趙乾　李喜鴿

摘 要：設(shè)計(jì)多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有將安全信號(hào)隔離、顯示信息、制定報(bào)警控制、變送等融合于一體的功能優(yōu)勢(shì)，因而常用于4-20mA/0-10V的信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)中，另外，在硬件配置的基礎(chǔ)上，結(jié)合軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，則能夠?qū)崿F(xiàn)多種傳感器類(lèi)型如電流輸出傳感器和電壓輸出型觸感器等的接入和實(shí)現(xiàn)整體測(cè)量、監(jiān)控功能。

關(guān)鍵詞：多路數(shù)據(jù)采集；智能儀表；軟件設(shè)計(jì)

1 多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主程序的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

在軟件實(shí)現(xiàn)方面，采用C語(yǔ)言編寫(xiě)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的運(yùn)行程序，如圖1所示為數(shù)據(jù)采集主程序的實(shí)現(xiàn)流程圖。

通過(guò)數(shù)據(jù)采集主程序和C語(yǔ)言的編程實(shí)現(xiàn)了8路A/D采樣功能，在參數(shù)設(shè)置的基礎(chǔ)上，會(huì)進(jìn)入485口接受狀態(tài)，并且進(jìn)入8路A/D巡檢程序，由上位機(jī)控制8路A/D采樣方式，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和串口收發(fā)功能，如果有通訊標(biāo)志則進(jìn)入校驗(yàn)CRC狀態(tài)，從而構(gòu)建了循環(huán)采樣流程方式和固定通道采樣兩種方式，加強(qiáng)了數(shù)據(jù)校驗(yàn)，提升了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集精度和速度。最后將數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化的結(jié)果通過(guò)LED顯示功能，如果校驗(yàn)出錯(cuò)，LED也會(huì)通過(guò)錯(cuò)誤顯示。

2 軟件系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)和任務(wù)劃分

2.1 軟件系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)

智能數(shù)據(jù)采集器的軟件系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)，在一級(jí)界面中進(jìn)行了電壓、電路和脈沖三個(gè)選項(xiàng)的設(shè)置，分別按不同的按鈕則能夠分別進(jìn)入到電壓信號(hào)、脈沖信號(hào)和電流信號(hào)的檢測(cè)程序中，之后進(jìn)入某一個(gè)模擬信號(hào)的檢測(cè)窗口，也就是二級(jí)界面中，可以選擇查看監(jiān)測(cè)情況，也可以返回到一級(jí)界面，從新選擇要進(jìn)入的監(jiān)測(cè)程序，如果選擇查看則進(jìn)入到三級(jí)界面，對(duì)在一級(jí)界面中選擇的某一種信息采集情況進(jìn)行查看。在查看窗口中可以通過(guò)返回選項(xiàng)直接返回到觀察窗口。

2.2 軟件系統(tǒng)任務(wù)的劃分

根據(jù)硬件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的功能將整個(gè)系統(tǒng)劃分為8個(gè)任務(wù)功能模塊。任務(wù)結(jié)構(gòu)見(jiàn)表1。

2.3 任務(wù)之間的相互關(guān)系

對(duì)于本文的智能數(shù)據(jù)采集器系統(tǒng)軟件的編程而言，系統(tǒng)內(nèi)部的函數(shù)和控制語(yǔ)言可以實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)多個(gè)通道之間的任務(wù)處理。

數(shù)據(jù)采集器一開(kāi)始工作就進(jìn)入到系統(tǒng)初始化，也就是任務(wù)0階段來(lái)進(jìn)行其他人物的創(chuàng)建，當(dāng)創(chuàng)建任務(wù)1和任務(wù)2之后，相應(yīng)的兩個(gè)輸入鍵盤(pán)和A/D轉(zhuǎn)化任務(wù)會(huì)進(jìn)入ready狀態(tài)，則將任務(wù)0刪除。

3 數(shù)據(jù)采集主程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

在數(shù)據(jù)采集的軟件功能方面，主要有三個(gè)組成部分，一是系統(tǒng)上位機(jī)軟件的通信功能；二是系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備硬件I/O狀態(tài)采集處理功能、控制設(shè)備、設(shè)備接口協(xié)議處理等；三是數(shù)據(jù)采集設(shè)備參數(shù)配置。

3.1 數(shù)據(jù)采集主程序

首先我們應(yīng)該明確采集的要求，系統(tǒng)要求8路數(shù)據(jù)采集，被采樣的對(duì)象包括交流電流值，另外還包括電流的狀態(tài)和報(bào)警信號(hào)，所以對(duì)采集系統(tǒng)提出了更高的要求數(shù)據(jù)采集主程序流程圖如圖2所示：

數(shù)據(jù)采集主程序主要完成的任務(wù)包括：對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣并進(jìn)行隔離提高準(zhǔn)確度，再完成對(duì)信號(hào)的采用，這其中就包含采樣點(diǎn)的選擇和采樣數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。要實(shí)現(xiàn)以上的功能就要首先對(duì)硬件也就是A/D轉(zhuǎn)換器的的初始化，并啟動(dòng)A/D標(biāo)志，選擇好通道并判斷狀態(tài)，把采樣來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、預(yù)處理并存入寄存器中，方便后續(xù)的處理，最后完成通道的切換，儀器高速的巡檢各個(gè)通道，讓每個(gè)通道在一個(gè)周期內(nèi)單通道電流值為80個(gè)，這個(gè)可以通過(guò)設(shè)定計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，每個(gè)通道進(jìn)行3次數(shù)據(jù)采集，來(lái)提高采集的精度。

3.2 AD7891的時(shí)序

數(shù)據(jù)采集器的CPU從AD7891中對(duì)串行數(shù)據(jù)的讀取方式使一位一位接受進(jìn)行的，并且將數(shù)據(jù)進(jìn)行置低。并且單片機(jī)必須在數(shù)據(jù)讀取和傳輸過(guò)程中到保持一致的低電平模式。依據(jù)圖3-6可得，與CPU從AD7891讀寫(xiě)數(shù)據(jù)都需要先將置低，CPU中的控制寄存器接受芯片中的前六位數(shù)據(jù)，則不再進(jìn)行其他數(shù)據(jù)的接受，并且將接受的6位數(shù)據(jù)中的前三位即A0、A1和A3配置在A/D采樣通道中。

3.3 數(shù)字濾波子程序設(shè)計(jì)

為了能夠很好的克服偶然因素引起的撥動(dòng)干擾，所以數(shù)字濾波子程序設(shè)計(jì)中采用中位值平均濾波法，也就是防脈沖干擾平均濾波法。而且對(duì)溫度、液位等變化緩慢的被測(cè)參數(shù)濾波效果比較好。

4 結(jié)束語(yǔ)

編寫(xiě)程序采用C語(yǔ)言進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)了8路A/D數(shù)據(jù)采樣功能和LED顯示和串口通信功能。首先，將A/D轉(zhuǎn)換器AD7891上位機(jī)控制采樣采集到的12位二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)際測(cè)量值的轉(zhuǎn)換，并且根據(jù)ANSI/IEE標(biāo)準(zhǔn)754-1985將轉(zhuǎn)換而來(lái)的實(shí)際測(cè)量值進(jìn)一步轉(zhuǎn)化文32位浮點(diǎn)數(shù)，在設(shè)定的存取區(qū)內(nèi)保存下來(lái)，由于一共采集8路數(shù)據(jù)，用于存儲(chǔ)采樣數(shù)據(jù)的空間需要設(shè)置32個(gè)字節(jié)。