基于89C51单片机的远程数据采集系统设计 测控论文 自动化论文 测控技术文库

工业生产过程中常常需要对温度、湿度、压力、流量等各种工艺参数随时进行检测和监控，同时还要将检测到的数据及时传递给上位机，以实现对参数的随机查询， 对信息的存储与处理，及时调整控制方案，提高生产效率和产品质量。为此，笔者以89C51单片机作为主控制器设计了一种简单易行的远程数据采集系统。

1　系统硬件电路的设计

远程数据采集系统框图，由两部分组成：一是基于89C51实现的现场数据采集电路，二是PC机与89C51之间的远程通讯电路。

1.1　89C51数据采集系统

数据采集系统的硬件原理如图1所示。

该系统选用89C51单片机作为主控制器，此芯片与8051完全兼容，且内部带有4 KB闪速可编程、可擦除PEROM，工作时钟可高达24 MHz。

MAX691主要用来实现掉电保护，同时起到“看门狗”的作用。系统电源突然断电时，MAX691PF0端及时向89C51INT0申请中断，保护采集 的数据不丢失。若软件执行中出现故障，89C51P3.2经一定时间间隔没有脉冲输出时，MAX691将起“看门狗”的作用，使RST复位有效，重新启动系统。

数据存储器6116主要作为数据传输的缓冲，显示电路由8155完成，PA口作键盘输入，PB口作字形显示，PC口作控制线用。8155内部256 BRAM用于存放8通道采集到的原始数据。

数据采集与转换由12位A/D转换器ICL7109来完成。7109是高精度、低噪声、低漂移的双积分模数转换器，其内部带14位锁存器和14位三态输出 寄存器，具有较强的接口处理能力。设定7109为直接接口方式。这种工作方式下，7109可连续进行数据的转换，转换结束时由STATUS发出转换结束信 号送至单片机INT0请求中断。89C51将转换后的数据分两次先低8位后高4位读取。为了实现对8个通道的参数测量，同时尽量降低成本，简化系统配置， 设计了利用模拟多路开关CD4051进行通道的切换，共用一片7109由89C51控制，分时完成所有通道的采样与转换。

1.2　远程通讯电路

由于是远程数据采集系统，对数据传输的距离提出了较高的要求。PC机与单片机232C串行口直接相连，传输距离只有十几米，无法满足系统要求。为此采用 了一个RS232C到RS422A的转换装置，PC机与89C51间接相连，以RS422A方式进行通讯，大大增加了传输距离。

PC机与89C51串行通讯电路框图如图2所示。

RS422A是一种以平衡方式传输的标准，可双端发送、双端接收。发送端和接收端分别采用平衡发送及差动接收。通过前者把逻辑电平变成电位差，完成始端 信息传送;通过后者把电位差变成逻辑电平，完成终端信息接收。并且RS422A采用双线传输，大大提高了抗干扰能力。最大传输速率可达10 Mb/s(传输距离15 m时)，传输速率降至90 kb/s时，最大传输距离可达1200 m，这能充分满足系统的“远程”要求。

2　软件设计

软件设计采用模块化程序设计方法，按功能分为4个模块，其中数据通信模块又分为单片机串行通信程序和PC机通信程序，除与PC机通信程序使用VC++编程，其余均采用汇编语言编制。

2.1　主程序模块

主程序主要完成对系统硬件电路的初始化，设置堆栈指针、串行口、T0、T1工作方式、8155显示指示符，扫描键盘获取键值并进行散转处理。主程序模块负责管理和调用各子模块。

2.2　数据采集模块

该模块完成对数据的采集及处理，中间调用了数字滤波子程序、数据转换子程序、字形转换及显示子程序等。

系统数据采样模块框图如图3所示。

系统上电即执行初始化程序。当操作员按下采样键时执行数据采样模块。从00～07通道间隔每秒采集每个通道的5个值，调用滤波子程序得到准确值，再通过 数据转换子程序分别送到6116数据区及8155RAM区，通过字形显示子程序显示各通道检测的数据。每采集完一个周期后，89C51单片机通过 MAX232接口PC机查询有无通信命令，有则响应，无则继续采集数据。该程序一直按框图流程循环执行，直至意外掉电或强迫复位后，才能终止数据采集。

2.3　故障诊断模块