我单位有一无人值守的机房位于一高山山顶上，上山的路是600多级的台阶。因通信需要，有时要开关某些机器设备，操作上虽然简单，但要工作人员花10多分钟爬一趟山，不仅辛苦，而且拖延了时间。为解决此问题，本人利用89C2051单片机，设计了一遥控开关，在山下机房便可对山顶上的设备进行开关机。
一、 原理简介
该方案的框图如下：
山顶机房及山下机房各安装一块控制板，两者之间通过专线MODEM相连。山下控制板主要功能是：将操作人员的开关信息转换成指令，发送给山顶控制板，并根据山顶控制板发来的电源通断状态报告指令，以指示灯的形式显示给操作人员。山顶控制板主要功能是：通过控制继电器的吸放来控制设备的电源，该板在接收到山下控制板发来的开关电指令后，驱动继电器的吸放，并将继电器的反馈状态转换成指令，报告给山下控制板。两处的专线MODEM由本单位内部的光纤通信设备提供的音频线路连接。
二、山顶控制板
山顶控制板所包括的主要元件有单片机芯片89C2051，电平转换芯片MAX232，电源模块。由于需遥控的通信设备使用-48V电源，山顶控制板也采用-48V。该板采用了一个成品开关电源模块，将-48V转换成+5V。芯片MAX232的功能是把单片机串口的TTL电平转换成MODEM的RS-232电平，使单片机能通过MODEM收发数据。2051单片机根据山下控制板发来的指令，通过P1_4脚控制线圈电压为5V的小继电器RY1的吸放，进而控制电源继电器RY2的吸放。电源继电器RY2为两组触点、24V线圈电压的大继电器，触点可承受较大电流。其中的一组触点用于控制设备电源的通断，接中间触点及常闭触点。继电器释放时，设备加电，继电器吸合时，设备关电。另外一组触点作为继电器动作后的反馈，接中间触点及常开触点，分别接地及2051的P1_7脚。当继电器RY2吸合时P1_7经继电器接地，为低电平，继电器释放时P1_7脚为高平（2051内部有上拉电阻）。单片机2051每秒钟检测一次P1_7脚是否接地，以此判定继电器是否吸合（即是否断开了设备的电源），随后将检测的结果转换成指令，通过MODEM向山下的控制板汇报，同时本身的断电指示灯也显示出设备的加断电状态。
山顶控制板的电路图如下：
山顶控制板的程序如下：
#include "atmelAT89X51.H"
#defineSYN'Z'//来自山下控制板数据帧的同步字符
char countdown;//时间计数
char TX_buf[3];//发送缓冲区
char TX_len;//发送字符串长度
char TX_num;
char RX_buf[3];//接收缓冲区
char RX_len;//接收字符串长度
char RX_num;
char CRC(char *buf, char len) //校验码生成函数
{
char i, temp;
temp = 0;
for (i = 0; i
return (temp);
}
void timer0_int() interrupt 1//定时器0的中断服务程序
{
TL0 = 0x00;
TH0 = 0x0A6;
countdown--;
if (countdown == 0 || countdown == 20)
P1_0 = !P1_0; //控制CPU运行指示灯的秒闪
if (countdown != 0) return;
countdown = 40; //过了一秒钟
P3_7 = P1_7; //检测电源继电器的吸放状态，并驱动P3_7的指示灯
if (P1_7)TX_buf[1] = 0x13; //高电平，电源继电器已释放，设备电源接通
elseTX_buf[1] = 0x31; //接地，电源继电器已吸合，设备电源中断
TX_buf[2] = CRC(TX_buf, 2); //生成校验码
TX_num = 0;
SBUF = TX_buf[0]; //向山下控制板报告继电器的吸放状态
}
void serial_int() interrupt 4//串口中断服务程序
{
if (TI) { //发送触发了中断
TI = 0;
TX_num++;
if (TX_num
}
else { //接收触发了中断
RI = 0;
RX_buf[RX_num] = SBUF;
if (RX_num == 0 && RX_buf[RX_num] != SYN)
return;//在接收的数据中搜索同步字符
RX_num++;
if (RX_num == RX_len) { //收完一条指令
RX_num = 0;
if (RX_buf[RX_len - 1] == CRC(RX_buf, RX_len - 1)) { //检查校验码是否正确
if (RX_buf[1] == 0x13)P1_4 = 1; //释放小继电器RY1及电源继电器RY2
if (RX_buf[1] == 0x31)P1_4 = 0; //吸合小继电器RY1及电源继电器RY2
}
}
}
}
void main()
{
IE = 0x92;
TMOD = 0x21; //定时器1：模式2，定时器2：模式1
TL1 = 253;
TH1 = 253; // 9600波特率
TR1 = 1; //启动定时器1
SCON = 0x50; //串口：模式1
TL0 = 0x00;
TH0 = 0x0A6; //定时器0定时0.025秒
TR0 = 1; //启动定时器0
countdown = 40; //1秒=0.025*40
P1_4 = 1; //释放继电器RY1、RY2
TX_buf[0] = 0x7E;
TX_len = 3;
RX_num = 0;
RX_len = 3;
while (1) ;
}
三、 山下控制板
山下控制板的电路图如下所示，所包括的主要元件有单片机芯片89C2051，电平转换芯片MAX232，7805稳压芯片。芯片MAX232的功能是把单片机串口的TTL电平转换成MODEM的RS-232电平，使单片机能通过MODEM收发数据。需要对山上设备进行开关电操作时，先把连接在2051单片机P1_7脚的断电开关拨到“开”或“关”的位置，然后连续按下K1按键，直到L1、L2、L3三个操作指示灯全亮，接着按一下K2按键，L1、L2、L3指示灯全灭，此时2051单片机检查P1_7脚的电平，如果是低电平，则向山顶控制板发断电指令，如果是高电平，则向山顶控制板发加电指令。K1、K2的其它按键组合均不使单片机发送加断电指令。这里采取断电开关与按键相结合的控制方式，目的是为了防止意外的开关操作，提高安全性。MODEM通信正常的情况下，山下控制板每秒钟收到一次山顶控制板发来的加断电状态报告。当接收到状态报告后，经单片机分析，如果是断电状态，则P1_5脚输出低电平，点亮断电指示灯，P1_3脚输出高低脉冲，驱动蜂鸣器告警提示；如果是加电状态，断电指示灯灭，蜂鸣器静音。如果连续3秒钟收不到山顶控制板的状态报告，断电指示灯将作秒闪、蜂鸣器告警，提示操作人员检查MODEM线路是否正常。
