1． 引言

隨著生活水平的不斷提高，人們對居住環(huán)境的要求也大大提高，對信息服務(wù)和安全防范的要求尤為突出．如何利用計算機和通信技術(shù)在智能化小區(qū)家庭智能管理系統(tǒng)中，對住戶家庭水表、電表、煤氣表的自動計量以及火災(zāi)、煤氣泄漏、入室盜竊等警情的實時監(jiān)控已經(jīng)成為信息產(chǎn)業(yè)的熱點技術(shù)．利用CAN總線技術(shù)雖然有其開放式、數(shù)字化、多點通信等諸多優(yōu)點，但將其用于智能住宅小區(qū)，卻因其成本偏高，目前在我國還難以推廣．為此，作者開發(fā)出一種設(shè)備簡單，成本低廉，便于維護經(jīng)濟型智能小區(qū)家庭管理系統(tǒng)，能有效地實現(xiàn)三表自動采集計費，防盜、防災(zāi)、自動報警和遠程監(jiān)控等功能．利用單片機進行實時采集，并將采集的數(shù)據(jù)通過串行口傳給PC機，PC機完成數(shù)據(jù)的運算、存儲、和打印。硬件通過PIC16FXX單片機實現(xiàn)，軟件由VC++6.0實現(xiàn).

2． 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)是由一臺PC機（上位機）和多臺PIC單片機（下位機，作為終端控制器）構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)，PC機COM口帶多個終端控制器，終端控制器地址設(shè)為 1－N。PC機采用巡查工作方式自動查詢小區(qū)內(nèi)所有終端控制器的報警狀態(tài)，及時對各種報警信號做出響應(yīng)，并通過有效手段(語音提示、電子地圖標識等)向監(jiān)控中心工作人員提供報警業(yè)主家庭有關(guān)地址、電話等詳細信息，以便及時處理；同時通過抄表工作方式完成自動抄表以及報表輸出等任務(wù)．終端控制器采集用戶煤氣表、電表、水表脈沖數(shù)據(jù)，實現(xiàn)3表自動計數(shù)；同時采集現(xiàn)場的防盜、防災(zāi)等信息，有意外事件發(fā)生時可自動啟動報警器報警．PC機與終端控制器采用總線式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相連，采用RS—485接口總線通信；RS485接口總線利用平衡發(fā)送和差分接收方式實現(xiàn)通信．，以半雙工工作方式工作，最大傳輸距離可達 1200m，波特率在1200和38400b/s間可設(shè)置，RS485網(wǎng)絡(luò)采用一對有補償?shù)碾p絞線。終端控制器采用PIC16FXX單片機，片中串行口加 MAX487轉(zhuǎn)換器，選用在多點總線傳輸線中雙向數(shù)據(jù)通信應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)廣泛使用的MAX487收發(fā)器，其特點是具有限斜率的驅(qū)動器，即驅(qū)動器發(fā)送數(shù)字信號，其沿邊斜率是受限制的，這使電磁干擾(EMI)減至最小，并減少因電纜終端不匹配而產(chǎn)生的影響．接口接線簡單，維護方便，保證了抄表的可靠性和監(jiān)控的實時性．

3． 終端控制器硬件設(shè)計

為了簡化硬件結(jié)構(gòu)，將三表設(shè)計成脈沖表，報警探頭為脈沖輸出，從而避免了在控制器主板上使用A／D轉(zhuǎn)換接口．本系統(tǒng)對表脈沖安排4路輸入通道，利用單片機 PIC16FXX的PORTA端口輸入，表脈沖和報警脈沖信號分別通過斯密特觸發(fā)器波形整形和74LS244緩沖器進入CPU，在一定的采樣周期內(nèi)，CPU輪流查詢用戶表和報警的輸入端口狀態(tài)，并進行數(shù)據(jù)分析處理，存到EEPROM 24C16相應(yīng)的存儲區(qū)，等待中央計算機的查詢和抄寫．再安排4路輸入通道用于對設(shè)防、撤防、解警和求助操作的遙控處理．串行接口器件LCD液晶顯示器可顯示表數(shù)據(jù)和有關(guān)報警狀態(tài)等信息，所采用的液晶顯示模塊，內(nèi)置顯示RAM和驅(qū)動控制器，通過4線與單片機相連． 8KB串行EEPROM 24C16，用以存儲用戶各表的數(shù)據(jù)信息、報警狀態(tài)信息和采集監(jiān)控終端地址以及有關(guān)初始化信息．每個用戶的采集監(jiān)控終端設(shè)置不同的地址，從而保證采集數(shù)據(jù)的正確無誤．

終端控制器工作過程如下：上電復(fù)位自檢后，開始運行，指示燈閃爍表示程序開始正常工作，初始化LCD，脈沖表，密碼，報警狀態(tài)，鍵盤，串口。然后進入主程序循環(huán)，首先記錄報警狀態(tài)，脈沖表數(shù)據(jù)，然后將上述兩種數(shù)據(jù)存入24C16中，查詢鍵盤，通過串口響應(yīng)PC機通信命令與PC機之間進行數(shù)據(jù)傳輸。

