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《基于单片机的数据采集和通信接口的设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第25卷第1期安徽工程科技学院学报Vol.25.No.12010年3月JournalofAnhuiUniversityofTechnologyandScienceMar.,2010文章编号:16722477(2010)01003404基于单片机的数据采集和通信接口的设计*杨亮,王鸣(安徽工程科技学院,安徽省电气传动与控制重点实验室,安徽芜湖241000)摘要:从实际应用角度出发提出了一种用常规集成芯片构成的数据采集和通信接口的设计,这种设计使用方便,同时又具有很强的适应性.给出了设计的基本结构图和基本硬件电路.由MCS51系列单片机
2、构成的嵌入式系统,具有成本低廉、结构简单、运行可靠等特点.实际运行的情况表明,此种方法完全可行,此数据采集和通信接口可应用于工业现场、环境监测、智能楼宇等场合.关键词:数据采集;嵌入式系统;通信接口;单片机中图分类号:TP274.2文献标识码:A工业自动化现场、自动化环境监测、智能楼宇等是通过网络或总线将现场的各种设备连接起来,协同工作.从而将一个个现场设备从一个被动的结构转变成一个主动的伙伴,并进而构成一个监控网络整体.[3]而要建立这样的监控网络结构,必须要借助一网络接口设备才能实现.监控网络系统通常采用三层系统结构,即管理层、网络层和控制层(见图
3、1).其中控制层属于整个系统的底层.控制层的主要功能一是现场各种信号的实时采集和现场设备的实时控制;二是通过物理层与管理层之间的信息交换.本文就所设计的控制层实用的数据采集和通信接口作介绍,使用情况表明完全可行,且成本较低,使用方便.1数据采集和通信接口设计的总体要求1.1数据采集和通信接口的基本功能在监控网络系统中,控制层是由一个个数据采集和通信接口所构成.数据采集和通信接口从信息转化和应用的角度看,其主要任务可以归纳为:实时数据采集,即对被测对象的各种参量进行实时检测和输入;实时通信,即将所采集的各种信息经整理后以约定的方式传送给上位机,并接受上位机的控制
4、指令;实时决策,即对给定量和实时检测量按制定的法则进行运算,并根据上位机的控制指令决策下一步的控制;实时控制,即根据已做出的决策适时地对被控对象发出控制指令,进行实时控制.1.2数据采集和通信接口的基本结构数据采集和通信接口的设计应以工作可靠、使用方便灵活、成本较低为原则.由于工业现场的各种装置的情况可能不尽相同,数据采集和通信接口作为底层装置的基本单元,采集信息量的形式不是固定的(模拟量、数字量以及一些非标准量信息),涉及的对象有一定的差别,且可能随时出现增减,但采集信息量的大小和复杂性有限,控制对象相对比较简单,因此数据采集和通信接口的使用方便灵活尤为重要.
5、考虑到系统的成本、使用方便和便于普及,我们设计了基于MCS51系列单片机的嵌入式系统构建的数据采集和通信接口硬件平台.随着8位单片机综合性能的不断提高,这种低端的嵌入式系统能够满足监控网络对数据采集和通信接口的要求,且价格低廉、运行可靠、维护方便.嵌入式系统数据采集和通信接口通常以微处理器为核心,应用各类传感器和控制器,在微处理器的控制下,实现现场的数据采集、处理、显示、传输和控制等功能,并实现与上位机的通信和信息交换.数据采集和通信接口的基本结构见图2.嵌入式系统以应用为中心,强调体积和功能的可裁减性,是以完成控制、监视等功能为目标的专用系统.从应用的角度来分
6、,嵌入式系统可分为高层应用和低层应用.自动化系统的智能化、网络化需要嵌入式系统具有很高的数据处理能力和网络功能,有较强的网络传输、数据处理和通信能力,把它叫做嵌入式系收稿日期:20090824基金项目:安徽省高校自然科学基金资助项目(2003kj036)作者简介:杨亮(1970),男,安徽阜阳人,助理工程师,硕士研究生.通讯作者:王鸣(1957),男,安徽巢湖人,副教授,硕导.第1期杨亮,等:基于单片机的数据采集和通信接口的设计35图1监测网络系统结构图2数据采集和通信接口的基本结构图统的高层应用.而以8位单片机作为微处理器的嵌入式系统,与
7、测控对象联系紧密,主要进行现场数据的采集、整理、分析、判断以及数据上传、控制对象的简单控制等,把这一类任务相对简单的应用叫做低层应用.随着微处理器技术的发展,8位单片机的性能不断提高,以8位单片机为处理器的低层嵌入式系统的[2]应用仍有很大的发展空间.2数据采集和通信接口的硬件设计2.1单片机的选择工业自动化监控网络数据采集和通信接口的任务是现场设备运动位置、温度、湿度、气体液体浓度等模拟量的检测,现场设备位置、火灾、安全报警等开关量的检测,现场仪表数字量的读取,以及控制电气设备的开通和关断,同时还应具有串行通信的功能.从其任务来看并不复杂.从使用方便和成本考
8、虑,选用A
