現(xiàn)今信息資料的存儲(chǔ)呈現(xiàn)出多量化、密集化的發(fā)展趨勢(shì)，密集文件柜已經(jīng)成為政府工作部門、企事業(yè)單位、檔案館等存儲(chǔ)信息資料的最佳選擇。密集文件柜的自動(dòng)化和管理現(xiàn)代化成為亟待研究解決的關(guān)鍵問題。由于沒有有效的系統(tǒng)來(lái)完成狀態(tài)采集和信息傳送功能，在密集文件柜現(xiàn)場(chǎng)都是依靠人力檢查記錄來(lái)實(shí)現(xiàn)密集文件柜的管理，這增加了勞動(dòng)強(qiáng)度和管理成本。為解決上述問題，采用了高性能的AVR單片機(jī)J，運(yùn)用傳感器檢測(cè)技術(shù)J、ModBus通訊技術(shù)、分布式控制技術(shù)等，構(gòu)建了一個(gè)1024點(diǎn)的采集和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本系統(tǒng)創(chuàng)造性的設(shè)計(jì)出矩陣掃描式采集電路，解決了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)因狀態(tài)變量過多而導(dǎo)致的”采集難”、成本高的問題。

 

1系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案本系統(tǒng)使用ITR9909紅外傳感器檢測(cè)密集文件柜內(nèi)有無(wú)文件的狀態(tài)，利用AVR單片機(jī)完成對(duì)1024個(gè)文件柜狀態(tài)的采集，然后通過RS485總線將采集數(shù)據(jù)傳送給上位機(jī)，上位機(jī)通過組態(tài)界面對(duì)1024個(gè)文件柜物體的屬性進(jìn)行管理并實(shí)時(shí)顯示。當(dāng)柜內(nèi)有檔案放置時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)相應(yīng)柜體上的LED指示燈亮，在上位機(jī)組態(tài)上對(duì)應(yīng)的柜體組態(tài)位置顯示存放的文件名稱并以綠色提醒有文件存放；無(wú)檔案放置時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)相應(yīng)柜體上的LED指示燈滅，在上位機(jī)組態(tài)上對(duì)應(yīng)的柜體組態(tài)位置顯示為空并以紅色提醒柜內(nèi)無(wú)文件存放。每次需要存放文件時(shí)，先從上位機(jī)上確定要存放到空的文件柜位置，在此位置上標(biāo)注存放的文件名，然后工作人員將文件放到相應(yīng)的空文件柜中，現(xiàn)場(chǎng)LED指示燈自動(dòng)亮，同時(shí)組態(tài)軟件會(huì)根據(jù)上傳上來(lái)的信息自動(dòng)刷新組態(tài)中文件柜信息，將相應(yīng)的文件柜組態(tài)以綠色顯示出來(lái)。若需要取文件時(shí)，直接從文件柜中將文件拿走即可，現(xiàn)場(chǎng)LED指示燈自動(dòng)滅，上位機(jī)會(huì)自動(dòng)將組態(tài)中相應(yīng)位置的柜體顯示為空(屬性為空，并以紅色提醒)。這樣不僅可以在監(jiān)控室遠(yuǎn)程查看文件柜的信息，而且可以在現(xiàn)場(chǎng)直接判斷文件柜的狀態(tài)，方便快捷實(shí)現(xiàn)文件的管理。

 

本監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

 

本系統(tǒng)主要包括監(jiān)控平臺(tái)、串口通信模塊、智能控制單元、傳感圖1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)器矩陣以及電源模塊五個(gè)部分。

 

(1)監(jiān)控中心：上位機(jī)使用組態(tài)王軟件構(gòu)建監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互工作，實(shí)時(shí)顯示各文件柜的狀態(tài)。

 

(2)通信單元：采用高性能ADM2483芯片作為RS485驅(qū)動(dòng)芯片，內(nèi)部集成隔離器，具有低功耗、高抗干擾能力等特點(diǎn)。

 

(3)控制單元：采用AVR單片機(jī)系列中的Atmega1280作為控制芯片，將采集的數(shù)據(jù)暫時(shí)保存在內(nèi)部RAM區(qū)并通過RS485總線上傳到上位機(jī)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)通信。

 

(4)采集單元：1024個(gè)ITR9909紅外傳感器模塊接成3232矩陣式電路對(duì)1024個(gè)柜體進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

