基于双单片机的多路数据采集系统设计.pdf

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1、第2 7 卷第6 期增刊2 0 0 6 年6 月仪器仪表学报C h i n e s eJ o u r n a lo fS c i e n t i f i cI n s t r u m e n tV 0 1 2 7N O 6J u n e 2 0 0 6基于双单片机的多路数据采集系统设计林祝亮1武林2杨金华11(浙江师范大学职业技术学院金华3 2 1 0 0 4)2(浙江师范大学信息科学与工程学院金华3 2 1 0 0 4)摘要本系统采用双单片机和E 2 P R O M 共享数据的方式实现通讯，通过下位机采集数据，上位机处理数据实现现场的远距离数据采集。实验证明该方式有效解决模拟量受干扰而影响精

2、度的问题，弥补传统的双单片机串行传输方式传输距离短、传输速率低的缺陷。关键词A D 数据共享M A X l 9 6 双单片机D e s i g no fm u l t i c h a n n e ld a t aa c q u i s i t i o ns y s t e mb a s e do nd o u b l eM C UL i nZ h u l i a n 9 1W uL i n 2Y a n gJ i n h u a l1(C o l l e g eo fV o c a t i o nA n dT e c h n o l o g y，Z h e j i a n gN o r m a

3、 lU n i v e r s i t y，J i n h u aZ h e j i a n g3 2 1 0 0 4，C h i n a)2(C o l l e g eo fI n f o r m a t i o nS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g，Z h e j i i a n gN o r m a lU n i v e r s i t y，J i n h u aZ h e j i a n g3 2 1 0 0 4，C h i n a)A b s t r a c tT h es y s t e mo r i g i n a l l ya p p

4、 l i e dt h em o d eo fd o u b l eM C Ua n dE 2P R O Ms h a r i n gd a t at oa c h i e v et h ec o m m u n i c a t i o n，a p p l i e dt h ed o w n-s t r e a mC P Ut oc o l l e c tt h ed a t aa n dt h eu p s t r e a mC P Ut ot a c k l ew i t ht h ed a t at oa t t a i nt h er e m o t ed a t aa c q u i

5、 s i t i o n T h ee x p e r i m e n tp r o v e dt h a tt h i sa p p r o a c hc o u l dr e s o l v et h ep r e c i s i o np r o b l e mb e c a u s e0 ft h es i m u l a t eq u a n t i t yb e i n gi n t e r f e r e d。a n dc o m p e n s a t et h ef l a wt h a tc a u s e db yt h et r a n s p o r t a t i

6、o nl i m i t a t i o n so fs h o r ti nd i s t a n ta n d l O wi nv e l o c i t yu n d e rt r a d i t i o n a lt w O-M C Us e r i a lc o m m u n i c a t i o nm o d e K e yw o r d sA Dd a t as h a r i n gM A X l 9 6d o u b l eM C U统框图如图1 所示。1引言本系统采用下位机负责模拟数据的采集，上位机即主机是负责处理接受过来的数字量的处理及显示，包括时钟的显示、温湿度的采

7、集显示、键盘的读取、与电脑的串口通讯等。在传输的传输方式上，该系统并没有选择常见的两单片机串行通讯，而是采用的双C P U 共享数据这一极具创意的方式。传统的双单片机串行传输方式有传输的距离短、传输的速率低的缺陷。该系统采用的数据传输方式，很好的解决了这一问题并在一定程度上满足了许多场合的要求。2 系统的硬件设计该系统主要由两块单片机组成上下位机通讯，E 2 P R O M(通讯与存储数据)为上下位机共享模块。系图1 系统框图2 1 上位机的原理设计上位机的电路原理图如图2 所示，上位机主要由液晶显示模块T S l 2 8 6 4 A-2、时钟芯片模块、温湿度传感器模块S H T I O，键盘

8、组成。2 2 下位机的原理设计下位机主要由电压、电流采集模块组成，原理图如 万方数据第6 期增刊基于双单片机的多路数据采集系统设计1 3 3图3 所示。核心组成部分就是一个多通道，1 2 位数据读取系统M A X l 9 6。各个通道在定的电压范围内可以通过相互独立的软件编程来实现模拟信号的转换。此外该系统采用了M A X 4 7 2 这一I V 芯片来实现电流的测量。1圭：哺寸磐V 0 k324lU 7V C C5。广 也一i i：磊 r 一娶0U 86糖罐P t 0p 3 9P 0 07P I IP D l3 8P 0 l8P 1 2H)23 7P o 29P 1 3P 0 33 6P 0

