探討如何設(shè)計(jì)利用單總線技術(shù)的遠(yuǎn)程智能開(kāi)關(guān)檢測(cè)系統(tǒng)

陳適

（國(guó)網(wǎng)福建省電力有限公司營(yíng)銷服務(wù)中心，福建福州 350012）

0.引言

在遠(yuǎn)程智能開(kāi)關(guān)的運(yùn)行中，為了保障其穩(wěn)定的運(yùn)行下去，就需要實(shí)時(shí)對(duì)其開(kāi)展針對(duì)性的智能檢測(cè)，但是其傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程智能開(kāi)關(guān)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，往往在運(yùn)行中會(huì)受到諸多方面的因素影響，對(duì)其檢測(cè)結(jié)果造成不良的影響，因此就需要設(shè)計(jì)出一套穩(wěn)定性較高的檢測(cè)系統(tǒng)，以此保障整體的檢測(cè)結(jié)果滿足當(dāng)下的實(shí)際需求。

1.遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè)問(wèn)題分析

現(xiàn)階段為了實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)狀態(tài)的檢測(cè)方式，基本上分為2種不同的方式。首先，需要在每一個(gè)開(kāi)關(guān)兩端，單獨(dú)引出已對(duì)接線，之后對(duì)其開(kāi)關(guān)的分合狀態(tài)進(jìn)行直接的檢測(cè)，這種方法在實(shí)際操作中比較便捷。但是弊端是在開(kāi)關(guān)數(shù)量較多的情況下往往需要大量的傳輸線，因此整體的施工流程也較為的復(fù)雜，缺乏較高的穩(wěn)定性。其次，對(duì)于每一個(gè)開(kāi)關(guān)而言，都附有一個(gè)單獨(dú)的串行控制芯片，因此利用RS485等總線的方式，就可以將其開(kāi)關(guān)狀態(tài)發(fā)送到控制器上。這樣的方法下，使得往往需要較少的線纜，但是在實(shí)際的使用過(guò)程中卻需要較多的附件量。同時(shí)，整體的設(shè)備體積也比較大，并伴隨著較大的成本量。而在一些文獻(xiàn)當(dāng)中提出的3線制檢測(cè)方法，讓每一個(gè)開(kāi)關(guān)并聯(lián)一個(gè)組織，就可以很好地確定出精密電阻。同時(shí)，還需要將全部的電阻串聯(lián)并入恒流源當(dāng)中。伴隨著開(kāi)關(guān)的分合使得整個(gè)開(kāi)關(guān)的網(wǎng)絡(luò)電阻值，以及相關(guān)的電壓值都存在著不同的效果。利用AD轉(zhuǎn)換之后的電壓值，使得更好地教育智能算法的方式，確定出具體的開(kāi)關(guān)分合狀態(tài)。同時(shí)，對(duì)于這種方法而言，就需要使用較為精密的電阻。而在開(kāi)關(guān)較多的情況下，就會(huì)導(dǎo)致電阻阻值的選擇較為復(fù)雜。在長(zhǎng)距離的傳輸過(guò)程中，其模擬電壓的過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)受到一定的干擾，因此直接導(dǎo)致對(duì)檢測(cè)精度造成影響。

2.系統(tǒng)硬件構(gòu)成

在本文的分析中，提出基于單總線技術(shù)下的遠(yuǎn)程智能開(kāi)關(guān)檢測(cè)系統(tǒng)，在各個(gè)開(kāi)關(guān)檢測(cè)點(diǎn)的單總線可尋址開(kāi)關(guān)，采用的是DS2405從機(jī)，可以很好地直接對(duì)開(kāi)關(guān)的分合狀態(tài)進(jìn)行直接的數(shù)據(jù)讀取。其次，在單片機(jī)串口的工程中，將128個(gè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)串行進(jìn)行直接的信息送出。之后，還為了保障在實(shí)際的運(yùn)行過(guò)程中，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件結(jié)構(gòu)方面的簡(jiǎn)化處理。因此，在具體的設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以采用5V電源經(jīng)2個(gè)二極管分壓的方式，使電壓大致處于3.6V的程度，同時(shí)這樣的輸出口可以有效實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)光管的控制，因此并不需要限制電阻。

在本文的設(shè)計(jì)過(guò)程中，其采用的DS2405有著較為獨(dú)特的作用，篩選時(shí)并不需要使用電源線，器件在實(shí)際的運(yùn)行中，所需要的能源基本上都由DATA線材所提供。在每一個(gè)該構(gòu)件上，都存在著唯一的64為ROM注冊(cè)碼，以此為主機(jī)尋址使用。該構(gòu)件可以并聯(lián)到2根線上，從而形成單總線形式與主機(jī)進(jìn)行通信連接。這樣的處理方式，能夠極大滿足當(dāng)下大量引線與邏輯電路的使用需求。另一方面，在對(duì)PIO口進(jìn)行處理的過(guò)程中，還需要注重進(jìn)行開(kāi)漏引腳，需要接上相應(yīng)的上拉電阻，上述處理方式需要使用3根線材。

