遠程監測終端的制作方法

專利名稱：遠程監測終端的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種監測裝置，特別是一種遠程的監測終端。
背景技術：
遠程監測終端是一種遠端檢測單元裝置，負責對現場信號、工業設備監測，并將現場的監測情況通過遠程通信的方法傳送到監測中心，實現遠程監測的目的。與常用的可編程控制器PLC相比，遠程監測終端通常要具有優良的通訊能力和更大的存儲容量，適用于更惡劣的溫度和濕度環境，提供更多的計算功能。
目前，遠程監測終端產品種類較多，從產品的核心來看，或者用嵌入式PC、或者用16位單片機，其功能齊全，均有監測、控制和數據遠傳的功能，特別是控制能力較強，但其功能的針對性不強，從而結構復雜，使得成本較高。

發明內容
為了克服現有技術和產品的不足，本實用新型的目的在于提供一種成本低、應用目標明確的遠程監測終端。
本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是遠程監測終端，包括微處理器MPU，微處理器MPU通過數據總線、地址總線、控制總線連接有程序存貯器、隨機數據存貯器和實時時鐘，其特征在于微處理器MPU通過光電隔離RS485收發控制器連接RS485通信接口，通過RS232通信控制器連接RS232收發器，RS232收發器通過RS232通信接口連接無線電臺。
微處理器MPU連接有系統參數及測量數據存貯器。
微處理器MPU連接有電源監視和看門狗電路和譯碼器、液晶顯示器。
所述的RS232通信控制器通過另一RS232收發器與備用RS232通信接口連接。
微處理器MPU連接有擴展I/O(1)和擴展I/O(2)，并有相應連接接口板的擴展I/O轉接口(1)和擴展I/O轉接口(2)。
擴展I/O轉接口(1)連接16路開關量輸入緩沖單元，16路開關量輸入緩沖單元通過即插即用開關量檢測板與16路開關量輸入接口連接，擴展I/O轉接口(2)連接I/O光電隔離單元，I/O光電隔離單元與8路A/D轉換器連接，8路A/D轉換器通過即插即用模擬量檢測板與8路模擬量輸入接口連接，擴展I/O轉接口(1)、擴展I/O轉接口(2)與即插即用開關量檢測板、即插即用模擬量檢測板之間有即插即用板檢測邏輯單元；擴展I/O轉接口(2)通過鍵盤單元、鍵盤接口與操作鍵盤連接。
本實用新型的有益效果是終端上有一個自定協議的RS485通信接口，用于與帶有RS485通信接口的智能設備、儀器、儀表構成現場測量RS485總線，從而擴展了終端的監測容量；該終端具有中繼站功能，當終端用于無線網通信方式時，由于山區等通信區域較大地方，應用此功能可以在一定條件下節省專用的中斷設備；該終端有16路開關量檢測板、8路模擬量檢測板即插即用接口，一方面可根據現場對檢測量的要求配置適當數量的檢測板，另一方面可以根據用戶的特別要求，配置專門用途的檢測板，使終端適應更多場合的應用。
該遠程監測終端應用目標明確，其結構設計簡單、快捷和性能可靠，價格便宜。
以下結合附圖對本實用新型作進一步說明。


圖1是本實用新型的主板原理框圖；圖2是本實用新型的接口板原理框圖；圖3是本實用新型的主板電路原理圖；圖4是本實用新型的接口板電路原理圖；圖5是本實用新型的接口板的即插即用板邏輯檢測單元電路圖；圖6是本實用新型的系統的電源電路圖；圖7是本實用新型的工作程序流程圖。
具體實施方式
參照圖1、圖2，本實用新型的遠程監測終端，采用主板和接口板分離的電路設計，主板和接口板通過板上的若干接線座相連接，主板是終端的核心，包括微處理器MPU，微處理器MPU通過數據總線、地址總線、控制總線連接有存放微處理器MPU工作程序的程序存貯器、存放微處理器MPU工作的臨時數據的隨機數據存貯器和為系統提供時實時鐘和方波時鐘信號的實時時鐘，微處理器MPU通過光電隔離RS485收發控制器連接RS485通信接口，RS485通信接口可與帶有RS485通信接口的現場智能變送器、檢測儀表通信，從而得到被測量的測量值，采用光電隔離的方式將外部的輸入信號與系統分開，增加系統的安全性，避免因外部電路的故障造成整個系統嚴重損壞。通過RS232通信控制器連接RS232收發器，RS232收發器通過RS232通信接口連接無線電臺，遠程監測終端通過其無線電臺，可與遠離現場的監控中心進行通信，將數據發送到中心計算機，進行數據處理，從而全面掌握各監測點的情況，實現遠程監測。
