Разработка микропроцессорной системы управления насосным агрегатом

Назначение сигналов:

                  CD – Устройство устанавливает этот сигнал, когда обнаруживает несущую в принимаемом сигнале. Обычно этот сигнал используется модемами, которые таким образом сообщают хосту о обнаружении работающего модема на другом конце линии;

                  RXD – Линия приема хостом данных от устройства;

                  RXD – Линия передачи хостом данных к устройству;

                  DTR – Хост устанавливает этот сигнал, когда готов к обмену данными. Фактически сигнал устанавливается при открытии порта коммуникационной программой и остается в этом состоянии все время, пока порт открыт;

                  DSR – Устройство устанавливает этот сигнал, когда включено и готово к обмену данными с хостом. Этот и предыдущий (DTR) сигналы должны быть установлены для обмена данными;

                  RTS – Хост устанавливает этот сигнал перед тем, как начать передачу данных устройству, а также сигнализирует о готовности к приему данных от устройства. Используется при аппаратном управлении обменом данными;

                  CTS – Устройство устанавливает этот сигнал в ответ на установку хостом предыдущего (RTS), когда готово принять данные (например, когда предыдущие присланные хостом данные переданы модемом в линию или есть свободное место в промежуточном буфере);

                  RI – Устройство (обычно модем) устанавливает этот сигнал при получении вызова от удаленной системы, например при приеме телефонного звонка, если модем настроен на прием звонков.

Также следует рассмотреть электрические характеристики:

                  логические уровни передатчика - "0" – от +5 до +15 Вольт, "1" – от -5 до -15 Вольт;

                  логические уровни приемника - "0" – выше +3 Вольт, "1" – ниже -3 Вольт;

                  максимальная нагрузка на передатчик - входное сопротивление приемника не менее 3 кОм.

Данные характеристики определены стандартом как минимальные, гарантирующие совместимость устройств, однако реальные характеристики обычно существенно лучше, что позволяет, с одной стороны, питать маломощные устройства от порта (например, так спроектированы многочисленные самодельные data-кабели для сотовых телефонов), а с другой – подавать на вход портаинвертированный TTL-уровень вместо двуполярного сигнала.

В протоколе обмена данными RS-232 существуют два метода управления обменом данных: аппаратный и программный, а также два режима передачи: синхронный и асинхронный. Протокол позволяет использовать любой из методов управления совместно с любым режимом передачи. Также допускается работа без управления потоком, что подразумевает постоянную готовность хоста и устройства к приему данных, когда связь установлена (сигналы DTR и DSR установлены).

Варианты методов управления и режимов передачи:

                  аппаратный метод управления - реализуется с помощью сигналов RTS и CTS. Для передачи данных хост (компьютер) устанавливает сигнал RTS и ждет установки устройством сигнала CTS, после чего начинает передачу данных до тех пор, пока сигнал CTS установлен. Сигнал CTS проверяется хостом непосредственно перед началом передачи очередного байта, поэтому байт, который уже начал передаваться, будет передан полностью независимо от значения CTS. В полудуплексном режиме обмена данными (устройство и хост передают данные по очереди, в полнодуплексном режиме они могут делать это одновременно) снятие сигнала RTS хостом означает его переход в режим приема;

                  программный метод управления - заключается в передаче принимающей стороной специальных символов остановки (символ с кодом 0x13, называемый XOFF) и возобновления (символ с кодом 0x11, называемый XON) передачи. При получении данных символов передающая сторона должна соответственно остановить передачу или возобновить ее (при наличии данных, ожидающих передачи). Этот метод проще с точки зрения реализации аппаратуры, однако обеспечивает более медленную реакцию и соответственно требует заблаговременного извещения передатчика при уменьшении свободного места в приемном буфере до определенного предела;

                  синхронный режим передачи -  подразумевает непрерывный обмен данными, когда биты следуют один за другим без дополнительных пауз с заданной скоростью. Этот режим COM-портом не поддерживается;

                  асинхронный режим передачи - состоит в том, что каждый байт данных (и бит контроля четности, в случае его наличия) "оборачивается" синхронизирующей последовательностью из одного нулевого старт-бита и одного или нескольких единичных стоп-битов.

