51單片機設計方案TOP10（四）

　　1 引言

　　基于GPRS和MCS-51單片機的數據采集器是一種實(shí)時(shí)在線(xiàn)環(huán)境監測系統，它采用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)GPRS將實(shí)時(shí)在線(xiàn)檢測到的環(huán)境狀況通過(guò)Internet傳到環(huán)保部門(mén)監測信息處理中心，監測信息實(shí)時(shí)處理軟件通過(guò)對采集來(lái)的數據進(jìn)行整理分析，使環(huán)保機關(guān)足不出戶(hù)即能掌握轄區監測點(diǎn)和污染源的監測指標信息，從而使環(huán)保機關(guān)的管理在機制上實(shí)現從人工化向信息化的轉變，克服了過(guò)去對各項環(huán)境指標的檢測主要靠環(huán)保人員到現場(chǎng)手工取樣，帶回實(shí)驗室分析后再作出結論的周期長(cháng)、效率低的問(wèn)題;還可以提高對環(huán)境的監測頻次，克服過(guò)去由于監測頻次低，總結出來(lái)的環(huán)境質(zhì)量和污染源監測信息可信度較低的問(wèn)題。

　　2 監測系統的工作過(guò)程

　　整個(gè)系統的具體工作過(guò)程見(jiàn)圖1。數據采集器單元將流量計、PH計、COD計等各個(gè)現場(chǎng)測量?jì)x器輸出的標準4~20mA的電流信號轉變成數字信號，并對采集數據進(jìn)行內部保存，然后通過(guò)GPRS模塊采用無(wú)線(xiàn)傳輸方式發(fā)送給監控中心，由運行在監控中心計算機中的“監測信息實(shí)時(shí)處理系統”軟件進(jìn)行監測數據的集中處理和分析，監控中心人員就可以根據處理和分析后的數據了解采集點(diǎn)出的環(huán)境質(zhì)量狀況。

　　3 數據采集器硬件結構

　　采集器采用雙CPU結構，主CPU專(zhuān)門(mén)負責與監測軟件之間的數據通訊傳輸和量程設置及參數顯示;從CPU專(zhuān)門(mén)負責各自通道的數據采集、轉換及存儲，這樣可以避免各通道切換帶來(lái)數據信號的干擾，保證數據測量的精確可靠。從CPU用兩種方式(RS-485串行通訊方式及4～20mA電流環(huán)方式)來(lái)接收或轉換各個(gè)在線(xiàn)監測儀器的數據(見(jiàn)圖2)。從功能上，采集器電路劃分為以下幾個(gè)組成部分：

　　(1)單片機控制單元電路

　　單片機控制單元電路包括兩片單片機AT89S52(分別用主CPU和從CPU表示)、高速1K雙口靜態(tài)RAMIDT7130、E2PROMAT24C512等器件。MASTERCPU主要用來(lái)控制、通訊(與上位機遠程通訊，與SLAVECPU進(jìn)行數據的接受和發(fā)送命令等通訊操作);SLAVECPU主要用來(lái)對采集來(lái)的數據進(jìn)行數據轉換，并與MASTERCPU進(jìn)行數據傳遞。AT89S52內含8K的FLASH作為程序存儲器。高速1K雙口靜態(tài)RAMIDT7130作為MASTERCPU和SLAVECPU通訊的共享RAM。

　　參數數據存儲采用外部擴展一片64K的E2PROM(AT24C512)，用于數據存儲，并根據需要將數據送去顯示或上傳。

　　(2)A/D轉換電路

　　A/D轉換電路采用MAX197,用于將監測儀器送來(lái)的4～20mA的模擬信號轉換成數字信號送至單片機進(jìn)行處理。MAX197芯片是美國MAXIM公司近年的新產(chǎn)品，是多量程(±10V,±5V,0～10V,0～5V)、8通道、12位高精度的A/D轉換器。它采用逐次逼近工作方式，有標準的微機接口。三態(tài)數據I/O口用做8位數據總線(xiàn)，數據總線(xiàn)的時(shí)序與絕大多數通用的微處理器兼容。全部邏輯輸入和輸出與TTL/CMOS電平兼容。新型A/D轉換器芯片MAX197與一般A/D轉換器芯片相比，具有極好的性能價(jià)格比，僅需單一+5V供電，且外圍電路簡(jiǎn)單，可簡(jiǎn)化電路設計。

