单片机监控系统探究
摘 要：单片机因为其强大的控制系统目前被广泛应用到了野外作业、企业生产和军事指挥监控之中。文章介绍了单片机的监控系统方案，并对单片机监控系统的发展趋势进行了预测。
关键词：单片机；监控；数据；通信技术
中图分类号：TP277 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2013）02-0098-02
随着半导体技术的飞速发展，当前将超大规模集成电路集成到一个很小硅片上的技术已经得到了实现，由此带来了单片机技术的飞速发展。目前的单片机，已经由最初的4位、8位单片机，发展到现在的32位300 M高速单片机。32位单片机由于内部采用了RISC（精减指令系统计算机）机构，因而优化了指令系统，同时也带来了快捷的运算速度和超强的数据处理能力，同时由于其使用方便，具有强大的中断控制系统、定时/事件控制系统，同步/异步通信控制系统，因而可以利用单片机实现对分散测控对象的监控。目前，这项技术已经被越来越广泛地应用到野外作业、企业生产和军事指挥控制之中了。
1 单片机监控系统方案介绍
监控系统需要有一个主站、若干个机动从站构成。主站的作用在于收集来自传感器的数据信息，发布控制命令及实现自动化转台。从站位于固定机房、无人值守间及野外作业站等地方，其主要功能是对传感器的指示数据进行检测验收、对Karlman滤波后的生产工艺方程进行解算和相关显控处理等。主站与从站之间的通信方式采用点与点之间的码分多址通信。
从站电路功能如图1所示。
①主站和从站自定义了60芯的专用系统信号，结构采用双CPU（80C196、8031）扩展STD总线结构。为了和数据通信板的8031之间数据交换的便利，将0C000H-0C3FFH分配给双口RAM（IDT7130）。为了方便调试非全地址译码I/O空间，芯片类型选择了在线可编程芯片ISP2031。
②付站显控电路。显控主芯片采用MC6847，将80C196地址空间的0A000-0C000H分出供显存占用，监视器选择工业级CRT，屏幕分辨率800×600.自建专用12×12非标准汉字库。选择8279型号主芯片进行键盘控制。
③使用I/O板，进行数据接收。采用数字滤波技术消除模拟输入信号的噪声，为了使运行混乱的程序重新步入正规，采用在双字节指令和三字节指令后插入两个字节以上的NOP，造成指令冗余的方式，避免后面的指令被当作操作数执行，从而使程序自动纳入正轨。
④智能接口板芯片采用3片MC6821控制芯片，通过对信号实现定位，达到和模拟器数据通信的目的。
⑤转台方位转换电路。同步传输机的模拟方位信号经由分立元器件电路获取后，予以一定的信号分离处置，转变成直流电平，经CPU切换后由AD变换电路分析出方位数据。其他传感器转换电路，采用高性能计数器记录下同步脉冲信号，最后由CPU进行处理。
2 有线/无线数据通信设计
实现单片机监控的重要环节在于中远距离通信方案的选择，对于单片机串行口来说，目前尚无法有效适应中远距离通信的需要，如果从站间距离较远，则点与点之间的距离就将超过1 km，这时候，需要采用调制解调技术。
2.1 有线数据通信
有线数据通信主要以电话线为主，经过数字调制解调器处理（Modem），形成FSK调制信号。我们可以选用TI公司生产的单片CMOS工艺的Modem，这种调制解调器符合CCITTV.23建议和BELL202标准，可以实现对通信信号的调制解调、载波检测，以及群延时均衡等功能。单片机的串行口RXD、TXD可以实现和RD及TD脚的直接相接。RXB脚的作用在于对接受信号偏压调整，门限电平则进行片内调整。为保证良好的收发性能，需要精确调整CDL脚作载波检测电平的W1、W2参数。RC、TC经过两级调制解调运放及1∶1变压线圈隔离后外接电缆插件。
2.2 无线数、话一体通信
当前，随着无线数据传输技术的日益成熟，在遇到复杂地形或者无法架设有线传输设备的时候，我们常常选择无线设施进行通信数据的传输。无线数据模块的选择在过去经常以MSM6927为主，该模块是日本OKI公司生产的一种单片集成、采用FSK调制的Modem。目前，随着我国无线通信模块技术的快速发展，国内一些厂商的设备也达到了国际先进工艺水平。如东莞博银KY-903，采用采用温补频率基准源，频率合成技术，可以实现点对点、点对多点，灵活组网。另外，提供了模拟通道，在实现无线数据传输的时候，也可以实现话音的传送，从而为系统监控提供了更大的便利。
2.3 通信软件设计
具体通信方法，采取先对主机写入数据，然后向各从机发布通信信息，以检验各从机是否及时相应，如未及时响应的从机，就将之从通信序列中清除出去，在实现这一过程之前，应设定主机与从机之间的响应规则，以避免多点同时响应导致的通信拥堵现象发生。
3 单片机监控系统保护措施
单片机监控系统常作为外部嵌入式系统而发挥监控作用，因而，为保证其正常工作，务必需要采取一定的保护措施，以时期可靠地进行工作。
①适时优化系统，进行冗余设计，不断提高软硬件的抗干扰能力。
②外接电源、通信电缆等装置都要加装防雷击、防风雨、防腐蚀装置，如加装防雷保护器，选用防腐蚀套管等。此外，应经常对外露设施进行定期检验，做到发现问题及早解决。
③不断优化算法设计。算法优化能够有效提高系统的可使用性。如Karlman滤波、AD采样后的“野值”剔除处理等。通过不断优化算法，达到提高运算速率，增强处理能力的作用。
④做好非正常复位工作。由于野外环境复杂，系统在使用过程中，难免会出现电压异常或者断电事故的发生，一旦出现意外，系统就将出现非正常复位现象。当系统非正常复位的时候，先要恢复一些必要的系统数据，如显示模块的初始化、片外扩展的初始化等。然后再对测控系统的系统状态、运行参数等予以恢复。之后再把复位前的任务、参数、运行时间等恢复，再进入系统运行状态。
4 结 语
目前，单片机以其强大的数据处理和通信、控制能力，已经被广泛应用到了众多的监控系统之中了。随着单片机系统模块集成度越来越高，利用单片机监控系统功能，必将会更加的便捷、可靠。
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