現(xiàn)今信息資料的存儲呈現(xiàn)出多量化、密集化的發(fā)展趨勢，密集文件柜已經(jīng)成為政府工作部門、企事業(yè)單位、檔案館等存儲信息資料的最佳選擇。密集文件柜的自動化和管理現(xiàn)代化成為亟待研究解決的關鍵問題。由于沒有有效的系統(tǒng)來完成狀態(tài)采集和信息傳送功能，在密集文件柜現(xiàn)場都是依靠人力檢查記錄來實現(xiàn)密集文件柜的管理，這增加了勞動強度和管理成本。為解決上述問題，采用了高性能的AVR單片機J，運用傳感器檢測技術J、ModBus通訊技術、分布式控制技術等，構建了一個1024點的采集和監(jiān)測系統(tǒng)。本系統(tǒng)創(chuàng)造性的設計出矩陣掃描式采集電路，解決了傳統(tǒng)設計因狀態(tài)變量過多而導致的”采集難”、成本高的問題。

 

1系統(tǒng)設計方案本系統(tǒng)使用ITR9909紅外傳感器檢測密集文件柜內有無文件的狀態(tài)，利用AVR單片機完成對1024個文件柜狀態(tài)的采集，然后通過RS485總線將采集數(shù)據(jù)傳送給上位機，上位機通過組態(tài)界面對1024個文件柜物體的屬性進行管理并實時顯示。當柜內有檔案放置時，現(xiàn)場相應柜體上的LED指示燈亮，在上位機組態(tài)上對應的柜體組態(tài)位置顯示存放的文件名稱并以綠色提醒有文件存放；無檔案放置時，現(xiàn)場相應柜體上的LED指示燈滅，在上位機組態(tài)上對應的柜體組態(tài)位置顯示為空并以紅色提醒柜內無文件存放。每次需要存放文件時，先從上位機上確定要存放到空的文件柜位置，在此位置上標注存放的文件名，然后工作人員將文件放到相應的空文件柜中，現(xiàn)場LED指示燈自動亮，同時組態(tài)軟件會根據(jù)上傳上來的信息自動刷新組態(tài)中文件柜信息，將相應的文件柜組態(tài)以綠色顯示出來。若需要取文件時，直接從文件柜中將文件拿走即可，現(xiàn)場LED指示燈自動滅，上位機會自動將組態(tài)中相應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)控室遠程查看文件柜的信息，而且可以在現(xiàn)場直接判斷文件柜的狀態(tài)，方便快捷實現(xiàn)文件的管理。

 

本監(jiān)測系統(tǒng)的總體結構設計如圖1所示。

 

本系統(tǒng)主要包括監(jiān)控平臺、串口通信模塊、智能控制單元、傳感圖1系統(tǒng)總體設計結構器矩陣以及電源模塊五個部分。

 

(1)監(jiān)控中心：上位機使用組態(tài)王軟件構建監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)人機交互工作，實時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驅動芯片，內部集成隔離器，具有低功耗、高抗干擾能力等特點。

 

(3)控制單元：采用AVR單片機系列中的Atmega1280作為控制芯片，將采集的數(shù)據(jù)暫時保存在內部RAM區(qū)并通過RS485總線上傳到上位機，實現(xiàn)實時通信。

 

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

 

(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)的硬件設計2．1核心控制器的選型Atmega1280是基于RISC結構的高性能、低功耗的8位AVR微控制器J，提供86個可編程I／O端口，具有獨立片內振蕩器的可編程看門狗定時器，內置8kB片內SRAM，128kB系統(tǒng)內可編程Flash，并內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／從機模式的SPI串行接口。

 

具有執(zhí)行速度快，內部資源豐富，穩(wěn)定性高等特點。最高數(shù)據(jù)吞吐率達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)的設計要求。

 

2．2矩陣式采集電路的設計根據(jù)設計要求，紅外采集部分要檢測1024個文件柜狀態(tài)，為了盡量的少占用單片機的I／0口，本系統(tǒng)設計了矩陣式采集電路，可以實現(xiàn)使用一個AVR控制芯片完成對1024個點的采集，矩陣式采集電路原理如圖2所示。Atmega1280單片機將32個I／O口直接與行線相連作為輸出口，另選32個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)，通過驅動電路驅動該行的32個紅外發(fā)光二極管，當該行對應的任一文件柜有文件時，接收端接收反射光而輸出高電平，否則輸出低電平，系統(tǒng)會將這32位數(shù)據(jù)直接刷新到單片機相應的寄存器單元組1(共4個字節(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)直接刷新到單片機的相應的寄存器單元組2(共4個字節(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個字節(jié)，共有128個字節(jié)(1024位)數(shù)據(jù)。這種矩陣式采集電路簡化連線，使系統(tǒng)連線最少。使用掃描方式監(jiān)測各個點，保護每個點上的發(fā)光元件，大大延長測量元件的使用壽命。

 

2．3光電隔離電路設計為了使系統(tǒng)具有較強的抗干擾能力，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]進行光電隔離，通信接口也采用具有強抗干擾的ADM2483芯片作為485總線驅動器，將外電路與單片機電路徹底隔離，使外電路的干擾在進入單片機之前徹底消除，提高了采集器的抗干擾能力。

 

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

 

3系統(tǒng)的軟件設計3．1單片機主程序設計AVR單片機上電工作以后首先進行設備的初始化，包括端口初始化、波特率設置、串口初始化、開啟接收中斷等工作。接著進行循環(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32行的掃描后，進入?yún)f(xié)議解析函數(shù)。然后在解析函數(shù)中會完成主機命令的解析、從機命令的回應、上傳采集數(shù)據(jù)等工作。