基于mcs51单片机的现场数据采集器模块设计
本文采用MCS51 单片机为控制器,给出了控制采集端口的组合方式及工作参数可以根据现场传感器件的要求来定制现场 数据采集模块的总体方案设计。并对实例模块各组成部分电路设计,指令系统设计等环节进行了详细阐述。应用该方案开发的多个实例模块在某山药加工生产线监控系统的实际应用中, 性能稳定,满足了现场采集控制的要求。
1 采集模块总体方案设计
1. 1 采集模块在现场总线中的工作机理
采用主从工作方式的控制网络中,上位机上运行的组态软件负责整个系统的控制逻辑。根据组态软件控制逻辑的要求, 在一定周期内,对每一个采集模块及其端口进行轮询访问[3 ] ,将端口状态采集传输到上位机。同时将模块端口执行指令下传总线。采集模块根据下传指令将指令处理结果上传上位机[1 ] 。在主从工作方式中,现场数据采集模块也可具有自己的运行控制逻辑单元(如PLC) ,实现部分控制逻辑。另一种现场数据采集 模块内部不具有控制逻辑运行存储单元,它完全依赖于上位机的控制逻辑。上位机向总线上发送指令采用广播形式,接在总线上的所有现场采集控制模块都能接收到上位机的指令。数据采集器模块根据指令所包含的地址信息判断指令是否对其本身进行操作。地址匹配,采集模块对指令进行释意并做出指令要求的动作,将执行结果上传上位机。如果地址不匹配, 则不执行操作[2 ] 。
在车辆性能测试中广泛采用五轮仪. 试验中 PP40 打印机直接将五轮仪采集的数据打印出来,试验完毕根据打印机纪录的数据撰写试验报告. 这样的试验过程与数据分析存在着如下弊端:1) 在试验中,一旦PP40 打印机出了问题就必须终止试验12) 直接由PP40 打印机打印出来的数据不能作为试验报告,必须将打印数据人工输入计算机之后再由计算机形成统一的试验报告.此外,若想对采集到的数据进一步分析处理也存在着不便1 因而迫切需要一种体积小,功耗低,自带存储器并能够与计算机通讯的智能化数据采集器,以便将数据直接送入计算机中,并且即使在掉电的情况下数据仍旧由数据采集器器中的E2PROM 保存. 为此,作者设制了五轮仪 数据采集器.
1 工作原理
采集器中选用了89C51 单片机, 使用了带有 I2C 接口的32 K 字节E2PROM ,采用了I2C 虚拟总线技术,此外还扩展了RS2232 接口
21111 虚拟I2C 总线技术
I2C 总线是PHIL IPS 公司推出的串行扩展总线,为二线制,总线上扩展的外围器件及外围接口通过总线寻址1I2C 器件无须片选信号,是否选中是由主器件发出的I2C 从地址决定的,而I2C 器件的地址是由软件给定的1I2C 总线由数据线SDA 和时钟线SCL 构成. 所有挂接在I2C 总线上的器件和接口都应具有I2C 总线接口,,而且所有的SDA/ SCL 同名端相连,SDA/ SCL 即可实现完善的全双工同步数据传送. 所谓的虚拟I2C 总线是指在单主系统中(即总线上只有一个MCU数据采集器 ,其余都是带有I2C 总线接口的外围器件) 借用MCU 的2 根通用I/ O 口线来虚拟 I2 C总线接口,而用软件来实现I2C协议的一种总线虚拟方式. 在单主系统中,单片机节点不会成为从节点,故虚拟I2C 总线只有在主方式下的主发送和主接收两种操作方式.
21211 PP40 打印机的工作原理与过程
由于采集器采集的数据是由五轮仪发给PP40 打印机收的,因此要单片机模仿PP40 打印机接收数据并将数据放在E2PROM 中, 需要首先研究 PP40 打印机的工作原理与过程.
311 单片机程序
由于采集器需要完成数据采集和通讯两个功能,因此软件部分分为两个模块:采集模块,通讯模块. 各模块的功能如下: 采集模块 接收五轮仪的选通信号产生中断, 由P1 口读入五轮仪采集的数字信号,并将数据存储在E2PROM 中通讯模块 当单片机收到PC 机发出的信号后,将E2PROM 中的数据读入,再通过RS232 传输给PC 机
5 结 论
该数据采集器使测试数据得到及时存储与进一步处理,避免了车辆在野外试验时原有五轮仪采集数据的不便,弥补了不能对数据进行进一部分析的缺陷,实现了距离、速度、加速度、油耗等汽车性能实验装备的小型化、便携化、智能化1 因而具有较好的应用价值.
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