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多路数据采集系统设计途径

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摘要:近年来我国的科学技术不断发展,电气的智能化水平不断提高。多路数据采集系统的智能化设计得到业界的关注,如何通过完善多路数据采集系统设计的方式使其能准确的对数据进行检测以及可以迅速、精准的输入和输出,成为构建智能化电气行业的基础。该文研究从系统硬件电路设计和软件设计两个方面提出了多路数据采集系统的设计思路,旨在为后续设计出更加高效、科学的系统提供可借鉴的设计思路。

关键词:多路数据;采集系统;单片机

多路数据采集系统的构建主要借助于单片机进行数据的收集和传输,整个设计包括数据显示、报警、数据测量和系统的控制四大部分,可以说现阶段智能化的多路数据采集系统更是成为了电气生产中不可缺失的一项综合技术设备,与传统的数据采集系统相比其数据的准确率更高、数据的采集更快,且所出现的故障更少,因此备受现阶段设电气行业的追捧。随着我国多路数据采集系统在行业中应用的范围越来越大,对其设计的整体要求也就有增无减,所以相关的设计人员需要不断的完善自身的专业知识,在多路数据采集系统的实际工作中找寻到其中存在的问题,通过完善设计的方式加以纠正,使其更加适应于现阶段的行业应用中,满足于市场的需要。

1系统硬件电路设计

整个多路数据采集系统的硬件设备可以分为以下几部分:1)以ATmega8单片机为基础构建的控制电路;2)LCD12864显示电路;3)以MAX487为基础构建的485通信电路;4)以AT24C64为基础构建的数据存储电路和键盘电路;5)A/D转换电路。这五部分共同构建成了多路数据采集系统的硬件电路,其具体的设计如图1。由图中电路图显示可知ATmega16单片机是多路数据采集系统中的核心,其主要负责整个多路数据采集系统的控制,因此其本质上是一个八位的微处理器,且具有性能较高、功耗较低的特点,其结构是最为先进的RISC结构;因此整体的运算时间大大缩小了,且可以做到读写同步。ATmega16但骗子自身的驱动能力很高,在工作室5V时其I/O口的输出电压可达5V,每一个I/O口的输出电流也可以达到40mA。由于整个系统的主要作用就是采集数据,所以一般需要ADC芯片的参与。但是当我们在多路数据采集系统设计中加入ATmega16单片机之后,由于其本身就具有8路10位A/D,所以就不需要用单独的芯片参与了,不仅节约了成本,还提高了速度。变送器和传感器主要以电流信号为主要方式在输出回路中强度在4~20mA之间随后变成1~5V的电压信号输送到单片机AD中,在转变的过程中需要电阻的参与,所以在设计上需要在回路上增加一个250欧的电阻以弯沉该工作。AT⁃mega16自身携带ADC,因此只要和8通道的模拟多路复用器连接在一起就可以对端口A的所输入的电压数据进行采样收集。

一端的电压输入是以0V(GND)为基准。ADC由AVCC引脚单独的提供电源,AVCC和与VCC之间产生的偏差不得大于±0.3V。为了更好的减少噪音可以在在AREF引脚上加一个电容进行解耦。现场显示的实现主要是借助于LCD12864完成的,具体来讲是4位和8位相并行的一种接口方式,且2线和3线的串行也具有多种形式,同时液晶显示器模块是点阵图形且具有国标简体中文字库,显示为中文文字方便信息读取。其显示的为128×64的分辨率,其中包含8000多个16平方点的汉字以及128个16乘以8点ASCII字符集。这一显示电路的接口方式更为的简单,在其发布指令的过程中需要的指令和操作简洁明了,所以可以实现人机之间的直接中文的交流,更加方便与理解其显示的含义所在,对于专业程度技术不高的人员来说中文显示器的使用提高了工作效率。在设置多路数据采集系统的时候考虑到实用性其单片机的PD口连接LCD12864的数据线,PC3到7口连接控制的总线,其可变电阻的RV1可以对显示屏的亮度进行一定的调节。

