金属离子浓度远程测控网络系统

钟群锋， 杨 璐

(华南师范大学计算机学院，广东广州 510631)

金属离子浓度远程测控网络系统

钟群锋， 杨 璐

(华南师范大学计算机学院，广东广州 510631)

以金属离子浓度的远程测控为目的，设计并实现了一个基于公共电话网和RS485总线的金属离子浓度远程测控网络系统. 介绍了系统构成和实现.该系统通过RS-485总线和电话网与PC上位机通信,实现远距离、多厂区多节点金属离子浓度测量与控制，具有结构简单、稳定可靠、操作方便等特点，因此具有较好的应用前景.

远程测控； 金属离子浓度； 单片机； DTMF

随着科技的发展和自动化水平的提高，远程测控已经成为各行业进行生产的重要手段，某公司作为一个规模较大的电镀加工企业，有几个下属电镀加工生产线,分散在相隔较远的不同厂区.电镀加工中要得到高质量、高成品率的关键是保证电镀反应池有稳定准确的金属离子浓度,以前离子浓度控制是通过不具备联网功能的控制器来实现,公司维护部门需要定时派人巡查更换有问题的控制器,不但成本大大增加，而且效率很低. 基于这种情况，为了节省用工降低生产成本，并大大提高对电镀加工过程的监测控制效率，我们研制构建了近程基于RS485远程基于DTMF通信的金属离子浓度远程测控网络系统,实现了金属离子浓度的远程测控,这样一个工作人员在测控中心就能完成对整个公司各厂区离子浓度控制器的监控巡查工作,不用定时派人到各处生产现场巡查,从而大大提升了电镀加工的自动化程度.

1 测控系统的系统构成

测控系统的总体框图如图1所示. 因为各厂区地理位置分散,而每个厂区的浓度控制器数量有十几个,因此系统必须采用三层分级通信模式,其中顶层由通信适配器和中心PC(测控主机)构成,两者之间采用RS232串口通信连接；中层由厂区测控仪构成,其与通信适配器之间采用基于电话网的DTMF数据收发接口通信；底层由离子浓度控制器构成[1],通过RS485总线与厂区测控仪进行通信连接.离子浓度控制器作为前端测控仪表负责对电镀反应池离子浓度值的采集和控制, 厂区测控仪负责所属厂区的各浓度控制器数据定时采集存储,并根据中心PC的命令上传所采各控制器浓度及状态数据至中心PC或下传中心PC所发控制指令至各金属离子浓度控制器；通信适配器负责DTMF与RS232两种通信方式之间的转换；中心PC负责最终的数据处理分析和数据入存数据库，并为中心工作人员提供友好实用的人机界面进行远程测控.

2 测控系统的系统实现

2.1金属离子浓度控制器

金属离子浓度控制器系统硬件框图如图2所示，控制器以Atmel公司的AT89C51单片机为核心,其外围电路主要由电源电路、存储及显示电路、键盘输入电路、物流探头输入电路、金属离子浓度测定电路、控制输出电路、通信电路等部分构成；其主要利用由高阻抗仪器放大器等构成的信号调理电路将金属离子浓度探头来的电信号变换放大，经A/D转换器变换，送入单片机处理后，用显示电路显示并利用控制输出电路驱动相关控制部件作相应动作，从而达到控制离子浓度的目的；另外,其还可以利用RS485通信电路将离子浓度上传给上位机(厂区测控仪)或接受上位机的命令进行相应的远程控制. 物流探头是光电反射接收探头，用以检测产品流水线运行状况，一旦断流，则停止控制；键盘电路用于设定参数范围，以及由于浓度探头失灵引起报警的时限；存储电路用于存储数据及运行状态.

图1 系统总体框图Fig.1 Overall block diagram of system

图2 金属离子浓度控制器Fig.2 Metal ion concentration controller

2.2厂区测控仪

厂区测控仪硬件框图如图3所示,其中时钟电路采用DS12887时钟芯片构成作为系统时间,存储电路采用4片ATMEL公司的AT24C64芯片构成,容量为32K×8bit,以I2C方式与单片机接口[2],测控仪结合定时时间和时钟电路提供的当前时间作出判断，在定时到时以地址轮巡方式采集厂区各控制器的浓度数据以及运行状态,每间隔40 s(此参数可远程或现场设定调整)借助485总线采集一次,并将各表浓度数据、运行状态与当前采集时间一并存入E2PROM存储器.键盘和显示电路主要用来校准时钟和人工设定金属离子浓度数据定时采集时间,另外,运行状态下显示电路还用来显示发出报警的浓度控制器地址号. 厂区测控仪借助DTMF收发电路利用电话网可接受来自上位机的数据传送指令,不同厂区通过不同电话号码呼叫区分，所以不用另外增加地址开关电路.