Схема потока данных в асинхронном режиме представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 - Схема потока данных в асинхронном режиме

Протокол имеет ряд переменных параметров, которые должны быть приняты одинаковыми на стороне приемника и на стороне передатчика для успешного обмена данными:

                  скорость обмена данными задается в битах в секунду, определяя длительность одного бита, выбирается из ряда стандартных значений (300, 1200, 2400, 4800, 9600, 19200, 38400, 57600), но могут быть и нестандартными, если поддерживаются обеими сторонами;

                  количество бит данных может быть от 4 до 8;

                  контроль четности может быть четным ("even", когда общее число единичных битов в принятых данных, включая сам бит четности, должно быть четным), нечетным ("odd", когда общее число единичных битов в принятых данных, включая сам бит четности, должно быть четным) или вообще отсутствовать;

                  длина стоп-бита может составлять одну, полторы или две длительности бита.

2.2 Архитектура преобразователя сигналов для соединения приборов, имеющих выход RS232 с сетью «Ethernet»

 Автоматизированная система контроля и учета энергоресурсов (АСКУЭ) – служит для обеспечения коммерческого и технического учета, ведение оперативного контроля текущей нагрузки, коммерческого и оперативного контроля потребления и  отпуска электроэнергии, поддержку принятия решений при планировании энергопотребления и выработки энергосберегающей политики. Выполняя при этом задачу по снижению технических и комических потерь энергоресурсов за счет повышения точности и достоверности учета энергоресурсов, а также сокращения времени по сбору и обработке информации. Также благодаря этой системе возможно более детальное планирование и анализ потребления энергоресурсов, как в одной, так и нескольких тарифных зонах одновременно.   

Схема построения АСКУЭ делится на три уровня:

                  уровень первый – это уровень сбора информации. Элементами этого уровня являются приборы, измеряющие различные параметры системы. В качестве таких  устройств могут применяться различные датчики как имеющие выход для подключения интерфейса RS-485, так и датчики подключенные к системе через специальные аналого-цифровые преобразователи;

                  уровень второй – это связующий уровень. На этом уровне находятся различные контролеры  необходимые для транспортировки сигнала;

                  уровень третий– это уровень сбора анализа и хранения данных. Элементом этого уровня является  компьютер, контролер или сервер.

MI486 – преобразователь сигналов для соединения приборов имеющих выход RS232 с сетью “Ethernet” (рис.4). Через сеть «Ethernet» приборы подключаются к компьютеру. Сигналы являются гальванически развязанными. Через интерфейсы, данные считываются с Приборов. Скорость передачи данных может, быть выше 115,200 бит / сек.  Использование этого устройства позволяет объединение всех датчиков в группы по 247 шт. через данное устройство. И как следствие этого возможность увеличения количества датчиков в несколько раз, так как программа будет обращаться  к каждой группе в отдельности, определяя принадлежность группы по IP – адресу устройства.

Соединения:

                  вспомогательное питание - подключение к клеммам 13, 14;

                  ethernet-связь - соединение с сетью 10/100 RJ45;

                  адаптер RS 232 (для MI 486), максимальная длина 3м.

Рисунок 4 – Преобразователь интерфейса MI 486

Технические характеристики:

                  выходной интерфейс: RS-232;

                  макс. скорость – до 112 кбод;

                  входной интерфейс Ethernet 10BaseT/100BaseT;

                  разъем RJ45.

3 Обоснование выбора элементной базы микропроцессорной системы управления насосным агрегатом

3.1 Микроконтроллер КР1816ВЕ51

Микроконтроллер КР1816ВЕ51 представляет из себя масочно программируемый контроллер с объемом ПЗУ 4096 байт.

Все типы процессоров имеют встроенное ОЗУ объемом 128 байт, позволяют расширять память пргограмм и ОЗУ до 64К за счет внешних кристаллов памяти.

Архитектура процессоров содержит:

                  двадцать регистров специального назначения;

                  четыре банка рабочих регистров;

                  стек с максимальной глубиной 128 байт;

                  128 контролируемых отдельных разрядов;

                  32 двунаправленные линии ввода/вывода;

                  программируемый мультиплексный последовательный порт;

                  два 16-разрядных таймера/счетчика;

                  двухуровневая система прерываний;

                  5 источников прерываний;

                  вложенная система прерываний.

Расширенная система команд, обеспечивающая:

                  прямую повайтовую и побитовую адресацию;

                  двоичную и двоично-десятичную арифметику;

                  контроль переполнения и четности/нечетности.

Длительность цикла команды - 1 мкс, при тактовой частоте 16 МГц.

Расположение и обозначение выводов представлены на рисунке 5.

Рисунок 5 - Расположение и обозначение выводов в КР1816ВЕ51

Назначение выводов представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Назначение выводов в КР1816ВЕ51

Продолжение таблицы 3