微處理器MPU連接有系統參數及測量數據存貯器；該存貯器能夠保存測量值作為斷電時的數據備份；微處理器MPU連接有電源監視和看門狗電路、譯碼器，當電源電壓異常或微處理器MPU程序“跑飛”時，電源監視和看門狗電路對系統復位。譯碼器為集成電路提供選片信號，為保證系統參數和測量數據存貯器的數據及系統時鐘不被外部環境的干擾非法改寫。
所述的RS232通信控制器通過另一RS232收發器與備用RS232通信接口連接；該RS232通信接口為多用途備用串行接口，用于系統的擴展，可用于與移動PC的通信，在現場對終端進行參數設置、調整、數據拷貝等工作，也可用于與MODEM接口。
微處理器MPU連接有擴展I/O(1)和擴展I/O(2)，并有相應的擴展I/O轉接口(1)和擴展I/O轉接口(2)。
擴展I/O轉接口(1)連接接口板上的16路開關量輸入緩沖單元，有緩沖和隔離的作用，增加系統的安全性，16路開關量輸入緩沖單元通過即插即用開關量檢測板與16路開關量輸入接口連接，擴展I/O轉接口(2)連接I/O光電隔離單元，采用光電隔離的方式增加了系統的安全性、避免因外部電路的故障造成整個系統嚴重損壞，I/O光電隔離單元與8路A/D轉換器連接，8路A/D轉換器通過即插即用模擬量檢測板與8路模擬量輸入接口連接，模擬量輸入和路開關量輸入信號調理板分別做成相同的獨立模塊，該調理板的數量根據實際需要確定，并可以即插即用。擴展I/O轉接口(1)、擴展I/O轉接口(2)與即插即用開關量檢測板、即插即用模擬量檢測板之間有即插即用板檢測邏輯單元，利用陣列二極管將每個檢測端口的信號狀態隔開，使之互不影響，從而得到正確的陣列參數檢測值。主板通過檢測電路，識別系統檢測模塊的個數，并對其進行采樣；擴展I/O轉接口(2)通過鍵盤單元、鍵盤接口與操作鍵盤連接。由于系統的擴展簡單方便，從而降低了成本。
微處理器MPU連接有液晶顯示器；液晶顯示器與接口板上的3×4鍵盤陣列作為終端的鍵盤顯示操作界面，用于對終端工作參數的設置、工作狀態及測量值的顯示。
參照圖3，本實用新型的主板電路實施例的電路組成是微處理器MPU是MCS-51系列單片機的80C31，微處理器MPU連接有地址數據鎖存器，地址數據鎖存器是型號為74HC573的集成塊IC2，程序存貯器是型號為27C512的集成塊IC3；隨機數據存貯器是型號為62C256的集成塊IC4；系統參數及測量數據存貯器是型號為28F256的集成塊IC5；實時時鐘是型號為DS12C887的集成塊IC6；RS232通信控制器是型號為16C552的集成塊IC8；RS232收發器(2)是型號為MAX232的集成塊IC9；RS232收發器(1)是型號為MAX241E的集成塊IC10；光電隔離RS485收發控制器是由OPOT1～OPOT3、MAX485集成塊IC11、MOD1及電阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、電容C7、C8、C9、C10和三極管TR1、TR2、TR3組成；連接RS232收發器(2)的RS232通信接口是CON6，連接RS232收發器(1)的RS232通信接口是CON5；連接光電隔離RS485收發控制器的RS485通信接口是CON1；電源監視和看門狗電路是由MAX813、電阻R13、R14、R15、R16、二極管D1、D2、三極管TR3、TR4和開關K1組成；擴展I/O(1)是由82C55的集成塊IC13組成；擴展I/O(2)是由82C55的集成塊IC14組成；連接擴展I/O(1)的擴展I/O轉接口(1)是CON3，連接擴展I/O(2)的擴展I/O轉接口(2)是CON4、電容C25、C26和穩壓二極管ZD1組成；顯示器接口是由CON2、和電阻R17、R18組成；譯碼器是型號為GAL20V8的集成塊IC7。
