摘 要：介紹了一種以嵌入式微處理器為核心的網(wǎng)絡化智能監(jiān)控系統(tǒng)，采用RS-485數(shù)據(jù)總線傳輸數(shù)據(jù)，給出了控制電路原理圖、軟件設計流程圖，并闡述了系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析和網(wǎng)絡安全防護措施。系統(tǒng)運行結果驗證了本系統(tǒng)具有成本低、精度高、電路簡單以及抗干擾性好等優(yōu)點。 關鍵詞：監(jiān)控系統(tǒng); 嵌入式微處理器; 網(wǎng)絡化; RS-485通訊 一 引言 　　隨著微電子技術、控制技術、網(wǎng)絡技術和計算機技術的快速發(fā)展，應用多傳感器的控制系統(tǒng)來實現(xiàn)多參數(shù)的測量和多對象的控制已成為現(xiàn)代控制技術的發(fā)展主流。對控制系統(tǒng)也提出了更高的要求，即精度高、數(shù)字傳輸距離遠，可靠性好、易于組網(wǎng)，數(shù)據(jù)總線使用少、節(jié)約設備和電源，并具有信息處理和保存等功能。這樣，開發(fā)設計可靠性高、功能齊全的網(wǎng)絡化智能控制系統(tǒng)成為了目前關注的熱點。[1] 二 網(wǎng)絡化智能監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設計 　　2.1 網(wǎng)絡化智能監(jiān)控系統(tǒng)的組成 　　網(wǎng)絡化智能監(jiān)控系統(tǒng)的組成框圖如圖1所示。該系統(tǒng)硬件電路主要由傳感器測控單元、數(shù)據(jù)傳輸節(jié)點和數(shù)據(jù)采集中心三部分組成。傳感器測控單元負責監(jiān)測各傳感器的數(shù)據(jù)信息，數(shù)據(jù)傳輸節(jié)點負責接收和保存?zhèn)鞲衅鳒y控單元上傳的數(shù)據(jù)，并通過人機對話控制模塊進行設置，同時還要接受數(shù)據(jù)采集中心的訪問。數(shù)據(jù)采集中心負責采集各個數(shù)據(jù)傳輸節(jié)點的數(shù)據(jù)，并與上位機監(jiān)控系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交流。 [align=center] 圖1 網(wǎng)絡化智能監(jiān)控系統(tǒng)的組成框圖[/align] 　　2.2 傳感器檢測控制單元 　　傳感器檢測控制單元由嵌入式PIC16F676單片機、濕度傳感器、溫度傳感器、流量傳感器以及信號調(diào)理電路、網(wǎng)絡接口等組成，其中傳感器的功用是將待測的信號轉(zhuǎn)化為電信號，信號調(diào)理電路完成信號的整型、濾波、放大等預處理操作，經(jīng)微控制處理器處理后，轉(zhuǎn)化成相應的數(shù)字量結果，并由RS-485總線網(wǎng)絡接口發(fā)送給主控制器。其結構框圖如圖2所示。 [align=center] 圖2 傳感器檢測控制單元組成框圖[/align] 　　2.3 PIC16F676單片機 [ 2. 3] 　　PIC16F676單片機是由美國Microchip公司推出的一種高性價比單片機，是一種功能強大的微控制器，可以為嵌入式控制系統(tǒng)提供高度靈活而有效的解決方案，在系統(tǒng)中作為控制核心，主要實現(xiàn)模擬量/數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)化，完成信號的采集、處理以及采集結果的傳輸。 　　其主要特點如下： 　?、?、1K字節(jié)可重復編程的程序存貯器，128字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲器; 　?、?、12條I/O線，可以直接驅(qū)動LED; 　?、?、2個帶8位預分頻的 8位定時/計數(shù)器及看門狗; 　?、取?路10位的A / D轉(zhuǎn)換; 　?、?、低功耗、寬工作電壓范圍：2.5～5.5V 　　2.4 網(wǎng)絡接口單元 [ 4 ] 　　網(wǎng)絡接口單元是傳感器控制系統(tǒng)與主控制器之間的橋梁紐帶。目前廣泛使用RS-485串行接口總線,是采用一對平衡差分信號線的半雙工傳送方式，在多站點互連方面使用十分方便。通訊接口可以采用MAX485、SN75LBC184等芯片。本系統(tǒng)中傳感器控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡接口芯片為MAX485，設定數(shù)據(jù)傳送速率為2400b/s，數(shù)據(jù)傳輸距離為1200m，數(shù)據(jù)傳輸格式為1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無奇偶校驗位，通信錯誤檢測為累加和校驗。與單片機的接口電路如圖3所示。 [align=center] 圖3 MAX485與單片機的接口電路[/align] 　　約定在RS-485通訊網(wǎng)絡中，總線上每一模塊均設定唯一地址。首先各前端機開中斷等待（SM2=1），主控制器發(fā)地址幀，所有前端機對地址幀產(chǎn)生串口中斷，將地址與本機地址比較，被尋址前端機將SM2清0、TB8置1，把本機地址碼發(fā)回供主控制器核對，核對正確后，被選前端機將采到的數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)幀發(fā)送給主控制器，發(fā)送完后SM2置1、TB8清0;未被尋址前端機保持SM2為1，開中斷等待。 三 網(wǎng)絡化智能監(jiān)控系統(tǒng)的軟件設計 　　3.1 傳感器數(shù)據(jù)采集濾波算法 [ 5 ] 　　由于輸入的溫濕度信號是非線性的，必須通過軟件措施來對其線性化。 　　平均值濾波法： 　　算術平均值濾波是要尋找一個Y（k），使該值與各采樣值間誤差的平方和為最小， 　　即有：S=ΣY[sub]i[/sub] 　　其中的Yi為各采樣值（i=1 ～ n） Y（k）= S/n 　　算術平均值濾波的實質(zhì)即把一個采樣周期內(nèi)的n次采樣值相加，然后再除以采樣次數(shù)n，即可得到該周期的采樣值。為了提高算術平均值濾波的精確度和可靠性，考慮到被測模擬信號的變化速度，以10次為一個計算周期，采樣10次后，去掉一個最大值和一個最小值，再對中間的8個值進行算術平均值處理，即可得到這個計算周期的采樣值。 　　3.2 網(wǎng)絡化智能監(jiān)控系統(tǒng)的軟件實現(xiàn) 　　網(wǎng)絡化智能監(jiān)控系統(tǒng)的軟件采用模塊化設計，這樣便于調(diào)試程序和節(jié)省內(nèi)存空間，同時也便于后期維護和產(chǎn)品的升級。 　　主控制系統(tǒng)程序包括通信處理子程序、數(shù)據(jù)處理子程序、人機對話子程序、數(shù)據(jù)輸出子程序等。 　　傳感器測控單元程序包括A/D轉(zhuǎn)換子程序、算術平均值濾波子程序、D/A輸出控制子程序和通信處理子程序。程序流程框圖如圖4所示。 [align=center] 圖4 傳感器測控單元程序流程圖[/align] 　　網(wǎng)絡接口單元控制程序采用多機通訊的方式，采用中斷方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集中心與各數(shù)據(jù)傳輸節(jié)點之間的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡傳輸。程序流程框圖如圖5所示。 [align=center] 圖5 網(wǎng)絡接口單元主機程序流程圖[/align] 四 系統(tǒng)穩(wěn)定性分析與網(wǎng)絡安全防護 　　在具體的應用中，可靠性和通信效率應特別重視，可靠性可以通過正確處理通信線路匹配、供電與隔離以及軟硬件的冗余來提高。通信距離可以增加中繼器、采用數(shù)據(jù)壓縮以及數(shù)據(jù)處理技術等加以解決。 　　實際應用環(huán)境下由于高頻瞬態(tài)干擾，如果不加以適當防護就會損壞RS-485通信接口。對于這種瞬態(tài)干擾可以采用隔離或旁路的方法加以防護。 　　1.隔離保護方法。這種方案實際上將瞬態(tài)高壓轉(zhuǎn)移到隔離接口中的電隔離層上，由于隔離層的高絕緣電阻，不會產(chǎn)生損害性的浪涌電流，起到保護接口的作用 　　2.旁路保護方法。這種方案利用瞬態(tài)抑制元件（如TVS、MOV、氣體放電管等）將危害性的瞬態(tài)能量旁路到大地。 　　實際應用中是將上述兩種方案結合起來靈活加以運用，隔離接口對大幅度瞬態(tài)干擾進行隔離，旁路元件則保護隔離接口不被過高的瞬態(tài)電壓擊穿。 五 結論 　　利用本設計方案設計的醫(yī)院病房遠程監(jiān)測系統(tǒng)，組網(wǎng)方便、靈活、經(jīng)濟。系統(tǒng)使用至今運行正常,效果良好。 　　基于嵌入式微控制器和RS-485總線網(wǎng)絡的網(wǎng)絡化智能監(jiān)控系統(tǒng)，該方案實現(xiàn)簡單、通信可靠、可移植性強。由于RS-485總線可連接多個節(jié)點，可實現(xiàn)1臺PC機監(jiān)控，多傳感器的分布式集散控制系統(tǒng)，有著廣闊的應用前景。 參考文獻 　　[1] 張岡，基于現(xiàn)場總線的網(wǎng)絡化智能傳感器研究[J]，傳感器技術，2002，21（9） 　　[2] PIC16F676/630 Data Sheet [M]，Microchip Technology Inc. ，2003 　　[3] 劉和平譯，PIC16F87X單片機實用軟件與接口技術[M]，北京：北京航空航天大學出版社，2001 　　[4] MAX485 Data Sheet [M]，Maxim Technology Inc. ，2003 　　[5] 竇振中，PIC系列單片機原理和程序設計[M]，北京：北京航空航天大學出版社，1998