基于單片機的試驗站遠程監控系統網絡接口

　　遠程監控系統廣泛應用于工業遠程監控、智能樓宇、安防監控和網絡家電等方面，通過遠程監控，技術人員無須親臨現場就可以方便控制和掌握儀器、設備的運行狀態及各種參數，方便地利用本地豐富的軟硬件資源對遠程對象進行過程控制。

　　由于試驗數據在導線傳輸過程中容易受到電磁干擾和產生衰減，特別是處于運動狀態的設備或被隔離區域內設備的數據測量，敷設信號傳輸線將十分不便，而且安裝與維護比較麻煩。針對這種情況，我們設計了一種新型的無線數據傳輸網絡接口方案，可以克服傳統有線數據傳輸存在的弊端。

　　方案選擇

　　1 遠程監控系統信號傳輸的基本要求

　　大型的試驗站多為自動測試系統，其試驗參數由各種變送器、變換器及測量儀器等測量所得。有些數據需要現場監控，但大多數測量數據需要傳輸到試驗間，由試驗人員監控并處理、分析波形、繪制特性曲線并生成報表。總體來說，信號傳輸有如下幾種要求。

　　● 傳輸數據通道及精度滿足試驗標準要求。

　　● 傳輸響應速度快。

　　● 運行穩定可靠性高。

　　● 可實現網絡信息化管理。

　　2 現狀分析及方案確定

　　基于以上要求，國內外目前可采用的無線傳輸方式有以下幾種方案。

　　● 數傳電臺遠程監控方案：它可采用編碼方式完成軟擴頻或是硬件擴頻以滿足數據傳輸的要求，但系統造價比較昂貴；數據傳輸可靠性低；維護困難。

　　● 基于CDPD網絡的遠程監控方案：在簡易再開發應用中，產品硬件部份造價太高；覆蓋范圍太小，無法應用于試驗站可能存在的偏僻地帶。

　　● 基于GSM-SMS模塊無線數據監測系統方案：具備網絡覆蓋面廣、用戶綜合投資小、運營費用少，數據傳輸安全可靠等諸多優點，對于解決監控采集點分散、覆蓋面廣、監控點移動、實時性要求較低的監控采集系統具有無可比擬的優勢，但受到公網業務開通狀況及信號覆蓋范圍的影響較大，受系統及網絡運行情況影響，不可控因素較大。

　　我們提出一種基于無線數據傳輸和以太網絡相結合的監控系統單片機網絡接口，把監控系統中的智能控制單元擴展到網絡上，嵌入TCP/IP協議的單片機數據通信系統，使試驗人員可以通過網絡主機或因特網了解并控制遠程設備。在TCP/IP協議和STC89C5x系列單片機及C51開發環境的基礎上進行系統、程序構架的設計，利用TCP/IP協議中的TCP、IP及簡單的應用層協議實現單片機之間以及單片機和上位機之間的網絡互連。這樣既提高了數據傳輸的速度，又保證了傳輸的正確性，同時還擴展了數據傳輸的有效作用半徑。

　　網絡接口的構成

　　無線傳輸系統網絡接口的控制器采用8位單片機+精簡TCP/IP協議棧方案。總體方案結構如圖1所示。

　　圖1 無線傳輸系統網絡接口的總體方案

　　儀器儀表或控制設備經過RS232/RS485接口連接無線傳輸模塊，發射與接收數據。無線傳輸的另一端經過TTL連接單片機，單片機再通過8位數據總線連接RTL8019AS，網絡控制器用RJ45接口與以太網連接。通過無線傳輸和以太網，儀器儀表或控制設備和遠程監控主機或Internet建立了網絡連接，利用遠程主機上的監控軟件可以讀取儀器儀表的數據，了解控制設備的工作狀態，根據采集到的數據進行分析并對現場設備進行控制。

　　系統組成

　　在工業測控系統中，多種儀器儀表測量的現場數據通過無線傳輸裝置無線發送，在監控主機（PC）端通過無線傳輸裝置無線接收數據，并對數據進行記錄、分析、存儲，實現信息化管理。

　　處于儀器儀表端的無線傳輸裝置接收的是PC發送過來的命令數據幀，無線發送的是從儀器儀表上讀取到的電量和非電量數據。處于監控主機端的無線傳輸裝置接收的是儀器儀表端發送過來的數據或參數，而發送的是讀取數據、參數或寫參數命令。

　　1 硬件接口電路設計

　　網絡接口的設計采用STC89C52RC來控制以太網芯片RTL8019AS進行數據的傳輸。

　　① RTL8019AS的工作方式

　　RTL8019AS支持三種工作方式：第一種為跳線方式，I/O基址和中斷由跳線決定；第二種為即插即用方式，由軟件自動配置相應的參數；第三種為免跳線方式，I/O和中斷由外接的93C46的內容決定。

　　RTL8019AS采用哪種工作方式由第65腳JP決定，JP是輸入引腳，當它為低電平時(其他引腳也是這樣，懸空的輸入引腳的電平為低電平，里面有一個100kΩ的下拉電阻)，RTL8019AS工作在第二種和第三種方式下，需要使用93C46芯片；當JP接高電平(接到Vcc或通過一個10kΩ的電阻上拉)，RTL8019AS工作在第一種方式下，不需要使用93C46。通常使用的計算機一般采用即插即用方式和免跳線方式，但本設計的外設不經常插拔，所以不支持即插即用的功能，也未使用93C46存儲以太網控制器參數(由微處理器初始化時設定)，而是采用易于控制的跳線方式。這時芯片的地址由85，84，82，81(IOS3...IOS0)幾個引腳決定，如表1所示。

　　表1 I/O基址的選擇

　　在本系統中將IS03...IS00設置為0000，對應的I/O Base為300H。

　　② RTL8019AS的網絡接口方式

　　RTL8019AS的網絡接口類型由PL0，PL1引腳決定，如表2所示。

　　表2 網絡媒介選擇

　　在本設計中采用PL1=0，PL0=0，即第一種自動檢測方式，RTL8019AS會自動檢測媒介是同軸電纜還是雙絞線。

　　RTL8019AS與以太網的接口采用無屏蔽雙絞線RJ45接口，中間需要接一個網絡隔離變壓器，也稱為發送/接收濾波器，用來把信號變成平衡信號傳輸，防止電涌，以減少共模干擾，提高傳輸效率。

　　本設計中使用的隔離變壓器是GROUP TEK的20F001N。在具體的連接中信號地線要通過一個10nF的電容接到電源地上，在20F001N的輸出口上必須加上一個200Ω的電阻來抑止輸入8019AS的電壓大小，這也是一種保護措施。