STC89S52单片机气动系统的远程监控技术研究(4)
2.2 STC89S52单片机在系统中的应用
当今市场上广泛流行的单片机有MCS-51系列单片机、ARM、DSP、PIC等等。MCS-51系列是应用最为普遍的单片机平台，成本相对很低、可以满足基本功能； ARM、PIC及DSP属于高速控制器行列，在功能及速度可以满足更高的需求，但成本较高。本课题中的基于单片机的气动搬运系统远程监控系统对于单片机的功能和速度上没有过高的要求，因此采用成本低廉的MCS-51系列单片机足以满足本课题的设计要求。
STC89S52是目前MCS-51系列单片机在工业测控、自动化应用中性价比较高的主流产品，使用普通RS232串行通信口即可实现ISP在线下载功能，从而使硬件设计上及程序的烧写大为简便，在没有特殊要求的情况下，本监控系统采用了STC89S52单片机。
作为下位机，STC89S52单片机通过无线信号收发器实现对气动系统的远程监控，一方面通过无线收发装置接收上位机发送来的指令并且执行，另一方面接受电磁开关传递来的气缸运行状态的信号在通过无线装置发送给上位机。单片机的控制系统总的原理图，如图2.2.1所示。
图2.2.1 单片机气动监控系统原理图
2.2.1单片机电路构成
本课题的单片机电路包括如下几个部分：1个5V电源 、1个时钟电路、1个89S52芯片、1个AX232电平转换电路、12个状态指示灯和一些连接器等。其结构图如图2.2.2所示。
图2.2.2单片机结构图
1)电源与状态信号输入端电路设计
本系统包含了很多电磁元件，很容易对电路产生电磁干扰，因此在单片机的输入端采用了光电耦合隔离器，来防止外部的共模干扰。图2.2.4所示是系统的采用了光电耦合隔离器的状态信号输入电路，当磁性开关感受到磁场时，会输出低电平到In1-In16接口，从而使得S1-S16产生高电平，再经过一些转换接头输入到单片机，以此来表明各个气缸的工作状态。
图2.2.3 5V电源
图2.2.4光电耦合隔离电路
2)下位机系统时钟与状态指示灯
STC89S52芯片中内置了一个由反向放大器构成的振荡器，作为CPU的时钟脉冲源。故只需要在芯片的XLAT1和XLAT2引脚连接定时元件，内部的振荡电路便会发生自激振荡。在本单元的设计中，采用石英晶体与电容组成的谐振回路作为定时元件，如图2.2.5所示，为了得到精确的波特率从而使数据传输更加可靠，图中的晶振频率选择为11.0592Mhz。图2.2.6的通信状态指示灯显示着电器元件是否正常工作。
图2.2.5下位机时钟 图2.2.6通信状态指示灯
3）通信电路的设计
单片机与上位机间的数据通信方案可以选择并行通讯或者串行通信。并行通信时数据的各位同时传送，可以按照字或者字节为单位并行进行。并行通信速度快，多用在实时快速的场合，但是通信线多、成本高、抗干扰能力差，故不适宜进行远距离强干扰环境的信号传送。串行通信是指数据在单条一位宽的数据线上一位接一位地由低到高按顺序传送，串行通信传输效率低，但是节省传输线、传动距离长、抗干扰能力强、容易实现。本监控系统选择了串行通信方案。
在确定了串行通信方案之后，采用的是RS232总线，这样既简单方便，又能适应大多数PC的接口。单片机与远程无线主控单元间的串行通讯利用的是芯片内置的UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步接收发送器），而PC机则通过其主板上的9针RS232C接口，由于单片机上的电平与PC机上的RS232C电平方案不兼容，在数据传输时时必须进行电平转换。最常用的电平转换电子器件为MAX232。本装置的串行通信部分电路原理图见图2.2.7。