鐘群鋒， 楊 璐

(華南師范大學計算機學院，廣東廣州 510631)

金屬離子濃度遠程測控網絡系統(tǒng)

鐘群鋒， 楊 璐

(華南師范大學計算機學院，廣東廣州 510631)

以金屬離子濃度的遠程測控為目的，設計并實現了一個基于公共電話網和RS485總線的金屬離子濃度遠程測控網絡系統(tǒng). 介紹了系統(tǒng)構成和實現.該系統(tǒng)通過RS-485總線和電話網與PC上位機通信,實現遠距離、多廠區(qū)多節(jié)點金屬離子濃度測量與控制，具有結構簡單、穩(wěn)定可靠、操作方便等特點，因此具有較好的應用前景.

遠程測控； 金屬離子濃度； 單片機； DTMF

隨著科技的發(fā)展和自動化水平的提高，遠程測控已經成為各行業(yè)進行生產的重要手段，某公司作為一個規(guī)模較大的電鍍加工企業(yè)，有幾個下屬電鍍加工生產線,分散在相隔較遠的不同廠區(qū).電鍍加工中要得到高質量、高成品率的關鍵是保證電鍍反應池有穩(wěn)定準確的金屬離子濃度,以前離子濃度控制是通過不具備聯網功能的控制器來實現,公司維護部門需要定時派人巡查更換有問題的控制器,不但成本大大增加，而且效率很低. 基于這種情況，為了節(jié)省用工降低生產成本，并大大提高對電鍍加工過程的監(jiān)測控制效率，我們研制構建了近程基于RS485遠程基于DTMF通信的金屬離子濃度遠程測控網絡系統(tǒng),實現了金屬離子濃度的遠程測控,這樣一個工作人員在測控中心就能完成對整個公司各廠區(qū)離子濃度控制器的監(jiān)控巡查工作,不用定時派人到各處生產現場巡查,從而大大提升了電鍍加工的自動化程度.

1 測控系統(tǒng)的系統(tǒng)構成

測控系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示. 因為各廠區(qū)地理位置分散,而每個廠區(qū)的濃度控制器數量有十幾個,因此系統(tǒng)必須采用三層分級通信模式,其中頂層由通信適配器和中心PC(測控主機)構成,兩者之間采用RS232串口通信連接；中層由廠區(qū)測控儀構成,其與通信適配器之間采用基于電話網的DTMF數據收發(fā)接口通信；底層由離子濃度控制器構成[1],通過RS485總線與廠區(qū)測控儀進行通信連接.離子濃度控制器作為前端測控儀表負責對電鍍反應池離子濃度值的采集和控制, 廠區(qū)測控儀負責所屬廠區(qū)的各濃度控制器數據定時采集存儲,并根據中心PC的命令上傳所采各控制器濃度及狀態(tài)數據至中心PC或下傳中心PC所發(fā)控制指令至各金屬離子濃度控制器；通信適配器負責DTMF與RS232兩種通信方式之間的轉換；中心PC負責最終的數據處理分析和數據入存數據庫，并為中心工作人員提供友好實用的人機界面進行遠程測控.

2 測控系統(tǒng)的系統(tǒng)實現

2.1金屬離子濃度控制器

金屬離子濃度控制器系統(tǒng)硬件框圖如圖2所示，控制器以Atmel公司的AT89C51單片機為核心,其外圍電路主要由電源電路、存儲及顯示電路、鍵盤輸入電路、物流探頭輸入電路、金屬離子濃度測定電路、控制輸出電路、通信電路等部分構成；其主要利用由高阻抗儀器放大器等構成的信號調理電路將金屬離子濃度探頭來的電信號變換放大，經A/D轉換器變換，送入單片機處理后，用顯示電路顯示并利用控制輸出電路驅動相關控制部件作相應動作，從而達到控制離子濃度的目的；另外,其還可以利用RS485通信電路將離子濃度上傳給上位機(廠區(qū)測控儀)或接受上位機的命令進行相應的遠程控制. 物流探頭是光電反射接收探頭，用以檢測產品流水線運行狀況，一旦斷流，則停止控制；鍵盤電路用于設定參數范圍，以及由于濃度探頭失靈引起報警的時限；存儲電路用于存儲數據及運行狀態(tài).

圖1 系統(tǒng)總體框圖Fig.1 Overall block diagram of system

圖2 金屬離子濃度控制器Fig.2 Metal ion concentration controller

2.2廠區(qū)測控儀

廠區(qū)測控儀硬件框圖如圖3所示,其中時鐘電路采用DS12887時鐘芯片構成作為系統(tǒng)時間,存儲電路采用4片ATMEL公司的AT24C64芯片構成,容量為32K×8bit,以I2C方式與單片機接口[2],測控儀結合定時時間和時鐘電路提供的當前時間作出判斷，在定時到時以地址輪巡方式采集廠區(qū)各控制器的濃度數據以及運行狀態(tài),每間隔40 s(此參數可遠程或現場設定調整)借助485總線采集一次,并將各表濃度數據、運行狀態(tài)與當前采集時間一并存入E2PROM存儲器.鍵盤和顯示電路主要用來校準時鐘和人工設定金屬離子濃度數據定時采集時間,另外,運行狀態(tài)下顯示電路還用來顯示發(fā)出報警的濃度控制器地址號. 廠區(qū)測控儀借助DTMF收發(fā)電路利用電話網可接受來自上位機的數據傳送指令,不同廠區(qū)通過不同電話號碼呼叫區(qū)分，所以不用另外增加地址開關電路.

