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I7188控制模块在通信电源监控系统中的应用 瞿雷刘盛德 摘要 智能控制模块I7188是采用AMD 80188 CPU具有RAM/ROM/RS232/485接口的高度集成化的控制器模块，是专为微处理器的嵌入式应用度身定制的硬件平台。本文介绍在某SDH干线工程的电源监控系统中，I7188的嵌入式应用实例。 关键字嵌入式应用监控系统微控制器 引言 在早期的智能控制设备和工业现场控制应用中，由于条件的限制，许多设计实例采用以单片机为主处理器，自己设计控制部件;软件从最底层的监控和驱动程序开始编制，起点低，工作量大，费时费力。 随着PC机的广泛应用，将CPU、内存、半导体盘以及I/O接口等全部集成在一块印制板上的一体化（all in one）PC板也越来越多地应用在工业现场控制中。在半导体技术迅速发展的今天，体积更小、功耗更低的微处理器控制模块，如104总线模块、“饼干机”、I7188智能控制模块等此类产品也越来越多地嵌入到许多智能设备中。它们采用DOS、Windows等系统软件平台和高级语言编程，配置有多种专门I/O接口的驱动函数库等，使得在应用软件编制时，上述情况有了很大改观。 一、 系统描述 某SDH微波通信工程，主要由24个微波通信基站组成。通信主机采用西门子设备，其配套的通信电源系统采用挪威德勒斯（TELLUS）公司的高频开关电源组件及其它一些智能部件。在电源系统中，按设计要求实现一套具有3级网络结构的通信电源监控子系统。 1 系统拓扑结构 本监控系统是一个覆盖全省范围的广域监控网络，实行分级管理。其监控网络拓扑图如图1所示。 图1SDH工程电源监控系统拓扑图监控网设主监控中心1个（省调）、分监控中心10个（地区级）、28个通信基站配置站内监控单元。本文主要介绍通信基站内监控单元的微处理器嵌入式应用。 2 监控系统目标 通过基站内监控单元，实现对通信电源系统中各功能单元和蓄电池进行长期自动监测，获取各种运行参数和状态，并根据测量数据和运行状态实时进行处理、告警和控制。实现电源系统的全自动管理，从而提高电源系统的可靠性，保证其工作的连续性和安全性。 通过分控中心或省调等后台远程监控站，实现整个监控系统的网管功能，实现对各基站的“遥测、遥控、遥信”功能，逐步实现电源系统的无人值守。 二、 基站监控模块 在每个微波基站内的通信电源系统，功能上主要分成3个（机架）屏： （1） 交流屏。以欧姆龙CPM1A PLC为主控制器，实现交流电切换、交流参量的在线测量以及对防雷器、站内监控要素（温湿度、门窗）的实时监测等。 （2） 整流屏。由高频整流模块、整流机框、整流屏机架监控模块i740组成。负责整流、均流、蓄电池的充电和放电操作，以及直流部分各单元的监测、告警等。 （3） 直流屏。主要由各直流输出负载熔丝、闭/开路器以及两组蓄电池组组成。它的监测信号直接由i740负责监控。 三、 I7188的嵌入式应用方案 基站电源系统的交流屏、整流屏等机架设备都是本身具有智能控制部件相对独立的设备单元。为了将各自独立设备从监控的角度集中成一个对象，我们采用了嵌入式控制模块I7188，作为基站监控单元的总控制器，随同模块电源转换/逆变器、Modem或V.11接口转换器等部分作为一个控制单元嵌入在整流屏机架上，实现基站内通信电源的集中监控功能。 1 I7188主要功能指标 I7188是台湾威达工控推出的牛顿7000系列嵌入式应用控制模块。由于它的体积小（手掌大小）、功耗低、性价比高，因而在工控领域和许多嵌入式应用项目中得到越来越多的应用。