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基于MCS-51单片机和RS485串行接口实现在分布式安防系统的设计

电子设计 来源:现代电子威廉希尔官方网站 作者:罗文平;王子旭 2021-03-22 14:35 次阅读

安全防卫系统应用在许多场合,他的可靠性直接影响人们的生命财产安全。而不同的场合提出的防卫要求又各不相同,故安防系统的组成形式呈现多样化的趋势。目前的安防系统大多采用计算机+微控制器的方式,这样的系统结构复杂,所需的软、硬件支持多,成本高。我们针对某仓库安防提出的以下几点要求,从可靠性和实用性出发,利用单片机RS485串口标准组成了一种分布式安防系统。该系统的要求如下:

(1)通信距离远从站多达16个且距离较分散,各站之间相距都在km以上,最远约有5 000 m。

(2)实时性强由于从站无人看守,主站必须每个时刻都知道从机是否在线,一旦发现异常情况,主站立刻做出相应的反应。

(3)抗干扰能力强主站和从站都在恶劣环境下工作,外界的各种干扰对控制系统,特别是通信网络的影响较大。

(4)通讯接口简单、成本低。

1系统多机通讯的实现方法

1.1通信标准

串行通讯的通信标准很多,最常用的是RS232C标准。 对于远距离通讯来说,RS485串行接口标准是理想的选 择。RS485的电气标准实际上是RS422的变型,由于性能优异、结构简单、组网容易而得到广泛的应用。他采用的是平衡发送和差分接收方式来实现通信,因此有极强的抗共模干扰能力,接收灵敏度也相当高。同时传输速率和最大传输距离也大大提高。如果用100 kb/s时,传输距离可达120 m,而10 kb/s速率传输可达1.2 km。如果降低波特率,传输距离还可以进一步提高。另外RS485实现了多点互连,最多可达32台驱动器和32台接收器,非常便于多器件的连接。

基于MCS-51单片机和RS485串行接口实现在分布式安防系统的设计

1.2系统结构

分布式集中控制系统的网络拓扑采用总线方式,传送数据采用主从站的方法,中间增加若干个中继器。各单元通讯接口均采用RS485串口标准。由于采用了单片机多机通信及总线方式,该系统有较高的可靠性,即使某个从站出现故障也不会影响其他站。

整个系统中,各单片机选用MCS-51系列,12MHz晶振。利用单片机自身的半双工异步串行接口,并外配合适的通讯接口芯片及采用通信总线形式,构成半双工异步串行通信网络。

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2系统硬件设计

2.1主从站硬件设计

主站是系统的中心,其功能是不停地按顺序查询每个从站的状态并显示,当从站有人请求进入时,给予响应;当有人非正常进入或者从站线路出现故障时,提示报警。他由单片机最小系统、RS485接口和显示部分组成,单片机采用AT89C51,接口芯片采用SN75LBC184,这是具有瞬变高压抑制功能的芯片,能抗雷击、静电放电、避免瞬时交流电故障引起的非正常高压脉冲冲击。显示部分包括键盘输入和LED电子显示屏。结构框图如图2所示,根据需要还可加上光电隔离耦合电路,进一步保证各系统间可靠安全地通讯。

从站主要是接受主站发来的询问信号并给予回应,同时有请求开门时置状态标志以及非法进入时提示报警。其硬件构成也是用单片机最小系统和一个收发器组成,其硬件结构和主站相似,只是报警和开关电路不同。

2.2中继器硬件设计

中继器的设计方案有很多种,本系统采用的是2片AT89C51和2片SN75LBC184。他的一端将接收到的差分信号转换为TTL电平送入单片机,另一端将单片机输出的TTL电平转换为差分信号输出。其间包括2个串并转换的过程。其硬件设计上要注意的一点是单个晶振驱动不了2片单片机,必须外接一个时钟驱动电路。硬件结构如图3所示。

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3系统软件设计

利用单片机的串行口工作方式3来完成通信。方式3的信息帧是11位,即1位起始位、8位数据位、1位奇偶校验位和1位停止位。由于设计16个从站,故其中数据位的最高位未用,便于以后扩展,4~7位表示从站地址,低3位表示从站当前状态(包括在线、正常请求开门、非法进入等)。为满足传输距离,主从双方约定波特率为8 kb/s。

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3.1主从站软件设计

系统采用主从式通信管理方法,由主站管理通信,从机间不直接通讯,主站既可以按一定的时间周期定期与每 台从站依次通信,收集从站回传的信息,也可以随时与某从站通信。如果主站连续三次呼叫,某个从站没有应答,则判断此从站出现故障,发出警报。

所有从站开始均复位,并处于监听状态。当主站向总线上发出某一从站的地址和询问信息时,所有从站接收到该地址,并与自己的地址比较。如果相符,说明主站在呼叫自己,发应答信号,报告自己当前的状态,或按命令执行动作;否则不予理睬,继续监听呼叫地址。如果从站有人请求开门,则置状态标志等待主站下一次查寻时发往主站。从站的主程序只是查寻有无开门请求,接受数据由串口中断完成。
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3.2中继器软件设计

软件设计方法是用用串口中断和外部口INTO中断2个中断子程序来分别完成2个串并转换的功能。2个单片机的程序设计完全相同。

4结语

多机系统与网络是单片机在现代工程中的主要应用形式。尽管目前已存在校准的分布式网络系统和较为完善的网络标准协议,但由于其标准条款过于繁杂,价格昂贵,对一般的应用场合缺乏实用性。

本文结合对安防系统的研究,提出的远程分布式、多负载的系统已在现场通过调试并正常运行。实践证明,该系统是一种结构简单、灵活、可靠性高的价格低廉的实用型控制系统,非常适用于中小型工业场合的控制,具有较高推广应用价值。

责任编辑:gt

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