1　引言

　　《通信電源和空調集中監控系統技術要求》中規定監控系統在結構上是一個多級的分布式計算機監控網絡[2],一般可分為三級,即監控中心(SC—Supervision Center)、監控站(SS—Supervision Station)和監控單元(SU—Supervision Unit)。對于通信電源監控系統來說，沒有必要設置監控中心，因此可以簡化為兩級集散式結構，由上位機和下位機組成[1-2]。

　　2　通信電源監控系統組網方案探討

　　通信電源監控系統的組網目前主要可以考慮采用以下幾種方案：

　　第一種是目前仍然廣泛使用的主從式總線網絡，這種網絡結構以上位機為中心，通過RS485或RS422接口將各種具有通信功能的下位機連接起來，采用查詢方式來實現遙測、遙信和遙控功能，下位機與智能設備之間則可以采用點對點的串行通信(RS232)。這種結構的優點是可以十分方便的實現小規模監控系統，缺點是組網受到通信距離的限制。

　　第二種是現場總線網絡，它放棄了傳統的主從式網絡結構，實現了真正意義上的全分布式結構，使得每一個下位機都可以當作網絡中一個對等的節點。同時它還提供了到上一層網絡的接口，可以方便的接入SCADA系統，實現遠程通信及遠程下載功能。其缺點是在與計算機互聯時，還需要專門的網關，而且標準眾多，難以普及。

　　第三種是以太網網絡，隨著計算機技術的發展，目前在有些通信電源監控系統中應用了以太網技術。這里的以太網是指由下位機和上位機直接通過以太網互連而生成的對等網絡，在這種結構中，不僅下位機之間是對等的，而且計算機作為 “上位機”的概念也變得非常模糊。與前兩種方案相比較而言，它具有較高的速度，但其缺點是造價不菲，難以適用于通信電源監控系統。

　　通過上述分析可以看出，傳統的主從式網絡最適合于通信電源監控系統的組網，但由于受到距離限制，因此必須加以改進。本系統利用現有的PSTN網解決了這一問題，即下位機與上位機之間的通信通過PSTN網實現，下位機與智能設備之間的通信則通過RS485構成主從式網絡實現。

　　3　通信模塊硬件電路設計

　　下位機作為直接面向設備的從機需要與上位機進行遠程通信，同時下位機還要作為主機與各種智能設備通信。因此在本系統中同時采用了RS232和RS485 兩種通信方式，其中下位機與上位機之間的通信通過RS232接入PSTN網實現，完成獲取參數、傳輸數據以及遠程報警等功能;下位機與各種智能設備之間的通信則通過RS485組網實現，獲取數據及其工作狀態[4]。

　　在本系統中，通信模塊采用了單獨的微處理器DS80C320，它在普通單片機基礎上為P1口也定義了第二功能，從而擁有四個全雙工串行通信口、六個外部中斷、三個定時/計數器，而且在指令上與8051完全兼容，對于監控系統的通信單元來說十分適用。

　　3.1 下位機與上位機之間的通信

　　下位機與上位機之間的通信采用了PSTN網作為媒介，可以通過以下三種方案實現：第一種方案是采用專用Modem芯片，將Modem的功能直接在下位機中實現;第二種方案是擴展一個類似PCI或ISA的插槽，通過內置Modem連至PSTN網;第三種是擴展一個標準的全雙工RS232通信接口，通過外置 Modem連至PSTN網。以上三種方案中，第一種方案具有成本低、便于集成化設計的優點，但缺點是軟硬件的設計較為復雜，系統可靠性不高;第二種方案與內置Modem和擴展槽的硬件設計密切相關，不利于維護和升級;第三種方案具有通用性好、可靠性高、維護方便的優點，因此在本系統中采用第三種方案來實現下位機與上位機之間的通信。其具體實現電路如圖1所示：

