C51单片微机的应用系统实例06112lixinqu

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1、普通高等教育“十一五”国家级规划教材单片微型计算机原理与接口技术（第二版）高锋编著科学出版社北京第九章单片微机应用系统实例单片微机的应用领城非常广泛，●家电行业：应用量最大●工业控制系统●数据采集系统●智能仪器仪表以水表、电能表数据采集系统和无总线单片微机应用系统为例，综合性地介绍单片微机应用系统的构成及设计。9．1数据采集系统数据采集系统设计的主要内容通常包含硬件(连同单片微机在内的全部电子线路)、软件(包括监控管理程序及各功能模块应用软件)及结构工艺等三大部分。对象提供的数据形式“五花八门”，

2、●模拟量，则要通过A/D转换器得到数据；●脉冲量，则需通过I/O引脚对其计数后再通过计算得到数据。●流量、功率等参数，则往往需通过传感器或专用模块输出脉冲或数据。系统包括脉冲式水表、水表数据采集器、掌上电脑、水表数据集中器、远程抄表终端、后台计算机管理软件等。水表数据采集器采集居民楼单元内居民的用水量。具有采集24户居民水表数据的能力。水表表计是对水的流量进行计量。表计中指针轴随着水流而转动，其各个指针轴转一圈分别代表用水量为0.01度、0.1度、1度等等。在相应指计轴处安装一个霍尔元件(或干簧管

3、)，就可实现指针轴转一圈输出一个脉冲，单片微机通过对脉冲个数的记录，就可以计算出实际用水量。水表数据采集器可以同时记录24户或32户居民水表的脉冲数，进而记录各用户的用水量，通过通信接口把水表数据上传至管理部门。9.1.1水表数据采集系统居民水表数据采集系统分为居民楼单元级、小区管理级及自来水公司等三级，其结构示意如图图9–1所示。在每一个单元按装水表数据采集器，用于采集该单元内用户水表的数据。图9–2水表数据采集器原理框图中包含了单片微机和各功能部件。采用RS485总线方式实现小区内水表数据采集

4、器的网络通信。在水表数据采集器内部同时还配置了RS-232接口，可实现与掌上机的通信，以便进行现场参数设置和水表数据抄录。水表数据采集器主程序流程框图示于图9-3。在小区物业管理部门安装计算机终端或水表数据集中器，用于对小区内所有居民水表计量数据进行统计，打印，以便进行水费的收缴管理。可进一步通过公用电话网或无线短消息平台向自来水公司发送用户用水数据信息。水表数据集中器的存储器扩展原理见图9–4所示。单片微机采用台湾华帮公司的78E58单片微机，其内部包含32KFlash存储器，与80C52兼容，

5、但增加了一个特别的可位寻址的4位I/O口(端口4)和两个外部中断。因数据量比较大，故扩展了128KB的数据存储器628128。由于628128具有17根地址线，除了采用78E58的16根地址线A0～A15与628128相连，另外应用P1口的一根I/O口线P1.0与628128的A16相连，作为“体选”信号，当P1.0=0时，寻址628128中的64K数据存储器，当P1.0=1时，寻址628128的另一半64KB数据存储器。水表数据集中器与掌上电脑或PC机通信和扩展RS-485总线的原理图示于图9–

6、5。MAX232实现CMOS(TTL)逻辑与RS-232逻辑转换，是PC机与单片微机通信接口芯片，一般与单片微机串行口的发送/接收端相连。AD485芯片则用于实现RS485总线联网，由于78E58内部只有一个串行口，所以采用78E58的P1.1和P1.3来虚拟485串行通信，用P1.2来控制RS485数据传输方向。该系统考虑使用环境，应进行低功耗设计。本系统分为三级结构，见图9-6。(1)采集终端：对多达20户居民电能表的用电量进行采集，实现单元集抄系统功能；(2)台区集中器：通过电力线载波方式，

7、将多达2000户居民用户电能表数据集中传送到小区配电房的集中器上实现台区集抄系统功能;(3)局端工作站：通过掌上机或电话通讯终端或GSM网把电能表数据上传到电力局的上端计算机，实现集抄系统功能。9.1.2.电能表数据采集系统经过改装后的脉冲电能表或全电子电能表把用户的用电量转化为电脉冲送入采集终端，采集终端将通过计数和计算后得出的数据经由局域网信道送到集中器，集中器再通过城域网信道将数据送至供电管理中心。电能表数据采集终端由单片微机、脉冲信号采集处理电路、低压电力载波通讯电路等部分构成。用户表选用

8、全电子式单相电能表或带脉冲输出的感应式电能表，各用户表的脉冲信号输出经过电路整形，再送入单片微机进行实时处理，显示各用户电能表的上月电量，和本月当前抄见电量等数据。一个数据采集终端最多可以采集处理22个用户电能表的脉冲信号。电能表数据采集终端通过RS-485总线收发器(如MAX485)与集中器进行半双工异步串行数据通信。由于采集终端要处理和保存大量的数据，仅仅依靠CPU内部的RAM是不够的，所以需要外加存储器。为了简化设计，提高系统的可靠性，而且考虑需要有在掉电时也不丢失数据的能力