9、 3l oP 1 4P 0 4了广如41 1P 1 5H)5了r 如51 21 33 3P 0 641礴S 3P 1 78口：M _ _-：_”，E睁：-_ J _ L-rv 1 6龟毋一1 3 m 一2 1E1 7 广1 D r r lP 2 02 2R，1 8龟p 一广凯D 盯1 DP 2 1P 2 22 3 跏1 9广_ o 争一赫晤广5T lP 2 32 4C S l2 0丁G IDc 9 顶r1 DP 2 42 5C s 2P 2 52 6P 2 5碱1 m E A i f v PP 2 6IlP 2 72 8P 2 7 1X l引2c 2 2 辛P 睡1 9】QG N DR E S

10、 酊呦l OP 3 O儿P 3 1T I 3 0转茸1i 观2 PW R l 6：碾P S E N)2 9G 1茹脚图2 上位机的电路原理图二剿盛1 石甚肇艮髻熙习茄1避!QI 姑黑剿P 2 7群阳喇照篓F 2 4隔粥陌朋F 2 2婴毒 jF 2 1盟一2 1 脚婴名一啊鞲鬣鞲器关拍 蔽醑囊秘嚣3 l图3 下位机的电路原理图R 球蓬f r勉X IE J v PT oT 1 万方数据1 3 4仪器仪表学报第2 7 卷3 系统的软件设计由于该系统采用的是双C P U 共享数据这一方式来实现数据的传输，因此上下位机的焦点便是在实现对E 2 P R O M 的控制上。双方对E 2 P R O M 的控

11、制程序流程如图4 所示：上位机的主要任务就是不断对按键进行扫描，通过按键值的变化来实现人机对话，向E 2 P R O M 读数据。下位机编程是不断对6 通道扫描，当数据准备就绪，1 0 S 中断来临时，向E 2 P R O M 写数据。：位机初始化P 1 3=1下位机初始化P 1。3=1P 1 3=O 对E 2 P R O M 操作P 13=0 对E 耷R o M 操作I操作结束P 1 3=1操作结束P I 3=1图4E 2 P R O M 的控制程序流程4 结束语该系统采用了双单片机共享数据的方式实现通讯，完成数据采集。具有精度较高，转换速度快，能够对多点同时进行采集，而且对不同需求的场合具

12、有通用性。参考文献马忠梅单片机的C 语言应用程序设计 M 北京：北京航空航天大学出版社，2 0 0 3 何利民等单片机技术选编 M 北京：人民邮电出版社，2 0 0 2 胡乾兵等单片微型计算机原理与应用E M 湖北：华中理工大学出版社，2 0 0 2 李玲等单片机串行数据采集传输模块的设计E M-西安电子科技大学出版社，2 0 0 4 孙涵芳M C S5 1 9 6 系列单片机原理与应用 M 北京：北京航空航天大学出版社，1 9 8 1 马家辰M C S5 1 单片机原理及接口技术E M 北京：北京航空航天大学出版社，1 9 9 0(上接第1 1 4 页)实验数据处理方法。钿。输出窗口的计算误

13、差值与文献4 的结果非常参考文献吻合。7”5 结束语用最小包容区域法评定平面度误差值，随着实测点的增多，手工处理的难度也随着加大，迫切需要计算机辅助处理数据。作者根据程序设计的流程图，采用V C+6 0 编制的程序，通过一些实验数据的验证，输出窗口的计算误差值能得到满意的结果，证明编程思路是正确的、可行的。程序提供了良好的可视界面，可以帮助我们很好地理解最小包容区域法的两个准则和 1 张之江，于瀛洁，张善钟，等平面度误差最小区域新算法有序判别法 J 计量学报，1 9 9 8，1 9(1)；1 52 1 2 刘平利用计算机计算平面度误差的一种新方法特征点法E J 2 计量学报，1 9 9 1，1