4． 系統(tǒng)通信

通信的發(fā)起方總是主機開始，由PC機控制通訊的主動性，單片機在通訊過程中處于被動地位。由于各分機共享同一頻率，為避免沖突，PC機通過巡查分機的工作方式查詢各單片機是否有信息要上報給PC機。

為了保證PC機與多臺單片機之間能夠準確、可靠的通信，確定一個明確而合理的通訊協(xié)議是關(guān)鍵。包括對數(shù)據(jù)格式、通訊方式、傳送速度、傳送步驟、檢糾錯方式以及控制字符定義等問題做出統(tǒng)一規(guī)定。

為區(qū)分不同的分機，必須為每一個分機分配一個唯一的地址，此地址唯一區(qū)別各單片機。數(shù)據(jù)格式采用數(shù)據(jù)包的形式，一次傳輸一組數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包格式如下所示：

  
    起始標志位：1個字節(jié)  數(shù)據(jù)長度：1個字節(jié)
    分機地址：1個字節(jié)  數(shù)據(jù)內(nèi)容：n個字節(jié)
    和檢驗：2個字節(jié)   命令／數(shù)據(jù)：1個字節(jié)
    結(jié)束標志位：１個字節(jié)

    主機向單個單片機傳數(shù)據(jù)時，首先，上位機順次發(fā)送起始標志位，目的地址位，數(shù)據(jù)，生成檢驗位，結(jié)束標志位，上位機發(fā)送后每個下位機都產(chǎn)生中斷把上位機數(shù)據(jù)包都接收下來，當接收到結(jié)束標志字符時，表示接受到一幀完整的數(shù)據(jù)包，然后對數(shù)據(jù)解包，把接收到的目的地和本機地址進行比較，如果不是則馬上跳出中斷服務(wù)程序，相同的話則表示要和本下位機進行通訊。主機發(fā)完信息后便等待該分機的接收應(yīng)答。當接收數(shù)據(jù)包完成后，接受方也生成相應(yīng)的檢驗和，如果接受方生成的檢驗和與接收到的檢驗和一致，則表明這次通訊成功，下位機根據(jù)接收到的內(nèi)容給上位機發(fā)送相應(yīng)的反饋信息。如果不一致，則表明此次通訊失敗，下位機給上位機發(fā)送失敗信息，要求上位機重新發(fā)送。
    由于系統(tǒng)采用上位機巡查下位機的工作方式，單片機在通信過程中處于被動地位，只能其被輪詢到的時候才能給上位機發(fā)送數(shù)據(jù)，否則即使信息要上報主機時，也必須處于等待。上位機從第一分機依次查詢下位機，給巡查到的下位機發(fā)送查詢命令，詢問該單片機是否有信息要上報給上位機。被輪詢的單片機如果沒有信息要上報給上位機的話就給上位機發(fā)送無上報要求的指令，上位機接受到此指令后便輪詢下一地址的分機；若分機有數(shù)據(jù)需上報便回發(fā)一個有上報要求給主機，主機收到后便等待分機上報數(shù)據(jù)，有上報數(shù)據(jù)的分機組織好數(shù)據(jù)后上報給主機，然后等待主機的接收應(yīng)答。主機收到分機上報的數(shù)據(jù)后進行檢查，若正確接收發(fā)正確接收應(yīng)答，否則發(fā)錯誤接收應(yīng)答。當接收錯誤后，主機等待分機再次上報數(shù)據(jù)，分機收到接收錯誤應(yīng)答后再次發(fā)送數(shù)據(jù)。
    信號傳輸中接受與發(fā)送都采用中斷方式，多機通信從機中斷服務(wù)程序如圖3所示。

5．PC機通信程序設(shè)計

上位機的軟件是基于VC++6.0實現(xiàn)的,其中的重點和難點是進行實時的串行通訊。應(yīng)用VC++編寫串行通信程序，通?？蓺w納為如下四種方法：一是利用 Windows API通信函數(shù)；二是使用Microsoft提供的Microsoft Communications Control控件（簡稱MSComm）；三是利用第三方編寫的通信類（如MuMega Technologies公司提供的Cserial類）；四是在VC++中用端口操作指令直接對串行端口編程，實現(xiàn)串行通信。本系統(tǒng)中采用的是 MSComm控件，它是通過串行端口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，為應(yīng)用程序提供串行通信功能，使用非常方便。

6．小結(jié)

本系統(tǒng)提出的通訊硬件和通訊協(xié)議已經(jīng)在實際中使用，截止目前運行正常。這說明這種通訊方案在ＰＣ機和多臺單片機的數(shù)據(jù)通訊中快速、準確、可靠的。
 
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