 

(5)電源單元：使用穩(wěn)定性較好的AMS1117—3．3穩(wěn)壓芯片，為最小系統(tǒng)提供3．3V穩(wěn)定電壓，12V直流電源為采集電路供電。

 

2系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)2．1核心控制器的選型Atmega1280是基于RISC結(jié)構(gòu)的高性能、低功耗的8位AVR微控制器J，提供86個(gè)可編程I／O端口，具有獨(dú)立片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時(shí)器，內(nèi)置8kB片內(nèi)SRAM，128kB系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash，并內(nèi)置多種串行通信接口，包括TwI(I2C)兩線接口、四路可編程USART和可工作于主機(jī)／從機(jī)模式的SPI串行接口。

 

具有執(zhí)行速度快，內(nèi)部資源豐富，穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。最高數(shù)據(jù)吞吐率達(dá)1MIPS／Mh，能有效減緩系統(tǒng)功耗和處理速度之間的矛盾。完全可以滿足該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。

 

2．2矩陣式采集電路的設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，紅外采集部分要檢測(cè)1024個(gè)文件柜狀態(tài)，為了盡量的少占用單片機(jī)的I／0口，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了矩陣式采集電路，可以實(shí)現(xiàn)使用一個(gè)AVR控制芯片完成對(duì)1024個(gè)點(diǎn)的采集，矩陣式采集電路原理如圖2所示。Atmega1280單片機(jī)將32個(gè)I／O口直接與行線相連作為輸出口，另選32個(gè)I／O口直接與列線相連作為采集數(shù)據(jù)輸入口。具體工作原理如下：首先系統(tǒng)將32路行線的第一行輸出高電平(其余31位為低)，通過驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)該行的32個(gè)紅外發(fā)光二極管，當(dāng)該行對(duì)應(yīng)的任一文件柜有文件時(shí)，接收端接收反射光而輸出高電平，否則輸出低電平，系統(tǒng)會(huì)將這32位數(shù)據(jù)直接刷新到單片機(jī)相應(yīng)的寄存器單元組1(共4個(gè)字節(jié))。然后將I／O口高電平左移一位，使第二路行線輸出高電平，再次讀取32根列線上的數(shù)據(jù)，將這些數(shù)據(jù)直接刷新到單片機(jī)的相應(yīng)的寄存器單元組2(共4個(gè)字節(jié))；以此類推，將全部32根行線置位一遍，讀出32組列線數(shù)據(jù)，每組4個(gè)字節(jié)，共有128個(gè)字節(jié)(1024位)數(shù)據(jù)。這種矩陣式采集電路簡(jiǎn)化連線，使系統(tǒng)連線最少。使用掃描方式監(jiān)測(cè)各個(gè)點(diǎn)，保護(hù)每個(gè)點(diǎn)上的發(fā)光元件，大大延長(zhǎng)測(cè)量元件的使用壽命。

 

2．3光電隔離電路設(shè)計(jì)為了使系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力，本系統(tǒng)在32路IYO輸出端和32路I／0輸入端的每一路都使用光電耦合器[4]進(jìn)行光電隔離，通信接口也采用具有強(qiáng)抗干擾的ADM2483芯片作為485總線驅(qū)動(dòng)器，將外電路與單片機(jī)電路徹底隔離，使外電路的干擾在進(jìn)入單片機(jī)之前徹底消除，提高了采集器的抗干擾能力。

 

同時(shí)，在輸出隔離光耦后增加了一個(gè)$8550三極管，有效地提高了電路輸出端的驅(qū)動(dòng)能力。光電隔離電路如圖3所示。

 

3系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)3．1單片機(jī)主程序設(shè)計(jì)AVR單片機(jī)上電工作以后首先進(jìn)行設(shè)備的初始化，包括端口初始化、波特率設(shè)置、串口初始化、開啟接收中斷等工作。接著進(jìn)行循環(huán)式掃描，每掃描一行將采集數(shù)據(jù)按照字節(jié)的方式存在SRAM區(qū)。直到完成對(duì)32行的掃描后，進(jìn)入?yún)f(xié)議解析函數(shù)。然后在解析函數(shù)中會(huì)完成主機(jī)命令的解析、從機(jī)命令的回應(yīng)、上傳采集數(shù)據(jù)等工作。