数据采集及传输处理系统

1、中图分类号:TP273 文献标识码:A 文章编号:1009-2552(2007 06-0073-03数据采集及传输处理系统杨永辉1, 庞 宵1, 李景杰2(1. 辽宁科技大学电子与信息工程学院, 鞍山114044; 2. 鞍钢计量厂, 鞍山114001摘 要:为了方便地在现场监控电压或电流信号, 显示出相应数值并预警出现问题的信号, 很有必要设计一个低成本、观察方便、操作简易的处理系统。提出了基于数字采集及传输处理系统的基本设计思想, 包括A D 转换器与单片机的接口实现, MAX485的串口传输原理及并口驱动LED 等, 设计出了完整的电路结构与实现软件。为了编程方便及易于调试, 采用C 语

2、言作为软件编程语言, 开发环境是Keil 软件。关键词:数据采集; MAX485串行通信; AT89C51System of data collection and transmitting &processingYANG Yong hui 1, PANG Xiao 1, LI Jing jie2(1. School of Electronics and Information Engineering , Liaoning University o fScience and Technology , Anshan 114044, China ;2. Angang Computation

3、 and Measure Company , A nshan 114001, China Abstract :In order to monitor voltage or current signals expediently at the local, display the corresponding values and alar m fault signals, it is very important to design a lo w cost system with convenient observation and straightforward operation. This

4、 article brings for ward an idea based on a system of digital data c ollection, transmitting and processing, introduces the interface between the A D converter and the single chip microcom puter, analyzes the principal of the transmitting system based on MAX485serial ports, describes the method of d

5、riving LED by parallel ports in detail, and designs a complete circuit architecture and imple mented software under this foundation. To program facilitatively and debug effortlessly, C language is adopted as the progra m ming language and the developed environment is Keil software.Key w ords :data c

6、ollection; MAX485serial port communication; AT89C51随着电子技术的迅速发展, 单片机以其高可靠性、高性能、低价格、应用灵活等特点, 在工业控制系统、数据采集系统、智能化仪器仪表、办公自动化等诸多领域得到极为广泛的应用。在自动控制领域, 为了解设备的运行参数及运行状态, 需要对各种物理量进行检测。通常采用的方法有:使用微机控制, 但其设备复杂、成本较高; 使用单CP U 控制, 虽然简单, 但系统智能化及传输可靠性低。两种方法都不理想。为了避免上述两种方法的不足, 并满足现场要求, 设计了一种借助单片机、显示器件、数据采集技术和现代通信技术, 适

7、用于电压和电流信号的数据采集及传输处理装置。1 方案的确定在生产过程中需要下位机直接对生产过程进行检测, 需要上位机控制并显示数据。为了提高系统的智能性、可靠性和实用性, 本设计采用双C PU 的方法, 即在数据采集的发端和数据处理的收端都采用单片机控制, 发端完成数据的采集、转换和发送, 收端完成数据的接收、处理和显示功能。并在数据通信中采用差错控制技术以保证数据通信的可靠性。两片CPU 都采用目前广泛应用的MC S51系列收稿日期:2006-10-31作者简介:杨永辉(1971- , 男, 1995年毕业于东北大学通信工程专业, 辽宁科技大学电信学院任教, 主要从事移动通信方面的教学和科研

8、。的AT89C51芯片, 因为它的功能较强并且价格较低, 被广泛应用于控制系统中。双机通讯主要是利用单片机内部的半双工串口的发送和接收功能, 为了增加传输距离和提高抗干扰能力, 本系统利用MAX485采用差模传输技术。由于计算机所能处理的是数字量, 而现场被测量的大多是模拟量, 因此首先应将模拟量转化为数字量。本系统使用的A D 转换芯片是ADC0809, 但它只能对输入的电压信号进行A D 转换, 所以输入的电流信号首先要转化为电压信号。为了方便控制室里的工作人员能随时观察到现场设备中的某一点数据, 在上位机中设计了4*2的矩阵键盘, 完成即按即读的功能。显示部分的电路是利用8155控制5位

9、七段LED 的数码管组成的。2 系统结构设计按前面的设计要求, 系统结构框图如图1所示。它由A D 采集模块、双CPU 通讯模块、键盘控 制与数据显示模块组成。图1 系统结构框图2. 1 A D 采集模块该模块工作在发端的实际现场, 用于将模拟信号转换为数字信号。系统中采用8位A D 转换器ADC0809实现模 数转换。ADC0809是C MOS 集成电路, 可与单片机的数据总线直接相连, 而且它有8路模拟开关, 可以直接连接8个模拟量, 实现多路转换功能。并且它与单片机AT89C51的接口简单, 使用方便。由于ADC0809只能转换电压信号, 故对电流信号应先转换为电压信号, 放大后接入AD

