一種基于以太網(wǎng)的嵌入式數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)

　　3.3 驅(qū)動(dòng)電機(jī)電路

　　3.3.1 驅(qū)動(dòng)電路

　　單片機(jī)本身具備一定的驅(qū)動(dòng)能力,其I/O口的電流在l0m A左右,像驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管之類的器件并不需要特殊的驅(qū)動(dòng)電路,但是對(duì)于直流電機(jī)這類負(fù)載較大的器件,單片機(jī)無法為其提供較大的電流,尤其在直流電機(jī)剛啟動(dòng)時(shí),電機(jī)的啟動(dòng)電流往往會(huì)達(dá)到其正常工作電流的數(shù)倍,所以,這一類的器件就需要專門的驅(qū)動(dòng)電路完成對(duì)其的驅(qū)動(dòng),而單片機(jī)只是完成對(duì)其控制方面的工作。驅(qū)動(dòng)電路的基本功能是要有足夠的電流驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。原理圖如圖3所示。
 

　　3.3.2 光耦合器

　　光耦合器是把發(fā)光器件和光敏器件組裝在一起,通過光線實(shí)現(xiàn)藕合,構(gòu)成電-光-電的轉(zhuǎn)換器件。光耦合器可用于較遠(yuǎn)距離的信號(hào)隔離傳送?？梢云鸬礁綦x兩個(gè)系統(tǒng)地線的作用,是兩個(gè)系統(tǒng)的電源相互獨(dú)立,消除地電位不同所產(chǎn)生的影響,具有很強(qiáng)的抑制噪聲干擾的能力。    還可以作為信號(hào)隔離轉(zhuǎn)換、脈沖系統(tǒng)間的電平匹配、強(qiáng)電與弱電之間隔離、高壓開關(guān)等。光耦合器的應(yīng)用時(shí)系統(tǒng)具有較高的電氣隔離和抗干擾能力。

　　4 監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　4.1 現(xiàn)場(chǎng)控制卡的軟件開發(fā)

　　本系統(tǒng)的控制軟件就是用在C語言程序中嵌入用匯編語言開發(fā)的功能模塊的方法開發(fā)的。設(shè)計(jì)用到的工具是KEIL公司的MCS-51系列單片機(jī)集成開發(fā)環(huán)境。它的功能非常強(qiáng)大,實(shí)現(xiàn)從文本代碼編輯到生成可用于燒到目標(biāo)ROM的二進(jìn)制或者HEX格式的文件的所有功能。集合了文本編輯器、C語言編譯器、匯編編譯器、連接定位器、目標(biāo)處理器模擬仿真器以及庫文件管理器等51開發(fā)工具套件。軟件開發(fā)采用項(xiàng)目管理方式,多個(gè)模塊(多個(gè)文件、放在一個(gè)項(xiàng)目當(dāng)中,管理方便。

　　軟件的流程圖如圖4所示。
 

　　4.2 現(xiàn)場(chǎng)控制卡和網(wǎng)絡(luò)通訊卡間的通信

　　通過并口擴(kuò)展,系統(tǒng)采用兩個(gè)8位并口分別用作數(shù)據(jù)的輸入與輸出,并采用一個(gè)8位并口用作聯(lián)絡(luò)信息的傳送,該并口的高4位和低4位分別用于聯(lián)絡(luò)信號(hào)的輸入和輸出。通信采用的是查詢法,通過查詢聯(lián)絡(luò)信息的狀態(tài)來指導(dǎo)完成整個(gè)通信過程。這些聯(lián)絡(luò)信息分別與系統(tǒng)內(nèi)的三種內(nèi)部通信相對(duì)應(yīng),包括配置信息的傳輸、控制信息的傳輸和環(huán)境信息的傳輸。

　　4.2.1 配置信息的傳輸

　　配置信息的傳輸主要是在系統(tǒng)剛啟動(dòng)時(shí)進(jìn)行,由網(wǎng)絡(luò)通訊卡發(fā)起。首先由網(wǎng)絡(luò)通訊卡將第一個(gè)字節(jié)的配置信息輸出到網(wǎng)絡(luò)通訊卡的輸出并口上,并同時(shí)輸出"發(fā)送配置信息"(0001)的聯(lián)絡(luò)信號(hào)。數(shù)據(jù)采集卡以一定的頻率掃描聯(lián)絡(luò)信號(hào)輸入口,收到"發(fā)送配置信息"的聯(lián)絡(luò)信號(hào)后,馬上讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)輸入口,獲得第一個(gè)字節(jié)的配置信息,并發(fā)出"收到配置信息"(0010)的聯(lián)絡(luò)信號(hào),完成第一個(gè)字節(jié)的傳送。接著,網(wǎng)絡(luò)通訊卡與現(xiàn)場(chǎng)控制卡繼續(xù)以幾乎相同的方法傳送第二個(gè)字節(jié)的配置信息,稍有不同的只是把聯(lián)絡(luò)信號(hào)"發(fā)送配置信息"和"收到配置信息"都按位取反,即第二次通信的聯(lián)絡(luò)信號(hào)變?yōu)?quot;發(fā)送配置信息"(1110)和"收到配置信息"(1101),直到數(shù)據(jù)傳送完畢,雙方以"傳輸結(jié)束"(1111)的聯(lián)絡(luò)信息結(jié)束本次通信。通過這種方法,網(wǎng)絡(luò)通訊卡和現(xiàn)場(chǎng)控制卡只要分別輸出一次聯(lián)絡(luò)信號(hào),就可以傳送一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù),協(xié)議簡(jiǎn)單,數(shù)據(jù)傳輸快捷。

