多冗余輸出的數據采集處理單元設計與實(shí)現
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1 系統總體設計
為滿(mǎn)足對現場(chǎng)多種數據采集和處理、顯示與上傳，采集單元由開(kāi)關(guān)量采集模塊、4～20 mA采集模塊、Pt100采集模塊、熱電偶采集模塊構成集總式采集系統，再由雙CPU專(zhuān)用處理模塊實(shí)現多路冗余輸出至本地人機界面顯示和PC機。單片機的運算能力強，運算速度快，I／0接口功能完善，抗干擾能力強，可靠性高，系統結構簡(jiǎn)單、價(jià)格優(yōu)廉，是現場(chǎng)數據采集器的核心元件之一。采集終端采用基于單片機ATmegal6的各專(zhuān)用采集模塊。RS 485硬件設計簡(jiǎn)單，控制方便成本低廉，支持遠距離多機通信，故采用RS 485總線(xiàn)進(jìn)行數據傳輸。圖1為系統的總體框圖。
2 系統的設計實(shí)現
本文主要對數據采集單元硬件部份的實(shí)現做介紹，包括單片機采集模塊、多路冗余輸出處理模塊。開(kāi)發(fā)工具為Protel 2004 DXP和Keil μVision 2。
2．1 單片機采集模塊
為滿(mǎn)足工程需要，開(kāi)發(fā)設計了4～20 mA輸入與輸出模塊、PTlOO輸入模塊、熱電偶輸入模塊、開(kāi)關(guān)量輸入與輸出模塊等系列采集終端，各終端采用模塊化設計，可以方便靈活地組成不同要求的采集單元。以下以8路4～20 mA輸入模塊為例說(shuō)明其設計與實(shí)現。
2．1．1 單片機選擇及ATmegal6單片機主要特征
該系列采集模塊采用功能強大的ATmegal6(TQFP封裝)作為主處理器。ATmegal6是RISC結構的低功耗8位AVR微控制器，其主要特點(diǎn)如下：16 KB的系統內可編程FLASH512 B E2PROM，1KBSRAM，32個(gè)通用I／O口線(xiàn)，32個(gè)通用工作寄存器，用于邊界掃描的JTAG接口，支持片內調試與編程，3個(gè)具有比較模式的靈活的定時(shí)器／計數器(T／C)，片內／外中斷，可編程串行USART，有起始條件檢測器的通用串行接口，8路10位具有可選差分輸入級可編程增益的ADC(TQFP封裝)，具有片內振蕩器的可編程看門(mén)狗定時(shí)器，1個(gè)SPI串行端口，以及6個(gè)可以通過(guò)軟件進(jìn)行選擇的省電模式。片內ISP FLASH允許程序存儲器通過(guò)ISP串行接口，或者通用編程器進(jìn)行編程，也可以通過(guò)運行于A(yíng)VR內核之中的引導程序進(jìn)行編程。引導程序可以使用任意接口將應用程序下載到應用FLASH存儲區(Application FLASH Memory)。在更新應用FLASH存儲區時(shí)引導FLASH區(Boot FLASH Memory)的程序繼續運行，實(shí)現了RWW操作。由于其先進(jìn)的指令集以及單時(shí)鐘周期指令執行時(shí)間，ATmegal6的數據吞吐率高達1 MIPS／MHz。
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