10、C0809的输入端。ADC0809与AT89C51单片机的连接分别为:(1ADC0809的时钟CLK 由AT89C51的地址锁存端ALE 信号经过二分频后产生。(2 ADC0809的数据线D0-D7与单片机的数据总线P0口直接相连。(3ADC0809的地址选择端ADDA, ADDB, ADDC 经过74LS373与AT89C51的数据总线AD0, AD1, AD2相连。(4 ADC0809的A D 转换结束信号EOC 接AT89C51的I NT0口。(5 ADC0809地址锁存信号ALE 和起动信号START 接在一起, 并经过反相器与AT89C51的写信号WR 相连, AT89C51读信号端

11、RD 经反相器与ADC0809的允许输出端OE 端相连, 完成输出允许控制, 读写控制均由AT89C51的P2. 7控制。对A D 转换结果的读出采用查询方式, 即每次通过写信号起动A D 转换后, 立刻查询状态标志, 一旦发现E OC 呈高电平, 表明A D 转换结束, 系统将数据读入AT89C51的RAM 区。2. 2 发端与收端CPU 通讯模块在本系统中采用双CPU 进行控制, 即在现场和控制室各用一片CP U 。采用双CPU 方式, 系统硬件结构简单, 便于智能控制和系统功能的扩充。发端即数据采集端的单片机可在现场对数据进行A D 转换, 同时对数据进行(7, 4 汉明编码处理, 这样

12、在很大程度上保证了数据传输的可靠性。AT89C51工作在串行通信方式1下实现异步传输。发端的AT89C51和收端的AT89C51之间的数据通讯接口采用MAX485标准接口, 因为它的通讯速率和传输距离均大于RS232标准接口。MAX485与AT89C51单片机的接口电路如图2所示。在图2中MAX485的A, B 端接了120欧的匹配电阻Rr 以 保证接收数据的准确性。图2 通讯接口电路 MAX485的DE, 脚短接, 与AT89C51单片机的P1. 4口相连, 用此控制MAX485的发送和接收两种状态。当P1. 4口设置为 1 时, MAX485为发送状态, 当P1. 4口设置为 0 时, M

13、AX485为接收状态, 当不进行传输时, 控制端P1. 4为 0 , 处于接收状态。2. 3 键盘控制与数据显示模块为了便于用户操作, 在收端设计了一个4*2的键盘, 包括U1U4和I1I4的8路功能键。工作人员可按键盘中U1U4, A1A4功能键来随时观察4路电压和4路电流信号。显示器选用5位7段LED 数码管完成数据的显示。LED 数码显示器不断地依次显示8路模拟电压转换来的数据, 其中前两位显示哪路的电压或电流信号, 后3位显示模拟量数值。如果哪路设备显示的数据为0, 由8155的PA5口驱动发光二极管不断闪烁产生预警。键盘和显示器的控制采用可编程键盘 显示器接口8155。它能对显示器自

14、动扫描, 能识别键盘上闭合键的键号。它独立于C PU 工作, 可以大大提高CPU 的工作效率。在工作时, 通过定时查询8155的PC 口状态, AT89C51实现对用户按键的响应, 并根据键盘的功能作出相应的处理。8155与AT89C51单片机的连接分别为:(1 8155的数据线D0D7与AT89C51的P0口相连。(2 8155的读 写信号RD, WR 和ALE 由AT89C51的RD, WR 信号和ALE 直接提供。(38155的片选信号CS 由AT89C51的P2. 7控制, 当P2. 7=0时, 可对8155进行读写。(4 8155的I O M 控制信号由AT89C51的P2. 6提供

15、。若P2. 6=0即IO=0, 则CPU 选中8155的RAM 工作。(5 8155的时钟信号C LK 由AT89C51的地址锁存信号ALE 提供。(6 8155的P A, PB 口分别作为LED 数码管的位选端和段选端。3 系统软件设计系统软件分为数据发端与数据收端两个部分, 发送端首先进行初始化, 设置串口模式, 然后启动ADC0809, 接收采样后形成的数字信号, 将此信号进行差错控制编码后由串口发送至接收方; 接收端软件校验接收到的信号并扫描键盘, 通过8155驱动LED 显示相关通路信号。软件流程图如图3所示。图3 收端主程序4 结束语该系统具有体积小, 结构简单, 实时性强, 可靠

16、性高及抗干扰能力较强等特点。作为一种远距离的数据采集及传输处理装置, 在控制室里的工作人员可方便观察现场监控的电压或电流信号。本装置适用于不同场合, 但在具体的应用中需要有一定的变化。比如在通信数据量一定的情况下, 采用较高的波特率比较好, 但高的波特率必定要降低传输距离, 在实际应用中必须重新设定。本装置接入的电压电流信号很小, 可根据现场的指标加入运算放大器并改动相应的程序。如果现场要采集8路以上的数据可以在上位机中增加ADC0809芯片。如果现场的躁声干扰信号很强, 可在MAX485和AT89C51之间加入光电耦合器, 确保接收到准确的信号。参考文献:1 马忠梅, 籍顺心, 张凯, 等. 单片机的C 语言应用程序设计M. 北京:北京航空航天大学出版社, 2003:220-223.2 张培仁. 基于C 语言编程MCS-51单片机原理与应用M. 北京:北京清华大学出版社, 2003:75-9