多冗余輸出的數(shù)據(jù)采集處理單元設計與實現(xiàn)
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1 系統(tǒng)總體設計
為滿足對現(xiàn)場多種數(shù)據(jù)采集和處理、顯示與上傳，采集單元由開關量采集模塊、4～20 mA采集模塊、Pt100采集模塊、熱電偶采集模塊構成集總式采集系統(tǒng)，再由雙CPU專用處理模塊實現(xiàn)多路冗余輸出至本地人機界面顯示和PC機。單片機的運算能力強，運算速度快，I／0接口功能完善，抗干擾能力強，可靠性高，系統(tǒng)結構簡單、價格優(yōu)廉，是現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集器的核心元件之一。采集終端采用基于單片機ATmegal6的各專用采集模塊。RS 485硬件設計簡單，控制方便成本低廉，支持遠距離多機通信，故采用RS 485總線進行數(shù)據(jù)傳輸。圖1為系統(tǒng)的總體框圖。
2 系統(tǒng)的設計實現(xiàn)
本文主要對數(shù)據(jù)采集單元硬件部份的實現(xiàn)做介紹，包括單片機采集模塊、多路冗余輸出處理模塊。開發(fā)工具為Protel 2004 DXP和Keil μVision 2。
2．1 單片機采集模塊
為滿足工程需要，開發(fā)設計了4～20 mA輸入與輸出模塊、PTlOO輸入模塊、熱電偶輸入模塊、開關量輸入與輸出模塊等系列采集終端，各終端采用模塊化設計，可以方便靈活地組成不同要求的采集單元。以下以8路4～20 mA輸入模塊為例說明其設計與實現(xiàn)。
2．1．1 單片機選擇及ATmegal6單片機主要特征
該系列采集模塊采用功能強大的ATmegal6(TQFP封裝)作為主處理器。ATmegal6是RISC結構的低功耗8位AVR微控制器，其主要特點如下：16 KB的系統(tǒng)內(nèi)可編程FLASH512 B E2PROM，1KBSRAM，32個通用I／O口線，32個通用工作寄存器，用于邊界掃描的JTAG接口，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，3個具有比較模式的靈活的定時器／計數(shù)器(T／C)，片內(nèi)／外中斷，可編程串行USART，有起始條件檢測器的通用串行接口，8路10位具有可選差分輸入級可編程增益的ADC(TQFP封裝)，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器，1個SPI串行端口，以及6個可以通過軟件進行選擇的省電模式。片內(nèi)ISP FLASH允許程序存儲器通過ISP串行接口，或者通用編程器進行編程，也可以通過運行于AVR內(nèi)核之中的引導程序進行編程。引導程序可以使用任意接口將應用程序下載到應用FLASH存儲區(qū)(Application FLASH Memory)。在更新應用FLASH存儲區(qū)時引導FLASH區(qū)(Boot FLASH Memory)的程序繼續(xù)運行，實現(xiàn)了RWW操作。由于其先進的指令集以及單時鐘周期指令執(zhí)行時間，ATmegal6的數(shù)據(jù)吞吐率高達1 MIPS／MHz。
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