基于89C2051单片机的热表通讯模块的开发

　　1　引言

　　集中供热方式的普及以及计量供热的实施是建筑节能的有效手段,但需要通过供热系统运行管理的自动化来实现。为了研究热网的控制调节方法,建立了热网模拟实验平台,并且配置了自动监测控制系统。在设备选型时,采用了丹麦Kamstrup热量表作为实验管网中各主要管段输送热量及实验系统热量的测量采集装置,但该热表配备的数据通讯接口模块只能通过专用外接插口与计算机或相应的数据终端进行一对一的RS-232串行通讯,难以满足现场的通讯要求。

　　2　通讯模块的核心器件

　　在系统中,单片机一般称为下位机,通常用来完成数据的采集和上传,由PC机、网络设备、数据库服务器组成的后台应用部分则统称为上位机,对下位机的上传数据进行分析并处理。系统充分发挥了单片机在实时数据采集和微机对图形处理、显示以及数据库管理上的优势,使得单片机的应用不局限于自动监测或控制,而形成了向以网络为核心的分布式多点系统发展。在实验台监测控制系统中,选用单片机同工控机配合建立了如图1所示的通讯网络,实现对热表采集数据的读取。

　　RS-485通讯标准针对RS-232存在的通讯距离近、抗干扰性能差等缺陷在提高传输速率和距离、抗干扰特性上都做了很大改进。所以考虑到通讯的可靠性,为工控机选配了RS-485的串口卡建立通讯。单片机数字信号遵循CMOS电平协议,传输距离短达不到分布式控制系统传输距离的要求,需要电平转换芯片构成接口电路与上位机连接。同时,单片机与热表连接时也要通过相应的接口电路达到电平的匹配。

　　另外,单片机是工控机与热表进行数据交换的通讯枢纽,担负着同时与工控机和热表进行串行通讯的责任,因此需要两个串行通讯端口。有3种方法供选择:(1)采用多串口的单片机;(2)采用通用异步串口扩展芯片;(3)采用普通I/O端口模拟实现串行通信。第3种方法最简单经济,并且可以实现高速率通信。另外,考虑到对硬件资源的充分利用,选用ATMEL公司生产的89C2051单片机进行开发。

　　3　通信模块的开发

　　3.1　硬件接口

　　理论上,利用软件的方法可使普通I/O口扩展成的串行口与标准的串行口具有同样的功能。但是,根据实际情况,单片机自带的串行口容易通过专用的电平转换芯片实现RS-485电平与上位机连接;热表数据通讯接口对发送和接收数据有不同的波特率要求,在模拟串口的程序中只要作相应的延时处理,就能满足。因此,用标准串口通过电平转换连接上位机(见图2),用普通I/O口模拟的串口经相应的接口电路与热表相连(见图3)。