　　在此采集器系統選用從CPU與其聯(lián)接。使AT89C52的P0.0～P0.7與MAX197的D0～D7相連。P2.7作片選信號，MAX197的地址分配為7000H。選擇MAX197為軟件設置低功耗工作方式，所以置SHDN腳為高電平，本例采用內部基準電壓，所以REF、REFDJ均通過(guò)電容接地。用P1.7腳用做判讀高、低位數據的選擇線(xiàn)，直接與HBEN腳相連。MAX197的INT腳與從CPU的P1.6相連，作為轉換識別信號。

　　(3)通訊傳輸單元

　　由于環(huán)境監測點(diǎn)地理位置比較分散、偏僻、自然條件較差，采用有線(xiàn)傳輸需要架設專(zhuān)線(xiàn)，成本太高。無(wú)線(xiàn)傳輸因組網(wǎng)迅速靈活、建設周期短、成本低，特別適合條件差的野外使用環(huán)境和跨區域的應用。
1 引言

　　基于GPRS和MCS-51單片機的數據采集器是一種實(shí)時(shí)在線(xiàn)環(huán)境監測系統，它采用分組無(wú)線(xiàn)業(yè)務(wù)GPRS將實(shí)時(shí)在線(xiàn)檢測到的環(huán)境狀況通過(guò)Internet傳到環(huán)保部門(mén)監測信息處理中心，監測信息實(shí)時(shí)處理軟件通過(guò)對采集來(lái)的數據進(jìn)行整理分析，使環(huán)保機關(guān)足不出戶(hù)即能掌握轄區監測點(diǎn)和污染源的監測指標信息，從而使環(huán)保機關(guān)的管理在機制上實(shí)現從人工化向信息化的轉變，克服了過(guò)去對各項環(huán)境指標的檢測主要靠環(huán)保人員到現場(chǎng)手工取樣，帶回實(shí)驗室分析后再作出結論的周期長(cháng)、效率低的問(wèn)題;還可以提高對環(huán)境的監測頻次，克服過(guò)去由于監測頻次低，總結出來(lái)的環(huán)境質(zhì)量和污染源監測信息可信度較低的問(wèn)題。

　　2 監測系統的工作過(guò)程

　　整個(gè)系統的具體工作過(guò)程見(jiàn)圖1。數據采集器單元將流量計、PH計、COD計等各個(gè)現場(chǎng)測量?jì)x器輸出的標準4~20mA的電流信號轉變成數字信號，并對采集數據進(jìn)行內部保存，然后通過(guò)GPRS模塊采用無(wú)線(xiàn)傳輸方式發(fā)送給監控中心，由運行在監控中心計算機中的“監測信息實(shí)時(shí)處理系統”軟件進(jìn)行監測數據的集中處理和分析，監控中心人員就可以根據處理和分析后的數據了解采集點(diǎn)出的環(huán)境質(zhì)量狀況。

　　3 數據采集器硬件結構

　　采集器采用雙CPU結構，主CPU專(zhuān)門(mén)負責與監測軟件之間的數據通訊傳輸和量程設置及參數顯示;從CPU專(zhuān)門(mén)負責各自通道的數據采集、轉換及存儲，這樣可以避免各通道切換帶來(lái)數據信號的干擾，保證數據測量的精確可靠。從CPU用兩種方式(RS-485串行通訊方式及4～20mA電流環(huán)方式)來(lái)接收或轉換各個(gè)在線(xiàn)監測儀器的數據(見(jiàn)圖2)。從功能上，采集器電路劃分為以下幾個(gè)組成部分：

　　(1)單片機控制單元電路

　　單片機控制單元電路包括兩片單片機AT89S52(分別用主CPU和從CPU表示)、高速1K雙口靜態(tài)RAMIDT7130、E2PROMAT24C512等器件。MASTERCPU主要用來(lái)控制、通訊(與上位機遠程通訊，與SLAVECPU進(jìn)行數據的接受和發(fā)送命令等通訊操作);SLAVECPU主要用來(lái)對采集來(lái)的數據進(jìn)行數據轉換，并與MASTERCPU進(jìn)行數據傳遞。AT89S52內含8K的FLASH作為程序存儲器。高速1K雙口靜態(tài)RAMIDT7130作為MASTERCPU和SLAVECPU通訊的共享RAM。

　　參數數據存儲采用外部擴展一片64K的E2PROM(AT24C512)，用于數據存儲，并根據需要將數據送去顯示或上傳。