多路數(shù)據(jù)采集與智能儀表的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

趙乾　李喜鴿

摘 要：設(shè)計(jì)多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有將安全信號(hào)隔離、顯示信息、制定報(bào)警控制、變送等融合于一體的功能優(yōu)勢(shì)，因而常用于4-20mA/0-10V的信號(hào)測(cè)量系統(tǒng)中，另外，在硬件配置的基礎(chǔ)上，結(jié)合軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，則能夠?qū)崿F(xiàn)多種傳感器類型如電流輸出傳感器和電壓輸出型觸感器等的接入和實(shí)現(xiàn)整體測(cè)量、監(jiān)控功能。

關(guān)鍵詞：多路數(shù)據(jù)采集；智能儀表；軟件設(shè)計(jì)

1 多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主程序的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

在軟件實(shí)現(xiàn)方面，采用C語(yǔ)言編寫(xiě)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的運(yùn)行程序，如圖1所示為數(shù)據(jù)采集主程序的實(shí)現(xiàn)流程圖。

通過(guò)數(shù)據(jù)采集主程序和C語(yǔ)言的編程實(shí)現(xiàn)了8路A/D采樣功能，在參數(shù)設(shè)置的基礎(chǔ)上，會(huì)進(jìn)入485口接受狀態(tài)，并且進(jìn)入8路A/D巡檢程序，由上位機(jī)控制8路A/D采樣方式，進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和串口收發(fā)功能，如果有通訊標(biāo)志則進(jìn)入校驗(yàn)CRC狀態(tài)，從而構(gòu)建了循環(huán)采樣流程方式和固定通道采樣兩種方式，加強(qiáng)了數(shù)據(jù)校驗(yàn)，提升了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集精度和速度。最后將數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化的結(jié)果通過(guò)LED顯示功能，如果校驗(yàn)出錯(cuò)，LED也會(huì)通過(guò)錯(cuò)誤顯示。

2 軟件系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)和任務(wù)劃分

2.1 軟件系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)

智能數(shù)據(jù)采集器的軟件系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)，在一級(jí)界面中進(jìn)行了電壓、電路和脈沖三個(gè)選項(xiàng)的設(shè)置，分別按不同的按鈕則能夠分別進(jìn)入到電壓信號(hào)、脈沖信號(hào)和電流信號(hào)的檢測(cè)程序中，之后進(jìn)入某一個(gè)模擬信號(hào)的檢測(cè)窗口，也就是二級(jí)界面中，可以選擇查看監(jiān)測(cè)情況，也可以返回到一級(jí)界面，從新選擇要進(jìn)入的監(jiān)測(cè)程序，如果選擇查看則進(jìn)入到三級(jí)界面，對(duì)在一級(jí)界面中選擇的某一種信息采集情況進(jìn)行查看。在查看窗口中可以通過(guò)返回選項(xiàng)直接返回到觀察窗口。

2.2 軟件系統(tǒng)任務(wù)的劃分

根據(jù)硬件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的功能將整個(gè)系統(tǒng)劃分為8個(gè)任務(wù)功能模塊。任務(wù)結(jié)構(gòu)見(jiàn)表1。

2.3 任務(wù)之間的相互關(guān)系

對(duì)于本文的智能數(shù)據(jù)采集器系統(tǒng)軟件的編程而言，系統(tǒng)內(nèi)部的函數(shù)和控制語(yǔ)言可以實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)多個(gè)通道之間的任務(wù)處理。

數(shù)據(jù)采集器一開(kāi)始工作就進(jìn)入到系統(tǒng)初始化，也就是任務(wù)0階段來(lái)進(jìn)行其他人物的創(chuàng)建，當(dāng)創(chuàng)建任務(wù)1和任務(wù)2之后，相應(yīng)的兩個(gè)輸入鍵盤和A/D轉(zhuǎn)化任務(wù)會(huì)進(jìn)入ready狀態(tài)，則將任務(wù)0刪除。

3 數(shù)據(jù)采集主程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

在數(shù)據(jù)采集的軟件功能方面，主要有三個(gè)組成部分，一是系統(tǒng)上位機(jī)軟件的通信功能；二是系統(tǒng)監(jiān)控設(shè)備硬件I/O狀態(tài)采集處理功能、控制設(shè)備、設(shè)備接口協(xié)議處理等；三是數(shù)據(jù)采集設(shè)備參數(shù)配置。

3.1 數(shù)據(jù)采集主程序

首先我們應(yīng)該明確采集的要求，系統(tǒng)要求8路數(shù)據(jù)采集，被采樣的對(duì)象包括交流電流值，另外還包括電流的狀態(tài)和報(bào)警信號(hào)，所以對(duì)采集系統(tǒng)提出了更高的要求數(shù)據(jù)采集主程序流程圖如圖2所示：

數(shù)據(jù)采集主程序主要完成的任務(wù)包括：對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣并進(jìn)行隔離提高準(zhǔn)確度，再完成對(duì)信號(hào)的采用，這其中就包含采樣點(diǎn)的選擇和采樣數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。要實(shí)現(xiàn)以上的功能就要首先對(duì)硬件也就是A/D轉(zhuǎn)換器的的初始化，并啟動(dòng)A/D標(biāo)志，選擇好通道并判斷狀態(tài)，把采樣來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換、預(yù)處理并存入寄存器中，方便后續(xù)的處理，最后完成通道的切換，儀器高速的巡檢各個(gè)通道，讓每個(gè)通道在一個(gè)周期內(nèi)單通道電流值為80個(gè)，這個(gè)可以通過(guò)設(shè)定計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，每個(gè)通道進(jìn)行3次數(shù)據(jù)采集，來(lái)提高采集的精度。

3.2 AD7891的時(shí)序

數(shù)據(jù)采集器的CPU從AD7891中對(duì)串行數(shù)據(jù)的讀取方式使一位一位接受進(jìn)行的，并且將數(shù)據(jù)進(jìn)行置低。并且單片機(jī)必須在數(shù)據(jù)讀取和傳輸過(guò)程中到保持一致的低電平模式。依據(jù)圖3-6可得，與CPU從AD7891讀寫(xiě)數(shù)據(jù)都需要先將置低，CPU中的控制寄存器接受芯片中的前六位數(shù)據(jù)，則不再進(jìn)行其他數(shù)據(jù)的接受，并且將接受的6位數(shù)據(jù)中的前三位即A0、A1和A3配置在A/D采樣通道中。

3.3 數(shù)字濾波子程序設(shè)計(jì)

為了能夠很好的克服偶然因素引起的撥動(dòng)干擾，所以數(shù)字濾波子程序設(shè)計(jì)中采用中位值平均濾波法，也就是防脈沖干擾平均濾波法。而且對(duì)溫度、液位等變化緩慢的被測(cè)參數(shù)濾波效果比較好。

4 結(jié)束語(yǔ)

編寫(xiě)程序采用C語(yǔ)言進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)了8路A/D數(shù)據(jù)采樣功能和LED顯示和串口通信功能。首先，將A/D轉(zhuǎn)換器AD7891上位機(jī)控制采樣采集到的12位二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)際測(cè)量值的轉(zhuǎn)換，并且根據(jù)ANSI/IEE標(biāo)準(zhǔn)754-1985將轉(zhuǎn)換而來(lái)的實(shí)際測(cè)量值進(jìn)一步轉(zhuǎn)化文32位浮點(diǎn)數(shù)，在設(shè)定的存取區(qū)內(nèi)保存下來(lái)，由于一共采集8路數(shù)據(jù)，用于存儲(chǔ)采樣數(shù)據(jù)的空間需要設(shè)置32個(gè)字節(jié)。