图3 厂区测控仪Fig.3 Measurement and control instrument for plant area

2.3相关通信接口电路

包括RS485通信接口电路、DTMF收发通信电路和RS232接口电路，他们是实现远程测控网络系统组网关键,具体实现如下:

(1)RS485通信接口电路.电路以RS485转换芯片SN75176为核心,该芯片与AT89C51之间采用光耦隔离以防止干扰,同时为了防止雷击造成系统工作故障甚至瘫痪,在SN75176与外通信双绞线之间加入由自复保险、压敏电阻和防雷二极管构成的防雷器[3]，另外还采取了一些提高接口电路硬件可靠性的方案如进行总线匹配、隔离、防干扰和失效保护等.

(2)DTMF收发通信电路如图4所示.包括振铃检测、信号检测、模拟摘/挂机、双音解码和双音发码电路.其中信号检测用来检测拨号音、回铃音和忙音，双音解发码电路采用可自动拨号DTMF编/解码芯片MT5087和MT8870实现,MT5087是DTMF信号发生器的专用芯片,由输入端R1～R4(行),C1～C4(列)输入相应的八位二进制码,输出端可输出相应的DTMF双音频信号.MT8870是DTMF信号接收处理专用芯片,其功能是将接收到的DTMF信号还原为8421码,可直接与单片机数据总线连接[4].

图4 DTMF收发通信电路Fig.4 DTMF communication R/T circuit

(3)RS232接口电路.电路以Maxim公司的MAX232芯片实现,该芯片硬件接口简单,价格比较适中.

3 系统软件

(1)中心PC的测控软件设计.中心PC以Windows 2000 Server操作系统为平台，数据库用SQL Server 2000，采用微软的VB编程.系统采用模块化设计，整个软件系统分为：通信模块、显示报警与控制模块和打印输出模块,其中显示模块包括历史和当前数据的显示.

(2)厂区测控仪软件设计.主要负责对下层定时采集各厂区的数据并存储,对上层根据指令上传所采数据或向下转发控制指令.程序流程图如图5所示.

图5 主程序流程图Fig.5 Flowchart of the main program

4 结束语

本测控网络系统投入使用后,系统运行可靠、性能稳定，大大提升了电镀加工的自动化程度，具有良好的实用性和较高的性价比，完全能够满足用户提出的设计要求,在化工电镀行业中具有较好的实用价值和应用前景.

[1] 钟群锋. 单片机在离子浓度控制中的应用[J]. 华南师范大学学报:自然科学版，2002(1)：82-83.

ZHONG Qunfeng.The application of single-chip computer in autocontrol of ion-concentration[J]. Journal of South China Normal University: Natural Science Edition, 2002(1):82-83.

[2] 于永，戴佳，常江. 51单片机C语言常用模块与综合系统设计实例精讲[M]. 北京:电子工业出版社,2007:193-208.

[3] 龙庆华. 智能仪表集散系统的防雷技术[J]. 华南师范大学学报:自然科学版，2000(4)：20-22.

LONG Qinghua. Transcient overvoltage protection technology for the distributed system of intelligent instruments[J]. Journal of South China Normal University: Natural Science Edition, 2000(4):20-22.

[4] 李朝青. PC机及单片机数据通信技术[M]. 北京:北京航空航天大学出版社，2000：34-49.

Keywords： remote measurement and control; metal ion concentration; single-chip; DTMF

【责任编辑 庄晓琼】

REMOTEMEASUREMENTANDCONTROLNETWORKSYSTEMFORMETALIONCONCENTRATION

ZHONG Qunfeng, YANG Lu

(School of Computer, South China Normal University, Guangzhou 510631, China)

A design and implementation method of remote measurement and control of the metal ion concentration system based on public telephone network and RS-485 bus is presented. The system structure and implementation are introduced. The system communicates with host computer by the public telephone network and RS-485 bus for remote multi-factory and multi-node measurement and control, which has characteristics of simple structure, high reliability and easy operation. This system is also proved to be a relatively well prospect.

2010-02-24

钟群锋(1976—),男,广东兴宁人, 华南师范大学工程师, 主要研究方向：智能仪表与集散控制系统, Email:zhongqunfeng_2007@163.com.

1000-5463(2010)03-0047-03

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