基于单片机的远程监控系统的终端设计

1、xx 大学毕业设计（论文） i基于单片机的远程监控系统的终端设计基于单片机的远程监控系统的终端设计摘摘 要要 电梯作为一种常用的垂直交通工具，伴随着城市的发展而迅速增加，其应用是日益广泛的。然而每个电梯运行状况的好坏会直接影响城市居民的生活质量和工作效率，同时更是影响着城市经济的可持续发展和人民生命安全，因此就产生了对电梯设备进行远程监控的要求。凭借监控系统来获得关于电梯系统的实时运行状况信息，可以防止电梯溜梯、困人、冲顶、蹲底、过载等情况突发时不能及时排除故障而带来更多无法预知的灾难。显然，传统的相对落后的监控手段（电梯工人的巡检）早已跟不上城市发展的步伐。近些年来，随着单片机技术和自动控制

2、理论的迅速发展，基于单片机的远程监控已经成为电梯发展的必然趋势。因此，研究及开发基于单片机的多电梯远程监控系统具有一定的意义。 本文首先对国内、外的远程监控系统相关理论进行了深入的研究，并在分析和研究电梯远程监控系统基础之上，提出了本文要研究的主要内容，即设计了一种以at89c51 为架构的多电梯远程监控系统，该系统可以实现远程现场的实时监控及数据的采集，并且在监测和显示电梯运行状态的各种参数的同时，可以实现远程登录和监控。基于单片机的多电梯远程监控系统，主要是用来监控电梯的运行情况，根据电梯发出的信号，及时的做出反应，并进行相应的处理。根据系统需要，所运用到的外围电路主要包括电源模块、温度电

3、路模块、报警电路模块、视屏采集模块、rs-485 通信模块和 lcd 显示模块，再根据有关单片机和数据采集传输方面的知识，利用 c 语言编程，完成远程监控的设计。我认为在未来，电梯系统会是向智能化方向发展的，主要有以下特征：以人为本的通用化设计理念，统一化设计的趋势，应付突发性灾难的能力。关键词：关键词：多电梯；远程监控；数据采集；lcd 显示模块xx：基于单片机的远程监控系统的终端设计 iimicrocontroller-based remote monitoring system terminal designabstractas a common vertical lift transp

4、ort,along with the rapid increase in the citys development, its application is becoming widespread. however, the status of each elevator operation will directly affect the quality of life of urban residents and work efficiency, but also affect the sustainable development of the citys economy and peo

5、ples lives, and therefore created a demand for elevator equipment for remote monitoring requirements. with the elevator control system to obtain information about the real-time operational status information, you can prevent the elevator slip ladder, trapped people, hoisting, etc. sudden end squatti

6、ng can not timely troubleshooting and bring more unpredictable disaster. obviously, the traditional means of monitoring the relative backwardness (elevator workers patrol) already can not keep up the pace of urban development. in recent years, with the chip technology and the rapid development of au

7、tomatic control theory, microcontroller-based remote monitoring has become an inevitable trend of development elevator. therefore, the research and development of microcontroller-based multi-elevator remote monitoring system has a certain significance.firstly, the domestic and foreign remote monitor

8、ing system related theories in-depth research and analysis and research elevator remote monitoring system based on the proposed main content of this paper to study, namely at89c51 for the design of a framework multi elevator remote monitoring system, the system can achieve real-time monitoring and r

9、emote site data collection, and in the monitoring and display running the elevator at the same time the various parameters, you can achieve remote login and monitoring.microcontroller-based multi-elevator remote monitoring system is mainly used to monitor the operation of the elevator, the elevator

10、signals, timely response, and make the appropriate treatment. according to the system, as applied to the peripheral circuit includes a power supply module, the temperature circuit module, the alarm circuit module, screen capture module, rs-485 communication module and lcd display module, according t

11、o the scm and data acquisition and transmission of knowledge, the use of c programming language, complete remote monitoring design. i think in the future, the elevator system is to provide intelligent direction, mainly has the following characteristics: people-oriented universal design concept, unif

12、ied design trends, the ability to deal with unexpected disasters.keywords: multiple elevators; remote monitoring; data collection; lcd display modulexx 大学毕业设计（论文） iii目目 录录引引 言言.1第第 1 章章 绪论绪论.21.1 国内外研究现状.21.1.1 国内外现状及存在问题.21.1.2 目前电梯监控系统的分类.31.1.3 多电梯远程监控系统的发展趋势.41.2 课题的研究意义和内容.41.2.1 课题的研究意义.41.2.2

13、 课题研究的内容.4第第 2 章章 多电梯远程监控系统结构概述多电梯远程监控系统结构概述.62.1 远程监控系统整体结构设计及实现功能.62.1.1 远程监控系统整体架构.62.1.2 功能概述.72.2 远程监控系统设计概述.82.2.1 硬件设计概要.82.2.2 软件设计概要.9第第 3 章章 多电梯数据终端控制器的硬件设计多电梯数据终端控制器的硬件设计.113.1 数据终端控制器芯片选择与介绍.113.1.1 主芯片选择.113.1.2 at89c51 主芯片的介绍.113.2 控制系统的主要外围电路.133.2.1 电源模块.133.2.2 报警电路模块.153.2.3 单片机最小系

