多路數據采集系統設計途徑范文

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摘要：近年來我國的科學技術不斷發展，電氣的智能化水平不斷提高。多路數據采集系統的智能化設計得到業界的關注，如何通過完善多路數據采集系統設計的方式使其能準確的對數據進行檢測以及可以迅速、精準的輸入和輸出，成為構建智能化電氣行業的基礎。該文研究從系統硬件電路設計和軟件設計兩個方面提出了多路數據采集系統的設計思路，旨在為后續設計出更加高效、科學的系統提供可借鑒的設計思路。

關鍵詞：多路數據；采集系統；單片機

多路數據采集系統的構建主要借助于單片機進行數據的收集和傳輸，整個設計包括數據顯示、報警、數據測量和系統的控制四大部分，可以說現階段智能化的多路數據采集系統更是成為了電氣生產中不可缺失的一項綜合技術設備，與傳統的數據采集系統相比其數據的準確率更高、數據的采集更快，且所出現的故障更少，因此備受現階段設電氣行業的追捧。隨著我國多路數據采集系統在行業中應用的范圍越來越大，對其設計的整體要求也就有增無減，所以相關的設計人員需要不斷的完善自身的專業知識，在多路數據采集系統的實際工作中找尋到其中存在的問題，通過完善設計的方式加以糾正，使其更加適應于現階段的行業應用中，滿足于市場的需要。

1系統硬件電路設計

整個多路數據采集系統的硬件設備可以分為以下幾部分：1)以ATmega8單片機為基礎構建的控制電路；2)LCD12864顯示電路；3)以MAX487為基礎構建的485通信電路；4)以AT24C64為基礎構建的數據存儲電路和鍵盤電路；5)A/D轉換電路。這五部分共同構建成了多路數據采集系統的硬件電路，其具體的設計如圖1。由圖中電路圖顯示可知ATmega16單片機是多路數據采集系統中的核心，其主要負責整個多路數據采集系統的控制，因此其本質上是一個八位的微處理器，且具有性能較高、功耗較低的特點，其結構是最為先進的RISC結構；因此整體的運算時間大大縮小了，且可以做到讀寫同步。ATmega16但騙子自身的驅動能力很高，在工作室5V時其I/O口的輸出電壓可達5V，每一個I/O口的輸出電流也可以達到40mA。由于整個系統的主要作用就是采集數據，所以一般需要ADC芯片的參與。但是當我們在多路數據采集系統設計中加入ATmega16單片機之后，由于其本身就具有8路10位A/D，所以就不需要用單獨的芯片參與了，不僅節約了成本，還提高了速度。變送器和傳感器主要以電流信號為主要方式在輸出回路中強度在4～20mA之間隨后變成1～5V的電壓信號輸送到單片機AD中，在轉變的過程中需要電阻的參與，所以在設計上需要在回路上增加一個250歐的電阻以彎沉該工作。AT⁃mega16自身攜帶ADC，因此只要和8通道的模擬多路復用器連接在一起就可以對端口A的所輸入的電壓數據進行采樣收集。

一端的電壓輸入是以0V(GND)為基準。ADC由AVCC引腳單獨的提供電源，AVCC和與VCC之間產生的偏差不得大于±0.3V。為了更好的減少噪音可以在在AREF引腳上加一個電容進行解耦?，F場顯示的實現主要是借助于LCD12864完成的，具體來講是4位和8位相并行的一種接口方式，且2線和3線的串行也具有多種形式，同時液晶顯示器模塊是點陣圖形且具有國標簡體中文字庫，顯示為中文文字方便信息讀取。其顯示的為128×64的分辨率，其中包含8000多個16平方點的漢字以及128個16乘以8點ASCII字符集。這一顯示電路的接口方式更為的簡單，在其指令的過程中需要的指令和操作簡潔明了，所以可以實現人機之間的直接中文的交流，更加方便與理解其顯示的含義所在，對于專業程度技術不高的人員來說中文顯示器的使用提高了工作效率。在設置多路數據采集系統的時候考慮到實用性其單片機的PD口連接LCD12864的數據線，PC3到7口連接控制的總線，其可變電阻的RV1可以對顯示屏的亮度進行一定的調節。

