基于RS485的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0 引 言
某型防空指揮系統(tǒng)是一個(gè)以微型計(jì)算機(jī)為核心的模塊化和節(jié)點(diǎn)化設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。全系統(tǒng)由6種基本工作站組成，組成了比較完整的防空作戰(zhàn)情報(bào)指揮系統(tǒng)，主要用于空中目標(biāo)情報(bào)的快速采集、處理和傳遞，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)有效的射擊指揮及辦公自動(dòng)化。由于各工作站所要完成的工作都較復(fù)雜，安裝、搭載的軟件和設(shè)備也都很多，因此工作站的計(jì)算機(jī)上普遍裝有多個(gè)硬盤，并按照功能的分類裝有不同的系統(tǒng)，在使用時(shí)，根據(jù)需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行選擇和系統(tǒng)間的切換。隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展和軍事變革的不斷推進(jìn)，在應(yīng)用時(shí)對(duì)系統(tǒng)選控的實(shí)時(shí)性、可靠性和操控性都提出了更高的要求，傳統(tǒng)的控制手段已不能滿足新的需要。基于此該文設(shè)計(jì)了一種由固態(tài)繼電器和單片機(jī)構(gòu)成的控制單元。該控制單元能夠利用固態(tài)繼電器的斷開和導(dǎo)通控制計(jì)算機(jī)中硬盤的斷電和上電。固態(tài)繼電器功耗較小，且多使用直流電源，是一種性能優(yōu)良、通用性強(qiáng)、體積小、工作可靠的元器件。利用這種元器件設(shè)計(jì)的控制單元有著廣泛的應(yīng)用范圍和良好的使用前景。
目前，單片機(jī)以其成本低、使用靈活、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、具有一定的智能性等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于國(guó)防工業(yè)的控制領(lǐng)域和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中。但對(duì)于某些復(fù)雜任務(wù)的實(shí)現(xiàn)，如大數(shù)據(jù)量的計(jì)算、人機(jī)對(duì)話等，單片機(jī)卻無(wú)法勝任。相反，PC機(jī)在這方面卻有著較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。因此，將它們進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，組成一個(gè)完善的系統(tǒng)就顯得非常有必要了。在系統(tǒng)中，單片機(jī)負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)的采集和執(zhí)行單元的控制，PC機(jī)負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理的功能，這時(shí)就涉及到了一個(gè)單片機(jī)與PC機(jī)之間通信的問(wèn)題。在單片機(jī)和PC機(jī)之間進(jìn)行高速、可靠的通信，目前較為流行的方式是采用串行通信方式。根據(jù)某型防空指揮系統(tǒng)通信距離遠(yuǎn)的特點(diǎn)，本系統(tǒng)選用RS 485標(biāo)準(zhǔn)作為主要的通信方式。
在遠(yuǎn)距離控制系統(tǒng)中，控制指令一般通過(guò)數(shù)據(jù)總線進(jìn)行傳輸，而通信距離在幾十米到上千米的遠(yuǎn)距離控制系統(tǒng)現(xiàn)在通常采用RS 485總線標(biāo)準(zhǔn)。RS 485標(biāo)準(zhǔn)定義了一個(gè)基于單對(duì)平衡線的多點(diǎn)、雙向(半雙工)通信鏈路，提供了高噪聲抑制、高傳輸速率、長(zhǎng)傳輸距離、寬共模范圍和低成本的通信平臺(tái)。

1 系統(tǒng)的組成及戰(zhàn)技指標(biāo)
作為某型防空指揮系統(tǒng)的子系統(tǒng)，本遠(yuǎn)距離控制系統(tǒng)由一臺(tái)PC機(jī)，若干個(gè)控制單元，以及連接PC機(jī)和控制單元的數(shù)據(jù)線組成，每個(gè)控制單元又分別對(duì)應(yīng)三個(gè)受控對(duì)象，即三個(gè)硬盤。其中控制單元主要由單片機(jī)和繼電器兩部分構(gòu)成，完成對(duì)主控機(jī)發(fā)出指令的接收、分析、處理，和對(duì)硬盤的控制等功能。工作原理如下：本系統(tǒng)采用半雙工主從通信方式，有一臺(tái)主機(jī)和多臺(tái)從機(jī)，主從機(jī)之間通過(guò)RS 485總線進(jìn)行由主機(jī)到從機(jī)的單向通信，且各從機(jī)之間互不通信。從機(jī)在讀取信息后，對(duì)其進(jìn)行分析、判斷，繼而完成相應(yīng)的控制功能。其結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

本文所提出的控制系統(tǒng)方案是基于RS 485的有線傳輸，最大傳輸距離可達(dá)1．2 km，數(shù)據(jù)速率為1 200／2 400 b／s，誤碼率小于等于1×10-6，系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間小于等于2 s。某型防空指揮系統(tǒng)中，各站間的距離最大可達(dá)50 km，當(dāng)傳輸距離超過(guò)了有線通信的最大值時(shí)，可采用數(shù)傳電臺(tái)等無(wú)線通信的方法代替。當(dāng)傳輸距離在有線傳輸?shù)姆秶鷥?nèi)時(shí)，宜采用有線傳輸，以降低誤碼率。

2 系統(tǒng)主要芯片。
2．1 C8051F020的性能特點(diǎn)
CYGNAL的C8051F020是集成模擬、數(shù)字信號(hào)于一體的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)SoC單片機(jī)。與目前常用的51系列單片機(jī)指令集完全兼容具有64個(gè)數(shù)字I／O引腳。它采用Cygnal公司的專利CIP-51微處理器內(nèi)核，完全能夠滿足使用需要。