基于ATmega128的32路遥信单元的设计及应用

0引言

    在电力及工业自动化控制系统中，存在着大量如断路器的分合、电机的启停，电磁阀的开闭等执行机构状态需要检测并把状态反馈回控制单元，从而构成闭环控制。在以往的系统设计中常使用多个PLC或带有通讯和开关量输入功能的现场仪表组成一个远程自动控制系统，但PLC高昂的成本和繁琐的系统结构给自动化设计、应用带来困扰。

    本文介绍一款具有32路遥信接点输入的ARTU-K32，该装置可接受32路有源或无源接点，把开关量信号经通讯实现和上位机监控系统的数据交换，32个通道扫描一周仅需时间为1ms，同时拥有2000组输入状态事件记录，带GPS校时功能,在外部电源掉电后可以保证SOE事件记录一个月内不丢失，相对以往控制方式，本设计在简化控制网络结构的同时，提供了一种低成本，高可靠性的替代方案。

1 电路设计原理

    ARTU-K32遥信单元硬件电路包括主CPU芯片、拨码开关设定输入、实时时钟、双路RS485通讯、SOE事件记录存储、看门狗控制、光电隔离输入采集、供电电源模块等8部分组成。（见图1）

图1 电路结构

1.1 主控CPU

    32路开关量信号采集单元（ARTU-K32）设计采用ATMEL公司的ATmega128,单芯片实现双路RS485通讯、数据处理、事件记录存取，显示状态控制等。ATmega128是ATMEL公司推出的一款8位RISC结构高速低功耗单片机，在16M时钟频率时系统性能可达16MIPS，内带128k的FLASH、4k的EEPROM、4k系统SRAM；可扩展64k外部存储器；两路UART通讯口。同时该芯片拥有JTAG在线编程口，方便用户调试，降低了开发成本，53个可编程I/O口可以挂接足够多的外围设备。

1.2 拨码开关设定输入

    拨码开关提供用户一个简化的人机接口，用于设定RS485通讯中的地址、波特率、数据格式等设定功能，拨码开关（SW1）的10位数据口都接10k电阻上拉到Vcc，电路使用一个74HC244（IC5）数据缓冲器，把拨码开关的状态传送到8位数据总线，剩余两根数据线则直接接到CPU的I/O端口。（见图2）

图2 拨码开关设输入电路

1.3 实时时钟

    实时时钟芯片RX-8025A（IC4）提供给系统SOE事件的时间记录点，该芯片拥有400kHz 串行IIC总线接口，其内置的32.768 kHz 石英振荡器，提供宽温、高稳定性的实时时间数据。

1.4 通讯方式

    通讯方式采用双路RS485方式，调试及设定和上位机通讯部分在物理上分成两路，互不干扰，有效防止可能存在的误操作。（见图3）

图3 双路RS485通讯电路

1.5 SOE事件记录存储

    SOE事件记录存储器使用32k低功耗SRAM（IC3）IC61C256AH和后备电源形成一个断电不丢失的数据存储单元，使用数据锁存器74HC373（IC2）和CPU的PC端口组成15位数据地址对IC3进行数据存储操作。（见图4）