C8051F单片机在远端测控装置中的应用
时间：11-06
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2.2 看门狗
本文采用的是22.1184MHz晶振，那么看门狗监控时间最长只有47.4ms,这对实时性要求不高。本文采用中断喂狗的方式。一般来说单纯的中断喂狗是不可以的，因为程序中起作用的是主循环，而当主循环进入非正常状态时，中断往往还在进行，所以用中断喂狗还需主循环配合。这里采用的是5ms中断喂狗，在中断中用变量a累加，当a累加到100时，就不再喂狗；而主循环内不断将a清0，这样就可以把看门狗的时间延长到500ms。
2.3 模拟量滤波
C8051F064的ADC是逐次逼近型的，虽然速度快至1MSPS，但数据的抖动特别大，所以在混合系统中应用时，外围一定要加滤波电路，如果在硬件设计中没有考虑也没关系，可以充分利用它的速度，在内部采用软件滤波的方式。本系统对模拟量的采集速度要求不高，只求稳定和准确，在内部采用了20个点的中位值平均滤波，然后再用20次平均值算法，这样，就算外围没有任何滤波措施，也能得到很好的效果。
2.4 从单元结构
从单元采用底板加模块的方式，在底板上布置4个模块的位置，这几个位置的接口要完全相同，这样可以灵活配置点数。按照系统要求，所有的I/O点都要进行电气隔离，就不需要选择带ADC和DAC的单片机了，只需要有足够的GPIO就可以了，按照这一原则，本系统选用了C8051F236，如图3所示。从单元保留了主单元设计时的液晶和键盘接口，虽然大部分参数是在主单元内设置的，但保留这个接口可以看到模块的软件版本号等信息，如果将来有参数设置的话，也可以通过这里设定到单片机内的非易失RAM区。
主／从间通信采用Modbus协议，不需要扩展从单元，可以用这个口与外界的Modbus协议设备连接。从单元结构比较简单，单片机只负责很少一部分工作，在此从略。
3 系统组网
在实际应用中，通常不是使用一个装置，而是将多个装置连接成一个有线或无线网络，有线网络一般采用RS-485结构或拨号方式，在距离较近的系统中使用，由中心站对每个站点进行轮巡；无线网络一般采用电台和CDMA等，与有线网络不同的是，这个链路是要收费的，所以通信就不能采用轮巡方式了。在用电台通信时，往往是距离较远，供电较困难，所以应采用遇变则报的方式，对开关量只要变位就发送，模拟量超过预设的死区范围就发送，由于电台往往采用频分复用的方式，所以每个站都要有自己的时间片，当有数据需要发送时，将数据缓存，当到达自己的时间片时，将缓存数据发送，这样就不会出现数据冲突现象了，也利于降低功耗，这对于太阳能供电的系统是很有利的。单纯的遇变则报是有缺陷的，因为在系统没有变化的时候，他不发送数据，也就不知道是数据没有变化还是这个站点有问题，所以本系统增加了一个整点平安报的功能，就是在每隔固定的时间断，如4小时，所有站点都把自身所有数据发送一次，这样就可以看清问题之所在了。在用CDMA通信时，虽然不存在频分复用的问题，但也要将发送数据分时发送，以免在特定的环境下，大量的数据在同一时间涌入数据中心，造成信道堵塞。
4 系统的测试与运行情况
系统设计完成后，进行了严格的测试，单片机的运行速度达到了预期的效果，功耗和整体散热情况优于原有的系统。在电磁兼容实验室内进行了快速瞬变、辐射抗扰度、静电放电和电压突变等实验，其指标优于国家对此类产品的要求。同时对系统进行了高温(60℃)和低温试验(-20℃)、恒定湿热、振动、碰撞、绝缘强度等测试，均优于国家标准。在防汛、水网、热网等多种应用中，用这个系统与CDMA和电台等组成无线网络，最多达到60多个点，运行稳定可靠。在楼宇控制系统中，采用RS-485组成的有线网络，也取得了很好的效果。
