基于C8051F340双串口电梯远程控制的系统设计

0．引言

    远程电梯监控系统电是当今电梯领域的先进技术，由设在电梯中心的计算机对楼宇内电梯进行远程监视和控制，对故障和运行状态数据进行监测分析等。并对电梯进行控制，和防伪判断。当电梯发生故障时，接收故障的状态信号并进行判断得出故障类型，把故障类型和故障时的运行状态等信息传给服务中心计算机；本文独创性的采用双串口单片机C8051F340作为前端机主控芯片，通过232和485进行通信，完成调度，运行和维护。

1．系统硬件设计

    本系统设计总框图如图1所示。

    通PLC通过主控芯片C805 1F340的串行口进行RS-232通讯，而主控芯片与电梯控制器的串口进行RS-485通信。RS-232通讯，也是通过主二／四线转换电路控芯片的串行口，若用普通的单串行口单片机，即使是增加双向三本设计也达不到要求，所以这里采用带双串行口的C8051F340单片机作为主控芯片，使三方通讯在不同的串行口进行。

1．1 主CPU系统

    C8051F340芯片是完全集成的混合信号系统级MCU芯片，高速、灵活、低价。具有8051兼容的CIP-51内核(可达25MIPS)。它的速度快。新增了FLASH存储器，具有在系统重新编程能力，可用于非易失性数据存储，并允许现场更新8051固件。片内JTAG调试电路允许使用安装在最终应用系统上的产品MCU进行非侵入式、全速、在系统调试。该调试系统支持观察和修改存储器和寄存器，支持断点、观察点、单步及运行和停机命令。而C8051F340更是典型应用于工业系统中的控制类系统。鉴于以上优点，并结合设计目标，特选用此款单片机。C8051F340主控单元电路如图2所示：

1．2 主控系统与PLC间的通讯电路

    由于串行通讯方式具有使用线路少、成本低，特别是在远程传输时，避免了多条线路特性的不一致而被广泛采用。在串行通讯时，要求通讯双方都采用一个标准接口，使不同的设备可以方便地连接起来进行通讯。RS-232-C接口是目前最常用的一种串行通讯接口。它的全名是"数据终端设备(DTE)和数据通讯设备(DCE)之间串行二进制数据交换接口技术标准"。

    实际在计算机与终端通讯中一般只使用上RS-232-C的3-9条引线。接口的电气特性在RS-232-C中任何一条信号线的电压均为负逻辑关系。即：逻辑"1"，-5--15V；逻辑"0"+5-+15V。噪声容限为2V。

    因此需要用MAX232芯片进行电平转换。C8051F340主控单元与PLC间的通讯电路如图3所示：

1．3 主控系统与内呼板间的通讯电路

    C8051F340主控单元与内呼板间的通讯电路如图4所示：

    根据实际情况，要求距离远，精度高，抗共模干扰能力增强，传输速率快等特殊要求，在此处作者采用了485进行通信，RS-485和RS-232相比，具有以下特点：

    (1)接口信号电平比RS-232-C降低了，就不易损坏接口电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL电路连接。

    (2)RS-485的数据最高传输速率为10Mbps。

    (3)RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干扰能力增强，即抗噪声干扰性好。

    (4)RS-485接口的输距离实际上可达3000米。另外RS-485接口具有多站能力，这样符合我们利用单一的RS-485接口建立起设备网络的要求。

1．4 串口自检电路设计

    设计要求串行口具有自检能力，即在系统启动或允许检查状态下，高速单片机C8051F340可以检测自己的串行口，即发送任意一个字节，并接收这一字节，若发送接收一致，则向PLC发送以及向内呼板上的单片机发送一个信号，并等待对方通过自检的信号，若对方亦过白检，则自检结束，进入正常工作状态。

1．5 非接触式IC卡输入输出电路

    非接触式IC卡，即射频卡或感应卡，它成功地将射频识别技术结合起来，解决了无源和免接触这一难题，是电子器件领域的一大突破。

    卡片的电气部分由一个元件和AISC组成，卡片中的天线是只有线圈，很适合封状到卡片中。ASIC由一个高速(106KB波特率)的接口，一个控制单元和一个EEPROM组成。读卡器向IC发一组固定频率的电磁波，卡内有一个IC串联谐振电路，其频率与读写器的频率相同，这样便产生电磁共振，从而使电容内有了电荷，在电容的另一端接有一个单向通的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电容内储存，当储存积累的电荷达到额定电压时，此电源可作电源为其他电路提供工作电压，将卡内数据发射出去或接收读写器的数据。非接触式IC卡控制输入输出电路如图5所示：

2．系统软件设计

2．1 主程序设计流程图

    主程序设计流程图如图6所示。

2．2 中断处理模块的通讯

    首先要解决时间冲突问题，硬件接受或发送一个字节的时间为1ms左右，而软件接受或发送一个字节的时间仅几μs，这就为双串口同时通讯提供了条件。同时通讯实际上是将CPU时间分成很小的时间片，假设较快的串口发送或接受一个字节的最长时间为TRbyteMax，则CPU最长时间片一般应小于TRbyteMax／2，当然在接受或发送完一帧数据之后的间隙，CPU时间片可以适当延长，作一些必要的数据处理。其次要解决数据冲突问题，2个串口通讯分别使用各自的接受发送数据缓冲区和控制变量，以减少中断保护数据量和防止数据冲突。当主程序、串口中断处理程序和其他中断处理程序往存储器(与上位机的通讯用存储器)中写数据时，需在尽量短的时间内关闭另一个串口中断，关闭中断时间应小于几百μs，防止其他程序数据没有写完之前串口读此数据。串口通讯数据帧中采用高可靠性的循环冗余校验(CRC)技术，极大地降低了数据误码率，在连续运行几个月的大量数据中没有发现误码。

3.结语

    本系统设计基于C8051F340双串口来进行电梯远程控制，采用模块化、结构化、面向对象设计方法，使系统具有高可靠性和高实时性。同时给出了硬件电路模块和软件程序图，其中硬件电路图通用性强，便于参考和设计。此外，IC卡电路，双串口通信也为系统的可靠性，安全性提供了保证。