實(shí)驗設備運行狀況監測系統的設計與實(shí)現

由于電流互感器輸出為交流信號，如果運放大器放采用單極性電源供電，峰值檢波效果不好，因此，采用正負9 V供電。此外，運放放大器采用9 V供電，還可以避免因輸入信號過(guò)大而飽和。二級運放輸出連接5 V穩壓管，防止電壓過(guò)大，燒毀單片機A／D管腳。
2)實(shí)時(shí)時(shí)鐘和存儲器
當中位機或者上位機未工作時(shí)，電流監測模塊需要將相關(guān)數據暫存起來(lái)，在中位機和上位機下次上電工作時(shí)，再發(fā)送數據。因此，電流監測模塊需要存儲帶有時(shí)間標識的數據，系統分別采用AT24C02和DS1302作為存儲器和時(shí)鐘芯片。圖7為實(shí)時(shí)時(shí)鐘和存儲器電路，圖中Bat為電池，在設備斷電時(shí)給時(shí)鐘供電，保證時(shí)間的持續性。

2．4 通信接口
系統把從電流檢測模塊所采集的數據發(fā)送給上位機管理系統，需通過(guò)Zigbee和485總線(xiàn)兩種通信方式。系統所采用的Zigbee數據接口為T(mén)TL型UART，可以和控制器直接相連，因此不再詳細介紹。485作為一種總線(xiàn)標準，具有傳輸距離遠，可掛接多個(gè)負載的特點(diǎn)，但相比于UAR T，外圍電路也稍顯復雜。圖8為485總線(xiàn)接口原理圖。中位機數據發(fā)送端轉換為485電平后，連接圖中A、B引腳。

3 軟件及協(xié)議設計
軟件作為系統的靈魂，直接關(guān)系著(zhù)系統的可靠性、高效性、易用性，實(shí)驗設備運行狀況監測系統軟件包括控制器程序設計，中位機程序設計，以及上位機管理系統設計。中位機作為數據轉發(fā)單元，只需將收到數據按照數據包目的地進(jìn)行轉發(fā)即可。
3．1 軟件設計
1)控制器程序 控制器主要負責數據采集、數據處理、數據存儲、時(shí)鐘校正、數據發(fā)送等功能。產(chǎn)生定時(shí)中斷后，控制器調用A／D轉換程序采集電壓信號，并根據中位機或上位機運行狀態(tài)決定直接發(fā)送還是存儲起來(lái)(調用IIC寫(xiě)程序)，等待時(shí)機發(fā)送(調用IIC讀程序)。產(chǎn)生串口中斷后，控制器首先解析數據包內容，根據標識碼判斷需要校正時(shí)間，更新設備不同狀況下電流(轉換后為電壓)的閾值，或是獲知管理系統的運行狀態(tài)。
2)管理系統 管理系統亦即運行于上位機上的軟件，基于Visual Basic程序開(kāi)發(fā)平臺，負責數據接收，設備管理，報表生成等功能。管理系統可以實(shí)時(shí)的顯示設備當前運行狀態(tài)，也可以了解一段時(shí)間內設備運行狀態(tài)時(shí)，查看歷史數據或給電流監測模塊發(fā)送命令更新數據。管理系統在數據庫中為每個(gè)實(shí)驗室建立一張數據表，存儲設備的狀態(tài)信息。系統收到數據后，判定屬于哪個(gè)實(shí)驗室，然后存入相應的數據表中，并判斷是歷史數據還是實(shí)時(shí)數據，如果是實(shí)時(shí)數據則會(huì )通過(guò)狀態(tài)顯示區不同顏色指示設備狀態(tài)。系統還可以定期對數據做報表，方便相關(guān)人員查看。管理系統如圖9所示。