)備負責數(shù)模的轉(zhuǎn)換。這個數(shù)模轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬信號，這個過程稱為“調(diào)制”。經(jīng)過調(diào)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(diào)”。正是通過這樣一個“調(diào)制”與“解調(diào)”的數(shù)模轉(zhuǎn)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(guān)鍵模塊是通信模塊，PSTN遠程系統(tǒng)的關(guān)鍵是調(diào)制解調(diào)器通信接口模塊。本系統(tǒng)的MODEM接口設(shè)計如圖4所示。

　　MAX232 作為TTL-RS 232電平轉(zhuǎn)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(shè)計的單電源電平轉(zhuǎn)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：

　?。?）7（RTS），8（CTS），1（CD）等三信號短接；

　?。?）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(shè)置與處理，實現(xiàn)“三線式”遠程通信。

　　在接口電路設(shè)計中，引入了MODEM電源控制電路，即下位機每次響應(yīng)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(fù)位，對MODEM的復(fù)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(yīng)微處理器傳來的復(fù)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(shè)計

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

　　3.2 軟件主模塊設(shè)計

??? 在圖5中，主模塊、通信模塊、A／D轉(zhuǎn)換模塊及顯示模塊為獨立模塊，主模塊為核心，管理其他3個子模塊，這4個模塊均為實模塊；而軟件與硬件看門狗模塊為虛模塊，它以適當?shù)男问胶瓦m當?shù)臅r機存在于主模塊和MODEM通信模塊中，實現(xiàn)下位機在軟故障條件下的自恢復(fù)。

　　軟件中主模塊是管理模塊，設(shè)計的考慮因素有：

　?。?）系統(tǒng)資源的合理使用，例如中斷資源、內(nèi)部存儲器和寄存器資源；

　?。?）在實現(xiàn)功能的前提下，保證程序的簡化和優(yōu)化，減少調(diào)試工作量。

　　主模塊首先考慮的是A／D轉(zhuǎn)換和通信之間的關(guān)系問題，其次是各模塊的層次問題，最后是看門狗在各模塊中的嵌入問題。

　　主模塊的流程圖如圖6所示。

　　4 結(jié)語

　　本文研究提供了一種監(jiān)控應(yīng)用系統(tǒng)，并將其應(yīng)用到地區(qū)之間的管理系統(tǒng)中，實現(xiàn)了監(jiān)測的數(shù)據(jù)共享，為環(huán)保部門提供一種新型，可視化，高效的遠程監(jiān)測與管理系統(tǒng)。

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