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引言：
對于大多數分布式控制系統來說，其通信距離一般為幾十米到幾千米不等，RS232總線不能滿足此類系統的要求；目前廣泛采用是的RS485總線。RS485總線采用平衡發送和差分接收；具有抑制共模干擾的能力，而且RS485總線具有很高的靈敏度；能檢測低達200mv的電壓，因此，傳輸信號可在千米以外得到恢復。而且RS485總線具有結構簡易、成本低廉、硬軟件支持豐富、安裝方便，與嵌入式微控制器模塊接口簡單，系統開發周期短等特點，因而RS485總線系統在一定時間內仍是中小控制系統的主要形式。
武漢市電車供電網絡遠程監控系統橫跨江南江北武漢三鎮，系統比較龐大。很難通過PC機屏幕隨時掌握各個整流變電站以及各條線路的運行狀態和負荷情況，基于此，設計了大型LED動態仿真顯示屏幕，使電力調度人員比較直觀的掌握了電車供電線路的運行狀態以及工作負荷。
1 系統組成與功能
該系統由AT89C51微控制器為下位機，組成獨立的多個嵌入式動態顯示模塊，每個模塊實現獨立的顯示功能，組成主從式485總線實現和上位機通信。工業控制機為上位機，通過串口1和上位機通訊，上位機通過MODEM利用公共電話網實現遠程數據采集和遠程監控。通過串口2由RS232／RS485轉換電路和動態顯示模塊連接，如圖1所示。
圖1
動態顯示模塊輸出信號控制顯示屏。該顯示屏約10M2，由雙基色LED組成橫跨武漢三鎮的電車供電線路，LED數碼管顯示各整流變電站電流和電壓以及各條線路電流。整個系統共由幾千只LED，為了降低功耗減小溫升采用LED串、并聯動態掃描的控制方案。
2硬件設計
2.1 RS232/RS485接口
在工業控制領域當中，一般用工控機為上位機，與單片機構成的數據采集和控制系統組成主從分布式控制系統。其中每一個單片機系統通過RS485接口傳送信息，PC機由RS232接口向外發送和接收數據，通過RS232／RS485轉換器與多個單片機系統進行通信。這種網絡結構模式接口簡單、靈活性強、價格低、便于控制廣泛應用在工業控制領域。現在國內外有很多成型的RS232／RS485轉換器，但一般價格都很高，不便于推廣使用。在本系統中采用了自行設計的RS232/RS485接口電路模塊，見圖2。
圖 2 RS232/RS485接口電路
高效率、低成本的RS485串行接口總線在網絡化測控系統的設計中得到了廣泛的應用。RS485總線采用一對平衡差分信號線的半雙工傳送方式。利用平衡發送，差分接收方式來實現通信，抗干擾能力強，接收靈敏度高。
2.2 單片機嵌入式動態顯示系統
嵌入式動態顯示系統由多個嵌入式動態顯示控制模塊，和大型LED動態顯示屏幕組成。多個嵌入式動態顯示控制模塊組成RS485總線網絡。顯示控制電路采用AT89C51單片機控制，它是ATMEL公司生產的一種可工作于低電壓的CMOS 8位單片機，自帶4K字節FLASH存儲器MCS--51單片機內核，指令系統與MCS--51系列完全兼容。其主要特點為:(l)與MCS--51產品完全兼容;(2)4K字節FLASH內存;(3)編程次數可達10000次; (4)32個可編程1/0、2個16位定時器/計數器、可直接驅動LED顯示、5個中斷源;(6)二級中斷優先級、全雙工串行口。采用AT89C51單片機可以簡化硬件電路，減少成本，降低了功耗，同是也增強了系統的抗干擾能力。
動態顯示控制系統框圖，見圖3。
圖3 狀態顯示控制系統框圖
數據顯示驅動電路，由MC4511驅動4位8段LED數碼管。用來顯示電車供電系統各個整流供配電站以及各條線路的電壓、電流。
狀態切換驅動電路，用來切換線路狀態并驅動動態顯示屏幕上的紅綠雙基色發光二極管。在該系統中，紅色表示線路故障，綠色表示線路正常供電。狀態切換驅動電路，見圖4。
圖4狀態切換驅動電路
狀態切換驅動電路由單片機（MCU）P0和P2口控制。當P00為高電平，P20為低電平時，PA0為低，PB0為高，對應的LED串并聯發光二極管組顯示綠色；反之，當P00為低電平，而P20為高電平時，PA0為高，PB0為低，則對應的LED串并聯發光二極管組顯示紅色。實現了狀態切換。電路圖中MC1413為7路反向驅動電路。可以驅動7個不同的7個串并聯LED發光二極管組。
3軟件設計
嵌入式動態顯示系統的網絡拓撲結構采用總線方式。傳送數據采用主從站方式。PC機作為主站，單片機顯示控制系統(微處理器)作為從站。PC機通過串口1和上位機工控機通訊得到供電網絡電力參數―電流、電壓功率因數等實時數據；通過串口2，利用RS232/RS485接口轉換電路和從站進行信息交換，見圖1。主站啟動并控制總線上的每一次通信。每一個單片機顯示控制系統都有一個識別地址。主機采用廣播方式定時向單片機顯示控制系統發送數據。
主機程序設計采用面向對象的設計方法。串口通信使用MSComm控件,編程。串口1接收數據觸發中斷，在中斷程序中進行校驗、提取數據。對數據進行解析處理后，定時刷新PC主機圖形界面，同時向各個RS485子節點上的顯示控制系統發送數據。圖形界面可以實時顯示各各個整流站以及各條線路狀態的參數值和運行狀態；并且可以對LED動態顯示屏幕進行模擬實驗。圖形界面，見圖5。 
圖 5 PC主機界面
單片機嵌入式顯示控制系統程序設計采用C51語言編程。中斷接收數據并校驗，定時對LED大型顯示屏幕上的狀態和數據進行掃描更新。
總結
國內對電車供電運行狀態的動態顯示技術，進行很多研究。早期采用單個發光二極管表示一條線路來模擬供電網絡的現場狀態。效果并不直觀，且單個發光二極管一旦故障，會使它所指示的整條線路狀態表達有誤。近年隨著計算機技術和圖像顯示技術的發展，許多科研單位對采用投影顯示線路運行狀態的技術進行了研究。直接將計算機品屏幕上的圖形界面直接投影到屏幕。成本較低，實時性強，但將圖形界面直接投影到十幾平方米的大屏幕上，圖像比較模糊，效果不是很理想。
我們采用基于RS485總線技術的網絡化模塊化設計方法，將10M2LED顯示屏幕分割成了40幾個模塊來控制。用雙基色發光二極管組成供電線路，動態掃描顯示。具有低功耗，低成本，維護方便，實時性強顯示直觀等特點。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號