在多點(diǎn)測(cè)控系統(tǒng)的過(guò)程中，利用單總線的方式進(jìn)行傳感網(wǎng)絡(luò)方面的設(shè)計(jì)，往往可以讓系統(tǒng)呈現(xiàn)出更加簡(jiǎn)潔的方式，因此實(shí)際的使用可靠性比較高。這樣的設(shè)計(jì)方式，顯然能夠成為一種十分可靠的設(shè)計(jì)方式。在機(jī)體的使用中，也會(huì)受到信號(hào)可靠性方面的影響。單總線協(xié)議當(dāng)中，理論協(xié)議可以達(dá)到750m的程度。但是在實(shí)際的使用過(guò)程中，無(wú)法達(dá)到這樣的長(zhǎng)度等級(jí)，與模擬信號(hào)相比，這樣的數(shù)字信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸中，雖然對(duì)干擾并不敏感，但是實(shí)際的傳輸線路分布電容下，會(huì)引起一定的信號(hào)波形畸形，因此也會(huì)導(dǎo)致對(duì)信號(hào)傳輸?shù)膶?shí)際距離造成直接的影響。使用單總線器件傳輸?shù)倪^(guò)程中，有關(guān)領(lǐng)域通常會(huì)使用普通信號(hào)電纜，普通信號(hào)電纜在長(zhǎng)度超過(guò)50m 的時(shí)候，就會(huì)導(dǎo)致傳輸?shù)臄?shù)據(jù)出現(xiàn)一定的偏差。因此，需要使用雙絞線帶屏蔽功能的電纜，可以有效避免傳統(tǒng)普通電纜所出現(xiàn)的傳輸距離受限問(wèn)題。

因此，在節(jié)點(diǎn)較多的情況下，就需要使用星型拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)形式，以此形成多個(gè)單總線，降低傳輸?shù)膶?shí)際長(zhǎng)度。在形成的每一條總線長(zhǎng)度上，所掛節(jié)點(diǎn)數(shù)目還需要得到充分的考慮，同時(shí)對(duì)傳輸線信號(hào)的延遲等因素進(jìn)行針對(duì)性的處理。從提升信號(hào)傳輸可靠性的角度進(jìn)行分析，一般情況下，當(dāng)存在一條單總線時(shí)，器件的總數(shù)量并不會(huì)超出30個(gè)以上，在點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離上，也并不會(huì)超出5m的程度。

例如，在針對(duì)溫度控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，通常會(huì)采用下位機(jī)這一設(shè)備，下位機(jī)是基于16位MCU單片機(jī)，在設(shè)計(jì)中需要當(dāng)作主控制器使用，其功能則在于可以作用于整個(gè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)整體運(yùn)行狀況的控制以及調(diào)節(jié)，從而改善系統(tǒng)性能。在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，下位機(jī)的應(yīng)用同樣可以很好地對(duì)系統(tǒng)自動(dòng)控制的參數(shù)進(jìn)行分析，保障操作單總線數(shù)據(jù)傳感器能夠正常運(yùn)行。此外，下位機(jī)同樣可以應(yīng)用到單總線的轉(zhuǎn)換芯片上，對(duì)外界環(huán)境溫度進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息的采集，以及分析，并利用液晶顯示屏的參數(shù)進(jìn)行顯示，并在之后的參數(shù)傳輸過(guò)程中，以無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的傳輸方式為基礎(chǔ)，對(duì)上位機(jī)上的PC進(jìn)行處理。而在之后進(jìn)行處理的過(guò)程中，則需要使用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的方式，同時(shí)對(duì)溫室進(jìn)行各種功能性的操作，保障全面提升溫度控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行效果。

3.系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

單總線技術(shù)下的遠(yuǎn)程智能開(kāi)關(guān)檢測(cè)系統(tǒng)，在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，往往要設(shè)計(jì)出128點(diǎn)開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè)子程序。在串口顯示子程序當(dāng)中，相對(duì)比較簡(jiǎn)單，因此并不需要進(jìn)行過(guò)多的敘述。其次，開(kāi)關(guān)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的過(guò)程中，本質(zhì)上就是對(duì)其DS2405單總線器件進(jìn)行針對(duì)性的操作。

