摘要：以大型場所照明設(shè)備的遠(yuǎn)程控制為目的，介紹基于SST89C58型單片機(jī)的遠(yuǎn)程燈控箱系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)通過RS-485總線與PC上位機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、多節(jié)點(diǎn)控制。
關(guān)鍵詞：單片機(jī)；IAP；遠(yuǎn)程控制；通信協(xié)議：SST89C58
電腦是現(xiàn)今信息時(shí)代的標(biāo)志，通過電腦實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)自動(dòng)化控制是今后發(fā)展的一種趨勢。在大型商場、飯店、體育場館及娛樂場所里，通常有許多照明設(shè)備。以往的開關(guān)控制和電閘控制，常常需要工作人員頻繁親臨現(xiàn)場操作，或向控制室拉接較長的220V電線，實(shí)時(shí)性、安全性都較差。為了實(shí)現(xiàn)工作人員在控制室可以對分散在各個(gè)房間的遠(yuǎn)端照明設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)有效的狀態(tài)控制及狀態(tài)查詢，筆者開發(fā)了一種基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程燈控箱系統(tǒng)。該系統(tǒng)由一臺(tái)PC上位機(jī)控制多臺(tái)遠(yuǎn)端燈控箱，通過RS-485總線串行傳送指令，傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)1.2km，并增強(qiáng)串行通信協(xié)議的制定，降低了噪聲干擾。一臺(tái)燈控箱可對16路燈進(jìn)行控制。燈控箱中選用SST89C58型單片機(jī)，其方便的IAP功能可在線下載Hex文件并進(jìn)行調(diào)試，無需多次使用編程器。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能
遠(yuǎn)程燈控箱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖l所示，其中，PC上位機(jī)放在控制室里，各燈箱就近放置在照明設(shè)備附近。由PC上位機(jī)發(fā)送控制指令，通過RS-485總線將指令串行傳送給各遠(yuǎn)端燈控箱，這樣就可在控制室里實(shí)時(shí)開關(guān)控制，查詢各個(gè)燈的狀態(tài)。從傳輸距離和性價(jià)比方面考慮選用RS-485總線。RS-485為平衡線路，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、多節(jié)點(diǎn)控制。本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是燈控箱。下面將以一臺(tái)燈控箱為例介紹系統(tǒng)的軟件和硬件設(shè)計(jì)。
2 硬件設(shè)計(jì)
2.1主要元件
設(shè)計(jì)系統(tǒng)選用Silicon Storage。Technology公司推出的具有IAP(In-Application Programming)功能的SST89C58型單片機(jī)。它在指令系統(tǒng)、硬件結(jié)構(gòu)和片內(nèi)資源上與標(biāo)準(zhǔn)8052型單片機(jī)完全兼容，同時(shí)增大了內(nèi)部程序存儲(chǔ)Flash的容量，可達(dá)36KB。并增加了與Flash編程相關(guān)的6個(gè)特殊功能寄存器和2個(gè)與看門狗復(fù)位有關(guān)的特殊功能寄存器。對SST89C58的IAP功能采用一個(gè)通用程序編寫[1]，選用Keil公司的μVision仿真軟件進(jìn)行編程仿真。將生成的Hex文件直接通過RS-232串口從PC下載到單片機(jī)上運(yùn)行調(diào)試，使用非常方便，縮短了開發(fā)周期。ULN2803A型器件是TI公司生產(chǎn)的單片集成高壓、大電流達(dá)林頓晶體管陣列。該陣列由8個(gè)NPN達(dá)林頓管組成。其特點(diǎn)是電流增益高、負(fù)載能力強(qiáng)(輸出電流可達(dá)500mA)、工作電壓高(耐壓達(dá)50V)。選用的：X5045型器件為4K SPI電可擦除存儲(chǔ)器，用于掉電后保存從機(jī)站號(hào)。Maxim公司的MAX485型器件是通用半雙工收發(fā)器，傳輸速度為9.6Kb／s時(shí)，傳輸距離可達(dá)1.2km．可實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與單片機(jī)之間的串口異步通信。
