单片机多机通讯在分布式安防系统中的应用

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［2］。

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，其系统组成方框图如图1所示。

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。

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（图中未画出），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。

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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。

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。

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。主站的通信程序流程图如图4所示。

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，其中断子程序如图5所示。

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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。

参考文献
［1］李华.MCS-51系列单片机实用接口技术［M］．北京：北京航空航天大学出版社，1999．
［2］Texas Instruments Incorporated．SN65LBC184，SN75LBC184 differential transceiver withtransientvoltage superssion［P］．Copyright（C），　　2002．
［3］陈寿法．半双工RS485通讯中继器的设计［J］．微计算机信息，1999，（9）．