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摘要： 由于目前各企业、公司内部的仪器设备使用率低下、不易管理，本设计在STC单片机的基础上，综合射频技术、远程监控技术等技术，组成一个仪器设备的现场控制器。通过这个设计，实现使用者的身份采集，使用授权，使用过程数据采集等功能，通过MODBUS协议实现数据的远程传输、远程监控、数据记录等功能，实现了利用技术手段来对企事业的仪器设备管理与监控。
1 系统设计
系统主要由现场控制单元、通信模块和远程上位机监控软件三部分组成。
1.1现场控制单元
每台仪器设备配置一台现场控制器和网络摄像机，控制器配置有IC卡读写模块和电源控制模块，IC模块可以对大型仪器设备使用者进行身份安全验证，验证通过后，系统电源开关打开，设备方可正常使用。设备运行后，系统自动记录使用信息、当前设备运行的基本参数（工作电压、电流、环境温度等），当超过设定值时，可主动关闭电源或者报警。网络摄像机在系统供电后自动启动，能够对现场设备使用情况进行监控，一方面保障大型仪器设备的安全监控，同时每次设备使用，系统会定时拍照或录像，进一步提高设备监控水平。
1.2 通信单元
系统通信通过MODBUS协议与上位机连接，实时把环境参数、市电电压、运行状况等数据传至PC机。
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1.3 远程监控
远程监控中心实现对全企业的仪器设备进行集中监控，以企业为单位，可以分为多个监控页面，接收各现场控制器发送来的使用数据，并将数据存入数据库，并设置有历史数据查询功能，数据报表生成功能，数据统计功能等。
2 硬件设计
2.1 主电路设计
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外围电路包括IC卡读写模块、温度传感器、电压和电流传感器、实时时钟、LCD液晶屏、蜂鸣器、固态继电器和通信模块等。系统上电后，当操作人员持授权IC卡接近读卡模块时，系统自动识别，并自动打开固态继电器，给大型仪器设备供电，固态继电器的容量可根据仪器设备的额定功率灵活调整。同时可以对当前温湿度、设备运行电压电流进行实时监测，通过LCD液晶屏实时显示，通过设定时间间隔，可将设备运行的数据存入SD卡内，实现历史数据的保存。系统还设计了设备参数运行超限报警功能，当室内温度，设备运行电流，电源电压高于设置值时，系统通过LCD显示，蜂鸣器报警、上位机监控报警等形式，提醒操作人员及时处理。
2.2 IC卡读写电路
IC卡读写模块采用集成模块MF RC522，内置对卡片或标签的信号进行解调和译码的高集成度的模拟电路，完全集成了在13.56MHz 下所有类型的被动非接触式通信方式和协议，可读写与该二标准的非接触式IC卡和应答器，支持ISO 14443 212kbit/s和424kbit/s的更高传输速率的通信；其内部发送器部分可驱动读写器天线与ISO 14443A/MIFARE卡和应答机的通信，无需其它的电路。接收器部分提供一个坚固而有效的解调和解码电路，用于处理ISO14443A 兼容的应答器信号。主机通过SPI与IC卡模块通信，实现对IC卡数据的读写，IC卡模块读写电路如图3所示。
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数据采集器将现场的模拟量稳定处理后送IAP15F2K61S2的P1口进行A／D转换后变成数字量传输到主机进行处理。模拟信号数据采集电路如图4所示。图4中模拟量输入为0~5V的标准电压信号，在系统开始运行后，会自动将数据传至单片机中进行A / D转换。数据转换结束后再传到液晶屏上显示，一旦电压太高，会发出警报，提醒操作人员。
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2.6 继电器电路
系统通过继电器来控制仪器设备的供电。鉴于仪器设备一般供电为220V交流电，在电路板外接一个5~36V直流控制220V交流电的继电器，电路部分由一个小型继电器和高速光耦6N137组成。光耦将单片机与小继电器连接起来，使单片机的运行更加安全。继电器部分采用一个二极管来吸纳继电器触点可能产生的火花。电路图如图7：
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3 软件设计
3.1 控制程序设计
IAP15F2K61S2的应用程序在keil软件编程环境下编译，利用STC的ISP仿真开发工具，程序包括主程序和各个程序模块。模块主要包括系统初始化子程序、IC卡读写子程序程序、数据采集子程序、数据显示子程序、报警输出子程序、数据存储子程序以及通信子程序等,程序流程如图10 所示。
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