CN104483874A - 一种基于单片机的数据采集装置 - Google Patents

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王永刚
胡晶
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    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors
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Abstract

本发明涉及 一种基于单片机的数据采集装置，包括PC监控机、现场主控机、智能采集点模块， 所述的 智能采集点模块 包括数据采集单元、数据显示单元、 CAN 通讯单元 ； 所述的主控机包括I/V转换器、A/D转换器、主控器、声光报警及显示器、CAN控制器、收发驱动、CAN总线 ； 该系统采取“分治”的设计思想,将数据采集以及部分数据处理任务交给设备层的智能处理单元去完成，而监测诊断层主要负责监视和故障诊断。 本发明通过各智能采集点采集处理现场传感器的结果并根据设定报警线显示当前的报警状态，并向通过现场总线向现场主控机传送当前采集点的状态，主控机根据各从机的状态进行打印结果、鸣音报警、向PC监控机发送信息等相应的处理。

Description

一种基于单片机的数据采集装置
技术领域
本发明涉及一种可进行环境数据信息采集的装置，尤其是一种基于单片机控制采用CAN总线的环境数据信息采集的装置。
背景技术
现场总线控制系统既是一个开放通信网络，又是一种全分布控制系统。它作为智能设备的联系纽带，把挂接在总线上，作为网络节点的智能设备连接为网络系统，并进一步构成自动化系统，实现基本控制，补偿计算，参数修改，报警，显示，控制优化及控管一体化的综合自动化功能。这是一项集嵌入式系统，控制，计算机，数字通信，网络为一体的综合技术。
现场总线也可以说是工业控制与计算机网络两者的边缘产物。从纯理论的角度来看，它应属于网络范畴。但是，现在网络技术不能完全适应工业现场控制系统的要求。无论是从网络的结构。协议，实时性，还是适应性，灵活性，可靠性乃至成本等，工业控制的底层都有它的特殊性。现场总线其规模应属于局域网，总线型结构，它简单但能满足现场的要求。现场总线要传输的信息帧都短小，要求实时性很强，可靠性高。但是，由于现场的环境干扰因素多，有些很强烈且带有突发性，这些因素都决定了现场总线的特色。
关于巡检系统的研究重点集中在远距离传输上，而以往的系统主要利用RS—232串行与RS—485或二者的汇合网，它的优点是造价低廉，使用简单方便。但是主要局限性在于传输距离短，RS—232最多只达到几十米，RS—485最多也只能达到1200米，还不能满足长距离、大范围内通讯的需要。
近年来，现场总线取得了长足的发展，现场总线系统(FCS)也是未来企业网络化的基础。FCS不需要一个中央控制单元来集中控制和操作，而是通过智能现场设备来完成控制和通信任务。可较好地解决实时控制和现场信号的网络通信。由于现场总线的应用在我国还处于起步阶段，现场总线设备还很昂贵，在巡检系统上使用还不现实。然而，将现场总线技术中专用于通信的器件与单片机(MCU)结合起来，则可以实现数字通信，从而使系统具有FCS的一系列优点，性能价格比达到最优。
发明内容
本发明的目的在于设计一种基于CAN总线的集散控制系统。本设计通过各智能采集点采集处理现场传感器的结果并根据设定报警线显示当前的报警状态，并向通过现场总线向现场主控机传送当前采集点的状态，主控机根据各从机的状态进行打印结果、鸣音报警、向PC监控机发送信息等相应的处理。
本发明的目的是这样实现的：
一种基于单片机的数据采集装置，它是由PC监控机、现场主控机、智能采集点模块构成，所述的主控机包括I/V转换器、A/D转换器、主控器、声光报警及显示器、CAN控制器、收发驱动、CAN总线；所述的I/V转换器连接A/D转换器，A/D转换器连接有主控器，所述的首发驱动连接有CAN总线和CAN控制器，CAN控制器连接有主控器，主控器连接声光报警及显示器。
所述的控制器是由AT89C52单片机及其复位电路等主要器件组成；所述的数据采集单元是由传感器组成的。
所述的通讯方式采用CAN通讯；采取“分治”的设计思想,它将数据采集以及部分数据处理任务交给设备层的智能处理单元去完成，而监测诊断层主要负责监视和故障诊断；基于现场总线的集散系统通过各智能采集点采集处理现场传感器的结果并根据设定报警线显示当前的报警状态；通过现场总线向现场主控机传送当前采集点的状态，主控机根据各从机的状态进行打印结果、鸣音报警、向PC监控机发送信息等相应的处理。
