基于C8O51F34O雙串口電梯遠程控制的系統設計

遠程電梯監控系統電是當今電梯領域的先進技術，由設在電梯中心的計算機對樓宇內電梯進行遠程監視和控制，對故障和運行狀態數據進行監測分析等。并對電梯進行控制，和防偽判斷。當電梯發生故障時，接收故障的狀態信號并進行判斷得出故障類型，把故障類型和故障時的運行狀態等信息傳給服務中心計算機；本文獨創性的采用雙串口單片機C8051F340作為前端機主控芯片，通過232和485進行通信，完成調度，運行和維護。

1．系統硬件設計
??? 本系統設計總框圖如圖1所示。

??? 通PLC通過主控芯片C805 1F340的串行口進行RS-232通訊，而主控芯片與電梯控制器的串口進行RS-485通信。RS-232通訊，也是通過主二／四線轉換電路控芯片的串行口，若用普通的單串行口單片機，即使是增加雙向三本設計也達不到要求，所以這里采用帶雙串行口的C8051F340單片機作為主控芯片，使三方通訊在不同的串行口進行。

1．1 主CPU系統
??? C8051F340芯片是完全集成的混合信號系統級MCU芯片，高速、靈活、低價。具有8051兼容的CIP-51內核(可達25MIPS)。它的速度快。新增了FLASH存儲器，具有在系統重新編程能力，可用于非易失性數據存儲，并允許現場更新8051固件。片內JTAG調試電路允許使用安裝在最終應用系統上的產品MCU進行非侵入式、全速、在系統調試。該調試系統支持觀察和修改存儲器和寄存器，支持斷點、觀察點、單步及運行和停機命令。而C8051F340更是典型應用于工業系統中的控制類系統。鑒于以上優點，并結合設計目標，特選用此款單片機。C8051F340主控單元電路如圖2所示：

1．2 主控系統與PLC間的通訊電路
??? 由于串行通訊方式具有使用線路少、成本低，特別是在遠程傳輸時，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。在串行通訊時，要求通訊雙方都采用一個標準接口，使不同的設備可以方便地連接起來進行通訊。RS-232-C接口是目前最常用的一種串行通訊接口。它的全名是"數據終端設備(DTE)和數據通訊設備(DCE)之間串行二進制數據交換接口技術標準"。
??? 實際在計算機與終端通訊中一般只使用上RS-232-C的3-9條引線。接口的電氣特性在RS-232-C中任何一條信號線的電壓均為負邏輯關系。即：邏輯"1"，-5--15V；邏輯"0"+5-+15V。噪聲容限為2V。

因此需要用MAX232芯片進行電平轉換。C8051F340主控單元與PLC間的通訊電路如圖3所示：

1．3 主控系統與內呼板間的通訊電路
??? C8051F340主控單元與內呼板間的通訊電路如圖4所示：

??? 根據實際情況，要求距離遠，精度高，抗共模干擾能力增強，傳輸速率快等特殊要求，在此處作者采用了485進行通信，RS-485和RS-232相比，具有以下特點：
??? (1)接口信號電平比RS-232-C降低了，就不易損壞接口電路的芯片，且該電平與TTL電平兼容，可方便與TTL電路連接。
??? (2)RS-485的數據最高傳輸速率為10Mbps。
??? (3)RS-485接口是采用平衡驅動器和差分接收器的組合，抗共模干擾能力增強，即抗噪聲干擾性好。
??? (4)RS-485接口的輸距離實際上可達3000米。另外RS-485接口具有多站能力，這樣符合我們利用單一的RS-485接口建立起設備網絡的要求。
1．4 串口自檢電路設計
??? 設計要求串行口具有自檢能力，即在系統啟動或允許檢查狀態下，高速單片機C8051F340可以檢測自己的串行口，即發送任意一個字節，并接收這一字節，若發送接收一致，則向PLC發送以及向內呼板上的單片機發送一個信號，并等待對方通過自檢的信號，若對方亦過白檢，則自檢結束，進入正常工作狀態。
1．5 非接觸式IC卡輸入輸出電路
??? 非接觸式IC卡，即射頻卡或感應卡，它成功地將射頻識別技術結合起來，解決了無源和免接觸這一難題，是電子器件領域的一大突破。

卡片的電氣部分由一個元件和AISC組成，卡片中的天線是只有線圈，很適合封狀到卡片中。ASIC由一個高速(106KB波特率)的接口，一個控制單元和一個EEPROM組成。讀卡器向IC發一組固定頻率的電磁波，卡內有一個IC串聯諧振電路，其頻率與讀寫器的頻率相同，這樣便產生電磁共振，從而使電容內有了電荷，在電容的另一端接有一個單向通的電子泵，將電容內的電荷送到另一個電容內儲存，當儲存積累的電荷達到額定電壓時，此電源可作電源為其他電路提供工作電壓，將卡內數據發射出去或接收讀寫器的數據。非接觸式IC卡控制輸入輸出電路如圖5所示：

2．系統軟件設計
2．1 主程序設計流程圖
??? 主程序設計流程圖如圖6所示。

2．2 中斷處理模塊的通訊
??? 首先要解決時間沖突問題，硬件接受或發送一個字節的時間為1ms左右，而軟件接受或發送一個字節的時間僅幾μs，這就為雙串口同時通訊提供了條件。同時通訊實際上是將CPU時間分成很小的時間片，假設較快的串口發送或接受一個字節的最長時間為TRbyteMax，則CPU最長時間片一般應小于TRbyteMax／2，當然在接受或發送完一幀數據之后的間隙，CPU時間片可以適當延長，作一些必要的數據處理。其次要解決數據沖突問題，2個串口通訊分別使用各自的接受發送數據緩沖區和控制變量，以減少中斷保護數據量和防止數據沖突。當主程序、串口中斷處理程序和其他中斷處理程序往存儲器(與上位機的通訊用存儲器)中寫數據時，需在盡量短的時間內關閉另一個串口中斷，關閉中斷時間應小于幾百μs，防止其他程序數據沒有寫完之前串口讀此數據。串口通訊數據幀中采用高可靠性的循環冗余校驗(CRC)技術，極大地降低了數據誤碼率，在連續運行幾個月的大量數據中沒有發現誤碼。

3.結語

本系統設計基于C8051F340雙串口來進行電梯遠程控制，采用模塊化、結構化、面向對象設計方法，使系統具有高可靠性和高實時性。同時給出了硬件電路模塊和軟件程序圖，其中硬件電路圖通用性強，便于參考和設計。此外，IC卡電路，雙串口通信也為系統的可靠性，安全性提供了保證。