圖2
2.2系統(tǒng)核心硬件
遠(yuǎn)程燈控箱系統(tǒng)的核心硬件圖如圖2所示，以SST89C58型單片機(jī)為核心，用P0口和P2口進(jìn)行信號(hào)控制，注意P0口要加上拉電阻器。通過2個(gè)ULN2803進(jìn)行電流放大，可驅(qū)動(dòng)16路繼電器。由于片內(nèi)帶有共陰極箝位二極管，可適應(yīng)感性負(fù)載，故輸出端可省去大量二極管。SST89C58驅(qū)動(dòng)16路繼電器，可控制16路燈信號(hào)。若要增加控制信號(hào)，可增加8255型器件擴(kuò)展并行接口。用X5045保存RS-485網(wǎng)絡(luò)從機(jī)站號(hào)。SST89C58單片機(jī)的P1．2引腳用來模擬X5045的時(shí)鐘輸入信號(hào)SCK，CS=0時(shí)，串行輸出SO在時(shí)鐘信號(hào)下降沿有效，串行輸入SI在上升沿有效(WP=1)。具體操作還需要寫入狀態(tài)字。串口部分選用MAX485。其中，RE與DE接在一起由單片機(jī)的RD(P3．7)控制。拉低為接收有效，拉高為發(fā)送有效。該系統(tǒng)還具有上電自動(dòng)復(fù)位和通電指示功能。設(shè)計(jì)PCB時(shí)應(yīng)注意合理布線，對單片機(jī)電源進(jìn)行濾波整流，并遠(yuǎn)離干擾源。
3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
用C語言編譯器開發(fā)單片機(jī)具有使用方便、編程效率高及仿真調(diào)試容易等突出特點(diǎn)。C51的版本很多，本系統(tǒng)軟件選用德國Keil Software公司的Keil C51編譯器開發(fā)。該編譯器基于Windows平臺(tái)集成開發(fā)環(huán)境，可編輯、編譯和調(diào)試匯編語言程序及C51程序，還可模擬仿真I／O口、定時(shí)器／計(jì)數(shù)器、串行口及中斷等單片機(jī)特有的功能部件，功能非常強(qiáng)大。
該系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)由主程序、中斷程序、串行接收子程序、串行發(fā)送子程序、X5045讀寫子程序及若干功能實(shí)現(xiàn)子程序。其中，：X5045讀寫子程序需對時(shí)鐘進(jìn)行精確操作，用匯編語言編寫，其他均用C語言編寫。
3.1主程序設(shè)計(jì)
在主程序中，先將SST89C58及X5045初始化，然后等待新命令。當(dāng)NewData=1時(shí)，表示已接收到一個(gè)有效的命令幀，否則繼續(xù)等待。接著判斷是否是本機(jī)地址，若是則判斷控制命令，否則繼續(xù)等待。上位機(jī)發(fā)送指定的字符串，分別表示開燈、關(guān)燈、查詢、設(shè)置等命令。通過字符串比較，判斷出命令指令，跳到相應(yīng)的入口子程序中；操作成功后，通過串口發(fā)送子程序返回相應(yīng)的提示符，其具體流程如圖3所示。在本系統(tǒng)中，上位機(jī)的人機(jī)交互界面由C++Builder開發(fā)，限于篇幅，在此從略。
3.2串口中斷程序設(shè)計(jì)
為了增強(qiáng)抗干擾性，有效地區(qū)分噪聲和數(shù)據(jù)便于操作，串口中斷程序加強(qiáng)了通訊協(xié)議的制定[2]，具體實(shí)現(xiàn)方法是加開始標(biāo)志和結(jié)束標(biāo)志。噪聲是以隨機(jī)字節(jié)出現(xiàn)的，通過測試和實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在本系統(tǒng)中0x00后跟0xFF時(shí)噪聲不容易發(fā)生。因此，設(shè)置開始標(biāo)志為0x000xFF，結(jié)束標(biāo)志為回車換行符0x0D0x0A。如果接收命令幀成功，則置NewData=1，表示新命令有效�？紤]到糾檢錯(cuò)，數(shù)據(jù)采用短包方式。中間采用延時(shí)，以保證起始位可靠。串口中斷程序流程如圖4所示。部分程序清單如下。
