脉冲式电表的数据采集器设计毕业论文

脉冲式电表的数据采集器设计毕业论文1 前言本章主要说明设计脉冲式电表的数据采集器的目的、意义、围以及技术要求，在设计过程中遇到的主要问题以及解决方案。

1.1脉冲式电表设计的目的计算机的普及应用为自动化管理及自动控制创造了条件。

如果将目前变电站、供电所及发.电厂使用的感应式电表改造一番，使其能输出电能脉冲，就与计算机配套使用，进行自动检测、自动记录、自动控制。

这样一方面大大减轻变电站值班人员的劳动强度;另一方面还可消除人工记录时的人为错误和计算错误。

1.2数据采集器设计的意义数据采集器属于信息科学的一个重要分支，它是以传感器技术、信号检测和处理技术、电子技术、计算机科学等技术为基础形成的一门综合应用技术学科。

人类从诞生开始就离不开信息活动，但是信息真正成为科学研究对象并发展成为一门科学，确是始自20世纪40年代中期。

发展至今数据采集技术已经成为一种专门的技术，在工业领域得到了广泛的应用。

数据采集是工业控制的基础部分，无论是集中式数字控制系统、集散式控制系统、还是现场总线控制系统，都必须首先将多个地点的诸如温度、湿度。

统得到了极大的发展，开始出现了通用的数据采集与自动测试系统。

20世纪80年代后期，数据采集系统发生了极大的变化，工业计算机、单片机和大规模集成电路的组合，用软件管理使系统的成本降低、体积减小、功能成倍增加、数据处理能力大大加强。

20世纪90年代至今，在国际上，技术先进国家的数据采集技术已经在军事、航空、电子设备、宇航技术及工业等领域被广泛应用。

随着现场总线技术和网络技术的发展，数据采集系统向分布式系统结构和智能化方向发展，可靠性不断提高，可以更好地实现生产环节的在线实时数据采集与监控。

而在本文中，脉冲式电表的数据采集器，依旧有着至关重要得作用。

最简单来说，它可以使脉冲式电表的使用变得更加的完善。

1.3脉冲式电表（功能、组成、对比其他类型电表优势）脉冲电能表为综合自动化变电站、远程自动化监测提供了采集电能、负荷监控、数据传输等方面的功能。

脉冲电能表主要由电能测量部件和脉冲装置两大部分组成。

电能测量部件即为感应式电能表；脉冲装置包括脉冲采样信号发生电路和脉冲输出电路两部分。

脉冲电表是通过累积脉冲来计量电能的，脉冲指示灯不会常亮，只会闪烁，而且闪烁快慢根据负荷大小确定。

脉冲电表灵敏度很高，家中电器指示灯亮都会计量电能。

1.4数据采集器（功能、组成、种类及各自优缺点对比）数据采集器具备实时采集、自动存储、即时显示、即时反馈、自动处理、自动传输功能。

它具有微处理器，数据采集模块，读写存储器（RAM）、键盘、屏幕显示器、与计算机接口、A/D转换接口、D/A转换电路、V/I电路。

数据采集器可分为两种：2.1批处理数据采集器离线式工作，数据批量采集器后，通过USB线或串口数据线跟计算机进行通信。

数据采集器装有一个嵌入式操作系统（各个生产厂家独立研制开发，互不兼容），应用程序需要在操作系统上独立开发。

采集器带独立置存、显示屏及电源。

目前这种数据采集器已经用的很少，主要是缺乏数据处理能力，和移动工作的能力（只能通过USB和电脑有线连接）。

（2）工业数据采集器数据采集器通过无线网络（WIFI,GPRS或Bluetooth）时时连接到本地应用软件数据库，数据进行时时更新。

数据采集器装有一个WINCE、windows mobile或andrios操作系统，置无线通讯模块（WIFI,GPRS或Bluetooth）。

采集器带独立置存、显示屏及电源。

2.1设计重点脉冲式电表的数据采集器，适用围要广，效率要高，时间要久。

2.2 数据采集器总体结构规划虽然基于CAN线技术的实时运行控制在典型控制系统中已经实现，但是这些控制系统在国诸多领域的运用中，控制功能仍然由上位机完成，没有达到控制功能的彻底分散，如果上位机出现故障，整个控制系统将不能正常工作，系统运行的危险仍然集中在上位机。