14、统.153.2.4 lcd 显示模块.163.2.5 视频采集模块.193.2.6 基于 rs-485 的通信模块.203.2.7 键盘电路的选择.21第第 4 章章 多电梯远程监控系统的软件设计多电梯远程监控系统的软件设计.234.1 软件设计思路.234.2 控制系统的主要软件设计.244.2.1 报警电路.244.2.2 主要的串行通讯程序.254.2.3 lcd 显示程序.26第第 5 章章 系统调试系统调试.30结论与展望结论与展望.31致致 谢谢.32参考文献参考文献.33xx：基于单片机的远程监控系统的终端设计 iv附附 录录.34附录 a 系统总图.34附录 c 外文文献及译文

15、.35附录 d 主要参考文献及摘要.41附录 e 主要源程序.43xx 大学毕业设计（论文） v插图清单插图清单图 2-1 远程监控系统总体结构图.6图 2-2 硬件设计结构图.8图 2-3 电梯监控终端设计流程图.9图 2-4 软件设计流程图.10图 3-1 at89c51 主芯片引脚图.12图 3-2 电源电路.14图 3-3 电源供给分布设计图.15图 3-4 报警电路模块.15图 3-5 单片机最小系统.16图 3-6 lcd 与单片机的连接图.17图 3-7 lcd1602 的管脚图.17图 3-8 s3c2440 管脚图.19图 3-9 与上位机通信的接口电路图.20图 3-10

16、rs-485 芯片引脚.21图 3-11 独立式按键键盘.22图 3-12 矩阵式按键键盘.22图 4-1 软件设计流程图.24图 4-2 lcd 显示流程.26图 5-1 keil 编程部分程序.30图 5-2 系统总体结构图.30xx：基于单片机的远程监控系统的终端设计 vi表格清单表格清单表 3-1 lcd 的控制指令表.18xx 大学毕业设计（论文） - 1 -引引 言言随着科学技术和市场经济的快速发展，电梯作为高层建筑必不可少的组成部分，已经成为与人民群众的生活、生命和财产安全息息相关的垂直交通工具。电梯的安全性、可靠性和舒适度是人们普遍关心的问题。电梯数量急剧增多，故障时有发生，而

17、维修人员少，不能及时赶到故障现场，既不了解故障现场状况又不能及时安抚被困人员，给被困人员身心带来巨大的伤害。并且由于不能及时地提供对电梯日常运行的记录和监测资料，增加了分析与排除故障的难度，延长了维修的时间和费用。电梯远程监控系统 rem(remote e1evator monitor)是当今电梯控制领域的先进技术，是及时发现、分析和排除电梯故障的必要手段，是电梯的管理、维护和安全运行的需要。我国在电梯远程监控方面已经取得了很多成就，比如可靠性、舒适度等方面，但在故障记录和故障检测方面还有很多不足。因此，如何利用现代科技成果对分布在不同地理位置的电梯运行状况进行远程实时监控，减少和防止事故发生

18、，对故障进行预报警（如开关接触不良）和自动记录，保证电梯安全可靠运行和提高设备的管理水平具有非常重要的意义。近年来，随着单片机技术等高新技术的不断发展，人们都在积极的寻找在电梯监控领域的一些先进技术，以满足人们对这一应用的强烈需求，因为传统的监控技术已经是相当落后，目前国内在用的监控系统往往都是功能单一，需要监控人员长时间盯着监控屏幕，然后再通过获得的信息去进行一些决策。然而，这样一份工作是很繁重而乏味的，尤其是监控的目标很多时，监控人员就无法做到面面俱到，进而如果有突发情况，就不能去及时有效的解决。为此，许多电梯厂商都希望能利用智能化程度高、可靠性好的计算机自主监控系统去实现售后电梯的统一管

19、理，同时也可以减少人员监控的开支和减轻事故发生的损失。综上所述，结合当前情况，论文指出了现有监控系统存在以下几点困扰人们的难题：第一，不能实时了解及掌握电梯的运行状况；第二，无法利用以往的电梯运行数据去构成完整的管理和记录系统；第三，难以有效的、及时的分析并解决电梯发生的故障。本论文提出了基于单片机的远程监控系统的终端设计的研究其主要任务是提出并研究基于单片机的远程监控的系统方案，它可以对多个电梯的运行状态进行实时监控，并且能自动检测故障目标，并对故障目标进行分类及报警，从而利用电脑来完成人工监控的任务。xx：基于单片机的远程监控系统的终端设计 - 2 -第第 1 章章 绪论绪论1.1 国内外

