采用ATmega128的無線數據采集設計

電力日益市場化的環(huán)境下，電力公司必須提高服務質量以保持競爭力。當前我國的一些地區(qū)，配網自動化程度低，人員工作效率低。根據這種需求，設計了無線數傳系統(tǒng).整個無線數據通信系統(tǒng)是基于RS-485串口通信的一點對多點網絡結構。數傳電臺每站點設一部，分別連接主站的數據采集工作站和分站的RTU/FTU等，進行輪詢通信。各分站作業(yè)數據上報以及數采工作站的控制指令下行傳輸都通過無線方式完成。

1 設計思想

數據采集單元采用先進的ATmega128嵌入式單片機作為核心部件，利用RS-485通信接口與控制系統(tǒng)通信。測量站主要是將捕捉的現場信號經轉換器ADC采樣、量化、編碼后，變成數字信號傳給微處理器，接收遙控指令并發(fā)送數據;主控站的主要工作是發(fā)送遙控指令、接收數據信息、進行數據處理和數據管理。整個系統(tǒng)結構簡單，可靠性高。見圖1。
1.1 高速的模數轉換芯片TLC5510
該系統(tǒng)的A/D轉換采用TLC5510模數轉換芯片。TLC5510模數轉換芯片是TI公司的8位A／D轉換器，是一款高速、低功耗且內部帶有采樣保持電路。它的數據采集時序是當CLK為高電平時轉換數據，當CLK為低電平時輸出有效數據。當要從A／D中讀取數據時，只要 保持低電平即可，當 為高電平時D1-D8為高阻態(tài).見圖2.
1.2 數據采集系統(tǒng)的接口電路設計與流程
FIFO芯片SN74ACT7808是2048字節(jié)×9位可以實現先進先出異步讀寫操作的雙端口存儲器.讀寫操作會自動訪問存儲器中連續(xù)的存儲單元。從FIFO中讀出的數據順序與寫入的順序相同，地址的順序在內部已經預先定義好了。對FIFO的讀寫操作只由讀寫信號控制，不需要另外的地址信息。這使得FIFO的控制電路變得十分簡單：讀數據時只要OE保持為高電平同時使UNCK產生一個上升沿；寫數據只要LDCK產生一個上升沿即可.
由于是高速數據采集，單片機相對A／D來說速度遠遠不夠，所以需要設計一個電路讓數據采集與存儲自動完成，見圖2。單片機的PB0引腳通過與門與外部CLK時鐘相連，這樣單片機就可以控制A／D的采樣。當PB0為高電平時進行采樣，當PB0引腳為低電平時A／D的CLK沒有脈沖，采樣停止。當FIFO保存的數據幾乎滿后給單片機一個中斷信號，單片機接到中斷信號后置PB0為低電平停止采樣，然后把數據從FIFO中讀出。因為單片機的PG0引腳經反向器后接到FIFO的UNCK，PC4腳接到FIFO的OE，它的有效地址只要保持PC4引腳為高電平即可。數據處理完畢后再接著采樣，如此反復，完成周期性采樣[2]。

2嵌入式單片機ATmega128與數傳電臺的串行通信
ATmega128為基于AVR RISC結構的8位低功耗CMOS微處理器。ATmega128的數據吞吐率高達1 MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。8通道10位ADC(具有可選的可編程增益)、具有片內振蕩器的可編程看門狗定時器、SPI串行端口、異步串行口與JTAG測試接口(此接口同時還可以用于片上調試)，以及六種可以通過軟件選擇的省電模式。
2.1 ATmega128的串行通信方式
串行通信波特率:9600bps,發(fā)送接收方式:一位起始位，8位數據位，奇校驗，1位停止位。UARTO初始化可以在ICC AVR中設置完成，而且Builder自動生成中斷服務子程序和人口地址，只需在服務子程序中加人處理代碼即可。
//UARTO initialisation
//desired baud rate:9600
//char size:8bit
//parity: Disabled
void uart0_init(void)
{
UCSR0A=0x00;
UCSR0B=0x98; //接收完成中斷允許，發(fā)送數據允許.
UCSR0C=0x06; //發(fā)送接收的字符長度為8位.
UBRR0H=0x00;
}
接收數據時,單片機設置一個標志，假設接收到第一個“*”字符，標志置1，認為通信正常，可以接收數據。接收數據時，判斷是否收到接收完成消息；是,則清除標志，使得下次收到的數據無效，直到再次收到“*”，標志置1。標志為1時，判斷是否收到消息(字符值等于8)；是,將上次收到字符清為0;不是則將接收到的數據保存到接收緩沖區(qū)中。執(zhí)行操作后，最后將接收到的字符發(fā)回給計算機。單片機通信流程圖見圖3。