工業(yè)生產(chǎn)過程中常常需要對(duì)溫度、濕度、壓力、流量等各種工藝參數(shù)隨時(shí)進(jìn)行檢測和監(jiān)控，同時(shí)還要將檢測到的數(shù)據(jù)及時(shí)傳遞給上位機(jī)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)參數(shù)的隨機(jī)查詢，對(duì)信息的存儲(chǔ)與處理，及時(shí)調(diào)整控制方案，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。為此，筆者以89C51單片機(jī)作為主控制器設(shè)計(jì)了一種簡單易行的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

1　系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)

　　遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖，由兩部分組成：一是基于89C51實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集電路，二是PC機(jī)與89C51之間的遠(yuǎn)程通訊電路。

1．1　89C51數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件原理如圖1所示。

　　該系統(tǒng)選用89C51單片機(jī)作為主控制器，此芯片與8051完全兼容，且內(nèi)部帶有4 KB閃速可編程、可擦除PEROM，工作時(shí)鐘可高達(dá)24 MHz。

　　MAX691主要用來實(shí)現(xiàn)掉電保護(hù)，同時(shí)起到“看門狗”的作用。系統(tǒng)電源突然斷電時(shí)，MAX691PF0端及時(shí)向89C51INT0申請(qǐng)中斷，保護(hù)采集的數(shù)據(jù)不丟失。若軟件執(zhí)行中出現(xiàn)故障，89C51P3．2經(jīng)一定時(shí)間間隔沒有脈沖輸出時(shí)，MAX691將起“看門狗”的作用，使RST復(fù)位有效，重新啟動(dòng)系統(tǒng)。

　　數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器6116主要作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)木彌_，顯示電路由8155完成，PA口作鍵盤輸入，PB口作字形顯示，PC口作控制線用。8155內(nèi)部256 BRAM用于存放8通道采集到的原始數(shù)據(jù)。
　　

　　數(shù)據(jù)采集與轉(zhuǎn)換由12位A／D轉(zhuǎn)換器ICL7109來完成。7109是高精度、低噪聲、低漂移的雙積分模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其內(nèi)部帶14位鎖存器和14位三態(tài)輸出寄存器，具有較強(qiáng)的接口處理能力。設(shè)定7109為直接接口方式。這種工作方式下，7109可連續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)由STATUS發(fā)出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)送至單片機(jī)INT0請(qǐng)求中斷。89C51將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)分兩次先低8位后高4位讀取。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)8個(gè)通道的參數(shù)測量，同時(shí)盡量降低成本，簡化系統(tǒng)配置，設(shè)計(jì)了利用模擬多路開關(guān)CD4051進(jìn)行通道的切換，共用一片7109由89C51控制，分時(shí)完成所有通道的采樣與轉(zhuǎn)換。

1．2　遠(yuǎn)程通訊電路

　　由于是遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x提出了較高的要求。PC機(jī)與單片機(jī)232C串行口直接相連，傳輸距離只有十幾米，無法滿足系統(tǒng)要求。為此采用了一個(gè)RS232C到RS422A的轉(zhuǎn)換裝置，PC機(jī)與89C51間接相連，以RS422A方式進(jìn)行通訊，大大增加了傳輸距離。

　　PC機(jī)與89C51串行通訊電路框圖如圖2所示。

　　RS422A是一種以平衡方式傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)，可雙端發(fā)送、雙端接收。發(fā)送端和接收端分別采用平衡發(fā)送及差動(dòng)接收。通過前者把邏輯電平變成電位差，完成始端信息傳送；通過后者把電位差變成邏輯電平，完成終端信息接收。并且RS422A采用雙線傳輸，大大提高了抗干擾能力。最大傳輸速率可達(dá)10 Mb／s（傳輸距離15 m時(shí)），傳輸速率降至90 kb／s時(shí)，最大傳輸距離可達(dá)1200 m，這能充分滿足系統(tǒng)的“遠(yuǎn)程”要求。

2　軟件設(shè)計(jì)

　　軟件設(shè)計(jì)采用模塊化程序設(shè)計(jì)方法，按功能分為4個(gè)模塊，其中數(shù)據(jù)通信模塊又分為單片機(jī)串行通信程序和PC機(jī)通信程序，除與PC機(jī)通信程序使用VC＋＋編程，其余均采用匯編語言編制。

2．1　主程序模塊

　　主程序主要完成對(duì)系統(tǒng)硬件電路的初始化，設(shè)置堆棧指針、串行口、T0、T1工作方式、8155顯示指示符，掃描鍵盤獲取鍵值并進(jìn)行散轉(zhuǎn)處理。主程序模塊負(fù)責(zé)管理和調(diào)用各子模塊。　　

　　
2．2　數(shù)據(jù)采集模塊

　　該模塊完成對(duì)數(shù)據(jù)的采集及處理，中間調(diào)用了數(shù)字濾波子程序、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換子程序、字形轉(zhuǎn)換及顯示子程序等。

　　系統(tǒng)數(shù)據(jù)采樣模塊框圖如圖3所示。