它的主要技术指标如下： · AMD80188\ 40 CPU、256K SRAM、256K Flash ROM; · 3个RS\ 232（COM1、COM3、COM4），1个RS\ 485（COM2）接口; ·内置看门狗，ROM\ DOS & ROM\ DISK，RTC实时钟; ·＋10～30V（2W）直流电源输入; ·采用ROMDOS、TC 2.0/3.0或BOLAND C 3.1进行应用软件设计，提供丰富的应用函数接口。其COM2口为I7188控制的串行总线接口，用于连接7000系列扩展I/O接口模块。 图2为嵌入式控制器I7188配置示意图。 图2嵌入式控制器I7188配置示意图2 应用方案 基站监控是将所有被监控的智能模块单元通过监控串口与I7188连接，由I7188担当基站内数据的集中监测和控制功能。当分控中心或省调发来远程监控请求时，由I7188实现通信控制器的功能;当基站内某模块出现故障告警时，亦由I7188完成与分控中心的远程连接应答、通信的功能。对未能及时传输到所属分控中心的告警信息，由I7188临时存储。 用I7188的COM3与整流屏监控模块i740串口相接，实施对整流模块相关参量的监控。 COM4与交流屏监控模块CPM1A串口相接，实施对交流参量的监控，以及基站基本环境监控要素的监控。 COM2为RS\ 485总线接口，用于系统I/O扩展模块及其它监控对象的接入。 COM1用于基站的远程监控接口，在用PSTN与分控中心/省调连接远程监控时，采用有线Modem;在具备专线RS\ 232线路时，采用直连方式;此外，如果系统通信线路采用V.11接口，则COM1加接RS\ 232/V.11转换器，实现总线方式的通信模式。 当监控单元所有组成部分加电，i740、CPM1A将自行独立执行本屏的机架控制。主控制器I7188的监控软件已事先下载到Flash ROM中，加电后，将自动运行在监控模式（可从I7188模块面板上的一个LED不停闪动看出监控软件在正常运行），以每20～30s（秒）轮询一次的周期，反复不停地与i740、CPM1A进行通信，获取监控信息、实施监控动作。由于I7188内部设定有看门狗，当系统遇到干扰、瞬间掉电等异常状态时，I7188看门狗将自行启动，复位监控软件，以保证基站监控模块正常运行。 基站内监控单元配置示意如图3所示。 图3基站监控单元配置示意四、 系统设计的关键点 作为基站监控单元，需要长期不间断地运行，因此，保证系统的稳定性、可靠性是首位的。系统设计的另一个重要方面是系统应具备较高的适应性和可扩充能力，以增强系统的灵活性。为此，系统从硬件、软件、电源、I/O接口等多方面进行了较全面的设计考虑。 1. 提高监控的抗干扰能力 尽管I7188硬件经过了精心设计，从多层印制板到高可靠的元器件选择;从输入电源的大范围适应，到硬件看门狗等多种手段，能起到很强的抗干扰作用。但是，在工业现场，环境条件是比较复杂的。在实践中我们发现，要保证系统的绝对可靠运行，还是不够的，还需要从软件设计上进行同步考虑，以增强系统的综合抗干扰能力。 系统遇到干扰的直接结果是程序跑飞。我们在监控软件设计中，主要从以下3个方面进行了考虑，借以增强系统抗干扰能力，在实践中起到了较好的效果。 （1） 软件的模块化设计和事件驱动方式 在用C语言编程时，采用模块化设计;对不同的监控对象，每个模块以事件驱动，不同对象的程序段、数据区毫不关联。这样做可能程序代码量会有所增加，但当系统出现干扰造成程序跑飞且看门狗也被冲掉时，以事件驱动的程序段相互之间不会产生影响。 （2） 软件重要参量的多重拷贝 监控软件最重要的是各监测点的当前参量状态值，当程序跑飞后，有可能将内存中操作变量修改，造成系统监控失误。为此将重要参量采取多处存放，甚至采用不同介质存放（如在RAM和Flash MEMORY中）。在进行超限、故障告警等异常监测时，不仅对采样读入的参数进行数字滤波，而且对程序内的数据变量也进行类似的滤波。即不只对一处变量值进行判断，而是采用3中取2去除干扰的方法，通过提高数据参量的可靠性，进一步提高监控软件的可靠性。 （3） 软件的可重入设计 当软件具有较好的可重入性时，程序的非法调用、执行对实时数据所产生的破坏作用都能较好地限制在一定范围内，使其影响减小。因此，在设计中，注重传递参数、变量的独立性，强化了重要程序模块、函数的可重入设计。 2. 部件模块的智能化 在基站电源系统的设计中，采用了模块化设计，将交流、整流、直流、环境监控等划分成各种相对独立的模块单元，对每个单元都配置有一个机架主控制模块，负责本模块内的各种监控，使模块本身智能化，然后再由上一级的监控单元实现站内系统的集中监控。这样做，系统成本会有所增加，但带来的好处也是明显的，即将部件故障压缩在局部范围，不使其影响整个系统包括监控单元的正常运行。如交流屏的局部故障，不会影响到整流屏，不会影响到直流输出;单个整流模块故障不会影响其它整流模块工作。因此，系统的整体可靠性大幅度增强了。 3. 多种通信线路和模式的应用 一个广域的监控系统，所面临的物理和环境条件是各异的，分控中心和基站的通信电路也有不同。在一个基站，可能有PSTN线路;在另一个站又可能距离较近，而可以采用RS\ 422直连（1～2km以内）。另外，对条件具备的基站，提供V.11接口的勤务信道，而此时系统又必须采用V.11接口实现总线方式的通信。因此，在监控系统的设计中，也要考虑多种通信手段的并存，当然，这样设计增加了系统的复杂度。 4. 网络通信模式的互补 考虑到监控系统是一个广域的两级监控模式，采用了以PSTN为主的多种通信手段，监控网络的通信模式采用了定时轮询和应急主动汇报两种通信方式并存。 对基站监控，将信息分成操作、提醒、一般告警、严重告警4个不同等级。当监控发现有操作、提醒或一般告警时，I7188先存储在自己的数据缓存区中，当分控中心或主控中心定时发来查询请求后，再一并发送。为减少在PSTN上的反复拨号、应答等通信操作，降低系统通信拥塞，系统的轮询周期不宜太短（一般可控制在30～120min）。当基站监控单元检测到严重告警时，由于故障的时效性，须立即通知上级监控站，因此，采取了基站监控主动将故障信息汇报到分控中心和主控中心的通信方式，这样也弥补了定时轮询周期间不能及时了解现场紧急故障的不足。 5. 系统的可扩充性 采用I7188为主控制器的基站电源监控单元(如图3所示)，不仅实现了对本电源系统的监控以及基站环境的监测，而且通过COM2 RS\ 485串行总线，可接入多达200个以上的7000系列扩展模块。可实现模拟、数字量的采集，TTL或继电器功率输出控制，实现扩展I/O功能。此外，还可级联多个嵌入式模块I7188，实现控制功能的更大幅度扩展，从而全面保障了监控系统具有良好的可扩展性。 结束语 微处理器嵌入式应用，是目前计算机应用较热的一个领域。实际上，微处理器嵌入式应用，有很多种类和形式，我们在SDH工程电源监控系统中采用I7188嵌入式模块，只是这众多应用中的一个实例。随着集成电路芯片技术的发展，以及软件技术的进步，以微处理器为核心的嵌入式系统应用也得到了迅速的拓展。尤其随着SOC（系统芯片）技术的发展，RTOS（实时操作系统）软件的推广，我们认为，在工控、仪器仪表、家用电器等许多领域，嵌入式系统应用将会出现一个继单片机广泛普及应用后，又一个更高层的微处理器应用时代的到来。MES参考文献 1ICP 7188 User's manual.1998 2ICP I\ 7000 Series network data acquisition & control solutions.1998 3Linda TELLUS监控系统用户手册. 2000 4i740 Interface for remote communication.1996

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来源:单片机与嵌入式系统应用 作者:瞿雷 刘盛德 时间:2006/2/12 0:00:00