山下控制板的程序如下：
#include "atmelAT89X51.H"
#defineSYN0x7E//山顶控制板发来数据帧的同步字符
char countdown;//时钟计数
char TTL;//通信中断的时间门坎值，设置为3秒
bitlink_error;//通信中断标志
bitpower_on;//山上设备是否加电的标志
bitkm;//按键消抖动标志
bitkp;//按键操作已处理标志
char TTW;//发送指令前的时间计数
char TX_buf[3];//发送缓冲区
char TX_len;//发送指令长度
char TX_num;//当前发送的字符序号
char RX_buf[3];//接收缓冲区
char RX_len;//接收指令长度
char RX_num;//当前接收的字符序号
char CRC(char *buf, char len) //校验码生成函数
{
char i, temp;
temp = 0;
for (i = 0; i
return (temp);
}
void timer0_int() interrupt 1//定时器0的中断服务函数
{
bit key1, key2;
TL0 = 0x00;
TH0 = 0x0A6;
countdown--;
if (countdown == 0 || countdown == 20) {
P1_6 = !P1_6; //CPU运行指示灯秒闪
if (link_error)
P1_5 = !P1_5; //通信中断，断电指示灯秒闪
else {
if (power_on)P1_5 = 1; //设备加电，断电指示灯灭
elseP1_5 = 0; //设备关电，断电指示灯亮
}
}
if (power_on && !link_error) //当设备加电且通信正常
P1_3 = 0; //关闭蜂鸣器
else { //当设备断电或通信中断
if (countdown == 0)P1_3 = 0; //蜂鸣器告警
if (countdown == 5)P1_3 = 1;
if (countdown == 10)P1_3 = 0;
if (countdown == 15)P1_3 = 1;
}
key1 = P3_4;
key2 = P3_5;
if (key1 == 1 && key2 == 1) {
km = 0; //两个按键均没有按下
kp = 0;
}
else {
if (km == 0)km = 1; //设消抖动标志
else {
if (kp == 0) {
kp = 1;
if (key1 == 0) //按键K1被按下
TTW = (TTW + 1) % 4; //计算K1连续按下的次数
if (key2 == 0) { //按键K2被按下
if (TTW == 3) { //如果K1已被连续按了三次
if (P1_7)TX_buf[1] = 0x13; //发加电指令
elseTX_buf[1] = 0x31; //发关电指令
TX_buf[2] = CRC(TX_buf, 2);
TX_num = 0;
SBUF = TX_buf[0];
}
TTW = 0; //不管K1已按下几次，K2按下后复位TTW计数器
}
}
}
}
if (countdown != 0)return;
countdown = 40;
if (TTL == 0)link_error = 1; //TTL减到0，表示通信中断
elseTTL--;//每隔1秒对TTL作减1操作
}
void serial_int() interrupt 4//串口中断服务程序
{
if (TI) {
TI = 0;
TX_num++;
if (TX_num
}
else {
RI = 0;
RX_buf[RX_num] = SBUF;
if (RX_num == 0 && RX_buf[RX_num] != SYN)
return;//在接收到的数据中搜索同步字符
RX_num++;
if (RX_num == RX_len) { //接收到一完成指令
RX_num = 0;
if (RX_buf[RX_len - 1] == CRC(RX_buf, RX_len - 1)) { //检查校验
if (RX_buf[1] == 0x13)power_on = 1; //加电状态
if (RX_buf[1] == 0x31)power_on = 0; //断电状态
TTL = 3;
link_error = 0; //通信正常，重置TTL值
}
}
}
}
void main()
{
IE = 0x92;
TMOD = 0x21; //定时器1：模式2，定时器0：模式1
TL1 = 253;
TH1 = 253; //9600波特率
TR1 = 1; //启动定时器1
SCON = 0x50; //串口：模式1
TL0 = 0x00;
TH0 = 0x0A6; //定时器0定时0.025秒
TR0 = 1; //启动定时器0
countdown = 40; //1秒=0.025秒*40
TTL = 3; //连续3秒收不到报告，表示通信中断
TTW = 0;
km = 0;
kp = 0;
link_error = 1;
power_on = 1;
TX_buf[0] = 'Z';
TX_len = 3;
RX_num = 0;
RX_len = 3;
while (1) {
if (TTW == 0) {
P3_7 = 1;
P1_0 = 1;
P1_1 = 1;
}
if (TTW == 1)P3_7 = 0;
if (TTW == 2)P1_0 = 0;
if (TTW == 3)P1_1 = 0;
}
}
四、MODEM通信线制作
单片机2051与MODEM之间的串口通信电缆只用RX、TX、GND三根线，其他的握手信号均没有使用，但在制作MODEM一端的接头时应要按下图制作：
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