基于單片機與電話網(wǎng)的遠程測控研究

朱千鋒

（九州職業(yè)技術(shù)學院，江蘇 徐州 221116）

從微電子學上來看，單片機是單片微型計算機的簡稱。單片機是一種典型的使用嵌入式的微控制器 （英文名是Microcontroller Unit），普遍使用縮寫的英文字母MCU來表示單片微型計算機，也就是單片機。單片機誕生之初最早是被使用在工業(yè)控制領域。單片機的發(fā)展起步于芯片內(nèi)僅有的CPU專用處理器。最早設計單片機的理念是想通過把大量的外圍設備以及中央處理器集成在同一個芯片當中，讓計算機的體積更加微型，能夠更加容易的將單片機放入對體積和系統(tǒng)有著嚴格要求的控制設備中進行組合運用。英特爾公司生產(chǎn)的型號為Z80是目前最早按照以上這種思想進行設計研發(fā)的單片機處理器。從那時起，專用處理器和單片機的發(fā)展便成為了兩條平行線。

有效的利用單片在實際操作和性能上的優(yōu)勢，再同時機借助當前具有廣闊覆蓋面的電話網(wǎng)絡系統(tǒng)，高質(zhì)量的完成遠程測控，其中還包括控制、檢測和管理。這項技術(shù)對國土實施的精密測繪以及建立我國西部廣大邊遠地區(qū)遠程控制系統(tǒng)有著重要的意義。單片機可以作為下位機，能夠負責檢測控制點實時數(shù)據(jù)的采集和及時進行數(shù)據(jù)的實時處理；使用電話網(wǎng)絡為傳送通道，將PC機作為上位機，這樣可以對各檢測控制點下位機（單片機）采集到的實時數(shù)據(jù)進行信息匯總、信息分析、信息處理，并且向各個下位機發(fā)出控制命令，就能夠?qū)崿F(xiàn)對邊遠地區(qū)的遠程控制。

1 遠程測控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意

如圖1 所示，遠程測控系統(tǒng)可以針對安裝現(xiàn)場的實際安裝溫度、水位、壓力、濕度及電位等采樣傳感器來進行合理的控制，我們先以性價比較高的單片機8031為下位機。用來實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的快速采集和大量存儲，按照串行的通信標準，經(jīng)過Modem來連接電話網(wǎng)，下位機可以將采取的樣本數(shù)據(jù)快速的通過電話網(wǎng)傳遞到位于管理中心的上位PC機上，PC機將控制信號再返回采樣現(xiàn)場的測控端口。這樣便能實現(xiàn)整個遠程測控系統(tǒng)集齊系統(tǒng)檢測、信息處理和回程控制于一體。

圖1 遠程測控系統(tǒng)

2 遠程測控裝置及測控單元

以下位機8031為中心的現(xiàn)場測控單元。根據(jù)檢測點需求擴展CMOSEPROM27128、RAM 6116為存儲設備，擴展可編程輸入輸出芯片以8155為外界輸入／輸出接口。將模／數(shù)轉(zhuǎn)換器TLC1543進行擴展。進一步完成對外界遠程的溫度、電位、水位等信息的大量采集和穩(wěn)定控制的任務8031單片機所采用的系統(tǒng)是8位中央處理器，使用128BvteRAM的內(nèi)存儲器，擁有21個專用的寄存儲器，定時／計數(shù)器使用的是2個十六位計算量的計算器，有五個中斷電源和32條輸入輸出口線，可以對64 KByte外部的數(shù)據(jù)存儲器地址和64 KB的外部數(shù)據(jù)存儲器進行尋找，具有強大的位尋址能力。型號8155的單片機是具有可編程輸入、輸出以及計數(shù)功能的(PIO)接口。此單片機具有256個單元內(nèi)存儲器和一個14位的定時／計數(shù)器，3個8位輸入輸出端口，其擁有的端口A以及端口B均為8位雙向輸入輸出接口。主要用于數(shù)據(jù)的輸入輸出的傳送，其具有的端口C具有6位雙向輸入輸出端口。數(shù)據(jù)除了使用的特定的輸入輸出端口（I/O）進行傳送外，還能夠?qū)⑵渥鳛闉榭刂瓶?，用于穩(wěn)定快速的傳送控制信號以及狀態(tài)信號。在對端口A和B的輸入輸出口進行控制時，單片機8155的能力擴展了單片機8031在數(shù)據(jù)接口能力上的不足。這樣便能實現(xiàn)單片機8031與遠程測控現(xiàn)場意外的信息數(shù)據(jù)進行的交換的能力。型號為TLCl543的單片機，擁有10位的開關(guān)電容，并能夠逐次以AD逼近模／數(shù)轉(zhuǎn)換器，單片機內(nèi)部有一個十四個通道的多路選擇器進行路徑的選擇，這個選擇器能夠選擇十一路模擬輸入通道以及3路用于內(nèi)部自測，電壓通道中的任意一路進行實際的遠程測試，單片機內(nèi)并設有采樣來保持電路，同樣具有高速的(10μs的轉(zhuǎn)換時間)、極高的分辨率(擁有10位分辨率，其最大的±1 LSB為不可調(diào)整誤差，單位LSB是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的最小分辨率‘比特’)和噪聲低不影響外界工作、具有較高的性價比、更加容易的和單片機接口相對接的特點。如圖2 所示。

