基于單片機與PC機的電氣量采集系統設計

程燁

摘要：電氣量采集系統是保障各種電氣系統安全、經濟運行的重要措施，隨著信息技術和計算機技術的快速發展，電氣量采集得以達到數字化、智能化發展狀態，在一定程度上提升電氣采集的準確性和實時性。鑒于上述情況，本次在單片機與PC機通信的基礎上設計電氣量采集系統，詳細介紹本系統軟件、硬件設計情況，得以準確采集對電流、電壓等信息各種信息。

關鍵詞：單片機 PC機 電氣量采集系統

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）09-0024-02

工業控制現場必須實時對被控制對象進行采集，方便實時監控被控對象，并依據相應的控制算法計算控制量完成相對應的控制任務。隨著數據采集系統的廣泛應用，其所涉及的信號、信號源不斷增多，對測量準確度、及時性等提出更高的要求?，F階段，市場普遍使用的數據采集系統存在功能單一、采集速率低、操作復雜等問題，多數采集系統必須將所采集的數據存儲至嵌入系統內，加之嵌入式系統自身資源有一定的限制，因此，所推出的系統無法承擔大容量、高精度數據采集的任務。本次設計基于單片機和PC機設計電氣量采集系統，該系統主要由通信模塊、A/D轉換電路等部分組成，通過各個模塊的相互配合，促使數據采集控制變得經濟高效，充分發揮系統靈活、高速度的應用效果。

1 電氣量采集系統基本架構

本課題設計的基于單片機與PC機電氣量采集系統基本架構見圖1，由該圖可知，本系統能夠實時采集被控制對象的多種信息并由PC機進行處理。借助高性能AD轉換芯片達到大容量、高精度模擬、采集數據的目的。單片機與PC通信能夠把龐大、復雜的處理工作和任務交由計算機完成，促使整個系統呈現精度高、便于控制、采集信息量大的優點。

2 設計系統硬件

本次設計中，系統硬件主要包含微處理模塊、單片機顯示模塊、傳感器模塊、電源管理模塊組成，其中，微處理器模塊借助Atmogal

128L低功耗微處理器，該處理器主要用于采集所需的數據并展開針對性處理。同時，也能對整個系統的任務展開控制管理。射頻收發模塊便于合理控制功耗，因此，利用節能型CC2420芯片，這種設計方法促使FLASH存儲對低功耗產品的選擇尤為重要。傳感器設計過程中，依據用戶的實際需求，每種傳感器均有獨特的壓力、溫度系統，因此，對部分非電量信號，也可借助傳感器將其由電壓變換模塊轉換為整個模擬信號。本次設計中，綜合考慮整個系統的成本和需求，通過節點中心設計模式，以Atmegal128L單片機實現。這種單片機主要功能是采集、處理數據，且能在復雜、惡劣的環境下進行。它還包含強大的節能功能，必須滿足工作電壓1.8-3.6v工作電流溫度運行下的工作頻率。單片機數據采集電路見圖2。被控制對象實際運行參數信息，主要包含溫度、濕度、壓力等必須經傳感器轉換為電量信號，若自身即為電量信號既能省略這一步。必須注意，轉換的電量信號大小不一，必須通過電壓轉換為A/D轉換芯片可以處理的范圍，并由A/D轉換芯片轉變為數據信號。

單片機與PC機通信之間使用串行方法進行通信，最終可將單片機現場所采集的信息傳遞至PC機中。從而達到PC機遠程控制檢測對象的目的。本次設計的系統可以有效采集被控制對象的各種參數信息，并把其專遞到PC機，有選擇的控制被控制對象。單片機顯示裝置包含4個共陽數碼管，其中，段選數據線與單片機I/O端口直接連接，位選數據線借助驅動芯片和單片I/O端口相連接。限制控制使用循環掃描的方法進行，即：逐個點亮每個數碼管，并實施高速切換，因人眼視覺停留特性的影響，其看上去猶如4個數碼管同時穩定顯示出來。

3 設計合理的軟件

整個電氣量采集系統軟件主要包括單片機端和PC機端程序兩個部分組成，并在兩部程序上分別運行至不同實體上，即：單片機與PC機上。單片機端程序使用C51進行編寫，PC程序通過VB實施編寫。

3.1 設計PC機端通信程序

PC機端通信程序利用可視化開發工具VB6.0進行編寫，PC機軟件主要由系統初始化、文件存儲、接收事件呈現等部分。接收事件處理作為整個系統最重要的任務，其主要流程見圖3。若采集數據必須長時間保持，能夠把數據存儲至計算機文件內，文件類型可以是數據庫和文本文件。如果必須對被控制對象實施遠程控制，必須讀取控制算法文件，并把數據利用通信控件轉送至單片機，利用單片機實施解釋執行操作。

3.2 設計單片機端程序

單片機端程序主要由系統控制、A/D轉換、PC機通信程序等內容組成，系統初始化用在設置系統的初始化狀態、中斷初始化等。A/D轉換程序以及A/D轉換芯片的時序要求，通過軟件模擬SPI操作，達到采集A/D數據的目的。PC機通信程序包含發送和接收程序兩個部分，其中，發送程序通過查詢的方式實現，先要設計恰當的串口工作方法、波特率等參數后開啟串口，查詢數據是否完全發送，發送完成后在輸送至下一個字節，直至本次數據全部輸送完成。接收程序借助串口中斷的方法，有效提升CPU工作效率，具體流程見圖4。單片機串口如果接收某個字節數據，就會產生相應的串行中斷。因發送和接收終端均能產生串行中斷，進入中斷時先要判定是否出現中斷，若是，則發出中斷標志并結束。

4 結語

總之，電氣量采集系統是確保各種電氣系統穩定運行的基礎，本次設計以單片機和PC機達到采集電流、電壓、無功功率等數據，并配備合理的單片機端程序、PC機端通信程序、傳感器模塊等設備，把所采集的數據用單片機實施處理，便于使用者更加直觀、方便的監控系統運行情況。

參考文獻

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