參照圖4，接口板電路上的電路組成是16路開關量輸入緩沖單元是由三個型號為74HC04的集成塊IC2、IC3、IC4、電容C2、C7、C8和電阻R8組成；即插即用開關量檢測板是CZ1～CZ16組成；16路開關輸入接口為CONN6和CONN7；I/O光電隔離單元是由4個型號為6N137的OPT01～OPT04、型號為TLP521的OPT05和電阻R9～R13、R18～R22組成；8路A/D轉換器是TLC1543的集成塊IC5，與穩壓塊78M05的VR1、VR2和電阻R23～R26、電容C9～C12、C15、C16連接； 即插即用模擬量檢測板是CZ17～CZ23組成；8路模擬量輸入接口為CONN8；3×4鍵盤單元是71HC04的集成塊IC1、電阻R14～R17和電容C1、C3～C6組成，其鍵盤接口是CONN3。
參照圖4、圖5，即插即用板邏輯單元是由二極管D3～D26和電阻R1～R6組成。
參照圖6，CONN4為系統+5V電源，其主板代號為E1，接口板代號為E3，電容C13、C14為濾波電容、ZD1為瞬間電壓抑制器，起防雷擊作用。
結合圖1、圖3，微處理器MPU通過數據總線、地址總線、控制總線與板上的集成芯片相接并控制它們工作。集成塊IC2為地址、數據鎖存器；程序存貯器IC3存放微處理器MPU的工作程序；隨機數據存貯器IC4用于存放微處理器MPU工作的臨時數據；系統參數和測量數據存貯器IC5為64K字節EEPROM-28F256，用于存放微處理器MPU工作的系統參數和通過外接具有RS485通信接口智能測量儀表傳來的測量數據；實時時鐘IC6為系統提供時實時鐘和方波時鐘信號，方波時鐘信號由IC6的19腳發出，通過二極管D3輸入到微處理器MPU的13腳，即外部中斷1-INT1，每個方波時鐘信號觸發微處理器MPU一次中斷，時鐘中斷信號一方面為系統提供相對時鐘，另一方面用來協調微處理器MPU的工作時序。譯碼器IC7為集成電路提供選片信號，保證系統參數和測量數據存貯器的數據及系統時鐘不被外部環境的干擾非法改寫，IC5、IC6的寫使能端也由IC7譯碼后輸出，使對IC5、IC6的寫命令只有在地址和寫命令同時有效時才起作用，即對IC5、IC6進行了寫保護。IC9、IC10為RS232收發器，IC8與IC9、IC10組成兩個RS232接口，其中由IC9構成簡化的RS232接口CON6，用于無線電臺的通信接口，另一標準RS232接口CON5，為多用途備用串行接口，用于系統的擴展。由微處理器MPU的7腳及其異步串行接口10、11腳、OPOT1～OPOT3、IC11、型號為B0505S的隔離DC-DC電源模塊MOD1等器件構成RS485光電隔離收發控制電路，通過通信接口CON1與外部帶有RS485通信接口的現場智能儀器、儀表通信。電源監視和看門狗電路的作用是當電源電壓異常或微處理器MPU程序“跑飛”時，對系統復位。接線端口CON2為128×64點陣液晶顯示器接口，液晶顯示器與接口板上的3×4鍵盤陣列作為終端的鍵盤顯示操作界面，用于對終端工作參數的設置、工作狀態及測量值的顯示。
集成塊IC13、IC14為系統I/O擴展芯片，它們的48路I/O通過CON3、CON4與系統的接口板連接。
