数据采集及传输处理系统

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;AT89C51

System of data collection and transmitting&processing

YANG Yong hui1,PANG Xiao1,LI Jing jie2

(1.School of Electronics and Information Engineering,Liaoning University o f

Science and Technology,Anshan114044,China;

2.Angang Computation and Measure Company,A nshan114001,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 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 driving 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 collection;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。

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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ADC0809的输入端。

ADC0809与AT89C51单片机的连接分别为:(1)ADC0809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。

(3)ADC0809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

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