本文采用的是22.1184MHz晶振，那么看门狗监控时间最长只有47.4ms,这对实时性要求不高。本文采用中断喂狗的方式。一般来说单纯的中断喂狗是不可以的，因为程序中起作用的是主循环，而当主循环进入非正常状态时，中断往往还在进行，所以用中断喂狗还需主循环配合。这里采用的是5ms中断喂狗，在中断中用变量a累加，当a累加到100时，就不再喂狗；而主循环内不断将a清0，这样就可以把看门狗的时间延长到500ms。
2.3 模拟量滤波
C8051F064的ADC是逐次逼近型的，虽然速度快至1MSPS，但数据的抖动特别大，所以在混合系统中应用时，外围一定要加滤波电路，如果在硬件设计中没有考虑也没关系，可以充分利用它的速度，在内部采用软件滤波的方式。本系统对模拟量的采集速度要求不高，只求稳定和准确，在内部采用了20个点的中位值平均滤波，然后再用20次平均值算法，这样，就算外围没有任何滤波措施，也能得到很好的效果。
2.4 从单元结构
从单元采用底板加模块的方式，在底板上布置4个模块的位置，这几个位置的接口要完全相同，这样可以灵活配置点数。按照系统要求，所有的I/O点都要进行电气隔离，就不需要选择带ADC和DAC的单片机了，只需要有足够的GPIO就可以了，按照这一原则，本系统选用了C8051F236，如图3所示。从单元保留了主单元设计时的液晶和键盘接口，虽然大部分参数是在主单元内设置的，但保留这个接口可以看到模块的软件版本号等信息，如果将来有参数设置的话，也可以通过这里设定到单片机内的非易失RAM区。
主／从间通信采用Modbus协议，不需要扩展从单元，可以用这个口与外界的Modbus协议设备连接。从单元结构比较简单，单片机只负责很少一部分工作，在此从略。
3 系统组网
在实际应用中，通常不是使用一个装置，而是将多个装置连接成一个有线或无线网络，有线网络一般采用RS-485结构或拨号方式，在距离较近的系统中使用，由中心站对每个站点进行轮巡；无线网络一般采用电台和CDMA等，与有线网络不同的是，这个链路是要收费的，所以通信就不能采用轮巡方式了。在用电台通信时，往往是距离较远，供电较困难，所以应采用遇变则报的方式，对开关量只要变位就发送，模拟量超过预设的死区范围就发送，由于电台往往采用频分复用的方式，所以每个站都要有自己的时间片，当有数据需要发送时，将数据缓存，当到达自己的时间片时，将缓存数据发送，这样就不会出现数据冲突现象了，也利于降低功耗，这对于太阳能供电的系统是很有利的。单纯的遇变则报是有缺陷的，因为在系统没有变化的时候，他不发送数据，也就不知道是数据没有变化还是这个站点有问题，所以本系统增加了一个整点平安报的功能，就是在每隔固定的时间断，如4小时，所有站点都把自身所有数据发送一次，这样就可以看清问题之所在了。在用CDMA通信时，虽然不存在频分复用的问题，但也要将发送数据分时发送，以免在特定的环境下，大量的数据在同一时间涌入数据中心，造成信道堵塞。
4 系统的测试与运行情况
系统设计完成后，进行了严格的测试，单片机的运行速度达到了预期的效果，功耗和整体散热情况优于原有的系统。在电磁兼容实验室内进行了快速瞬变、辐射抗扰度、静电放电和电压突变等实验，其指标优于国家对此类产品的要求。同时对系统进行了高温(60℃)和低温试验(-20℃)、恒定湿热、振动、碰撞、绝缘强度等测试，均优于国家标准。在防汛、水网、热网等多种应用中，用这个系统与CDMA和电台等组成无线网络，最多达到60多个点，运行稳定可靠。在楼宇控制系统中，采用RS-485组成的有线网络，也取得了很好的效果。
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