20、研究现状 电梯，作为机电一体化的高科技产品之一，其应用已经日益广泛。当然，国产电梯的技术水平和产品的质量也已经迈出了很大一步，但是在电梯运行时，时常也会出现电梯冲顶、撞底、关人等突发事件的发生。当前，国内的许多科研院所和公司也在努力积极的开发属于自己的远程监控系统。比如，凯博电梯远程监控系统（由中国建筑科学院机械化研究分院研发的） 、上海阿尔发机电科技有限公司所开发的电梯远程监控系统、无锡中秀电梯公司研发的电梯远程视频监控系统等等然而，这些监控系统一般情况下都是基于专用网络及总线，其系统的功能也就是局限于被控电梯的门信号的和内、外呼的实时监控，自动报警等常用的基本功能，但是基于多媒体技术、数据

21、库技术、网络通讯技术以及对电梯的视频音频信号、报警信号等控制信号的管理和分析还处在逐步探索之中。目前，电梯正常运行的可靠性提高一般有两方面因素：第一、是要通过改进电梯本身的构造设计，提高工艺制造及实施无误的安装来解决；第二、也是比较重要的一方面，就是要依托先进的监控技术和科学合理有效的维修和保养体系来完成。众所周知，因为电梯的使用时间较长而且总是反复使用，所以对于电梯的管理和维护是使用电梯的最重要的环节之一。但是，目前国内在用的电梯一般都采用的是定期上门保养的方式，等发生故障时再打电话找人来修的传统方式。然而，随着电梯数量的慢慢增多、地点分散，再加上维修工人数量限制，导致了维修工人不能及时到达

22、电梯事故现场；除此之外，也不能提供详细的运行电梯日常运行记录及监测的相关资料，所以，维修工人只能凭借以往经验和监测仪器去检查电梯故障，这样就增加了故障分析和排除故障的难度，自然也就延长了维修所需要的时间。以此这种维护方法很显然已经不能满足时代的发展的需求，因此，诞生了远程监控技术，它的出现在一定程度上有效的改善了上述情况。国外比较有名的电梯公司基本上都拥有了成熟的远程监控系统。比如，法国autinor 公司所开发的远程监控系统、德国蒂森克虏伯公司（tele-service）开发的电梯远程监控系统以及 otis 公司的远程电梯监控系统（remote elevator monitoring sys

23、tem）系统等等然而，一般只有很高档的大型场合才会配置像国外那些成本较高的各公司的电梯远程监控系统的产品，而且像国外的那些产品也就是只能监控本公司所生产的电梯，而无法与其他公司的同类型电梯产品兼容，除此之外，当然还有价格及产品定位等等原因。所以，也就导致了国外电梯远程监控系统产品在国内的使用有了一定的局限性。1.1.1 国内外现状及存在问题目前国外的大型电梯企业都有了成熟的电梯远程监控系统，例如蒂森公司的远程监控系统具有控制电梯的功能，能检测和识别滥用或者误操作紧急呼救功能，能较好的掌握电梯的运行情况，并进行分析与处理，转化为图表来显示各行驶方向和每层楼的呼叫次数，呼叫与事件处理曲线等；自动故

24、障报警，该系统可以同时监控电梯，自动扶梯以及楼内其它设备：但是该系统仅适用于蒂森公司的电梯和扶梯。奥的斯公司xx 大学毕业设计（论文） - 3 -的远程监控中心(rme)是奥的斯公司自行开发的电梯监控系统，具有分级报警的功能（乘客被困报警，自动故障报警和电梯运行表现报警)。rme 系统自动发出电梯服务中断的讯号，显示地点，性质，问题以及乘客的状况资料，当电梯运行表现不符合预定的界限时，系统发出偏差信号。knoe 公司的 emc 监控指令系统通过 modme 和标准电话线实现电梯和自动扶梯的远程实时监控，具有较好的运行数据库管理分析功能，可以将指定时间段内的数据转化为直观形象的图表；具有独特的运

25、行记录回放功能，有助于故障查询诊断。以上这些电梯远程监控系统相对来说都具有一些代表性，是国外的电梯远程监控比较常见的方式，这些系统普遍的特点就是专用性很强，开放性、通用性与其功能发展程度不相匹配，无法支持其他公司的电梯系统。这种现状也大大增加了监控系统区域运营的成本。在国内，已经有了关于电梯远程监控的研究。但起步较晚，具有自主版权的成熟的产品也比较少。由于电梯远程监控系统是涉及到电梯控制、计算机控制、现场总线、网络通讯、多媒体技术、数据库技术以及 windows平台下面向对象的高级语言编程等多个专业的较大的系统工程，技术难度较大，同时还需考虑到与各个厂家的电梯控制系统（包括微机控制系统、plc