單總線器件當(dāng)中具備著復(fù)位、寫(xiě)1與寫(xiě)0的讀取位等基本操作。因此，字節(jié)在傳輸?shù)倪^(guò)程中，就可利用多次調(diào)用的操作方式，實(shí)現(xiàn)操作目標(biāo)。進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中需要有關(guān)人員制定出各個(gè)操作的實(shí)際內(nèi)容，進(jìn)而明確出具體的操作流程與步驟。

對(duì)于每一個(gè)單總線器件而言，都是全球唯一的64位下的ROM注冊(cè)碼，同時(shí)基于位數(shù)的高低順序，有著8位CRC校驗(yàn)碼、48位序列號(hào)碼等方面的效果。在單總線網(wǎng)絡(luò)中，主機(jī)使用ROM注冊(cè)碼的時(shí)候，進(jìn)行尋址需要基于機(jī)器件。另一方面，由于注冊(cè)碼是從固化的器件當(dāng)中，找出不同的器件ROM注冊(cè)碼，這樣才可以很好地對(duì)其器件進(jìn)行相應(yīng)的操作處理[1]。

在主位發(fā)出的尋址器件，需要形成64位的ROM注冊(cè)碼。因此只有具備64位的地址相匹配的器件，才能夠更加有效地對(duì)后續(xù)命令，或者對(duì)相關(guān)操作做出針對(duì)性的響應(yīng)。另外，對(duì)于其余的器件而言，需要等待復(fù)位操作的指令。在64位注冊(cè)碼相匹配之后，就可以保障器件的PIO口狀態(tài)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的翻轉(zhuǎn)，并送出PIO口狀態(tài)[2]。

出現(xiàn)總線上無(wú)法確定出ROM注冊(cè)碼的情況下，就需要使用特定的指令，對(duì)其行為進(jìn)行確定。特別是在64位注冊(cè)碼確定之后，就可以讓相關(guān)區(qū)間發(fā)送出PIO狀態(tài)。

相比較上述2條命令而言，利用Match ROM的命令形式可以很好地讀出PIO口狀態(tài)，實(shí)際上是開(kāi)關(guān)狀態(tài)的補(bǔ)碼。當(dāng)下對(duì)其Search ROM則可以很好地讀出實(shí)際的開(kāi)關(guān)狀態(tài)補(bǔ)碼。當(dāng)下進(jìn)行實(shí)際的操作過(guò)程中，還需要對(duì)其實(shí)現(xiàn)針對(duì)性的分析，以此保障利用這樣的操作方式，發(fā)揮出針對(duì)性的命令，及時(shí)獲取到相關(guān)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)和信息[3]。

128點(diǎn)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)檢測(cè)過(guò)程中，其子程序的流程設(shè)計(jì)中，所采用的單片機(jī)，先從P1.0所在的單總線位置開(kāi)始，并對(duì)其總線上的每一個(gè)環(huán)節(jié)，都需要進(jìn)行針對(duì)性的復(fù)位操作，之后發(fā)出命令，以及確定出ROM注冊(cè)碼之后，就可以找到相關(guān)的器件類型[4]。當(dāng)下，在不同的開(kāi)關(guān)狀態(tài)當(dāng)中，都需要在總線上對(duì)16點(diǎn)完全讀出，此后才能夠基于上述的操作，對(duì)下一條總線上的16點(diǎn)開(kāi)關(guān)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)針對(duì)性地調(diào)整分析。其次，還需要在讀出全部128點(diǎn)開(kāi)關(guān)狀態(tài)之后將其整個(gè)循環(huán)操作，都要經(jīng)過(guò)600ms的程度，以此滿足一般遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)檢測(cè)方面的功能性要求。

單總線是現(xiàn)階段系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，所需要串行總線最少的設(shè)計(jì)方式。在遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，已經(jīng)伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，越發(fā)地普及在各個(gè)空域當(dāng)中。當(dāng)下基于單總線技術(shù)下的遠(yuǎn)程智能開(kāi)關(guān)檢測(cè)系統(tǒng)，相比較傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)檢測(cè)方式而言，具備較為明顯的可靠性與價(jià)值性。同時(shí)，傳輸信號(hào)方面的數(shù)字化發(fā)展，使系統(tǒng)呈現(xiàn)出更加良好的抗干擾性，并不會(huì)受到周邊環(huán)境的影響，因此整體的可靠性較高。另一方面，在長(zhǎng)期的運(yùn)行中，也可以順利地解決出現(xiàn)的各種問(wèn)題，因此整體系統(tǒng)具備較強(qiáng)的功能性。

