基于ATmega128的16路遙控單元設計及應用

劉文凱1　李敏1　蔡 磊2

（1．山東省建筑設計研究院，山東 濟南 250001

2．江蘇安科瑞電器制造有限公司，江蘇　江陰　214405）

    摘 要：介紹一款基于8位單片機ATmega128為主控芯片，具有16路輸出的ARTU-J16型遙控單元的設計原理，以及該產品主要技術指標與應用案例。

    0　 引言

    在電力及工業自動化控制系統中，斷路器的分合、電機的啟停，電磁閥的開閉等，有眾多的執行機構需要進行遠程控制，在以往的系統設計中常使用多個PLC或帶有通訊和開關量輸出功能的現場儀表組成一個遠程自動控制系統，但高昂的成本和繁瑣的系統結構給自動化設計、應用帶來困擾。

    本文介紹一款具有16路遙控接點輸出的ARTU-J16，該裝置通過RS485總線與上位機相連，作為遠程繼電器輸出模塊，用于接收計算機指令，執行系統的遙控操作或自動控制，繼電器輸出共16路，裝置擁有1600組操作事件記錄，帶GPS校時功能,在外部電源掉電后可以保證SOE事件記錄一個月內不丟失，相對以往控制方式，本設計在簡化控制網絡結構的同時，提供了一種低成本，高可靠性的替代方案。

    1　 電路設計原理

    ARTU-J16遙控單元硬件主要包括主CPU芯片、撥碼開關設定輸入、實時時鐘、雙路RS485通訊、SOE事件記錄存儲、看門狗控制、繼電器控制及輸出、供電電源模塊等8部分組成（見圖1）。

圖1　電路結構

    1.1 主控CPU

    ARTU-J16型16路遙控執行單元設計采用ATMEL公司的ATmega128,單芯片實現雙路RS485通訊、數據處理、事件記錄存取，顯示和16路繼電器常開接點的輸出狀態控制。ATmega128是ATMEL公司推出的一款8位RISC結構高速低功耗單片機，在16M時鐘頻率時系統性能可達16MIPS，內帶128k的FlashROM、4k的EEPROM、4k系統SRAM；可擴展64k外部存儲器；兩路UART通訊口。同時該芯片擁有JTAG在線編程口，方便用戶調試，降低了開發成本，53個可編程I/O口可以掛接足夠多的外圍設備。

    1.2 撥碼開關設定輸入

    撥碼開關提供用戶一個簡化的人機接口，用于設定RS485通訊中的地址、波特率、數據格式等設定功能，撥碼開關（SW1）的10位數據口都接10k電阻上拉到Vcc，電路使用一個74HC244（IC5）數據緩沖器，把撥碼開關的狀態傳送到8位數據總線，剩余兩根數據線則直接接到CPU的I/O端口（見圖2）。

圖2　撥碼開關設定輸入電路

    1.3 實時時鐘

    實時時鐘芯片RX-8025A（IC4）提供給系統SOE事件的時間記錄點，該芯片擁有400kHz 串行I2C總線接口，內置頻率為32.768 kHz 的石英振蕩器，提供寬溫、高穩定性的實時時間數據。

    1.4 通訊方式

    通訊方式采用雙路RS485方式，調試及設定和上位機通訊部分在物理上分成兩路，互不干擾，有效防止可能存在的誤操作（見圖3）。

圖3　雙路RS485通訊電路

    1.5 SOE事件記錄存儲

    SOE事件記錄存儲器使用32k低功耗SRAM（IC3）IC61C256AH和后備電源形成一個斷電不丟失的數據存儲單元，使用數據鎖存器74HC373（IC2）和CPU的PC端口組成15位數據地址對IC3進行數據存儲操作（見圖4）。