26、 控制系统以及早期的继电器控制系统)的接口问题等诸多因素，因此，现在国内的电梯监控系统的同类产品中，在开放性、统一性和实时性等方面同样存在着很大的不足。总结下来，主要由以下问题：（1）开放性相对较低，没有统一的标准化协议。（2） 功能简单，如只能进行简单的电梯运行状态监控、同时监控的电梯数量少、不能进行电梯故障的早期预警。（3）界面简单、单一，监控信号量少；只能对电梯状态进行监控，而不能采集电梯轿厢中的图像与声音。（4） 适用电梯种类少，或者是不能兼容不同类型的电梯。（5）多采用 rs-232 或 rs-485 总线传输，或采用两级结构的 modem 传输，系统的实时性与可靠性相对较低。1.1

27、.2 目前电梯监控系统的分类电梯的监控系统需实时反馈电梯的操作、运行及故障信息，要求安全可靠、运行稳定、界面友好、管理便捷，其实时采集的电梯信号包括：（1）电梯操作状态信息，如检修、正常、司机、消防等；（2）电梯运行状态信息，如楼层显示、上/下行、开/关门等；（3）井道信息，如平层、端站、限位等；（4）各种故障信息。目前电梯的监控系统大约分三类：（1）大部分品牌电梯都有自己开发的监控系统，这些系统都包括不同的通信方式，不同的硬件接口，能较好的实现多台电梯的运行监视和一些基本的远程控制。但是此类产品由于销量有限，一般价格很贵，能消费的客户很少。（2）用 plc 构成的网络通信监控。plc 可以很

28、方便的构成系统，开发此类系统完全省去了硬件开发的成本，只要软件开发成熟即可开工安装,而且系统一般采用标准的通信接口，很容易与建筑的其它智能设备一起构成网络，但是电梯控制要附加 plcxx：基于单片机的远程监控系统的终端设计 - 4 -并且连带相应的通信单元，成本较高。目前随着 plc 的价格不断下降，也不失一个好方法。（3）用单片机构成一个独立的采样通信单元，形成一个二级监控系统，此类监控在初期的开发成本包括软硬件，开发成本较高，但形成系统后，再销售的成本就很低了。但是由于市场不大，难以形成规模，还有此类系统由于不采用标准配件，今后维护的难度,成本较高。1.1.3 多电梯远程监控系统的发展趋势

29、多电梯远程监控在电梯远程监控的基础上，融合了的最优控制，是一种基于时间最优、能量最优的动态综合最优化策略。因此，多电梯远程监控系统的发展趋势为：（1）远程监控系统协议开放化采用统一开放的协议标准，可以在同一系统中采用多种品牌的电梯，并对其进行监控，无须二次开发转换协议。（2）远程监控系统节能化从静态的电梯交通配置到动态的多电梯群控系统，电梯的能耗指标往往被忽视。统计数据表明，电梯的能耗约占大楼综合能耗的 3/7，与电梯群控系统的性能直接相关。因此，节能目标将是多电梯远程监控系统必须考虑的关键目标。（3）远程监控系统网络化电梯群控系统将与网络技术相结合，用网络把各地的电梯监管起来进行远程监控。（

30、4）监控系统产品市场化未来电梯监控系统的研究将侧重于商品系统的开发，即面对需求面向市场。1.2 课题的研究意义和内容1.2.1 课题的研究意义电梯的远程监控是随着计算机控制技术和网络通讯技术的发展而逐步发展起来的，是电梯控制领域的前沿技术。电梯远程监控系统（rems），指的是某个区域（一个城市，一幢大楼，一个小区等）里安装很多部电梯后，对这些运行中的电梯进行集中而及时的远程监控，进而对这些电梯的运行数据资料进行统计、管理、维护、故障分析诊断以及救援。它使被监控对象从单个的现场监控发展到了分布式的监控，并从集中式监控发展到和信息管理系统相结合的趋势，因此，目前较为先进的多电梯远程监控系统是一个集

31、监控、管理、决策支持等功能于一体的自动化控制系统。所以，现在多电梯远程监控系统已经是越发引起人们的关注，其最主要的目的是对目前在用电梯的远程维护，故障诊断及快速排除故障的处理，统计和分析电梯的运行性能及故障情况，以有利于不同部门能利用该系统对多个电梯进行有效的监管。但由于其结构复杂性，较高可靠性要求，需要及时发现故障并排除故障是重中之重，所以多电梯远程监控系统的研究和设计是具有重大的意义。xx 大学毕业设计（论文） - 5 -1.2.2 课题研究的内容 本文研究的多电梯远程监控系统是基于单片机的，主要用来监控电梯的运行情况，根据电梯发出的信号，及时的做出反应，并进行相应的处理。本系统所运用到的

32、外围电路主要包括电源模块、报警电路模块、视屏采集模块、rs-485 通信模块和 lcd 显示模块。当电梯出现故障时，电梯内的乘客可以根据出现的故障在电梯内部按下相对应的故障按钮，这有助于维修和监控人员及时的做出故障诊断，并在最少时间内做出有效的解决措施，减少了损失的程度。监控人员也可以实时的根据监控画面检测电梯的运行状况，提前做好维护工作，以免发生不可估量的损失。当电梯发生突发事件是，电梯还可以自动报警显示，提示电梯所出现的故障，帮助工作人员在第一时间确定所发生的故障原因，更好的提高了工作效率。xx：基于单片机的远程监控系统的终端设计 - 6 -第第 2 章章 多电梯远程监控系统结构概述多电梯