圖2 測控單元

3 遠程訪問技術(shù)的工作原理

遠程訪問服務用英文進行表達就是 ‘Remote Access Server’。遠程訪問服務是Windows提供的操作系統(tǒng)中主要的服務系統(tǒng)之一，遠程訪問服務可以通過電話線將單獨的計算機連接進入網(wǎng)絡。用戶在建立遠程通信的連接時，通常是采用的,‘貓’來進行撥號的方法，就是我們所熟知的調(diào)制解調(diào)器英文名稱是‘Modem’。遠程訪問服務將遠端的Modem設置為自動應答的方式，再經(jīng)由本地的Modem通過呼叫公用電話網(wǎng)來建立其信息的連接通信。由于Windows的操作系統(tǒng)被廣泛的群體和用戶大量使用，使得包含在Windows系統(tǒng)中的遠程訪問服務功能也被在各個領域和空間廣泛的應用開來。通過遠程訪問服務在許多具體的應用程序中切實的實現(xiàn)了對遠程資源進行共享等服務功能。只要用戶撥通撥號網(wǎng)絡就可以直接連接遠程訪問服務了，想要結(jié)束遠程服務連接只需要執(zhí)行掛斷指令就可以了。在遠程服務的操作系統(tǒng)中，使用的撥號網(wǎng)絡完全可以使用直接撥通和掛斷來進行可靠、穩(wěn)定的兩方操作，但是撥通撥號網(wǎng)絡之后的具體操作工作，仍然需要相對應的各種程序控制來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程傳輸和測控。

4 通信設置以及測控對話的系統(tǒng)

這項系統(tǒng)不但引入了MFC中的ras.h作為其靜態(tài)鏈接，還引入了MFC中的控件 （英文名稱為‘Microsolf Comunications Control’），直接翻譯的意思是‘微型電子的信息控制器’，便是串口通信控件。因為使用中所有的都需要一起使用串口，但是同時使用又必將引發(fā)設備之間的信號沖突，因此設備沒有將程序調(diào)節(jié)為RAS的函數(shù)撥號，僅僅是將RAS的撥號網(wǎng)絡進行了調(diào)用，并且由MSComm來對引入的串口控制器進行技術(shù)處理。

此類系統(tǒng)中有25個函數(shù)成員，主要能夠完成以下的操作功能：①對調(diào)制解調(diào)器的啟動進行初始化；②對調(diào)制解調(diào)器的正常運行及串口使用的正?；M行檢驗；③在系統(tǒng)使用當中對調(diào)制解調(diào)器是否處于連接狀態(tài)進行檢查；④對串口通信控件的應用參數(shù)進行設置；⑤正確的將事件線程予以啟動；⑥向正在工作的調(diào)制解調(diào)器發(fā)送執(zhí)行命令；⑦將接收到的命令字符串在文件中進行保存；⑧使用‘冒泡排序法’按時間順序?qū)邮盏綌?shù)據(jù)組進行排序；⑨對電話接入口是否處在正常聯(lián)通狀態(tài)下進行測試；⑩串口通信控件對其收到的信息進行接收；輥輯訛用戶執(zhí)行掛斷命令后對電話接口及串口執(zhí)行掛斷命令；輥輰訛對單片機（即下位機）發(fā)送來的數(shù)據(jù)組進行接收；輥輱訛在通信過程中對通信控件的事件進行判別和執(zhí)行；輥輲訛操作時對用戶所使用的對話框進行管理。

5 單片機中上位機的實際控制

單片機的遠程的測控系統(tǒng)采用上、下位機的遠程通信結(jié)構(gòu)進行建立。單片機的遠程測控系統(tǒng)上位機系統(tǒng)程序執(zhí)行運行后，信息的管理人員可以通過對單片機的操作程序來選擇串口與檢測點的電話號碼等這些初始化的技術(shù)操作。主要的控制程序是從數(shù)據(jù)庫中正確的取出檢測點電話，再通過對主機有實際控制連接的調(diào)制解調(diào)器來依次對遠端的各個檢測站點進行呼叫。在對各個檢測點的呼叫成功后，就能夠?qū)崟r的對各個監(jiān)測點進行遠程的監(jiān)控操作。系統(tǒng)將存儲與下位機的各項采集數(shù)據(jù)不斷的發(fā)送到上位機上或者不斷的接收通過上位機發(fā)送過來的數(shù)據(jù)指令。如果有哪個監(jiān)測站點的鏈接失敗，系統(tǒng)則會直接設置出第二次呼叫的時間以及次數(shù)，用以保障在最短的時間內(nèi)建立信息通道。這樣的程序也能由系統(tǒng)管理員通過對單片機以及各個軟件體統(tǒng)的操作控制提前設置出正確的應用程序。

6 結(jié)語

單片機在與公共電話網(wǎng)相連接后，有效的借助PC及的管理控制系統(tǒng)，能夠發(fā)揮出計算機所無法達到的遠距離檢測控制功能。這樣的技術(shù)系統(tǒng)不但解決了那些邊遠地區(qū)難以實施檢測覆蓋的嚴重問題，并且填補了國內(nèi)自動化測控領域的空白。