　　4.2.2 控制信息的傳輸

　　控制信息的傳輸同樣是由網(wǎng)絡(luò)通訊卡發(fā)起的。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)通訊卡從數(shù)據(jù)采集卡上獲取到報(bào)警信息或是處于監(jiān)控中心的用戶有需求時(shí),從上位機(jī)發(fā)送控制命令以后,網(wǎng)絡(luò)通訊卡將一個(gè)字節(jié)的控制信息輸出到相應(yīng)的并口上,并通過其輸出聯(lián)絡(luò)線輸出"發(fā)送控制信息"(0100)的聯(lián)絡(luò)信息,現(xiàn)場(chǎng)控制卡收到"發(fā)送控制信息"的聯(lián)絡(luò)信息以后,馬上讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù),并發(fā)送"收到控制信息"(1000)?，F(xiàn)場(chǎng)控制卡收到該信號(hào)以后,以"傳輸結(jié)束(1111)"結(jié)束本次通訊。

　　4.2.3 環(huán)境信息的傳輸

　　環(huán)境信息的傳輸由網(wǎng)絡(luò)通訊卡發(fā)起,并不斷地循環(huán)進(jìn)行。首先,網(wǎng)絡(luò)通訊卡將所要讀取環(huán)境信息的編號(hào)通過數(shù)據(jù)并口輸出,并輸出聯(lián)絡(luò)信號(hào)"環(huán)境信息查詢"(1100)。數(shù)據(jù)采集卡收到該信號(hào)后,通過數(shù)據(jù)輸入并口獲得網(wǎng)絡(luò)通訊卡要查詢的環(huán)境信息的通道編號(hào),把相應(yīng)的環(huán)境信息數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)輸出并口輸出,同時(shí)輸出聯(lián)絡(luò)信號(hào)"環(huán)境信息送到"(1010)。網(wǎng)絡(luò)通訊卡收到該信號(hào)后,就可以繼續(xù)查詢下一個(gè)環(huán)境信息了。

　　4.3 監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫

　　目前用于數(shù)據(jù)庫開發(fā)的開發(fā)環(huán)境有很多,例如:Delphi, Visual Basic, PowerBuilder和SQL Server等。隨著Visual C++的數(shù)據(jù)庫開發(fā)功能的不斷加強(qiáng),它作為一種方便易用的開發(fā)工具在實(shí)際開發(fā)中被廣泛應(yīng)用。 本系統(tǒng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)便采用的是Visual C++,其界面包括系統(tǒng)登錄、軟件主界面、用戶信息管理和工作人員信息管理、環(huán)境信息和報(bào)警信息管理和監(jiān)控器配置信息管理。

　　5 本文作者創(chuàng)新點(diǎn)

　　本文實(shí)現(xiàn)了一整套比較完整的嵌入式監(jiān)控系統(tǒng)。文中介紹了整個(gè)系統(tǒng)的解決方案,現(xiàn)場(chǎng)控制卡的硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì),以及現(xiàn)場(chǎng)控制卡與網(wǎng)絡(luò)通訊卡之間的通信。本系統(tǒng)與一般監(jiān)控系統(tǒng)相比,主要特點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備能直接上網(wǎng),而系統(tǒng)又利用了Ethernet:作為監(jiān)控信息的網(wǎng)絡(luò)傳輸信道,并采用了廉價(jià)的51系列單片機(jī)作為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備的MCU,以及使用了源代碼公開的μC/OS-Ⅱ?qū)崟r(shí)內(nèi)核最為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控設(shè)備的軟件平臺(tái),使系統(tǒng)具備了較高的性價(jià)比。

　　參考文獻(xiàn):

　　[1] 楊武剛. 單片機(jī)典型模塊設(shè)計(jì)實(shí)例導(dǎo)航[M]. 人民郵電出版社，2004. 5
　　[2] 黃穎、張小飛. 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[J]. 計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2003. 22
　　[3] 黃樂天, 謝意. 實(shí)用高精度智能恒溫加熱器系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 2005, 10-1: 36-38
　　[4] 孫媛、王水清. 基于以太網(wǎng)嵌入式家庭監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 江南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)2003. 1
　　[5] 周文舉. 基于單片機(jī)紅外無線通信的抄表系統(tǒng)[J].微計(jì)算機(jī)信息, 2006,2-2 : 45-47、113
　　作者簡(jiǎn)介:
　　唐蘋 (1975.6- ), 女,重慶人, 漢, 重慶警官職業(yè)學(xué)院, 偵查系講師, 碩士, 研究興趣: 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)