單片機的PB5到B7連接鍵盤電路，從而可以確保所輸入信息的準確性，同時引腳逐一接到1K的上拉電阻上，在其程序上的設置上設定為沿觸發。多數據線路現場采集的信號的儲存是借助AT24C64來實現的，其由64K位串行的CMOSE2PROM構成的，且內部具有8k的8位字節，數據傳送的控制由兩部分構成，即產生串行的時鐘以及所有起始停止的信號相對應的主器件來實現的。主器件或者從器件都能作為接收器或者是發送器等等，但是因為主器件自身功能在于控制數據的傳輸，是通過A0、A1和A2等構件的共有八種情況，換句話說就是要借助器件的地址輸入端與多個AT24C64器件構件連接在總線上而實現的，所以需要對于選擇器件上進行合理的配置考慮。在這一設計過程中僅僅運用了一個AT24C64，所以A0、A1和A2的連接還要接地。為了保證對現場現場數據的準確信號的傳輸并確保主機中的數據的準確讀取，本次設計多路數據采集系統的時候選擇了RS485總線，這種總線自身就具有平衡發送和差分接收的特點，所以其抗干擾的能力更強，對于波特率下且距離過長的傳輸具有一定的優勢。

2軟件設計

在對于多路數據采集系統設計的思路中，整個系統控制都需要由ATmega16單片機來完成，在軟件設計的單片機中選擇ATmega16第一要完成實現初始化的設置，特別是對于引腳寄存器、LCD12864等進行的初始化操作。第二是依照相應的順序通過PA口對所有數據電路上的模擬電壓進行讀取，并把它轉換成相應的數字量，使其可以在LCD12864上進行中文和數值的顯示，且通過AT24C64將所得到的數據存儲起來，這些數據在通過485總線將數據信號傳輸到主機中去。本文中所選擇的ATmega16單片機的AD轉換以及MAX487之間的通信傳遞，其他的模塊不多贅述。ADC在對輸入的模擬電壓進行轉變的時候是借助逐次逼近的手段使其轉換成一個10位的數字量。其中最小值用字母GND表示，最大值用字母AREF表示。借助設置AD-CSRA寄存器的形式可以實現ADC的啟動。向ADC啟動轉換位ADSC位寫"1”運用這種方式可以進行單次的啟動轉換。對ADCS⁃RB寄存器的設置中要注意ADC的觸發選擇位于ADTS上因此可以依照其選擇相應的觸發源。在軟件系統的設置中所選擇的觸發信號產生一定的上跳沿的時候ADC預分頻器復位且可以進行一定的轉換，當轉換結束了之后觸發信號依舊還仍然，但是還不能自動的啟動下一次轉換。圖2AD轉換時序圖MAX487有2個控制端RE和DE，1個TTL(CMOS)數據接收RO端和1個TTL(CMOS)數據發送端DI，以及1對RS485差分信號端A和B。當TXD為高電平時，經74HC04反向為低電平，使得RE=0且DE=0，接收器R打開,驅動器D關閉，此時MAX487處于數據接收允許狀態；當TXD為低電平時，經74HC04反向后，DE/RE為高電平，使接收器R關閉，驅動器D打開，此時MAX487處于數據發送允許狀態。

3結論

綜上所述，設計多路數據收集系統其本身需要保證收集數據準確，所以在設計過程中不僅需要確保各組織之間的接線準確，還需要根據多線路局收集系統的應用范圍選擇合適的硬件設施，并進行合理的軟件系統的設置，使其具有優越的性能才能廣泛的運用到生產生活中去，本文的研究主要對硬件設計和軟件設計兩個方面進行了論述，為多路數據采集系統的完善提供相應的理論基礎。

參考文獻：

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作者：甘旭陽 單位：九江市人力資源和社會保障局