單片機(jī)雙串口同時(shí)通訊的實(shí)現(xiàn)

1　系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

1．1　系統(tǒng)要求與總體方案設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)中有單相、三相、機(jī)械式和電子式等各種型號(hào)電能表，要求實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、快速、可靠地采集各分散電能表的用電量數(shù)據(jù)，適應(yīng)各種復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)條件，連續(xù)運(yùn)行、操作簡(jiǎn)便、維修快捷。硬件系統(tǒng)要具有通用性、可擴(kuò)展性，并能適應(yīng)各種大中型發(fā)電、用電企業(yè)的電量管理。因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，重點(diǎn)考慮了以下因素：實(shí)時(shí)性、高可靠性、環(huán)境的適應(yīng)性、通用性、可擴(kuò)展性、經(jīng)濟(jì)性等。

集散控制系統(tǒng)DCS(Distributed ControlSystem)是一種分散控制、集中信息管理系統(tǒng)。由于該系統(tǒng)是在電廠使用，并已有DCS平臺(tái)，因此采用DCS作為主站，也可采用單獨(dú)的上位機(jī)來(lái)管理。DCS中采用了雙前置機(jī)熱后備的冗余系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，2臺(tái)前置機(jī)可相互替換以提高系統(tǒng)可靠性。

本DCS采用Interllution iFox工控組態(tài)軟件，使用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線RS422將集抄系統(tǒng)硬件連入前置機(jī)，進(jìn)行電量分析，負(fù)荷管理，并具有圖形、曲線、報(bào)表打印輸出功能，可與其他網(wǎng)絡(luò)接口。

由于采集模塊一般都不少于幾十個(gè)，如直接連入DCS，則測(cè)點(diǎn)太多，因此在DCS和采集模塊之間增加一級(jí)數(shù)據(jù)集中器(簡(jiǎn)稱集中器)，將一個(gè)集中器作為一個(gè)測(cè)點(diǎn)，減輕DCS的負(fù)擔(dān)和大幅度降低成本，提高了系統(tǒng)的性能價(jià)格比?！　?/p>

集中器和采集模塊之間，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線RS485進(jìn)行雙向通訊。

集中器不斷巡測(cè)采集模塊，以統(tǒng)計(jì)存儲(chǔ)各種用電數(shù)據(jù)，同時(shí)又要保證和DCS之間的正常通訊，這就要求集中器具備雙串口同時(shí)通訊的能力。集中器中采用一片具有雙串口的CPU(DS80C320)來(lái)實(shí)現(xiàn)雙串口同時(shí)通訊。

本系統(tǒng)中的RS422，RS232、紅外通訊均使用通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ModBus協(xié)議。

1．2　系統(tǒng)組成與功能

集抄系統(tǒng)由電量采集模塊、數(shù)據(jù)集中器、專用掌上電腦和DCS經(jīng)RS422和RS485總線靈活配置而成。集抄系統(tǒng)組成圖如圖1所示。采集模塊通過(guò)檢測(cè)機(jī)械式電表表盤的轉(zhuǎn)數(shù)或電子式電表輸出的脈沖數(shù)，轉(zhuǎn)換成電表用電量，經(jīng)RS485總線將用電量數(shù)據(jù)上傳。采集器中保存的用電量數(shù)據(jù)與原有電表上的用電量窗口顯示值相一致。安裝采集器后不改變?cè)须姳淼恼w結(jié)構(gòu)和計(jì)量精度。

采集模塊具有獨(dú)立的CPU和非易失性斷電保持存儲(chǔ)器及工作狀態(tài)燈指示?？涩F(xiàn)場(chǎng)設(shè)置初始參數(shù)。故障自動(dòng)保護(hù)。適應(yīng)現(xiàn)有各種型號(hào)的機(jī)械式、電子式電能表。