没有完全发挥现场总线的优点。

为此，本文将液位控制功能下放给智能数据采集器，真正地做到危险分散化。

实现现代工业控制思想的核心“分散控制，集中监控”。

2.3数据采集器总体功能分析智能数据采集器中数据采集模块，主要完成模拟信号输入到数字信号的转换即将现场传感器(PT100热阻、压力变送器等)测得的信号转化为数字信号后送入单片机，在单片机中经过运算处理后，形成控制信号。

控制信号再经D/A转换器返送至调节阀，通过调节调节阀的开度实现控制。

数据采集器中的CAN通讯模块，主要完成CPU与CAN现场总线之间的数据传输。

即通过CAN通讯模块使不同的数据采集器之间相互通信，并将需要监控的信号送到CAN总线上，总线上其它智能数据采集器或根据事先设计好的验收码和屏蔽码，来判断是否接收该信息。

传送到的信息，可以通过监控软件进行显示、控制、记录。

同时CAN通讯模块还负责将接收的数据和控制参数传送给数据采集器。

即系统的控制参数由CAN通讯模块通过设定。

初始化与PID调节等功能由数据采集模块完成。

同时所有的状态信息在线的通过CAN通讯模块传送至上位机进行监控，并可以根据需要在线修改控制参数。

2.4设计方法数据采集器硬件设计该数据采集器为本安型设计并经防爆和性能测试，由无线通信电路、数字显示电路、自动复位电路、大容量存储电路、电源管理电路和时钟电路组成。

无线通信电路该电路采用FC-201SP 微功率无线数传模块，该模块具有无需申请频点、高抗干扰能力与低误码率、传输性能优良、低功耗、高可靠性，体积小，重量轻等特点。

该电路实现了与井下压力检测主机、地面通信接口之间的数据传输，并通过数据通信指示灯指示数据传输是否正在进行。

数字显示电路四位数码管显示采集器的工作状态，指示数据传输过程中是否有错误数据。

自动复位电路防止单片机死机或跑飞问题，提高数据采集器工作的可靠性和稳定性大容量存储电路该电路采用大容量存储器M25P16 实现数据存储，在该存储器中可存储2 天的压力数据。

M25P16 是一个16Mbit（2M×8）的串行Flash 存储器，有先进的写保护机制，通过高速SPI 兼容总线进行读取。

可以用页编程指令进行页写操作，一次可写1~256 字节。

M25P16 由32 个段组成，每段包括256 页，每页有256 字节。

这样，整个存储器可以被看成由8192 页或2097152 字节构成。

可以用片擦除指令擦除整个存储器，或者用段擦除指令进行段擦除，一次只擦除一段。

电源管理电路该数据采集器由锂电池供电，在使用过程中要不断检测电池的电量，以及时充电。

该电路实现了电量的检测与状态指示。

钟电路该电路采用时钟芯片PCF8563 来实现时钟功能，用于记录数据采集的时间信息。

PCF8563 是低功耗的CMOS 实时时钟日历芯片，它提供一个可编程时钟输出，一个中断输出和掉电检测器，所有的地址和数据通过 I2C 总线接口串行传递，最大总线速度为400Kbits/s，每次读写数据后，嵌的字地址寄存器会自动产生增量。