33、远程监控系统结构概述2.1 远程监控系统整体结构设计及实现功能2.1.1 远程监控系统整体架构远程监控作为一种监控手段在电梯的日常运行中所起的作用越来越重要，它是电梯厂商对系统控制的延伸，也是能够保证电梯能够高效安全运行的重要前提和基础，同时更是电梯所面临的发展趋势，当然，这种趋势也为解决远程监控系统所存在的问题提出了更高要求。当今时代，电梯监控系统的应用融合了很多先进技术，使得监控用户、质检部门、电梯生产企业等能够通过本系统对分布在全球各地的电梯产品进行实时准确地监控。这样可以有两方面好处：第一点，可以提高生产企业和用户对电梯的维护效率；第二点，更是在很大程度上加强了企业对于收集和管理自己所

34、产产品的相关资料和状态数据的能力。除此之外，也可以让质检部门监控人员提高了工作效率，可以起到一举多得的作用。本论文中设计的网络环境下，多电梯远程监控系统主要由三大部分构成，即数据采集控制终端部分、网络传输部分和上位机监控中心平台部分。具体的系统结构框图如下所示：图像采集速度采集at89c51cpu电梯维护中心监控中心声音采集. . . .3g网络h.264视频编码g.729音频编码a/d转换图 2-1 远程监控系统总体结构图本文中的远程监控系统是利用 at89c51 作为主芯片组成的数据采集控制终端，将采集到的图像、声音及其运行状态相关数据指标进行数据预处理。其中，预处理主要xx 大学毕业设计

35、（论文） - 7 -包含有 h.264 视频编码技术，g.729a 音频压缩技术，数据锁存及 a/d 转换等处理技术。然后，数据采集终端控制器将所采集到的音视频信号及电梯的运行状态数据通过多流实时传输协议（mrtp）进行数据综合封包，该协议是由 ietf（互联网工程任务组）发布的多媒体数据进行实时传输协议，主要用在提供实时数据（如视频、音频数据等）的 ip 网络端到端的传输功能。 最后，通过串口上连接的 3g 传输模块 sim5218 将整个数据包发出去；该数据包将通过 3g 网络被转发送至具有上位机的远程监控中心，然而当远程的客户端通过浏览器进行监控，如果有电梯的报警信息后，就会立即通过 3

36、g 网络将各个电梯具体位置、电梯发生的故障信息发送给维修中心，以便及时排除故障，同时，对于一些需要紧急停车的情况，我们可以通过上位机将控制信息及时的发送给被控电梯，比如在安全回路及变频器工作正常的前提下，电梯按原运行方向慢车爬至平层位置后开门。该远程监控系统采集的数据中包括了音频信号、视频信号、数据信号及控制信号等，由于这些不同类型的数据信息具有各自不同的传输特征及要求，所以为了满足监控数据传输的实时性、流畅性的需求，本文拟选取数字化的数码传输速率高于 383 kbps 的 3g 网络。 如今随着 3g 网络的覆盖面积逐渐扩大，再加上技术的不断完善与发展，它的应用在各个行业完全可以是独树一帜了

37、。在一般情况下，对于 3g 无线网络来讲，它是完全可以进行各种不同传输速度的数据同时进行传输。据研究测试，如果在静止或高速移动的环境下，它可以分别支持到 2 m 以上的速码率，有的甚者可以高达 7 mbps 的瞬时传输速度。所以利用 3g 来作为网络传输的主要载体是本文的最佳选择，当然利用好这个时代的产物是我们与时俱进的必然趋势。2.1.2 功能概述在网络环境下，多个电梯的智能远程监控系统主要实现的基本功能有以下两个部分：第一部分：电梯数据釆集终端控制器要实现以下基本功能：（1）可以采集被控电梯发生的各种故障信息，特别是常见的一些故障。比如，门厅的故障、平层区故障、主接触器的故障、变频器的故障

38、等等。（2）可以采集被控电梯的运行状态信息。比如，门系统的开关、方向、层站、井道信号等等。（3）可以对不同格式的电梯信息进行转换，并在主处理器内部进行数据处理，用固有的格式进行实时存放，最终经过转换协议发送给网络。第二部分：上位机的电梯监控平台要实现以下基本功能：（1）不同级别用户根据不同的权限可以随时登录电梯远程监控系统。（2）根据电梯的运行状态数据，进行运行状态的记录及勾画数据的历史趋势曲线，并根据其与阀值大小的比较进行报警。（3）实时存储电梯运行的状态数据及参数，包含了电流、电压、电机转速等等参数。（4）驻停功能：当关闭驻停开关电锁后，电梯处于驻停状态。若此时电梯正在运行，则电梯不再响应

