1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

　　系統(tǒng)采用上,、下位主從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，上位機(jī)為主叫方,。下位機(jī)為被叫方上位機(jī)以定時(shí)巡檢或隨機(jī)抽檢兩種方式遠(yuǎn)程獲取各下位機(jī)采集到的空氣質(zhì)量數(shù)據(jù),。下位機(jī)分布在城市的各檢測點(diǎn)，負(fù)責(zé)采集空氣質(zhì)量數(shù)據(jù),，自動(dòng)應(yīng)答上位機(jī)呼叫并上傳數(shù)據(jù),。

　　2 遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)下位機(jī)的硬件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)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(jī)控制電路,。

　　2.1 下位機(jī)的硬件設(shè)計(jì)

　　按照功能規(guī)劃和系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)

　　兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)的AT89S8252單片機(jī)是一個(gè)低電壓,，高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和256 bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(chǔ)技術(shù)生產(chǎn),，片內(nèi)置通用8位中央處理器和Flash存儲(chǔ)單元,，功能強(qiáng)大的AT89S8252單片機(jī)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(kuò)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(dòng)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(shí)現(xiàn)復(fù)位需要,，由S1實(shí)現(xiàn)手動(dòng)復(fù)位（主要用于調(diào)試期間的復(fù)位）,。由此實(shí)現(xiàn)的復(fù)位電路具有電源電壓監(jiān)視能力，即當(dāng)電源電壓低于4.65 V時(shí)產(chǎn)生高電平復(fù)位信號,；同時(shí)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(kuò)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(jī)界面設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)中人機(jī)界面主要是顯示界面,，因?yàn)槭?span style="COLOR: #000000">遠(yuǎn)程控制系統(tǒng),，因此下位機(jī)沒有設(shè)計(jì)按鍵按鈕電路。具體接口電路如圖3所示,。

　　接口設(shè)計(jì),，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(jì)

　　Modem,，其實(shí)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(jì)算機(jī)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(dāng)兩臺計(jì)算機(jī)要通過電話線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，就需要一個(gè)設(shè)備負(fù)責(zé)數(shù)模的轉(zhuǎn)換,。這個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器就是我們這里要討論的Modem,。計(jì)算機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，先由Modem把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬信號,，這個(gè)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(jì)算機(jī)之前，也要經(jīng)由接收方的Modem負(fù)責(zé)把模擬信號還原為計(jì)算機(jī)能識別的數(shù)字信號,，這個(gè)過程我們稱“解調(diào)”,。正是通過這樣一個(gè)“調(diào)制”與“解調(diào)”的數(shù)模轉(zhuǎn)換過程，從而實(shí)現(xiàn)了兩臺計(jì)算機(jī)之間的遠(yuǎn)程通訊,。

　　遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的關(guān)鍵模塊是通信模塊,，PSTN遠(yuǎn)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(jì)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(biāo)準(zhǔn)接口握手信號線,，MAX232芯片是美信公司專門為電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)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(jìn)行連接,，同時(shí)對其他信號做以下處理：

　　（1）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(shí)現(xiàn)“三線式”遠(yuǎn)程通信,。

　　在接口電路設(shè)計(jì)中，引入了MODEM電源控制電路,，即下位機(jī)每次響應(yīng)呼叫并正確發(fā)送數(shù)據(jù)后,，由看門狗自動(dòng)實(shí)施下位機(jī)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(shí)現(xiàn)的，因?yàn)镸ODEM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(fù)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(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)下位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)

　　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(jī)的軟件框架

　　整個(gè)下位機(jī)系統(tǒng)的軟件框架如圖5所示,。

　　3.2 軟件主模塊設(shè)計(jì)

    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(dú)立模塊，主模塊為核心,，管理其他3個(gè)子模塊,，這4個(gè)模塊均為實(shí)模塊；而軟件與硬件看門狗模塊為虛模塊,，它以適當(dāng)?shù)男问胶瓦m當(dāng)?shù)臅r(shí)機(jī)存在于主模塊和MODEM通信模塊中,，實(shí)現(xiàn)下位機(jī)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(jì)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(chǔ)器和寄存器資源,；

　　（2）在實(shí)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(shí)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(yuǎn)程監(jiān)測與管理系統(tǒng)。