单片机的PB5到B7连接键盘电路,从而可以确保所输入信息的准确性,同时引脚逐一接到1K的上拉电阻上,在其程序上的设置上设定为沿触发。多数据线路现场采集的信号的储存是借助AT24C64来实现的,其由64K位串行的CMOSE2PROM构成的,且内部具有8k的8位字节,数据传送的控制由两部分构成,即产生串行的时钟以及所有起始停止的信号相对应的主器件来实现的。主器件或者从器件都能作为接收器或者是发送器等等,但是因为主器件自身功能在于控制数据的传输,是通过A0、A1和A2等构件的共有八种情况,换句话说就是要借助器件的地址输入端与多个AT24C64器件构件连接在总线上而实现的,所以需要对于选择器件上进行合理的配置考虑。在这一设计过程中仅仅运用了一个AT24C64,所以A0、A1和A2的连接还要接地。为了保证对现场现场数据的准确信号的传输并确保主机中的数据的准确读取,本次设计多路数据采集系统的时候选择了RS485总线,这种总线自身就具有平衡发送和差分接收的特点,所以其抗干扰的能力更强,对于波特率下且距离过长的传输具有一定的优势。

2软件设计

在对于多路数据采集系统设计的思路中,整个系统控制都需要由ATmega16单片机来完成,在软件设计的单片机中选择ATmega16第一要完成实现初始化的设置,特别是对于引脚寄存器、LCD12864等进行的初始化操作。第二是依照相应的顺序通过PA口对所有数据电路上的模拟电压进行读取,并把它转换成相应的数字量,使其可以在LCD12864上进行中文和数值的显示,且通过AT24C64将所得到的数据存储起来,这些数据在通过485总线将数据信号传输到主机中去。本文中所选择的ATmega16单片机的AD转换以及MAX487之间的通信传递,其他的模块不多赘述。ADC在对输入的模拟电压进行转变的时候是借助逐次逼近的手段使其转换成一个10位的数字量。其中最小值用字母GND表示,最大值用字母AREF表示。借助设置AD-CSRA寄存器的形式可以实现ADC的启动。向ADC启动转换位ADSC位写"1”运用这种方式可以进行单次的启动转换。对ADCS⁃RB寄存器的设置中要注意ADC的触发选择位于ADTS上因此可以依照其选择相应的触发源。在软件系统的设置中所选择的触发信号产生一定的上跳沿的时候ADC预分频器复位且可以进行一定的转换,当转换结束了之后触发信号依旧还仍然,但是还不能自动的启动下一次转换。图2AD转换时序图MAX487有2个控制端RE和DE,1个TTL(CMOS)数据接收RO端和1个TTL(CMOS)数据发送端DI,以及1对RS485差分信号端A和B。当TXD为高电平时,经74HC04反向为低电平,使得RE=0且DE=0,接收器R打开,驱动器D关闭,此时MAX487处于数据接收允许状态;当TXD为低电平时,经74HC04反向后,DE/RE为高电平,使接收器R关闭,驱动器D打开,此时MAX487处于数据发送允许状态。

3结论

综上所述,设计多路数据收集系统其本身需要保证收集数据准确,所以在设计过程中不仅需要确保各组织之间的接线准确,还需要根据多线路局收集系统的应用范围选择合适的硬件设施,并进行合理的软件系统的设置,使其具有优越的性能才能广泛的运用到生产生活中去,本文的研究主要对硬件设计和软件设计两个方面进行了论述,为多路数据采集系统的完善提供相应的理论基础。

参考文献:

[1]张理京.基于96通道智能多路数据采集系统的软硬件设计与实现[J].西安:西安电子科技大学,2014.

[2]林颖,罗金炎,刘骄,陈忠,等.智能多路数据基于RS485总线的PC机与多单片机系统的串行通信[J].机械与电子,2016(1).

[3]郝迎吉,杨华平,文微.基于智能多路数据变送器功能的高精度数据采集系统[J].仪表技术与传感器,2007(2).

作者:甘旭阳 单位:九江市人力资源和社会保障局

多路数据采集系统设计途径责任编辑:张雨    阅读:人次