39、任何外呼梯，若已有内选登记，则在所登记的内选服务完毕后，xx：基于单片机的远程监控系统的终端设计 - 8 -电梯自动返回驻停层（通常为 1 楼）。电梯处于驻停状态，一旦接通驻停开关电锁，则电梯立即退出驻停状态，投入正常运行。（5）关门时间设定功能：本系统可根据需要设定无司机状态运行时的自动关门等待时间。（6）重复关门功能：若执行关门指令后，在规定的时间内门联锁回路没有接通，则电梯重新开门，再关门。（7）故障时自动靠站自救功能：若电梯快车运行时发生故障，则在安全回路及变频器工作正常的前提下，电梯按原运行方向慢车爬至平层位置后开门。（8）待梯层的任意设定功能：所谓待梯层即当电梯在无司机状态下，若

40、1 分钟内既无内选也无外呼服务，电梯自动运行到待命的层站（通常与基站设为同一楼层）。该功能可使电梯用户根据需要灵活设置待梯层站。2.2 远程监控系统设计概述本文提出的总体设计即为基于单片机的远程监控系统的实现方案，其中主要包含系统硬件设计方案和软件设计两部分。2.2.1 硬件设计概要本文选取的是单片机 at89c51 作为主控制模块来组建数据采集控制终端，之所以选择单片机是因为单片机的体积小、价格低、应用方便、稳定可靠。由于单片机体积小，很容易嵌入到系统之中，以实现各种方式的检测、计算或控制。由于单片机本身就是一个微型计算机，因此只要在单片机的外部适当增加一些必要的外围扩展电路，就可以灵活的构

41、成各种应用系统，如检测监视系统、数据采集系统、自动控制系统、智能仪器仪表等。本系统选用 at89c51 作为主控系统，还因为其具备以下优点：（1）功能齐全，应用可靠，抗干扰能力强。（2）简单方便，易于普及。由于单片机技术是一门较为容易掌握的普及技术，学习起来简单方便，容易上手。（3）发展迅速，前景广阔。在短短的几十年时间里，单片机就经过了 4 位机、8位机、16 位机、32 位机等几大发展阶段，尤其是形式多样、集成度高、功能日臻完美的单片机不断问世，更使得单片机在工业控制及工业自动化领域获得长足的发展和大量应用。近几年，单片机的内部结构愈加完美，配套的片内外围部件越来越完善，为应用系统向更高层

42、次和更大规模的发展奠定了基础，便于以后的配套升级。（4）嵌入容易，用途广泛。单片机的体积小、性能价格比高、应用灵活性强等特点在嵌入式微控制系统中具有十分重要的地位。该系统具体的硬件结构如图 2-2 所示：xx 大学毕业设计（论文） - 9 -at89c51电源模块复位模块调试模块键盘模块传感器串行通信口模块报警模块显示模块图 2-2 硬件设计结构图2.2.2 软件设计概要系统中软件设计主要含有两部分程序的开发：一部分是监控平台的软件系统开发，另一部分是数据采集终端控制器的程序设计。（1）远程监控平台的软件设计部分由于远程监控平台面向的对象是普通人员，而非专业的技术人员，所以就要监控界面要友好、

43、易懂，且最重要的是功能完善，运行稳定，并且可以利于管理人员或者高级领导远程登录。具体整个软件流程图如图 2-3 所示：xx：基于单片机的远程监控系统的终端设计 - 10 -系统初始化开始侦听有无连接请求连接成功接受电梯运行 状态数据数据格式转换状态数据 转换图形结束ny开始yn图 2-3 电梯监控终端设计流程图（2）数据采集终端控制器软件设计部分系统中数据釆集终端的主要软件设计思想如下图所示，本系统为了提高数据处理效率，因此选用了前后台处理系统，即在前后台系统中，利用优先级来判断异常事件的中断级别，当没有数据接收的状态下，后台就一直运行系统任务，即进行无限循环，当有不同的异常来中断系统程序的时

44、候，就按照任务的优先级进行中断处理，先处理优先级高的任务，后处理优先级低的任务，当任务处理完之后再返回到系统任务中去执行。针对于解决大堆数据同时接收的问题时，循环队列法当然是首选方法，即在软件设计工程中可以给网络的通道及每个接口都一一分配一个循环队列，以此来存储需接收到的各种格式的数据。如果当前状态下检测到有数据送来时，那么中断程序就会将数据及时地写入相应的数据存储队列中去，同时如果系统后台需要处理已接收到的数据时，就可以直接从数据接收队列中先获取信息后，再处理数据产生相关的信息。具体过程如图 2-4 所示：xx 大学毕业设计（论文） - 11 -处理数据数据标志位 是否等于1数据是否 发送从

