基于A(yíng)DuC812的遠程環(huán)境監測信息系統下位機的設計

　1引言

　　ADuC812是美國AD公司率先研制出的真正意義上的完整的數據采集系統芯片，是投入市場(chǎng)的第一種微轉換器產(chǎn)品。它性能優(yōu)良，價(jià)格便宜，開(kāi)發(fā)手段完備，是一種新型的高度集成的高精度12位數據采集系統。其內部的12位A/D轉換周期僅為4us，比常用的AD574快好幾倍。用ADuC812代替由常規芯片構成的數據采集系統，將大大降低產(chǎn)品的成本、縮小設備的體積、提高系統的可靠性和電氣性能指標。

　　ADuC812芯片內，不僅包含了可重新編程的非易失性閃速/電擦除程序存儲器的高性能8位（與8051兼容）MCU，還包含了高性能的自校準多通道（8個(gè)輸入通道）ADC，兩個(gè)12位DAC，32條可編程I/O接口。ADuC812微控制器內核與8051指令兼容，用戶(hù)現有的軟件都可以直接移植，因而應用開(kāi)發(fā)方便。它具有9個(gè)中斷源（2個(gè)優(yōu)先級），片內還集成了8K字節的閃速/電擦除程序存儲器、640字節的閃速/電擦除數據存儲器以及256字節RAM。另外，它還包括一個(gè)看門(mén)狗定時(shí)器和電源監控器，ADC與數據存儲器之間的DMA方式，存儲保護功能，一個(gè)通用的異步串行收發(fā)器，SPI和I²C總線(xiàn)接口。AD uC812具有24位地址的外部數據尋址能力, 可尋址16MB的外部數據存儲器空間。

　　2 遠程環(huán)境監測信息系統整體介紹

　　該遠程環(huán)境監測信息系統是針對當今環(huán)境遠程監測自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò )化、信息化的要求而設計的，它是由分布于遠距離各個(gè)監測站的多個(gè)下位機和位于中心站的上位機組成，其結構如圖1所示。

圖1、系統結構圖

　　上下位機是通過(guò)MODEM和電話(huà)線(xiàn)路實(shí)現遠程通信的。上位機將各下位機傳送來(lái)的數據存入數據庫，并對各環(huán)境數據做出數據分析。

　　下位機分布在大范圍、遠距離的各個(gè)環(huán)境監測站點(diǎn)，對大氣、水質(zhì)、酸雨等各監測儀送來(lái)的各種環(huán)境數據進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。對環(huán)境監測儀輸出的SO2、NO2、NO等變化緩慢的參數每2分鐘采樣一次，對酸雨計輸出的酸雨參數每0.5mm雨量采樣一次。采樣數據要求連續保存7天，每天的平均值保存一個(gè)月，并且存儲在下位機中的采樣數據隨時(shí)準備接受上位機的查詢(xún)和向上位機傳送。

　　3下位機硬件電路設計

　　下位機硬件電路的設計，主要是考慮被測信號的變化速率和通道數，以及對測量精度、分辨率、速度的要求等。該數據采集系統電路包括：ADuC812、模擬放大轉換電路、外部數據存儲器28F128、串行口通信以及鍵盤(pán)和LCD顯示器，如圖2所示。

圖2、硬件結構圖

　　3．1 采集電路的模擬信號輸入

　　在A(yíng)DuC812中，P1.0—P1.7初始化后為8通道的模擬輸入口。如果用于數字量輸入，編程時(shí)應首先把端口寫(xiě)“0”。本電路將P1口設為8路由各環(huán)境監測儀輸出的模擬量輸入。由于A(yíng)DC的基準電壓是2.5伏，而各監測儀輸出的模擬量一般為0~1伏或4~20毫安，因而需要模擬放大轉換電路把輸入信號轉換成0—2.5伏的標準輸入。轉換電路如圖3所示。

圖3、模擬放大轉換電路

　　3．2 ADuC812與外部數據存儲器的接口電路

　　為滿(mǎn)足本設計系統大量數據的存儲要求，在采用常規芯片構成的系統中要采用10片128K的HM628128數據存儲器（RAM），這樣，不但成本高、電路設計復雜、系統的可靠性和電氣性能指標也低。由于A(yíng)DuC812具有24位地址的外部數據尋址能力，本方案中，我們采用一片28F640。28F640是一超大容量閃速存儲器，單片容量為8MB，不但更好的滿(mǎn)足了本系統的設計要求，而且當采集參數增加，或采樣時(shí)間變化時(shí)，同樣能滿(mǎn)足要求，因而提高了系統的兼容性。

　　為實(shí)現對28F640的訪(fǎng)問(wèn)，ADuC812利用兩片8位鎖存器74HC573與28F640相連。P0口分時(shí)輸出低8位地址A0~A7和8位數據，利用地址鎖存信號ALE可以將低8位地址鎖存到8位鎖存器U2中。P2口分時(shí)輸出高8位地址和中8位地址，可以利用地址鎖存信號ALE將高8位地址鎖存到8位鎖存器U4中。這樣就實(shí)現了24位尋址空間。由于28F640只有A0~A22共23位地址線(xiàn)，所以鎖存器輸出的A23地址線(xiàn)懸空。