摘 要：介紹了一種以嵌入式微處理器為核心的網絡化智能監控系統，采用RS-485數據總線傳輸數據，給出了控制電路原理圖、軟件設計流程圖，并闡述了系統的穩定性分析和網絡安全防護措施。系統運行結果驗證了本系統具有成本低、精度高、電路簡單以及抗干擾性好等優點。 關鍵詞：監控系統; 嵌入式微處理器; 網絡化; RS-485通訊 一 引言 　　隨著微電子技術、控制技術、網絡技術和計算機技術的快速發展，應用多傳感器的控制系統來實現多參數的測量和多對象的控制已成為現代控制技術的發展主流。對控制系統也提出了更高的要求，即精度高、數字傳輸距離遠，可靠性好、易于組網，數據總線使用少、節約設備和電源，并具有信息處理和保存等功能。這樣，開發設計可靠性高、功能齊全的網絡化智能控制系統成為了目前關注的熱點。[1] 二 網絡化智能監控系統的硬件設計 　　2.1 網絡化智能監控系統的組成 　　網絡化智能監控系統的組成框圖如圖1所示。該系統硬件電路主要由傳感器測控單元、數據傳輸節點和數據采集中心三部分組成。傳感器測控單元負責監測各傳感器的數據信息，數據傳輸節點負責接收和保存傳感器測控單元上傳的數據，并通過人機對話控制模塊進行設置，同時還要接受數據采集中心的訪問。數據采集中心負責采集各個數據傳輸節點的數據，并與上位機監控系統進行數據交流。 [align=center] 圖1 網絡化智能監控系統的組成框圖[/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理電路、網絡接口等組成，其中傳感器的功用是將待測的信號轉化為電信號，信號調理電路完成信號的整型、濾波、放大等預處理操作，經微控制處理器處理后，轉化成相應的數字量結果，并由RS-485總線網絡接口發送給主控制器。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提供高度靈活而有效的解決方案，在系統中作為控制核心，主要實現模擬量/數字量之間的轉化，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： 　　⑴、1K字節可重復編程的程序存貯器，128字節的數據存儲器; 　　⑵、12條I/O線，可以直接驅動LED; 　　⑶、2個帶8位預分頻的 8位定時/計數器及看門狗; 　　⑷、5路10位的A / D轉換; 　　⑸、低功耗、寬工作電壓范圍：2.5～5.5V 　　2.4 網絡接口單元 [ 4 ] 　　網絡接口單元是傳感器控制系統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。本系統中傳感器控制系統的網絡接口芯片為MAX485，設定數據傳送速率為2400b/s，數據傳輸距離為1200m，數據傳輸格式為1位起始位，8位數據位，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），主控制器發地址幀，所有前端機對地址幀產生串口中斷，將地址與本機地址比較，被尋址前端機將SM2清0、TB8置1，把本機地址碼發回供主控制器核對，核對正確后，被選前端機將采到的數據以數據幀發送給主控制器，發送完后SM2置1、TB8清0;未被尋址前端機保持SM2為1，開中斷等待。 三 網絡化智能監控系統的軟件設計 　　3.1 傳感器數據采集濾波算法 [ 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即把一個采樣周期內的n次采樣值相加，然后再除以采樣次數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 網絡化智能監控系統的軟件實現 　　網絡化智能監控系統的軟件采用模塊化設計，這樣便于調試程序和節省內存空間，同時也便于后期維護和產品的升級。 　　主控制系統程序包括通信處理子程序、數據處理子程序、人機對話子程序、數據輸出子程序等。 　　傳感器測控單元程序包括A/D轉換子程序、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，采用中斷方式實現數據采集中心與各數據傳輸節點之間的數據網絡傳輸。程序流程框圖如圖5所示。 [align=center] 圖5 網絡接口單元主機程序流程圖[/align] 四 系統穩定性分析與網絡安全防護 　　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、采用數據壓縮以及數據處理技術等加以解決。 　　實際應用環境下由于高頻瞬態干擾，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高壓轉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。這種方案利用瞬態抑制元件（如TVS、MOV、氣體放電管等）將危害性的瞬態能量旁路到大地。 　　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干擾進行隔離，旁路元件則保護隔離接口不被過高的瞬態電壓擊穿。 五 結論 　　利用本設計方案設計的醫院病房遠程監測系統，組網方便、靈活、經濟。系統使用至今運行正常,效果良好。 　　基于嵌入式微控制器和RS-485總線網絡的網絡化智能監控系統，該方案實現簡單、通信可靠、可移植性強。由于RS-485總線可連接多個節點，可實現1臺PC機監控，多傳感器的分布式集散控制系統，有著廣闊的應用前景。 參考文獻 　　[1] 張岡，基于現場總線的網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