45、队列读取数据其他数据处理系统后台程序ynny发送中断处理图 2-4 软件设计流程图关于单片机终端系统的部分相关代码将会在附录中给出，主要的控制任务由 c 语言程序的代码的完成。第第 3 章章 多电梯数据终端控制器的硬件多电梯数据终端控制器的硬件设计设计论文中所设计的多电梯远程监控系统数据采集终端控制器需要实现的功能有以下几个方面：用通用输入输出口进行实时地采集电梯发生的各种故障信息；数据预处理（包括 g.729a 音频压缩、h.264 视频编码、a/d 和 d/a 转换等等） ；支持大量数据的接收、归类、判定故障种类；对于不同格式的数据进行分类存储，经 3g 网络收发模块统一发送。xx：基于单

46、片机的远程监控系统的终端设计 - 12 -3.1 数据终端控制器芯片选择与介绍3.1.1 主芯片选择at89c51 是一种带 4k 字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压高性能的cmos8 位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除 100 次。该器件采用 atmel 高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的 mcs-51 指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能 8 位 cpu 和闪烁存储器组合在单个芯片中，atmel 的 at89c51 是一种高效微控制器。at89c51 单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。at89c51 提供以下标准功能：4k 字

47、节 flash 闪速存储器，128 字节内部ram，32 个 i/o 口线，两个 16 位定时/计数器，一个 5 向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时，at89c51 可降至 0hz 的静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电工作模式。空闲方式停止 cpu 的工作，但允许 ram，定时/计数器，串行通信口及中断系统继续工作。掉电方式保存 ram 中的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。3.1.2 at89c51 主芯片的介绍 主要特性如下：与 mcs-51 产品指令系统完全兼容4k 字节系统编程（isp）flash 闪速存储器1000 次

48、擦写周期数据保留时间 10 年4.0-5.5v 的工作电压范围全静态工作模式：0hz-33mhz三级程序加密锁1288 字节内部 ram32 个可编程 i/o 口线2 个 16 位定时器/计数器5 个中断源可编程串行通道低功耗空闲和掉电模式片内振荡器和时钟电路 at89c51 主芯片的硬件引脚分布图如图 3-1 所示：xx 大学毕业设计（论文） - 13 -图 3-1 at89c51 主芯片引脚图引脚说明：vcc：供电电压。gnd：接地。p0 口：p0 口为一个 8 位漏极开路双向 i/o 口，每脚可吸收 8ttl 门电流。当 p0 口的管脚第一次写 1 时，被定义为高阻输入。p0 能够用于外

49、部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的低八位。在 flash 编程时，p0 口作为原码输入口，当 flash进行校验时，p0 输出原码，此时 p0 外部必须接上拉电阻。p1 口：p1 口是一个内部提供上拉电阻的 8 位双向 i/o 口，p1 口缓冲器能接收输出4 个 ttl 门电流。p1 口管脚写入 1 后，被内部上拉为高，可用作输入，p1 口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在 flash 编程和校验时，p1口作为低八位地址接收。p2 口：p2 口为一个内部上拉电阻的 8 位双向 i/o 口，p2 口缓冲器可接收输出 4个 ttl 门电流。当 p2 口被写“1”

50、时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。作为输入时，p2 口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。p2 口用于外部程序存储器或 16 位地址外部数据存储器进行存取时，p2 口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，p2 口输出其特殊功能寄存器的内容。p2 口在 flash 编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。p3 口：p3 口管脚是 8 个带内部上拉电阻的双向 i/o 口，可接收输出 4 个 ttl 门电流。当 p3 口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。p3 作输入口使用时，因为有内部的上拉电阻，那

51、些被外部信号拉低的引脚会输出一个电流。p3 口也可作为 at89c51 的一些特殊功能口，如下表所示：口管脚 备选功能xx：基于单片机的远程监控系统的终端设计 - 14 -p3.0/ rxd（串行输入口）p3.1/ txd（串行输出口）p3.2 /（外部中断 0）0intp3.3 /（外部中断 1）1intp3.4/ t0（计时器 0 外部输入）p3.5/ t1（计时器 1 外部输入）p3.6 /（外部数据存储器写选通）wrp3.7 /（外部数据存储器读选通）rdp3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。rst：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持 rst 脚两个机器周期的高电平时间。

52、ale/：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的低prog位字节。在 flash 编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ale 端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的 1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个 ale脉冲。如想禁止 ale 的输出可在 sfr8eh 地址上置 0。此时， ale 只有在执行movx，movc 指令是 ale 才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态 ale 禁止，置位无效。：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周ps

53、en期两次有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的信号将不出现。psenpsen/vpp：当保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000h-ffffh） ，不eaea管是否有内部程序存储器。注意加密方式 1 时，将内部锁定为 reset；当端保eaea持高电平时，此间内部程序存储器。在 flash 编程期间，此引脚也用于施加 12v 编程电源（vpp） 。xtal1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。xtal2：来自反向振荡器的输出。振荡器特性:xtal1 和 xtal2 分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部