集中器負(fù)責(zé)各電表用電量數(shù)據(jù)的集中收集，處理和存儲(chǔ)。通過(guò)RS485總線與采集模塊通訊，讀取每個(gè)采集模塊中存儲(chǔ)的用電量數(shù)據(jù)。每臺(tái)集中器最多可管理256臺(tái)電表。經(jīng)RS422總線可與DCS之間進(jìn)行雙向通訊，接受DCS的各種集中器具有獨(dú)立的CPU和非易失性斷電保持存儲(chǔ)器，可存儲(chǔ)當(dāng)前用電量數(shù)據(jù)和歷史用電量數(shù)據(jù)。內(nèi)部有實(shí)時(shí)時(shí)鐘，斷電后繼續(xù)保持走時(shí)。故障自動(dòng)診斷，并將異常狀態(tài)上報(bào)DCS?？膳c其他系統(tǒng)(SCADA，MIS)直接進(jìn)行接口。

DCS通過(guò)RS422總線與集中器進(jìn)行雙向通訊，讀取集中器中存儲(chǔ)的各電表當(dāng)前用電量數(shù)據(jù)和歷史用電量數(shù)據(jù)。用電量數(shù)據(jù)經(jīng)DCS的記錄存儲(chǔ)及分析處理，為有關(guān)部門提供用電狀況的統(tǒng)計(jì)分析和管理。每個(gè)DCS可管理64個(gè)集中器。

DCS具有系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)設(shè)置、校時(shí)、事件記錄管理、曲線圖形報(bào)表打印輸出功能。實(shí)時(shí)讀取并顯示各電表的用電量數(shù)據(jù)，進(jìn)行用電量數(shù)據(jù)分析。可與其他網(wǎng)絡(luò)接口，將數(shù)據(jù)傳輸給其他系統(tǒng)(SCADA，MIS)供分析處理。

專用掌上電腦又稱掌上終端機(jī)。當(dāng)掌上電腦安裝上相應(yīng)的軟件后，利用紅外口現(xiàn)場(chǎng)初始化采集模塊，利用紅外口/RS232口現(xiàn)場(chǎng)初始化集中器、抄取數(shù)據(jù)、狀態(tài)信息等，是系統(tǒng)維護(hù)的重要工具。筆記本電腦也具有同樣的功能。

2　集抄系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

集抄系統(tǒng)軟件包括DCS軟件、集中器軟件、采集模塊軟件和專用掌上電腦軟件。其中集中器和采集模塊軟件用匯編語(yǔ)言編寫，專用掌上電腦軟件用專用掌上電腦編程語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。下面主要介紹DCS集抄系統(tǒng)軟件和集中器中雙串口CPU同時(shí)通訊的實(shí)現(xiàn)。

2．1　DCS集抄軟件

DCS集抄系統(tǒng)軟件采用Interllution iFox工控組態(tài)軟件，在Windows 95(以上)和Windows NT系統(tǒng)軟件平臺(tái)下完成，使用電廠流行的動(dòng)態(tài)圖形對(duì)象和按鍵操作主窗口，類似Excel的表格大量用于數(shù)據(jù)錄入與顯示，美觀簡(jiǎn)便的對(duì)話框和圖形曲線人機(jī)界面設(shè)計(jì)，使用戶操作快捷方便。DCS集抄軟件主要包括下列功能：

(1)系統(tǒng)配置靈活方便可在線任意增刪集中器和采集模塊，修改各種運(yùn)行參數(shù)和電表用戶信息。

(2)實(shí)時(shí)巡測(cè)、選抄功能可選擇抄收一個(gè)或幾個(gè)指定電表的當(dāng)前電量，可選擇不間斷巡測(cè)部分或全部電表用戶的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。

(3)自動(dòng)抄表功能可指定自動(dòng)抄收時(shí)間間隔，自動(dòng)抄收整點(diǎn)數(shù)據(jù)、每隔可選時(shí)間間隔的全部電表數(shù)據(jù)、每天指定的幾個(gè)抄表時(shí)刻的電量數(shù)據(jù)等。

(4)可選擇部分或全部瀏覽各種自動(dòng)抄表數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)巡測(cè)數(shù)據(jù)。

(5)方便多樣的查詢功能。

(6)自動(dòng)故障診斷、事件記錄和信息追憶功能。

(7)進(jìn)行負(fù)荷分析，統(tǒng)計(jì)各種曲線圖表。

(8)多級(jí)口令管理，防止非授權(quán)人員操作的功能?！　?/p>

(9)各種報(bào)表曲線圖形的打印和完善的操作指南。