3.3基于STC89C52单片机的多路数据采集控制系统设计

本文档由云轩亭论文网整理提供！基于STC89C52单片机的多路数据采集控制系统设计1引言数据采集是指将温度、压力、流量、位移等模拟量采集、转换成数字量后，再由计算机进行存储、处理、显示的过程。在生产过程中，可对生产现场的工艺参数进行采集、监视和记录，为提高产品的质量、降低成本提供信息和手段。本文设计了一套多路数据采集系统，实施采集多现场的温度参数，系统通过RS485总线将采集到的现场温度数据传输至上位机，上位机对采集到的数据进行显示、存储，从而达到现场监测与控制的目的。2系统总体方案设计数据采集系统一般包括模拟信号的采集、模数转换、传输、处理和显示。数据收集的基本手段是模数转换，它是将来自各式各样传感器的模拟量实时地、准确地测量或汇集起来，送入计算机实时处理，并输出相应的控制信号以实现对物理系统的控制或记录。本系统不仅要满足一定精度的温度测量的基本功能，而且需要同时测量多路数据，同时考虑系统的最低成本，因此还存在多路信号的切换问题，同时系统还具有显示当前各路的测量温度值的功能以及预留通信的软硬件接口功能。本系统主要完成的功能是：同时检测多个工作现场的温度参数并将采集到的工作现场的温度参数数据传输至主控制室上位机，主控制室内的上位机对采集到的数据进行计算分析，显示不同现场的温度并进行存储。整个系统设计方案如图1所示。本文档由云轩亭论文网整理提供！图1多路数据采集与控制系统设计方案3系统硬件电路设计单片机是整个电路中最核心的元件，本文采用的是STC89C52单片机。STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，其与工业80C51产品指令和引脚完全兼容。目前，国际上的温度传感器正从模拟式向数字式、由集成化向智能化的方向飞速发展。DS18B20是由美国DALLAS公司提供的一种一线总线系统的数字温度传感器[1]，其采用一线总线(I-WireBus)技术，采用一单根信号线，既传输时钟，又传输数据，而且数据传输是双向的，其具有线路简单，减少硬件开销，成本低廉，便于总线的扩展和维护等优点。图2为DS18B20与STC89C52单片机的连线图，在图中DS18B20芯片中DQ为数字信号输入/输出端；GND为电源地；VDD为外接供电电源输入端（在寄生电源接线方式时接地）。图2DS18B20与AT89S52单片机的连线RS485总线是工业应用中非常成熟的技术，是现代通讯技术的工业标准之一，RS485总线用于多站互连十分方便，用一对双绞线即可实现，由于采用平衡发送和差分接收，即在发送端，驱动器将TTL电平信号转换成差分信号输出；被探测对象传感器上位机单片机控制系统被探测对象传感器单片机控制系统主控制室现场1现场n…………RS485总线RS485总线本文档由云轩亭论文网整理提供！在接收端，接收器将差分信号变成TTL电平，因此具有抗共模干扰的能力。使用RS485总线组网，只需一对双绞线就可实现多系统联网构成分布式系统。基于RS485总线以上种种优点，所以本文所设计的多路数据采集控制系统选用RS485总线进行现场单片机与主控制室上位机之间的数据传输。图3RS485现场总线硬件电路设计图3为RS485现场总线硬件电路设计图。下位机通过485接口芯片MAX485与RS485总线相连，计量室PC机经RS232/RS485电平转换后与RS485总线相连。本系统采用RS485总线微机与单片机的主从式串行异步半双工通讯的方法，下位机作为控制系统，分别控制一套现场数据采集系统。PC机的串行接口为RS232接口，RS485总线标准采用平衡发送和差分接收，具有抗干扰能力强、灵敏度高、数据传输距离远等优点，所以本系统选用RS485总线进行数据传输。(即用3.8V～5V表示“1”,0V～0.3V表示“0”)，故在数据传输时需要先进行RS232/RS485电平转换，本系统选用MXA232芯片实现上位机端RS232电平与TTL电平的转化，然后通过MAX485芯片将TTL电平转换为RS485标准电平。在下位机端MAX485将RS485标准电平转换为TTL电平接入处理器的异步串行通信口(UART)，实现RS485网络的半双工通信[2]。4系统软件电路设计多路数据采集控制系统上位机采用VisualBasic6.0设计开发。VisualBasic6.0是一种可视化的、面向对象和采用事件驱动方式的结构化高级程序设计语言,本文档由云轩亭论文网整理提供！用于开发基于Windows环境下的各种应用程序。上位机实现采集到的现场温度的显示、保存等操作，软件框图如图4所示。图4RS485局域网络软件系统设计图5为上位机工作界面，主要实现采集到的每个工作现场温度的显示、存储以及报警（根据设置的阀值）。在上位机中，“设置”主要进行每个工作现场温度阀值的设定（本系统设置的温度阀值为18-22摄氏度，若采集的温度超出设定范围则显示温度过高-红灯，若采集到的温度低于设定的阀值则显示温度过低-蓝灯，若温度在设定的范围内则显示正常-绿灯），“开始”按键实现数据采集过程的开始；“保存”按键实现温度数据的存储；“结束”按键结束整个程序。图5上位机数据采集界面建立在下位机基础上的上位机软件，是对整个测量系统的进一步完善，使下位机的功能得到进一步地发挥。上下位机的通信采用主从方式[3]，上位机与下位机之间进行轮询通信，各下位机之间不能通信。每个下位机都有自己的地址码，上位机向下位机发送1个带有下位机地址的命令，所有下位机判断是否呼叫自己，只有被呼叫的下位机才工作，从而实现了上下位机之间的独立通信。主机发送的信息有两类：一类是地址，一类是数据。单片机程序主要是设置初始化程序补偿加工系统上位机软件系统设计参数设置数据存储数据显示数据传输本文档由云轩亭论文网整理提供！状态字、判断是否本机地址、接收主机传输的数据、发送接收完毕状态字给主机，程序设计采用中断方式[4]，初始化时SM2=1。主机发送信息时，每台从机响应并进人中断服务程序，先进行地址比较，经比较后地址不等的从机退出各自的中断服务程序。只有地址相等的从机是被主机寻址的从机，设置SM2=0，此从机接着接收随之而来的数据或命令。5结束语本论文所设计实现的多路数据采集控制系统，采取了软件与硬件相结合的方法，选用STC89C52单片机，实现了对多路温度的采集，采集的数据通过RS485现场总线将数据上传至主控制室计算机，上位机软件采用功能强大的界面开发工具VB6.0编写，实现了对现场温度的显示。整个系统功耗低、可靠性高，具有很好的实用价值和推广价值。参考文献