单片机在机务设备数据采集上的应用

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1、第一章绪论1.1研究设计的目的和意义随着计算机技术、网络技术、通信技术等在工业自动化系统中的广泛应用，工业自动化系统和仪表也逐步向数字化、网络化方向发展，即不仅各类控制设备是数字化的，而且测控信号也由模拟化向数字化方向发展，并通过网络将分散的控制装置和各类智能仪表连接起来，实现集中监控和管理。数据采集与处理的新技术、新方法，直接或间接地引发其革新和变化，实时监控(远程监控)与仿真技术(包括传感器、数据采集、微机芯片数据、现场总线处理、流程控制、曲线与动画显示、自动故障诊断与报表输出等)把数据采集与处理技

2、术提高到一个崭新的水平。利用机务段各种现有设备，通过加装数据采集接口、文本图样显示器和网络通讯接口，改造传统设备，实现机务设备检修和实验设备的数字化，为机务设备检修过程的计算机管理提供手段。该系统对于实现机务段的科学管理、保证检修质量、降低检修成本都起到了关键的作用!1.2系统的设计概要本次设计的主要任务是为了实现机务设备检修数据采集。设备数据采集部分要求采集的数据分三类：1.开关量的检测；2.脉冲量的检测；3.模拟量的检测。1.2.1开关量的检测开关量采集包括事件顺序记录（SOE）型开关量和普通型开关

3、量两种。SOE型开关量信号指事故信号、断路器分合及重要继电保护的动作信号。监控系统采用中断方式迅速响应这些信号并进行记录优先传递。普通型开关量信号是指除SOE型开关量信号以外的那部分开关量信号，包括各类故障信号、隔离开关的位置信号、设备运行状态信号、手动自动方式选择的位置信号等。监控系统对这些信号的采集为扫查方式。第24页，共24页对开关量信号的处理包括光电隔离、硬件及软件滤波、基准时间补偿、数据有效性合理性判断、启支相关量处理功能（如启支事件顺序记录、发事故报警、画面自支推出以及自支停机等），最后经格

4、式经处理后存入实时数据库。1.2.2数字量采集与处理数字量信号主要指水位等BCD码输入量。采用多点开关量并行采集，然后转换为相应模拟量数值。对数字量的处理包括光电隔离、数字滤波、码制变换、数据有效性合理性判断、标度变换等，以格式化处理后存入实时数据库。1.2.3模拟量的检测模拟量分为电气模拟量、非电气模拟量及温度量。对模拟量信号的处理包括回路断线检测、数字滤波、误差补偿、数据有效性合理性判断、标度换算、梯度计算、越复限判断及越限报警，最后经格式化处理后存入实时数据库。数据采集系统一般由数据输入通道、数据

5、存储与管理、数据处理、数据输出及显示这五个部分组成。输入通道要实现对被测对象的检测、采样和信号转换等工作。数据存储与管理要用存储器把采集到的数据存储起来，建立相应的数据库，并进行管理和调用。数据处理就是从采集到的原始数据中，删除干扰噪声、无关信息和不必要的信息，提取出反映被测对象特征的重要信息。另外，就是对数据进行统计分析，以便于检索；或者把数据恢复成原来的物理量形式，以可输出的形态在输出设备上输出，如打印、显示、绘图等。数据输出及显示就是把数据以适当的形式进行输出和显示。在这个过程中主要用到信息采集板

6、，信息采集板包括CPU、RS232讯通接口、RS485通讯网络接口等，信号采集获得开关量和经过标准化处理的传感器信号，进行信号采集，并经过数学处理，然后进行图文显示、储存和网络通讯。系统硬件总体框图如图1所示：第24页，共24页开关量并行接口芯片A/D转换器隔离电路8051多路开关信号调理脉冲量传感器图1系统硬件总体框图第24页，共24页第二章系统的硬件设计2.18051与存储器芯片6116的扩展2.1.1单片机8051的性能及特点单片机8051的特点是它的内部有4K字节的ROM、128字节的RAM、2

7、个16位的定时/计数器、4个并行I/O端口和一个全双工的串行I/O端口。8051的逻辑电路如图2-1所示。图2-18051引脚图其引脚功能如下：Vcc、Vss：5V电源的的正端和接地端。RESET：复位输入端，+5V电源通过RC微分电路接至复位端，可实现上电自动复位，也可采用按钮开关复位。:内部和外部程序存储器选择端。ALE：地址锁存允许信号输出端，用作对片外存储器访问时，低字节地址的锁存。ALE以1/6振荡频率的稳定速率输出，可用作对外输出的时钟或定时。第24页，共24页：外部程序存储器读选通信号输出

8、端。P0、P1、P2、P3：四个8位的I/O端口，用来输入输出数据。此外在I/O端口还包括了一些控制信号线。2.1.2扩展芯片（6116）的性能及特点内存是计算机系统不可缺少的部件，一台计算机的内存是指CPU能够通过指令中的地址码直接访问的存储器，常用于存放处于活动状态的程序和数据。按照存取方式存储器可分为：随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）等。此系统中只用随机存储器。随机存储器是指计算机可以随意的、个别的对各个存储单元进行访问，访