1 系統設計方案

系統采用上、下位主從結構設計，上位機為主叫方。下位機為被叫方上位機以定時巡檢或隨機抽檢兩種方式遠程獲取各下位機(子站)采集到的空氣質量數據，根據國家環(huán)保總局有關空氣質量監(jiān)測的要求編制周報，日報等。下位機(即子站)分布在城市的各檢測點，負責采集空氣質量數據，主要是二氧化硫(SO2)，二氧化氮(NO2)含量，具有自檢、自動穩(wěn)零等功能，自動應答上位機呼叫并上傳數據。

2 遠程監(jiān)測系統下位機的硬件設計

系統硬件設計的關鍵是基于PSTN通信接口電路，模擬信號采樣電路及滿足無人職守要求的下位機控制電路。

2.1 下位機的硬件設計

按照功能規(guī)劃和系統設計要求，確定本系統的硬件框架，如圖1所示。

2.2 CPU模塊設計

基于AT89S8252微處理器的CPU模塊電路如圖2所示。

為了適應LCD液晶模塊的接口要求，在P0數據地址復用總線口上擴展了U3(74HC373)作為低8位地址鎖存器，產生LCD模塊讀寫所需驅動信號的輸入信號A0，A1。圖2中LCDIN為液晶模塊地址選擇口線。

系統采用MAX813L實現復位需要，由S1實現手動復位(主要用于調試期間的復位)。由此實現的復位電路具有電源電壓監(jiān)視能力，即當電源電壓低于4.65 V時產生高電平復位信號；同時也具有上電復位能力。由于AT89S8252內部含WDT，并且不需要額外的喂狗信號，從減少口線占用考慮，放棄使用MAX813L內含的WTD。

在圖2中，CZ2為四路開關量輸入口，CZ8為功能擴展預留口。從圖中可知，系統的主頻為6 MHz，一方面保證滿足系統對時間的要求，同時也考慮了可靠性的要求，即適當降低速度以提高抗干擾能力。圖中，ADSCK，ADIO及ADRDY為模數轉換接口信號；MODEM作為MODEM電源控制信號；LED為系統指示燈控制信號。

2.3 人機界面設計

本系統中人機界面主要是顯示界面，因為是遠程控制系統，因此下位機沒有設計按鍵按鈕電路。顯示界面采用HD44780兼容的16×2液晶顯示模塊。具體接口電路如圖3所示。

接口設計，由LCDIN，WR和RD組合產生液晶模塊的使能信號E(即圖中的LCD信號)，A0為讀寫選擇信號(R／W)，A1為寄存器選擇信號(RS)。

2.4 MODEM通信接口設計

遠程控制系統的關鍵模塊是通信模塊，PSTN遠程系統的關鍵是調制解調器(MODEM)通信接口模塊。本系統的MODEM接口設計如圖4所示。

MAX232作為TTL-RS 232電平轉換芯片，是微處理器與MODEM之間的接口電路，51系列微處理器雖然有串行輸入／輸出口，但不具有RTS，CTS，DTR等標準接口握手信號線，考慮到下位機與上位機的通信量一般并不大，所有在連接時采用了簡單的“三線式”，即只通過TXD，RXD和底線GND進行連接，同時對其他信號做以下處理：

(1)7(RTS)，8(CTS)，1(CD)等三信號短接；

(2)6(DSR)、4(DTR)等兩信號短接。

從圖中可知，RS 232的接線端與連MODEM的DB9(即圖中CZ2)的第二腳(接收端)相連，發(fā)送端與DB9的第三腳(發(fā)送腳)相連，通過軟件的設置與處理，實現“三線式”遠程通信。

在接口電路設計中，引入了MODEM電源控制電路，即下位機每次響應呼叫并正確發(fā)送數據后，由看門狗自動實施下位機系統整體復位，對MODEM的復位命令是通過電源的上電來實現的，因為MODEM可能無法響應微處理器傳來的復位命令。對應電源的開、關控制，可以采用對陰、陽極同時實施開關控制。前提是必須選用雙刀雙擲繼電器，由于調整解調器的供電功率一般在9 W以下，因此采用OMRON G5V-2小型繼電器。該繼電器可靠性高，負載能力為2 A／30 V (DC)，工作電壓為5 V，與5 V微處理器系統接口簡單。

3 遠程監(jiān)測系統下位機的軟件設計

基于“三線式”的MODEM通信接口程序，關鍵是軟件握手信號的處理；模擬／數字轉換接口程序，關鍵是AD7705的初始化和雙通道的切換；主模塊框架的構建，關鍵是微處理器資源的合理分配和使用；適應無人職守的系統可靠性設計，關鍵是軟硬件看門狗的應用。

3.1 下位機的軟件框架

整個下位機系統的軟件框架如圖5所示。

在圖5中，主模塊、通信模塊、A／D轉換模塊及顯示模塊為獨立模塊，主模塊為核心，管理其他3個子模塊，這4個模塊均為實模塊；而軟件與硬件看門狗模塊為虛模塊，它以適當的形式和適當的時機存在于主模塊和MODEM通信模塊中，其作用就是監(jiān)視系統的運行狀態(tài)，以防通信死鎖等意外情況導致下位機癱瘓，實現下位機在軟故障條件下的自恢復。

3.2 軟件主模塊設計

軟件中主模塊是管理模塊，設計的考慮因素有：

(1)系統資源的合理使用，例如中斷資源、內部存儲器和寄存器資源；

(2)在實現功能的前提下，保證程序的簡化和優(yōu)化，減少調試工作量。

主模塊首先考慮的是A／D轉換和通信之間的關系問題，其次是各模塊的層次問題，最后是看門狗在各模塊中的嵌入問題。

主模塊的流程圖如圖6所示。

4 結語

隨著當前信息時代的飛速發(fā)展及新型單片機技術在控制領域的發(fā)展和應用的拓寬。遠程監(jiān)測在工業(yè)管理也得到了實際應用，本系統設計研究提供了一種監(jiān)控應用系統，并將其應用到地區(qū)之間的管理系統中，實現了監(jiān)測的數據共享，為環(huán)保部門提供一種新型，可視化，高效的遠程監(jiān)測與管理系統。