软件设计软件设计主要完成3个方面的工作：（1）按系统的功能要求编制相应的软件；（2）按器件的操作要求编制相应的软件；（3）计算机对数据处理的相应软件。

系统的软件要实现双机通讯，以发送命令、接收数据，操作读键。

根据按键的次数，完成不同的工作。

为了避免在无意间碰压按键，只设置一个按键，各种功能的完成是靠按压的次数和时间间隔以及指示灯的配合来完成。

比如当电池电压不足需要更换电池时，可以按住键不放5s，待指示灯亮放开，灯亮3次，灯灭时再按住不放，如此3次，程序部停止读数、存数等操作，处于等待状态，此时可以更换电池，更换完毕再按住3s，系统又重新开始工作，这样程序运行正常，保证读数、存数不会紊乱出错；对器件操作软件主要针对3个器件：实时时钟、闪存。

高性能、低功耗的贴片式时钟芯片是串行数据接口，程序通过单片机的I/O对该芯片进行操作。

初始化后先写入命令字，跟随在输入写命令字节的8个SCLK周期之后，在下8个SCLK周期的上升沿开始输入数据，数据从“0”位开始输入，这时即可把修改的时间参数写入。

读取时钟的数据也是先写命令字，而后跟随在输入读命令字的8个SCLK周期之后，在下8个SCLK周期的下降沿输出数据字节。

如果使/RST保持在高电平，输入有额外SCLK周期，则可连续发送数据字节，实现连续多字节读出的功能，其数据也是从“0”位开始输出。

时、分时数据读出后，即按顺序存入闪速存储器中，因为时、分都是2位数，所以占用2个存单元，地址计数器加2。

温度传感器的数据输出线只有(根，所以，也是串行接口式的数据输出。

程序先要对其进行初始化，然后读取温度数据，先读低)位，后读高)位，读出的数据稍微处理即可存入闪存，排在时、分数据的后面。

对闪速存储器的操作，主要是擦除、写、读3种方式。

每种方式操作之前都要写入相关的命令字。

对存储器空间的查询，是在闪存的片外完成，通过单片机的计数单元进行计数，每存入一次数据进行一次计数查询，计满为止。

数据处理的软件是在计算机完成的。

当各种数据传送给计算机时，先把数据存放在数据库中作为原始数据，然后根据需要进行相应的处理。

一般常用的就是时间、温度的显示，按时间查阅、列表、最大值、最小值等等。

在我们进行对比的实验中，还兼有统计方面的程序。

2.5 微处理器的选择及其电路设计在数据采集器中，微处理器是核心，因此，在硬件设计时首先要考虑的是微处理器的选择，然后再确定与之配套的外围设备电路。

2.6 单片机芯片的选择单片机的出现，引起了仪器仪表结构的根本性变革。

以单片机为主体取代传统仪器仪表的常规电子线路，可以容易地将计算机技术与测量控制技术结合在一起组成新一代的“智能仪器”。

在测量控制仪表中采用单片机技术使之成为智能仪器后，能解决许多传统仪表不能或不易解决的难题，同时还能简化仪表电路，提高仪表可靠性，降低仪表成本以及加快新产品的开发速度。

本文研究的数据采集器采用单片机作为微处理器微处理器原则上只要能够满足实时控制调节需要的处理器都可以使用，但考虑到硬件设计的兼容性和成本，可采用80C51系列或兼容的51单片机。

从工厂实际生产的角度来说，最好使用嵌CAN控制器的单片机，可以减少使用成本和占用设备空间的开销但从设计的角度来说，这样设计的系统灵活性欠佳，协议无法有效的扩展和改进。

所以本文最终选择使用美国ATMEL公司的AT89C52单片机，片具有8KB 的可在线编程的Flash存储器，方便调试和系统升级。

2.7微处理器电路设计本文选用的AT89C52单片机是低功耗，高性能，采用CMOS工艺的8位单片机。

它与S-51产品完全兼容；片存储器包含8KB的Flash存储器，可在线编程，擦写次数不少于1000次；具有256字节的片RAM；工作电源电压为4.0～5.5V；全静态时钟为0～24MHz；具有可编程的32根I/O口线；中断系统具有8个中断源；具有可编程串口通信信道；2种低功耗节电工作方式,即空闲模式和掉电模式。