3.3基于STC89C52單片機(jī)的多路數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)new

1、本文檔由云軒亭論文網(wǎng)整理提供 ！基于STC89C52單片機(jī)的多路數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)1 引言數(shù)據(jù)采集是指將溫度、壓力、流量、位移等模擬量采集、轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，再由計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理、顯示的過(guò)程。在生產(chǎn)過(guò)程中，可對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的工藝參數(shù)進(jìn)行采集、監(jiān)視和記錄，為提高產(chǎn)品的質(zhì)量、降低成本提供信息和手段。本文設(shè)計(jì)了一套多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，實(shí)施采集多現(xiàn)場(chǎng)的溫度參數(shù)，系統(tǒng)通過(guò)RS485總線(xiàn)將采集到的現(xiàn)場(chǎng)溫度數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)，上位機(jī)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、存儲(chǔ)，從而達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與控制的目的。2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般包括模擬信號(hào)的采集、模數(shù)轉(zhuǎn)換、傳輸、處理和顯示。數(shù)據(jù)收集

2、的基本手段是模數(shù)轉(zhuǎn)換，它是將來(lái)自各式各樣傳感器的模擬量實(shí)時(shí)地、準(zhǔn)確地測(cè)量或匯集起來(lái)，送入計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)處理，并輸出相應(yīng)的控制信號(hào)以實(shí)現(xiàn)對(duì)物理系統(tǒng)的控制或記錄。本系統(tǒng)不僅要滿(mǎn)足一定精度的溫度測(cè)量的基本功能，而且需要同時(shí)測(cè)量多路數(shù)據(jù)，同時(shí)考慮系統(tǒng)的最低成本，因此還存在多路信號(hào)的切換問(wèn)題，同時(shí)系統(tǒng)還具有顯示當(dāng)前各路的測(cè)量溫度值的功能以及預(yù)留通信的軟硬件接口功能。本系統(tǒng)主要完成的功能是：同時(shí)檢測(cè)多個(gè)工作現(xiàn)場(chǎng)的溫度參數(shù)并將采集到的工作現(xiàn)場(chǎng)的溫度參數(shù)數(shù)據(jù)傳輸至主控制室上位機(jī)，主控制室內(nèi)的上位機(jī)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，顯示不同現(xiàn)場(chǎng)的溫度并進(jìn)行存儲(chǔ)。整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案如圖1所示。被探測(cè)對(duì)象傳感器上位機(jī)單片機(jī)控制

3、系統(tǒng)被探測(cè)對(duì)象傳感器單片機(jī)控制系統(tǒng)主控制室現(xiàn)場(chǎng)1現(xiàn)場(chǎng)nRS485總線(xiàn)RS485總線(xiàn)圖 1 多路數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案3 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)單片機(jī)是整個(gè)電路中最核心的元件，本文采用的是STC89C52單片機(jī)。STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，其與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。目前，國(guó)際上的溫度傳感器正從模擬式向數(shù)字式、由集成化向智能化的方向飛速發(fā)展。DS18B20是由美國(guó)DALLAS公司提供的一種一線(xiàn)總線(xiàn)系統(tǒng)的數(shù)字溫度傳感器1，其采用一線(xiàn)總線(xiàn)(I-Wire Bus)技術(shù)，采用一單根信號(hào)線(xiàn)，既傳輸時(shí)鐘，又傳輸數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)傳輸是雙向的，其具有線(xiàn)路簡(jiǎn)單，減少硬件開(kāi)銷(xiāo)

4、，成本低廉，便于總線(xiàn)的擴(kuò)展和維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。圖2為DS18B20與STC89C52單片機(jī)的連線(xiàn)圖，在圖中DS18B20芯片中 DQ為數(shù)字信號(hào)輸入/輸出端； GND為電源地； VDD為外接供電電源輸入端（在寄生電源接線(xiàn)方式時(shí)接地）。圖2 DS18B20與AT89S52單片機(jī)的連線(xiàn)RS485總線(xiàn)是工業(yè)應(yīng)用中非常成熟的技術(shù)，是現(xiàn)代通訊技術(shù)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之一， RS485總線(xiàn)用于多站互連十分方便，用一對(duì)雙絞線(xiàn)即可實(shí)現(xiàn)，由于采用平衡發(fā)送和差分接收，即在發(fā)送端，驅(qū)動(dòng)器將TTL電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成差分信號(hào)輸出；在接收端，接收器將差分信號(hào)變成TTL電平，因此具有抗共模干擾的能力。使用RS485總線(xiàn)組網(wǎng)，只需一對(duì)雙絞線(xiàn)就可實(shí)