//串行接子函數(shù)
INT8U ReUART（INT8U*ch）
{INTl6U delay=6000；
while(--delay) ／／延時(shí)
{if(RI)，／串行接收中斷標(biāo)志
{RI=0；／／接收中斷標(biāo)志軟件復(fù)位
、 *ch=SBU F=／／讀數(shù)據(jù)緩沖器
return 1；}／／成功返回l
}
return(0)；／／接收失敗返回0
)
／／串行中斷處理程序
void UART_Inter(void)interrupt 4
{INT8U ii；
INT8U temp,templ;
ReUART(&temp、)；//先連續(xù)接收2個(gè)字節(jié)
ReUART(&templ)；
//開始標(biāo)志
if((temp==0x00)&&(templ==0xFF))
／／連續(xù)接收一個(gè)命令幀
{for(ii=0；ii<12；ii++)
{if(ReUART(&buff[ii])==0)
goto Inter．_end；}／／跳出中斷
if((buf[10]==0x0D)&&(buf[ll]==0x0A))，／結(jié)束標(biāo)志
NewData=l； //新命令標(biāo)志有效
}
Inter_end：；//中斷出口
}
4 結(jié)論
基于SST89C58的遠(yuǎn)程燈控箱系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)一臺(tái)PC上位機(jī)最多控制256個(gè)燈控箱，傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)1.2km，每臺(tái)燈控箱可對16路燈進(jìn)行控制．實(shí)現(xiàn)了集中管理，分散控制的功能。該系統(tǒng)通過軟硬件提高抗干擾性，并具有較好的擴(kuò)展性，結(jié)構(gòu)簡單、投資少，實(shí)際應(yīng)用表明具有較強(qiáng)的實(shí)用性。
下面還介紹一個(gè) ULN2803A和SST89C58型單片機(jī)的遠(yuǎn)程燈控箱系統(tǒng)
主要元件：ULN2803A型器件是TI公司生產(chǎn)的單片集成高壓、大電流達(dá)林頓晶體管陣列。該陣列由8個(gè)NPN達(dá)林頓管組成。其特點(diǎn)是電流增益高、負(fù)載能力強(qiáng)(輸出電流可達(dá)500mA)、工作電壓高(耐壓達(dá)50V)。
摘要：以大型場所照明設(shè)備的遠(yuǎn)程控制為目的，介紹基于SST89C58型單片機(jī)的遠(yuǎn)程燈控箱系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)通過RS-485總線與PC上位機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、多節(jié)點(diǎn)控制。 關(guān)鍵詞：單片機(jī)；IAP；遠(yuǎn)程控制；通信協(xié)議：SST89C58電腦是現(xiàn)今信息時(shí)代的標(biāo)志，通過電腦實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)自動(dòng)化控制是今后發(fā)展的一種趨勢。在大型商場、飯店、體育場館及娛樂場所里，通常有許多照明設(shè)備。以往的開關(guān)控制和電閘控制，常常需要工作人員頻繁親臨現(xiàn)場操作，或向控制室拉接較長的220V電線，實(shí)時(shí)性、安全性都較差。為了實(shí)現(xiàn)工作人員在控制室可以對分散在各個(gè)房間的遠(yuǎn)端照明設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)有效的狀態(tài)控制及狀態(tài)查詢，筆者開發(fā)了一種基于單片機(jī)的遠(yuǎn)程燈控箱系統(tǒng)。該系統(tǒng)由一臺(tái)PC上位機(jī)控制多臺(tái)遠(yuǎn)端燈控箱，通過RS-485總線串行傳送指令，傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)1.2km，并增強(qiáng)串行通信協(xié)議的制定，降低了噪聲干擾。一臺(tái)燈控箱可對16路燈進(jìn)行控制。燈控箱中選用SST89C58型單片機(jī)，其方便的IAP功能可在線下載Hex文件并進(jìn)行調(diào)試，無需多次使用編程器。