14、 2(3)：1 9 3 1 9 8 E 3 3 甘永立几何量公差与检测(7 版)M 上海：上海科学技术出版社，2 0 0 5 4 甘永立几何量公差与检测实验指导书(3 版)M 上海：上海科学技术出版，2 0 0 2 口豳口H口叩 万方数据基于双单片机的多路数据采集系统设计基于双单片机的多路数据采集系统设计作者：林祝亮，武林，杨金华，Lin Zhuliang，Wu Lin，Yang Jinhua作者单位：林祝亮,杨金华,Lin Zhuliang,Yang Jinhua(浙江师范大学职业技术学院,金华,321004)，武林,Wu Lin(浙江师范大学信息科学与工程学院,金华,321004)刊名：仪

15、器仪表学报英文刊名：CHINESE JOURNAL OF SCIENTIFIC INSTRUMENT年，卷(期)：2006，27(z1)被引用次数：5次 参考文献(6条)参考文献(6条)1.马忠梅.籍顺心.张凯 单片机的C语言应用程序设计 20032.何利民 单片机技术选编 20023.胡乾兵 单片微型计算机原理与应用 20024.李玲 单片机串行数据采集/传输模块的设计 20045.孙涵芳.徐爱卿 MCS-51、96系列单片机原理及应用 19816.马家辰.孙玉德.张颖 MCS-51单片机原理及接口技术 1990 相似文献(10条)相似文献(10条)1.期刊论文 张擎红.方力一.Zhang

16、Qinghong.Fang Liyi TDCS的D/D结合及交叉互控方案-铁道通信信号2005,41(9)不同制式TDCS的结合有2种方式:D/D结合方式和交叉互控方式.就这2种结合方式的目的、结构、原理、技术要点进行了分析和讨论,并根据在成都铁路局应用的经验,实际比较了其优缺点,旨在为同类系统的实现提供参考.2.学位论文 余金栋 考虑谐波的电能计量方法与硬件设计 2007 在现代电力供电系统中，由于电气化铁道的发展，大容量电弧炉的使用以及电力电子器件的大量应用等，使得电网的波形发生畸变而产生谐波。谐波不但对电力设备、电力用户和通信线路构成危害，而且还会影响到正常的电力电能计量。对谐波存在条件

17、下的积分电能算法分析表明：电能由基波电能和谐波电能构成，而且非线性负载的谐波功率为负值、线性负载的谐波功率为正值。从而揭示出谐波存在条件下的电能计量问题的实质：即谐波条件下的电能计量，己不再是简单意义上的对瞬时功率求平均值再累加的积分问题，而是要在区分负载的基波、谐波功率并判断潮流方向的前提下对负载的谐波源特性进行判断，或者说是一个谐波污染监测和治理的问题。针对谐波电能计量问题，提出解决的八个要素：基波电能量(E)、谐波电能量(E)及正负(正为线性负载用户，负为谐波源用户)、谐波电压含有率(HRU)、谐波电流含有率(HRI)、谐波电压含量(U)、谐波电流含量(I)、电压总谐波畸变率(THD)、

18、电流总谐波畸变率(THD)。运用离散傅立叶变换(DFT)原理和快速傅立叶变换(FFT)算法推导出解决谐波电能计量问题的八要素计算公式。运用MATLAB/SIMULINK工具对三相半波整流器负载的谐波电能及谐波指标进行了仿真运算，将计算结果与理论分析结论进行对照，验证了考虑谐波的电能计量方法。运用嵌入式技术，设计了能够实现这种电能计量方法的谐波电能计量仪，该装置基于DSP和MCU的组合结构，具备智能化测控仪表的完善功能，并且在设计中采用了可靠性和电磁兼容性措施。详细阐述了交流模拟信号的测量、同步采样和A/D转换、数据运算处理和实现装置智能化操作控制的方法，以及各模块电路的工作原理和设计方法，并给

19、出了有关模块电路的驱动方法。在对比基于双口RAM和串行口的微控制器MCU与DSP的数据共享方案后，提出一种新型的DSP与MCU之间的数据共享方案，即基于IzC总线的DSP与MCU数据共享方案，这种方案以铁电存储器为数据共享存储体，是一种接线简单、数据访问高速、无读写时延和数据保护可靠性高的数据共享解决方案。之后，对各模块电路进行了调试。本文的研究工作得到国家自然科学基金重点项目60474048，60534040，及广东省科技计划项目2004A10502001的资助。3.期刊论文 胡宝民.李子彪.徐大海.鲍红.HU Baomin.LI Zibiao.XU Dahai.BAO Hong 河北省科技