圖3 廠區(qū)測控儀Fig.3 Measurement and control instrument for plant area

2.3相關通信接口電路

包括RS485通信接口電路、DTMF收發(fā)通信電路和RS232接口電路，他們是實現遠程測控網絡系統(tǒng)組網關鍵,具體實現如下:

(1)RS485通信接口電路.電路以RS485轉換芯片SN75176為核心,該芯片與AT89C51之間采用光耦隔離以防止干擾,同時為了防止雷擊造成系統(tǒng)工作故障甚至癱瘓,在SN75176與外通信雙絞線之間加入由自復保險、壓敏電阻和防雷二極管構成的防雷器[3]，另外還采取了一些提高接口電路硬件可靠性的方案如進行總線匹配、隔離、防干擾和失效保護等.

(2)DTMF收發(fā)通信電路如圖4所示.包括振鈴檢測、信號檢測、模擬摘/掛機、雙音解碼和雙音發(fā)碼電路.其中信號檢測用來檢測撥號音、回鈴音和忙音，雙音解發(fā)碼電路采用可自動撥號DTMF編/解碼芯片MT5087和MT8870實現,MT5087是DTMF信號發(fā)生器的專用芯片,由輸入端R1～R4(行),C1～C4(列)輸入相應的八位二進制碼,輸出端可輸出相應的DTMF雙音頻信號.MT8870是DTMF信號接收處理專用芯片,其功能是將接收到的DTMF信號還原為8421碼,可直接與單片機數據總線連接[4].

圖4 DTMF收發(fā)通信電路Fig.4 DTMF communication R/T circuit

(3)RS232接口電路.電路以Maxim公司的MAX232芯片實現,該芯片硬件接口簡單,價格比較適中.

3 系統(tǒng)軟件

(1)中心PC的測控軟件設計.中心PC以Windows 2000 Server操作系統(tǒng)為平臺，數據庫用SQL Server 2000，采用微軟的VB編程.系統(tǒng)采用模塊化設計，整個軟件系統(tǒng)分為：通信模塊、顯示報警與控制模塊和打印輸出模塊,其中顯示模塊包括歷史和當前數據的顯示.

(2)廠區(qū)測控儀軟件設計.主要負責對下層定時采集各廠區(qū)的數據并存儲,對上層根據指令上傳所采數據或向下轉發(fā)控制指令.程序流程圖如圖5所示.

圖5 主程序流程圖Fig.5 Flowchart of the main program

4 結束語

本測控網絡系統(tǒng)投入使用后,系統(tǒng)運行可靠、性能穩(wěn)定，大大提升了電鍍加工的自動化程度，具有良好的實用性和較高的性價比，完全能夠滿足用戶提出的設計要求,在化工電鍍行業(yè)中具有較好的實用價值和應用前景.

[1] 鐘群鋒. 單片機在離子濃度控制中的應用[J]. 華南師范大學學報:自然科學版，2002(1)：82-83.

ZHONG Qunfeng.The application of single-chip computer in autocontrol of ion-concentration[J]. Journal of South China Normal University: Natural Science Edition, 2002(1):82-83.

[2] 于永，戴佳，常江. 51單片機C語言常用模塊與綜合系統(tǒng)設計實例精講[M]. 北京:電子工業(yè)出版社,2007:193-208.

[3] 龍慶華. 智能儀表集散系統(tǒng)的防雷技術[J]. 華南師范大學學報:自然科學版，2000(4)：20-22.

LONG Qinghua. Transcient overvoltage protection technology for the distributed system of intelligent instruments[J]. Journal of South China Normal University: Natural Science Edition, 2000(4):20-22.

[4] 李朝青. PC機及單片機數據通信技術[M]. 北京:北京航空航天大學出版社，2000：34-49.

Keywords： remote measurement and control; metal ion concentration; single-chip; DTMF

【責任編輯 莊曉瓊】

REMOTEMEASUREMENTANDCONTROLNETWORKSYSTEMFORMETALIONCONCENTRATION

ZHONG Qunfeng, YANG Lu

(School of Computer, South China Normal University, Guangzhou 510631, China)

A design and implementation method of remote measurement and control of the metal ion concentration system based on public telephone network and RS-485 bus is presented. The system structure and implementation are introduced. The system communicates with host computer by the public telephone network and RS-485 bus for remote multi-factory and multi-node measurement and control, which has characteristics of simple structure, high reliability and easy operation. This system is also proved to be a relatively well prospect.

2010-02-24

鐘群鋒(1976—),男,廣東興寧人, 華南師范大學工程師, 主要研究方向：智能儀表與集散控制系統(tǒng), Email:zhongqunfeng_2007@163.com.

1000-5463(2010)03-0047-03

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