1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能遠(yuǎn)程燈控箱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖l所示，其中，PC上位機(jī)放在控制室里，各燈箱就近放置在照明設(shè)備附近。由PC上位機(jī)發(fā)送控制指令，通過RS-485總線將指令串行傳送給各遠(yuǎn)端燈控箱，這樣就可在控制室里實(shí)時(shí)開關(guān)控制，查詢各個(gè)燈的狀態(tài)。從傳輸距離和性價(jià)比方面考慮選用RS-485總線。RS-485為平衡線路，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、多節(jié)點(diǎn)控制。本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是燈控箱。下面將以一臺(tái)燈控箱為例介紹系統(tǒng)的軟件和硬件設(shè)計(jì)。2 硬件設(shè)計(jì)2.1主要元件設(shè)計(jì)系統(tǒng)選用Silicon Storage。Technology公司推出的具有IAP(In-Application Programming)功能的SST89C58型單片機(jī)。它在指令系統(tǒng)、硬件結(jié)構(gòu)和片內(nèi)資源上與標(biāo)準(zhǔn)8052型單片機(jī)完全兼容，同時(shí)增大了內(nèi)部程序存儲(chǔ)Flash的容量，可達(dá)36KB。并增加了與Flash編程相關(guān)的6個(gè)特殊功能寄存器和2個(gè)與看門狗復(fù)位有關(guān)的特殊功能寄存器。對SST89C58的IAP功能采用一個(gè)通用程序編寫[1]，選用Keil公司的μVision仿真軟件進(jìn)行編程仿真。將生成的Hex文件直接通過RS-232串口從PC下載到單片機(jī)上運(yùn)行調(diào)試，使用非常方便，縮短了開發(fā)周期。ULN2803A型器件是TI公司生產(chǎn)的單片集成高壓、大電流達(dá)林頓晶體管陣列。該陣列由8個(gè)NPN達(dá)林頓管組成。其特點(diǎn)是電流增益高、負(fù)載能力強(qiáng)(輸出電流可達(dá)500mA)、工作電壓高(耐壓達(dá)50V)。選用的：X5045型器件為4K SPI電可擦除存儲(chǔ)器，用于掉電后保存從機(jī)站號(hào)。Maxim公司的MAX485型器件是通用半雙工收發(fā)器，傳輸速度為9.6Kb／s時(shí)，傳輸距離可達(dá)1.2km．可實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與單片機(jī)之間的串口異步通信。
圖2
2.2系統(tǒng)核心硬件遠(yuǎn)程燈控箱系統(tǒng)的核心硬件圖如圖2所示，以SST89C58型單片機(jī)為核心，用P0口和P2口進(jìn)行信號(hào)控制，注意P0口要加上拉電阻器。通過2個(gè)ULN2803進(jìn)行電流放大，可驅(qū)動(dòng)16路繼電器。由于片內(nèi)帶有共陰極箝位二極管，可適應(yīng)感性負(fù)載，故輸出端可省去大量二極管。SST89C58驅(qū)動(dòng)16路繼電器，可控制16路燈信號(hào)。若要增加控制信號(hào)，可增加8255型器件擴(kuò)展并行接口。用X5045保存RS-485網(wǎng)絡(luò)從機(jī)站號(hào)。SST89C58單片機(jī)的P1．2引腳用來模擬X5045的時(shí)鐘輸入信號(hào)SCK，CS=0時(shí)，串行輸出SO在時(shí)鐘信號(hào)下降沿有效，串行輸入SI在上升沿有效(WP=1)。具體操作還需要寫入狀態(tài)字。串口部分選用MAX485。其中，RE與DE接在一起由單片機(jī)的RD(P3．7)控制。拉低為接收有效，拉高為發(fā)送有效。該系統(tǒng)還具有上電自動(dòng)復(fù)位和通電指示功能。設(shè)計(jì)PCB時(shí)應(yīng)注意合理布線，對單片機(jī)電源進(jìn)行濾波整流，并遠(yuǎn)離干擾源。3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)用C語言編譯器開發(fā)單片機(jī)具有使用方便、編程效率高及仿真調(diào)試容易等突出特點(diǎn)。