4.遠(yuǎn)程設(shè)計(jì)實(shí)例分析

為了保障設(shè)計(jì)出的單總線技術(shù)的遠(yuǎn)程智能開(kāi)關(guān)檢測(cè)系統(tǒng)的合理性進(jìn)行分析，可以從實(shí)例分析的方式出發(fā)，對(duì)其方案的合理性進(jìn)行評(píng)估。例如在某溫度遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的開(kāi)關(guān)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，是基于IAR集成環(huán)境進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

4.1 溫室環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)置

進(jìn)行該模塊的設(shè)計(jì)中，主要是對(duì)溫室的每一個(gè)環(huán)境，進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)與分析，因此就可以很好地改變溫室作物的過(guò)程中，基于實(shí)際的情況出發(fā)，實(shí)現(xiàn)針對(duì)性的參數(shù)修正。這樣就可以保障溫室有著較高的實(shí)用性與操作便利性。

4.2 環(huán)境檢測(cè)模塊

在進(jìn)入環(huán)境檢測(cè)模塊當(dāng)中，使得系統(tǒng)會(huì)首先讀取環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中的不同環(huán)境信息，之后與傳感器當(dāng)中的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行比對(duì)分析，以此可以實(shí)現(xiàn)對(duì)其設(shè)施開(kāi)關(guān)的控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的控制操作。在環(huán)境溫度較為合適的情況下，機(jī)會(huì)使得模塊將顯示的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)缴衔粰C(jī)PC中。

4.3 環(huán)境控制模塊

對(duì)于這個(gè)模塊的設(shè)計(jì)就是通過(guò)系統(tǒng)自動(dòng)化地接入，同時(shí)也可以基于人工的方式進(jìn)入系統(tǒng)當(dāng)中。這樣的設(shè)計(jì)模式極大地提升了系統(tǒng)的整體運(yùn)行可靠性。其次，對(duì)于該模塊而言，在實(shí)際運(yùn)行中可以對(duì)一些參數(shù)進(jìn)行有效的控制，并實(shí)時(shí)地采集一些數(shù)據(jù)信息，為用戶呈現(xiàn)出實(shí)時(shí)的參數(shù)調(diào)用。在該模塊的使用下，更加科學(xué)合理地幫助人們對(duì)作物環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制與管理。

在這些不同功能的設(shè)計(jì)中，可以很好地滿足系統(tǒng)的運(yùn)行需求。特別是對(duì)于模塊的合理設(shè)計(jì)，往往可以很好地幫助人們對(duì)其環(huán)境實(shí)現(xiàn)良好的調(diào)整與控制。單總線是一種在現(xiàn)階段在設(shè)計(jì)中，所需要接線最少的串行總線，同時(shí)在遠(yuǎn)程的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，得到了較為長(zhǎng)遠(yuǎn)的應(yīng)用。在單總線技術(shù)的使用過(guò)程中，遠(yuǎn)程智能化的開(kāi)關(guān)機(jī)系統(tǒng)，以及傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)檢測(cè)方法相比較之后，可以發(fā)現(xiàn)極大地降低了使用的線纜總數(shù)，同時(shí)全面降低了施工建設(shè)的整體難度，因此這是一種十分具備性價(jià)比的建設(shè)方式。其次，在進(jìn)行傳輸信號(hào)的數(shù)字化發(fā)展進(jìn)程中，也讓該系統(tǒng)可以很好地提升系統(tǒng)抗干擾性，并保障系統(tǒng)在運(yùn)行的過(guò)程中，保持一個(gè)較高的可靠性。在長(zhǎng)期的實(shí)踐過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)這種可以很好地基于呼叫系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)定的運(yùn)行，同時(shí)在系統(tǒng)的穩(wěn)定性方面發(fā)揮出了較高的優(yōu)勢(shì)。

5.結(jié)語(yǔ)

在本文所設(shè)計(jì)出的單總線下的遠(yuǎn)程智能開(kāi)關(guān)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中，可以很好地發(fā)揮出智能化的控制效果。同時(shí)相比較傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案而言，無(wú)論是在設(shè)計(jì)成本還是在操作性上，都有著較高的技術(shù)優(yōu)勢(shì)性。因此，在實(shí)際的使用過(guò)程中就需要得到進(jìn)一步擴(kuò)展，能夠針對(duì)實(shí)際情況，實(shí)現(xiàn)該方案的進(jìn)一步優(yōu)化與調(diào)整，特別是對(duì)于一些重點(diǎn)監(jiān)控環(huán)節(jié)，需要實(shí)現(xiàn)硬件與軟件方面的全面優(yōu)化，以此滿足當(dāng)下遠(yuǎn)程智能開(kāi)關(guān)的檢測(cè)需求。