54、时钟源驱动器件，xtal2 应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。3.2 控制系统的主要外围电路数据采集控制系统的硬件组成主要有这几个模块：电源模块设计，最小系统模块，报警电路模块设计，通信模块设计，lcd 显示模块，视频采集模块等等。3.2.1 电源模块电源部分的设计目的就是为各个硬件提供工作电源。单片机 at89c51 芯片、显示电路等都采用 5v 电源供电。具体方案采用 w7805 集成稳压电源提供+5v 的电压供给单片机。原理是用交流电 220v 通过变压器变压，经整流再接 w7805 使转换为所需

55、的xx 大学毕业设计（论文） - 15 -直流电压作为外接电源。集成稳压电源又称三端集成稳压器，它是指将功率调整管、取样电阻、基准电压、误差放大、启动及保护电路等全部集成在一块芯片上，具有特定输出电压的稳压集成电路。三端是指电压输入端、电压输出端和公共接地端。稳压电源是单片机系统的重要组成部分，它不仅为系统提供多路电压源，还直接影响到系统的技术指标和抗干扰性能。一个稳压源输出电压和最大输出电流决定于所选的三端稳压器，在本次采用+5v 电压用 w7805 稳压器。其主要特点是： 输出电流为 1a 输出电压为 5v 有过热保护和短路保护 输出晶体管 soa 保护电源电路的设计结构图如图 3-2 所

56、示：图 3-2 电源电路为保证整个采集系统可靠、稳定的运行，电源供给是非常重要的。由于该采集数据控制系统大多数是工作在电梯机房内，所以嘈杂声音等一些干扰非常明显，因此这就要求电源必须要有很高的稳定性。本系统中需要使用的电源类型较多，包括：at89c51 处理器内核 5v；处理器 ddr、sdram 内存控制器 1.8v；处理器通用输入输出接口 3.3v；外围其它供电电路 5v 等。 本系统供电的惯用电源是经过电源适配器转成 12v 供电的，当然，由于主芯片的各个部分的需要电压并不一致，所以应将电压进行一一转换后才可以使用。目前行业内系统运用比较常用，且效果较为理想的就是对开关电路和稳压器来实现

57、电压转换的使用。这两种方法可以说各有利弊，前者效率高于后者，但是其成本高，且对外有电磁福射；后者的电路简单，干扰小，成本低，但是转效率低于前者，正所谓“鱼和熊掌不可兼得” ，经过比较学习，本文运用了 dc 转 dc 的开关电源电路，一般在小电流的供电电路中，使用线性稳压电路就可以满足需求，如下图 3-3 所示的按电压分批的多级电源结构。xx：基于单片机的远程监控系统的终端设计 - 16 -dc/dcdc/dcdc/dccpu内核中断ddr内存其他外设芯片等i/odc/dc开关电源dc/dc电源12v5v3.3v5v1.3v1.8v图 3-3 电源供给分布设计图3.2.2 报警电路模块报警电路主

58、要是实现系统的及时报警功能，当检测到的数据超过设定范围之后，由单片机直接驱动报警电路实现报警，报警灯亮，报警喇叭发出报警声音。报警电路如图 3-4 所示：图 3-4 报警电路模块3.2.3 单片机最小系统单片机最小系统包括核心控制元件单片机、复位电路、晶振电路、电源电路。其结构如图 3-5：xx 大学毕业设计（论文） - 17 -图 3-5 单片机最小系统这种复位电路的工作原理是：单片机的复位电路在刚接通电时，刚开始电容是没有电的，电容内的电阻很低；通电后，5v 电压通过电阻给电容进行充电，电容两端的电压会由 0v 慢慢的升到 4v 左右；rc 构成的微分电路在上电瞬间产生一个微分脉冲，当其宽

59、度大于两个机器周期时，at89c51 将复位。正因为如此，复位脚由低电位到高电位，由此引起了内部电路的复位工作，rst 端电压慢慢下降，降到一定电压值以后，即为低电平，单片机开始正常工作（单片机的上电复位，也叫初始化复位） ；当按下复位键时，电容两端放电，电容又回到 0v，于是又进行一次复位工作（手动复位） 。at89c51 芯片内部有一个高增益反相放大器，用于构成振荡器。反向放大器的输入端为 xtal1，输出端为 xtal2，两端跨接石英晶体及两个电容就可以构成稳定的自激振荡器。电容 c1 和 c2 取 22pf，可以稳定频率并对振荡频率有微调作用，设计中用 12mhz 的石英晶振。3.2.

60、4 lcd 显示模块系统采用了 lcd1602 液晶显示屏，lcd1602 液晶是一款很常用也很易用的字符液晶。可以显示 2 行每行 16 个字符，对比度可调、黄绿色背光。与单片机的连接电路如图 3-6 所示：xx：基于单片机的远程监控系统的终端设计 - 18 -图 3-6 lcd 与单片机的连接图1602 液晶也叫 1602 字符型液晶它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块，它有若干个 57 或者 511 等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符。每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此，所以他不能显示图形。lcd1602