C51的版本很多，本系統(tǒng)軟件選用德國Keil Software公司的Keil C51編譯器開發(fā)。該編譯器基于Windows平臺(tái)集成開發(fā)環(huán)境，可編輯、編譯和調(diào)試匯編語言程序及C51程序，還可模擬仿真I／O口、定時(shí)器／計(jì)數(shù)器、串行口及中斷等單片機(jī)特有的功能部件，功能非常強(qiáng)大。該系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)由主程序、中斷程序、串行接收子程序、串行發(fā)送子程序、X5045讀寫子程序及若干功能實(shí)現(xiàn)子程序。其中，：X5045讀寫子程序需對時(shí)鐘進(jìn)行精確操作，用匯編語言編寫，其他均用C語言編寫。3.1主程序設(shè)計(jì)在主程序中，先將SST89C58及X5045初始化，然后等待新命令。當(dāng)NewData=1時(shí)，表示已接收到一個(gè)有效的命令幀，否則繼續(xù)等待。接著判斷是否是本機(jī)地址，若是則判斷控制命令，否則繼續(xù)等待。上位機(jī)發(fā)送指定的字符串，分別表示開燈、關(guān)燈、查詢、設(shè)置等命令。通過字符串比較，判斷出命令指令，跳到相應(yīng)的入口子程序中；操作成功后，通過串口發(fā)送子程序返回相應(yīng)的提示符，其具體流程如圖3所示。在本系統(tǒng)中，上位機(jī)的人機(jī)交互界面由C++Builder開發(fā)，限于篇幅，在此從略。3.2串口中斷程序設(shè)計(jì)為了增強(qiáng)抗干擾性，有效地區(qū)分噪聲和數(shù)據(jù)便于操作，串口中斷程序加強(qiáng)了通訊協(xié)議的制定[2]，具體實(shí)現(xiàn)方法是加開始標(biāo)志和結(jié)束標(biāo)志。噪聲是以隨機(jī)字節(jié)出現(xiàn)的，通過測試和實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在本系統(tǒng)中0x00后跟0xFF時(shí)噪聲不容易發(fā)生。因此，設(shè)置開始標(biāo)志為0x000xFF，結(jié)束標(biāo)志為回車換行符0x0D0x0A。如果接收命令幀成功，則置NewData=1，表示新命令有效。考慮到糾檢錯(cuò)，數(shù)據(jù)采用短包方式。中間采用延時(shí)，以保證起始位可靠。串口中斷程序流程如圖4所示。部分程序清單如下。//串行接子函數(shù)INT8U ReUART（INT8U*ch）{INTl6U delay=6000；while(--delay) ／／延時(shí){if(RI)，／串行接收中斷標(biāo)志{RI=0；／／接收中斷標(biāo)志軟件復(fù)位、 *ch=SBU F=／／讀數(shù)據(jù)緩沖器return 1；}／／成功返回l}return(0)；／／接收失敗返回0)／／串行中斷處理程序void UART_Inter(void)interrupt 4{INT8U ii；INT8U temp,templ;ReUART(&temp、)；//先連續(xù)接收2個(gè)字節(jié)ReUART(&templ)；//開始標(biāo)志if((temp==0x00)&&(templ==0xFF))／／連續(xù)接收一個(gè)命令幀{for(ii=0；ii<12；ii++){if(ReUART(&buff[ii])==0)goto Inter．_end；}／／跳出中斷if((buf[10]==0x0D)&&(buf[ll]==0x0A))，／結(jié)束標(biāo)志NewData=l； //新命令標(biāo)志有效}Inter_end：；//中斷出口}4 結(jié)論基于SST89C58的遠(yuǎn)程燈控箱系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)一臺(tái)PC上位機(jī)最多控制256個(gè)燈控箱，傳輸距離最遠(yuǎn)可達(dá)1.2km，每臺(tái)燈控箱可對16路燈進(jìn)行控制．實(shí)現(xiàn)了集中管理，分散控制的功能。該系統(tǒng)通過軟硬件提高抗干擾性，并具有較好的擴(kuò)展性，結(jié)構(gòu)簡單、投資少，實(shí)際應(yīng)用表明具有較強(qiáng)的實(shí)用性。
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