引言

电梯远程监视管理系统是采用传感器采集电梯运行数据，通过微处理器进行非常态数据分析，经由GPRS网络传输，公用电话线传输，局域网传输与485通讯传输多种方式实现电梯故障报警、困人救援、日常管理、质量评估、隐患防范等功能的综合性电梯管理平台。GPRS为无线网络，设备连接网络方便快捷，能极大的减轻设备网络架设工作强度。电梯远程监控系统适用于不同地域内的电梯远程监控，根据不同情况采用不同的传输方式，主要推广GPRS网络传输方式。GPRS具有覆盖面广的特点，可建立城市级、省级乃至国家级的电梯监控网络。

1.系统硬件设计

本系统设计总框图如图1所示。

通PLC通过主控芯片C8051F340的串行口进行RS-232通讯，而主控芯片与电梯控制器的串口进行RS-485通信。RS-232通讯，也是通过主二/四线转换电路控芯片的串行口，若用普通的单串行口单片机，即使是增加双向三本设计也达不到要求，所以这里采用带双串行口的C8051F340单片机作为主控芯片，使三方通讯在不同的串行口进行。

1.1 主CPU系统

CPU是一台计算机的运算核心和控制核心。CPU、内部存储器和输入/输出设备是电子计算机三大核心部件。电脑中所有操作都由CPU负责读取指令，对指令译码并执行指令的核心部件。其功能主要是解释计算机指令以及处理计算机软件中的数据。所谓的计算机的可编程性主要是指对CPU的编程。 CPU由运算器、控制器和寄存器及实现它们之间联系的数据、控制及状态的总线构成。差不多所有的CPU的运作原理可分为四个阶段：提取（Fetch）、解码（Decode）、执行（Execute）和写回（Writeback）。

C8051F340芯片是完全集成的混合信号系统级MCU芯片，高速、灵活、低价。具有8051兼容的CIP-51内核（可达25MIPS）。它的速度快。新增了FLASH存储器，具有在系统重新编程能力，可用于非易失性数据存储，并允许现场更新8051固件。片内JTAG调试电路允许使用安装在最终应用系统上的产品MCU进行非侵入式、全速、在系统调试。该调试系统支持观察和修改存储器和寄存器，支持断点、观察点、单步及运行和停机命令。C8051F340主控单元电路如图2所示：

1.2 主控系统与PLC间的通讯电路

由于串行通讯方式具有使用线路少、成本低，特别是在远程传输时，避免了多条线路特性的不一致而被广泛采用。在串行通讯时，要求通讯双方都采用一个标准接口，使不同的设备可以方便地连接起来进行通讯。RS-232-C接口是目前最常用的一种串行通讯接口。

实际在计算机与终端通讯中一般只使用上RS-232-C的3-9条引线。接口的电气特性在RS-232-C中任何一条信号线的电压均为负逻辑关系。即：逻辑"1",-5--15V;逻辑"0"+5-+15V.噪声容限为2V.

因此需要用MAX232芯片进行电平转换。C8051F340主控单元与PLC间的通讯电路如图3所示：

1.3 主控系统与内呼板间的通讯电路

C8051F340主控单元与内呼板间的通讯电路如图4所示：

根据实际情况，要求距离远，精度高，抗共模干扰能力增强，传输速率快等特殊要求，在此处作者采用了485进行通信，RS-485和RS-232相比，具有以下特点：

（1）接口信号电平比RS-232-C降低了，就不易损坏接口电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL电路连接。

（2）RS-485的数据最高传输速率为10Mbps.

（3）RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干扰能力增强，即抗噪声干扰性好。

（4）RS-485接口的输距离实际上可达3000米。另外RS-485接口具有多站能力，这样符合我们利用单一的RS-485接口建立起设备网络的要求。

1.4 串口自检电路设计

设计要求串行口具有自检能力，即在系统启动或允许检查状态下，高速单片机C8051F340可以检测自己的串行口，即发送任意一个字节，并接收这一字节，若发送接收一致。

1.5 非接触式IC卡输入输出电路

IC卡 （Integrated Circuit Card,集成电路卡），有些国家和地区也称智能卡（smart card）、智慧卡（intelligent card）、微电路卡（microcircuit card）或微芯片卡等。它是将一个微电子芯片嵌入符合ISO 7816标准的卡基中，做成卡片形式。 IC卡读写器是IC卡与应用系统间的桥梁，在ISO国际标准中称之为接口设备IFD（Interface Device）。IFD内CPU通过一个接口电路与IC卡相连并进行通信。IC卡接口电路是IC卡读写器中至关重要的部分，根据实际应用系统的不同，可选择并行通信、半双工串行通信和I2C通信等不同的IC卡读写芯片。非接触式IC卡又称射频卡。IC卡工作的基本原理是：射频读写器向IC卡发一组固定频率的电磁波，卡片内有一个IC串联协振电路，其频率与读写器发射的频率相同，这样在电磁波激励下，LC协振电路产生共振，从而使电容内有了电荷；在这个电荷的另一端，接有一个单向导通的电子泵，将电容内的电荷送到另一个电容内存储，当所积累的电荷达到2V时，此电容可作为电源为其它电路提供工作电压，将卡内数据发射出去或接受读写器的数据。

卡片的电气部分由一个元件和AISC组成，卡片中的天线是只有线圈，很适合封状到卡片中。ASIC由一个高速（106KB波特率）的接口，一个控制单元和一个EEPROM组成。读卡器向IC发一组固定频率的电磁波，卡内有一个IC串联谐振电路，其频率与读写器的频率相同。非接触式IC卡控制输入输出电路如图5所示：

2.系统软件设计

2.1 主程序设计流程图

主程序设计流程图如图6所示。

2.2 中断处理模块的通讯

首先要解决时间冲突问题，硬件接受或发送一个字节的时间为1ms左右，而软件接受或发送一个字节的时间仅几μs,这就为双串口同时通讯提供了条件。同时通讯实际上是将CPU时间分成很小的时间片，假设较快的串口发送或接受一个字节的最长时间为TRbyteMax,则CPU最长时间片一般应小于TRbyteMax/2,当然在接受或发送完一帧数据之后的间隙，CPU时间片可以适当延长，作一些必要的数据处理。其次要解决数据冲突问题，2个串口通讯分别使用各自的接受发送数据缓冲区和控制变量，以减少中断保护数据量和防止数据冲突。当主程序、串口中断处理程序和其他中断处理程序往存储器（与上位机的通讯用存储器）中写数据时，需在尽量短的时间内关闭另一个串口中断，关闭中断时间应小于几百μs,防止其他程序数据没有写完之前串口读此数据。

3.结语

本系统设计基于C8051F340双串口来进行电梯远程控制，采用模块化、结构化、面向对象设计方法，使系统具有高可靠性和高实时性。同时给出了硬件电路模块和软件程序图，其中硬件电路图通用性强，便于参考和设计。此外，IC卡电路，双串口通信也为系统的可靠性，安全性提供了保证。