結合圖2、圖4、圖5，系統的接口板上有與主板上的集成塊IC13、IC14聯接的接線端子CONN1和CONN2。在圖4中，集成塊IC2、IC3、IC4構成16路開關量輸入通道緩沖單元，16路開關量輸入通過接線端子CONN6、CONN7接即插即用開關量檢測板CZ1～CZ16，即插即用開關量檢測板的16個輸出信號分別通過IC2、IC3、IC4的16個反向器反向后輸入至接線端子CONN1，CONN1為圖3中的終端主板的IC13的I/O口接線端子；在圖3中的IC13的A口、B口共16個I/O用于開關量檢測。IC2、IC3、IC4對16路開關輸入量兼有緩沖和隔離的作用，增加系統的安全性。接線端子CONN2為終端主板的IC14的I/O口接線端子，主板上的8255-1的PC7、PC6、PC5、PB7、PB6、PB5通過CONN2與OPOT1～OPOT5、TR1、TR2及R9～R24構成5個光電隔離I/O接口，即擴展的光電隔離SPI串行總線，并與SPI串行接口、8路A/D轉換器IC5連接，控制IC5的工作并得到A/D轉換結果。PC7、PC6、PC5三路I/O通過接口板上的集成塊IC1反向是為了增加其驅動能力。采用光電隔離的方式將外部的輸入信號與系統分開的目的，是為了增加系統的安全性、避免因外部電路的故障造成整個系統嚴重損壞的情況。
8255-2的PC口及8255-1的PA0和PA1兩個I/O共同構成4行S1和6列S2模擬和數字即插即用板檢測邏輯單元，其中4路I/O構成陣列的行S1-1、S1-2、S1-3、S1-4；6路I/O構成陣列的列S2-1、S2-2、S2-3、S2-4、S2-5和S2-6，且S2采用了上拉。工作時，為微處理器MPU周期性對陣列進行檢測，通過檢測的結果確定哪些接即插即用板在接口板上工作，并對工作的接口板進行管理，具體工作過程如下微處理器MPU周期性的通過S1逐行輸出低電平，接著讀回S2的狀態，讀數值中為“0”對應的I/O，則陣列對應結點上接入了即插即用板，并通過結點號確定即插即用板的性質。8255-1的PB0、PB1、PB2、PB3四路I/O用于3×4鍵盤陣列的4列，它們通過電阻R14～R17上拉，電容C3～C6用于消除鍵盤接上的干擾信號的影響；PC1、PC2、PC3通過IC1反向構成3×4鍵盤陣列的3個行；CONN3為3×4鍵盤陣列的接線端口，外部的鍵盤板通過端口接入接口板，聯入系統。微處理器MPU對鍵盤的管理過程為微處理器MPU周期性的通過S0、S1、S2逐行輸出低電平，接著讀回鍵盤的列狀態，讀數值中為“0”的結點對應有鍵按下，根據所得的鍵值，微處理器MPU進行解釋并執行鍵盤命令。CONN3的9腳為系統工作LED指示輸出端，微處理器MPU的P1.3腳通過IC2反向后通過電阻R8接CONN3的9腳，驅動系統工作LED指示燈。8255-1的PC0與電阻R7組成8255工作狀態的檢測單元，當8255偶因外部干擾復位時，可被微處理器MPU檢測出，并及時處理。
CONN8為8路模擬量輸入接口，被測模擬量通過此接口分別輸入至CZ13～CZ24八路即插即用模擬量監測板上；CZ13～CZ24的1腳分別接A/D轉換芯片IC5的1～8模擬信號輸入通道，微處理器MPU通過程序控制IC5得到它們的A/D值；另一方面，微處理器MPU通過由兩片8255構成的即插即用板檢測邏輯單元得到A/D板的使用情況，并對它們進行管理。IC5多余的模擬信號輸入通道接地。電阻R25、穩壓電源ZD3、ZD4通過E5構成精確的+5V參考電壓Vref+5V作為IC5及模擬信號接口板的參考電壓，以保證A/D轉換的精度。
參照圖7，遠程監測終端的主板上電后，微處理器MPU首先對系統進行初始化，包括對微處理器MPU內特殊功能寄存器初始化(外部中斷、定時器、串行中斷等)、外圍芯片的初始化(通信控制器16C552、實時時鐘DS12887、I/O擴展芯片8255、LCD液晶顯示器的初始化)、掃描即插即用檢測板陣列并記錄；接下來微處理器MPU進入工作循環。在工作循環中，微處理器MPU首先判斷接收監控中心指令的過程是否超時，如果超時，則初始化RS232通信控制器；然后，判斷接收監控中心指令的過程是否結束，如果結束，則根據指令與監控中心進行數據交換；接下來，判斷定時中斷是否發生，如果發生，則分別發起與智能檢測設備的通信，獲得液位、溫度等檢測量，定期將所得數據寫入非易失性測量數據存貯器；同時對液晶顯示器的時鐘顯示進行刷新；最后，微處理器MPU對鍵盤陣列進行掃描，當有鍵盤按下時，則響應鍵盤請求，得出鍵盤值，執行鍵盤命令給出的任務。