5、現(xiàn)多系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng)?；赗S485總線(xiàn)以上種種優(yōu)點(diǎn)，所以本文所設(shè)計(jì)的多路數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)選用RS485總線(xiàn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)單片機(jī)與主控制室上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸。圖3 RS485現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)硬件電路設(shè)計(jì)圖3為RS485現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)硬件電路設(shè)計(jì)圖。下位機(jī)通過(guò)485接口芯片MAX485與RS485總線(xiàn)相連，計(jì)量室PC機(jī)經(jīng)RS232/RS485電平轉(zhuǎn)換后與RS485總線(xiàn)相連。本系統(tǒng)采用RS485總線(xiàn)微機(jī)與單片機(jī)的主從式串行異步半雙工通訊的方法，下位機(jī)作為控制系統(tǒng)，分別控制一套現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。PC機(jī)的串行接口為RS232接口，RS485總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)采用平衡發(fā)送和差分接收，具有抗干擾能力強(qiáng)、靈敏度高、數(shù)據(jù)傳輸距離遠(yuǎn)

6、等優(yōu)點(diǎn)，所以本系統(tǒng)選用RS485總線(xiàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。 (即用3.8V5V表示“1” , 0V0. 3V表示“0”)，故在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)需要先進(jìn)行RS232/RS485電平轉(zhuǎn)換，本系統(tǒng)選用MXA232芯片實(shí)現(xiàn)上位機(jī)端RS232電平與TTL電平的轉(zhuǎn)化，然后通過(guò)MAX485芯片將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS485標(biāo)準(zhǔn)電平。在下位機(jī)端MAX485將RS485標(biāo)準(zhǔn)電平轉(zhuǎn)換為T(mén)TL電平接入處理器的異步串行通信口(UART)，實(shí)現(xiàn)RS485網(wǎng)絡(luò)的半雙工通信2。4 系統(tǒng)軟件電路設(shè)計(jì)多路數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)上位機(jī)采用Visual Basic 6.0設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。Visual Basic 6.0是一種可視化的、面向?qū)ο蠛筒捎檬录?qū)動(dòng)方

7、式的結(jié)構(gòu)化高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言,用于開(kāi)發(fā)基于Windows環(huán)境下的各種應(yīng)用程序。上位機(jī)實(shí)現(xiàn)采集到的現(xiàn)場(chǎng)溫度的顯示、保存等操作，軟件框圖如圖4所示。補(bǔ)償加工系統(tǒng)上位機(jī)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)顯示數(shù)據(jù)傳輸圖4 RS485局域網(wǎng)絡(luò)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖5為上位機(jī)工作界面，主要實(shí)現(xiàn)采集到的每個(gè)工作現(xiàn)場(chǎng)溫度的顯示、存儲(chǔ)以及報(bào)警（根據(jù)設(shè)置的閥值）。在上位機(jī)中，“設(shè)置”主要進(jìn)行每個(gè)工作現(xiàn)場(chǎng)溫度閥值的設(shè)定（本系統(tǒng)設(shè)置的溫度閥值為18-22攝氏度，若采集的溫度超出設(shè)定范圍則顯示溫度過(guò)高-紅燈，若采集到的溫度低于設(shè)定的閥值則顯示溫度過(guò)低-藍(lán)燈，若溫度在設(shè)定的范圍內(nèi)則顯示正常-綠燈），“開(kāi)始”按鍵實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集過(guò)程的開(kāi)始

8、；“保存”按鍵實(shí)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)；“結(jié)束”按鍵結(jié)束整個(gè)程序。圖5 上位機(jī)數(shù)據(jù)采集界面建立在下位機(jī)基礎(chǔ)上的上位機(jī)軟件，是對(duì)整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的進(jìn)一步完善，使下位機(jī)的功能得到進(jìn)一步地發(fā)揮。上下位機(jī)的通信采用主從方式3，上位機(jī)與下位機(jī)之間進(jìn)行輪詢(xún)通信，各下位機(jī)之間不能通信。每個(gè)下位機(jī)都有自己的地址碼，上位機(jī)向下位機(jī)發(fā)送1個(gè)帶有下位機(jī)地址的命令，所有下位機(jī)判斷是否呼叫自己，只有被呼叫的下位機(jī)才工作，從而實(shí)現(xiàn)了上下位機(jī)之間的獨(dú)立通信。主機(jī)發(fā)送的信息有兩類(lèi)：一類(lèi)是地址，一類(lèi)是數(shù)據(jù)。單片機(jī)程序主要是設(shè)置初始化程序狀態(tài)字、判斷是否本機(jī)地址、接收主機(jī)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)、發(fā)送接收完畢狀態(tài)字給主機(jī)，程序設(shè)計(jì)采用中斷方式4，初始化時(shí)SM2=1。主機(jī)發(fā)送信息時(shí)，每臺(tái)從機(jī)響應(yīng)并進(jìn)人中斷服務(wù)程序，先進(jìn)行地址比較，經(jīng)比較后地址不等的從機(jī)退出各自的中斷服務(wù)程序。只有地址相等的從機(jī)是被主機(jī)尋址的從機(jī)，設(shè)置SM2=0，此從機(jī)接著接收隨之而來(lái)的數(shù)據(jù)或命令。5 結(jié)束語(yǔ)本論文所設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的多路數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)，采取了軟件與硬件相