　　圖1　DS80C320與Modem硬件接口圖

　　圖1中，8251是通用同步/異步收發器，它具有獨立的接收器和發送器，通過編程可以以單工、半雙工或全雙工的方式進行通信。同時它還提供了多個控制信號，可以方便的實現與Modem之間的互聯。由DS80C320的ALE、、組合產生2MHz脈沖作為8251的時鐘信號，同時這一脈沖經過CD4024組成的分頻器進行64分頻后作為8251的接收、發送時鐘。8251的片選信號 與地址譯碼器74LS138的 相連，控制/數據端接地址線A0，因此，8251的控制字寄存器和狀態字寄存器的地址為BFFFH，數據緩沖地址為BFFEH。RXD和TXD完成數據的接收和發送，其他控制信號完成單片機與Modem之間的狀態控制和檢測：振鈴指示信號RI經電平轉換以后接至DS80C320的外部中斷;載波檢測信號CD經電平轉換以后接至DS80C320的P1.1。當上位機撥號呼叫下位機時，振鈴指示信號RI產生振鈴，作為外部中斷源產生中斷，通信處理器復位P1.1輸出有效DTR信號，摘機進入應答通信狀態。

　　3.2 下位機與智能設備之間的通信

　　下位機與智能設備之間采用RS485主從式通信。RS485采用平衡發送和差分接收的方式來實現通信，具有很強的抗共模干擾能力，傳輸距離在10Kbps傳輸速率下可達1.2公里。其具體實現方案如圖2所示。

　　圖2　RS485通信的整體實現方案

　　在采用這種通信方案時應注意以下幾點：

　　(1) 在總線末端應接一個匹配電阻，吸收總線上的反射信號，消除信號傳輸中的毛刺，保證信號純度;

　　(2)當總線上無信號傳輸時，處于懸浮狀態，易受到干擾。因此應在差分信號的正、反端之間，正端與電源之間，反端與地之間各串接一個10K電阻，這樣一來，當總線上無信號傳輸時，正端電平約為3.3V，負端電平約為1.7V，此時即使有干擾信號，也很難產生串行通信的起始信號“0”;

　　(3)由于RS485是一種半雙工的通信方式，發送和接收共用一條通道，本系統采用MAX485對其進行擴展，接收、轉換功能由和DE控制，因此必須采用處理器的一根口線控制其工作方式。由于單片機復位時，各端口均為高電平，因此在連接時必須注意將該口線與DE相連，其反向信號與相連，以保證系統復位時，主從機都處于接收狀態。

　　4 通信模塊軟件設計

　　4.1 上位機與下位機通信流程

　　上位機與下位機之間的通信包括上位機主動呼叫、下位機響應呼叫和下位機報警呼叫、上位機響應呼叫兩種情況，其軟件流程分別如圖3、圖4所示(只給出了下位機部分的程序流程)。

　　4.2 下位機與智能設備通信流程

　　由于RS485是半雙工的通信方式，發送和接收均由同一器件和同一通道完成，因此控制信號高低電平的轉換十分關鍵。本系統將單片機的發送中斷標志TI和接收中斷標志RI作為切換的參考，但此時必須注意應保證控制端 、DE的信號有效脈寬大于發送或接收一幀信號的長度。其具體的軟件流程如圖5所示。

　　圖5　本地通信程序框圖

　　5　實驗結果

　　以交、直流電壓為例給出該監控系統測試結果(測試用標準表為ESCORT3155A;測試環境溫度均為180C)。直流電壓信號測試結果如表1所示;交流電壓測試結果(以A相交流輸入為例)如表2所示。

　　從以上實驗結果可以看出，系統具有較高的測量精度，完全可以滿足《通信電源和空調集中監控系統技術要求》中的規定。

　　6　結束語

　　文章首先對通信電源監控系統目前存在的幾種主要組網方案進行了分析，得出了傳統的主從式網絡優于其它組網方案而更適合于通信電源監控系統組網的結論，并針對傳統的主從式網絡受距離限制的缺點提出了一種改進方案。實踐證明該改進方案對于目前已相當普遍的通信電源監控系統十分適用，基于該組網方案的通信電源監控系統具有采集精度高、成本低廉、便于升級等優點。