這就完成了一個工作循環。監控中心與各終端的通信均由監控中心計算機發起，監控中心計算機首先發一個終端號，然后等待終端的應答信號。正確獲得應答信號后，中心計算機與該終端進行數據交換。為保證通信的順利進行，通信協議將分命令和數據兩種數據格式，在中心計算機與某終端進行數據通信時，其它終端則因未能通過終端號的識別而不參與通信。
本實用新型的遠程監測終端上有一個自定協議的RS485通信接口，用于與帶有RS485通信接口的智能設備、儀器、儀表構成現場測量RS485總線，從而擴展了終端的監測容量；由于具有中繼站功能，當終端用于無線網通信方式時，對山區或通信區域較大時，應用此功能可以在一定條件下節省專用的中斷設備；并且該終端分主板和接口板兩板結構，接口板上有16路開關量檢測板、8路模擬量檢測板即插即用接口，一方面可根據現場對檢測量的要求配置適當數量的檢測板，另一方面可以根據用戶的特別要求，配置專門用途的檢測板，使終端適應更多場合的應用。
由于本實用新型只有監測而無控制功能，中央監測系統不必通過信道向其發出命令，其結構設計簡單、快捷和性能可靠，同時價格便宜。
權利要求1.遠程監測終端，包括微處理器MPU，微處理器MPU通過數據總線、地址總線、控制總線連接有程序存貯器、隨機數據存貯器和實時時鐘，其特征在于微處理器MPU通過光電隔離RS485收發控制器連接RS485通信接口，通過RS232通信控制器連接RS232收發器，RS232收發器通過RS232通信接口連接無線電臺。
2.根據權利要求1所述的遠程監測終端，其特征在于微處理器MPU連接有系統參數及測量數據存貯器。
3.根據權利要求1所述的遠程監測終端，其特征在于微處理器MPU連接有電源監視和看門狗電路、譯碼器。
4.根據權利要求1所述的遠程監測終端，其特征在于微處理器MPU連接有液晶顯示器。
5.根據權利要求1所述的遠程監測終端，其特征在于所述的RS232通信控制器通過另一RS232收發器與備用RS232通信接口連接。
6.根據權利要求1所述的遠程監測終端，其特征在于微處理器MPU連接有擴展I/O(1)和擴展I/O(2)，并有相應連接接口板的擴展I/O轉接口(1)和擴展I/O轉接口(2)。
7.根據權利要求6所述的遠程監測終端，其特征在于擴展I/O轉接口(1)連接16路開關量輸入緩沖單元，16路開關量輸入緩沖單元通過即插即用開關量檢測板與16路開關量輸入接口連接，擴展I/O轉接口(2)連接I/O光電隔離單元，I/O光電隔離單元與8路A/D轉換器連接，8路A/D轉換器通過即插即用模擬量檢測板與8路模擬量輸入接口連接，擴展I/O轉接口(1)、擴展I/O轉接口(2)與即插即用開關量檢測板、即插即用模擬量檢測板之間有即插即用板檢測邏輯單元；擴展I/O轉接口(2)通過鍵盤單元、鍵盤接口與操作鍵盤連接。
專利摘要本實用新型公開了一種遠程監測終端；包括微處理器MPU，微處理器MPU通過數據總線、地址總線、控制總線連接有程序存貯器、隨機數據存貯器和實時時鐘，微處理器MPU通過光電隔離RS485收發控制器連接RS485通信接口，通過RS232通信控制器連接RS232收發器，RS232收發器通過RS232通信接口連接無線電臺；本實用新型的遠程監測終端的成本低，應用目標明確，廣泛適用于將現場信號、工業設備的監測情況通過遠程通信的方法傳送到監測中心，實現遠程監測的目的。
文檔編號H04B17/00GK2618376SQ03225380
公開日2004年5月26日 申請日期2003年4月20日 優先權日2003年4月20日
發明者劉智勇, 羅軍, 尹征琦, 李慶, 劉煥成, 李燁, 廖華, 賀敏偉, 劉興林, 陳天瑜 申請人:五邑大學, 江門市僑綠環保技術開發中心