本发明的结构特点及有益效果为：1、该发明针对环境数据的采集报警装置，采用CAN总线的通讯方式的集散控制系统，通讯简单，具有实时性很强、抗干扰性强、可靠性高的特点；2、本发明有广泛的应用价值，拓展性强，对传感器的接口电路以及监控程序进行适当的改变，就可监控大型粮仓的温度、湿度的监测，化厂生产房的有毒气体浓度、湿度的监测等不同的对象；3、控制单元和信号采集但与之间采用CAN总线通讯，保证了信号传输的稳定性；4、单片机与CAN控制器SJA1000共用同一个复位电路，简化了电路设计，减小了整个装置的体积和重量。
附图说明
图1为本发明的系统原理结构图。
图2为本发明的智能采集节点原理结构图。
图3为本发明的CAN总线与单片机的接口电路原理图。
图4为CAN控制器初始化程序流程图。
图5为AD与单片机的接口电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的原理和具体连接关系做更详细地描述：
实施例1
结合图1，图1是本发明的系统原理结构图；
一种基于单片机的数据采集装置，它是由PC监控机、现场主控机、智能采集点模块构成，所述的主控机包括I/V转换器、A/D转换器、主控器、声光报警及显示器、CAN控制器、收发驱动、CAN总线；所述的I/V转换器连接A/D转换器，A/D转换器连接有主控器，所述的首发驱动连接有CAN总线和CAN控制器，CAN控制器连接有主控器，主控器连接声光报警及显示器。
所述的控制器是由AT89C52单片机及其复位电路等主要器件组成；所述的数据采集单元是由传感器组成的。
所述的通讯方式采用CAN通讯；采取“分治”的设计思想,它将数据采集以及部分数据处理任务交给设备层的智能处理单元去完成，而监测诊断层主要负责监视和故障诊断；基于现场总线的集散系统通过各智能采集点采集处理现场传感器的结果并根据设定报警线显示当前的报警状态；通过现场总线向现场主控机传送当前采集点的状态，主控机根据各从机的状态进行打印结果、鸣音报警、向PC监控机发送信息等相应的处理。
单片机在系统中既是整个电路的中心处理器，又是CAN节点的上位控制机；CAN控制器对外提供与微处理器的物理线路的接口，通过对CAN控制器的编程，CPU可以设置其的工作方式，控制他的工作状态，进行数据的发送和接收。
实施例2
图2为本发明的系统程序流程图；
智能采集点包括数据采集、显示、CAN通讯单元组成；主控机设计包括、声光报警、CAN通讯、串行通讯、现场数据备份以及PC监控单元；采集点采集处理现场传感器的结果并根据设定报警线显示当前的报警状态，并向通过现场总线向现场主控机传送当前采集点的状态。
实施例3
图3为本发明的CAN总线与单片机的接口电路原理图；
SJA1000作为独立的CAN控制器，PCA82C250作为收发驱动器；AT89C52单片机用一个12Mhz的石英晶体振荡器，SJAl000用一个24Mhz的石英晶体振荡器提供；SJAl000的中断输出接AT89C52的中断1，与单片机、CAN控制器进行数据交换；TXl不使用，浮空，RXl不浮空；总线两端必须接两个终端匹配200欧电阻RT；SJAl000和驱动器PCA82C250之间追加一对光藕；SJAl000的TX1脚悬空，RXl引脚的电位必须维持在约0.5Vcc上；PCA82C250为CAN控制器和物理总线之间的接口，TXD和RXD引脚分别发送经过驱动后的发送和接收信号，其引脚8(RS) 采用斜率控制方式。
实施例4
图4为CAN控制器初始化程序流程图；
初始化程序主要是设置CAN 的通讯参数，系统进入复位状态，对模式寄存器、时分寄存器、接受代码寄存器、屏蔽寄存器、总线定时寄存器、输出控制寄存器进行初始化。
实施例5
图5为AD与单片机的接口电路原理图；
先送通道号地址到ADDA，ADDB，ADDC，由ALE信号锁存通道号地址，后让START有效，启动A/D转换。既执行一条“MOVX  DPTR，A”指令产生WR信号，使ALE START有效，锁存通道号并启动A/D转换。

Claims (3)

1.一种基于单片机的数据采集装置，其特征在于：该系统由PC监控机、现场主控机、智能采集点模块构成，所述的主控机包括I/V转换器、A/D转换器、主控器、声光报警及显示器、CAN控制器、收发驱动、CAN总线；所述的I/V转换器连接A/D转换器，A/D转换器连接有控制器，所述的首发驱动连接有CAN总线和CAN控制，CAN控制连接有主控器，主控器连接声光报警及显示器。
2.根据权利要求1所述的一种基于单片机的数据采集装置，其特征在于：所述的控制器是由AT89C52单片机及其复位电路等主要器件组成；所述的数据采集单元是由传感器组成的。
3.根据权利要求1所述的一种基于单片机的数据采集装置，其特征在于：所述的通讯方式采用CAN通讯；采取“分治”的设计思想,它将数据采集以及部分数据处理任务交给设备层的智能处理单元去完成，而监测诊断层主要负责监视和故障诊断；基于现场总线的集散系统通过各智能采集点采集处理现场传感器的结果并根据设定报警线显示当前的报警状态；通过现场总线向现场主控机传送当前采集点的状态，主控机根据各从机的状态进行打印结果、鸣音报警、向PC监控机发送信息等相应的处理。
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