20、统计数据库构建及共享平台建设-科技管理研究2005,25(12)科技数据是反映国家科技创新、经济增长、社会进步和国家安定的重要战略资源.然而,目前科技数据统计口径、计算方法不一致,数据难以覆盖社会整个方面,数据共享还处于较低水平,科技数据难以有效地发挥其对决策的支撑作用.本文借2000年全国、全省进行全社会R&D资源清查契机,对全省如何科学有效收集数据,解决数据共享问题进行了研究,给出了河北省科技统计数据库及共享平台建设的理论和方案,并在河北省建设区域科技统计数据管理系统,最后对系统的运行状况进行了分析与评价.4.会议论文 郭明航.李够霞.从怀军 基于元数据管理列表类型数据的技术框架 2004

21、 列表类型数据是科学数据最为常见的数据形式.本文从分析列表类型数据的特征入手,认为数据集的元数据不仅是对数据集实体的说明,而且一定程度上还决定着数据集实体的内容和数量,以及数据集实体之间的内在联系,这种联系正是列表类型数据管理依据所在.在本数据库系统的设计中,采用了Oracle关系数据库技术和C-W-D三层构架的Web数据库体系结构.同时,强调了数据安全管理和数据共享的关系及实现方法:采用数据集的元数据和数据集实体逻辑上关联,物理存储上分离;用户管理设置不同的权限,这种权限从数据库、数据表、属性字段3个层面上实现.这种数据安全和共享策略,可为数据库建设和使用提供更为灵活的方式.5.学位论文 陈

22、峥 现代机载雷达I/O接口模块的研究与实现 2001 该文描述了在以综合化、实时化和标准化为目标的前提下,一种属于嵌入式系统的机载雷达I/O接口模块的设计和实现的方法.该接口模块上具有2个RS-232接口、4个RS-422接口、1个RS-485接口、8路A/D转换接口、8路离散量接口及VME总线接口,同时带有512K容量的FLASHROM、256容量的SRAM和可作为数据共享与信息传输的16K容量的DPRAM存储器,处理器的工作主频在20MHz以上.依据I/O模块的功能要求和结构体系,采用功能模块化的方法,运用标准化和优化的手段,尽量应用大规模/超大规模及复杂可编程逻辑器件,建立了一个的可靠的

23、设计方案,同时深入讨论和分析了异步通信接口码间干扰理论,并论证了造成ADC系统和VME总线系统功能失效的原因,并给出了其相应的解决措施,最后,讨论了用CPLD器件实现了一个VME总线接口控制器的方法和过程.6.期刊论文 孙九林.黄鼎成.李晓波 我国科技数据管理和共享服务的新进展-世界科技研究与发展2002,24(5)科技数据管理和共享是长期困扰科技界的难以解决的重大问题,最近几年科技部组织了调研组*展开全面调研,采取了有力措施推进此项工作的进展.本文就我国在科技数据管理与共享服务领域所取得的最新进展,向各位科技工作者和各级管理部门通报,以引起更为广泛的关注和支持.7.会议论文 黄勇 双端口存储

24、器在数据采集、处理系统中的应用 2000 本文简要介绍双端口存储器(Dual-Port RAM),并采用双端口存储器在由单片机、A/D转换器及数字信号处理器等数据总线宽度不同的元件所组成的数据采集、处理系统中作数据存储与传递.8.期刊论文 李圣强.李闽峰.王斌.杨满栋.米宏亮.宋喜先.赵育浦 WDC-D地震前兆综合观测数据的抢救和整编-地震2004,24(4)概述了地震前兆综合观测数据抢救和整编的必要性;介绍了前兆观测数据库的选取及特点;系统收集了首都圈范围内(包括5省2市)的地震前兆观测数据,并对其进行分析、整编并入库.通过WDC-D项目支持,本专题共抢救和整编了8个单位共304个台站的前兆

25、观测数据,其中专业台121个,地方台183个,共计1709个测项的344M前兆综合观测数据.同时,通过局域网和Internet为研究和分析人员提供了前兆综合观测数据的服务和数据共享.文中分析了WDC-D项目数据共享服务的几种方式,即局域网内基于C/S结构的应用、广域网上基于B/S结构的数据下载服务及图形服务方式,并简要分析了这几种数据服务方式的优缺点.最后,在总结和分析所做工作的基础上,提出了几点建议.9.学位论文 丁浩川 基于SoPC的变电所IED过程层采样值接口技术 2008 随着电子式互感器、智能断路器等新设备的应用和IEC 61850标准的发布，变电所自动化技术发生了革命性的变化，变电

26、所IED获取二次电压、电流以及开关状态测量值的方式由直接采集二次信号转变为通过通信接口接收来自混合单元的过程层串行数据。因此，研究变电所IED过程层采样值接口技术，对于开发符合IEC61850标准的变电所自动化系统，推动变电所自动化技术的发展具有十分重要的意义。论文首先分析了现有变电所技术存在的问题，指出基于IEC 61850标准的数字化变电所技术可以实现IED之间的互操作与数据共享，解决变电所内的“自动化孤岛”问题，是变电所自动化技术的发展方向。详细分析了IEC 61850标准及其核心技术，对与IED采样值接口技术相关的IEC 61850-9部分进行了重点研究，介绍了IEC 61850-9-

27、1数据帧的具体内容。提出了三种变电所IED的过程层采样值接口电路方式，即直接接收处理式、模拟信号再生式与接收再转发式；分析了三种接口电路方式的优缺点及其适用场合。在掌握过程总线通信技术的基础上，基于SoPC技术设计了一种用于变电所IED过程层采样值接口的数据接收再转发电路。该电路接收来自过程层通信线路的数据包，提取测量数据转发给后续的DSP/MCU做进一步处理，其作用与常规IED的交流变换和A/D转换电路相同，特别适用于将常规的变电所IED改造为用于数字化变电所的能够接收过程层采样值的装置。首先进行采样值接口的整体设计。硬件方面完成了整体框架设计，说明每一模块的功能，详细阐述了以太网控制器LA

28、N91C111与Nios软核CPU接口电路的设计。软件方面移植了C/OS-实时多任务操作系统，分析基于HAL API的Nios软件启动过程，设计了软件的整体流程。利用Altera公司的开发板，实现了采样值接口的一部分功能-采样值的接收。使用硬件开发软件Quartus设计接收模块的Nios 软核，定制其外围设备，完成硬件整体原理图的设计。使用Nios IDE进行接收模块的软件设计，在C/OS-环境中完成LWIP的初始化，编写用户应用任务。最后，下载调试整个系统，通过试验验证了本设计方案是切实可行的，接收模块可以稳定可靠的工作。本文设计了一种基于SoPC技术的过程层数据接收再转发电路。研究成果对于

29、开发符合IEC 61850标准的IED，特别是将常规的变电所IED改造为用于全数字化变电所的能够接收过程层采样值的装置，具有很大的参考价值。10.期刊论文 燕延.刘玉红.陈保平.Yan Yan.LIU Yuhong.Chen Baoping 嵌入式系统在桥梁振动数据采集系统中的应用-石家庄铁道学院学报2005,18(2)介绍了一个基于嵌入式操作系统的桥梁振动状态远程数据采集系统,文中详细给出了A/D转换和数字信号的TCP传输流程,该系统实现了无人值守情况下桥梁振动状态的数据采集和数字信号的网络化传输,为远程监测、数据分析、数据共享,为确保列车过桥时的行车安全,为帮助人们认识桥梁振动规律提供了全面准确的数据.引证文献(5条)引证文献(5条)1.郗英.王小尚 多线程和网络传输的数据采集系统在ERP中的应用期刊论文-现代制造工程 2009(2)2.王虎.段哲民.王海涛 基于多线程的太阳能阵列数据采集系统期刊论文-计算机测量与控制 2009(1)3.王海涛.段哲民 多路数据采集与网络远程传输系统实现期刊论文-计算机测量与控制 2008(3)4.王海涛.裴照君.段哲民 基于多线程和网络传输的数据采集系统的实现期刊论文-电子测量技术 2007(11)5.杨文方.荣锋.张雪梅 基于双CPU和RS-485总线的多路信号测控系统的设计期刊论文-煤 2007(11)本文链接：http:/