多冗余輸出的數(shù)據(jù)采集處理單元設(shè)計與實現(xiàn)
加入技術(shù)交流群
2．1．2 電源及電壓基準(zhǔn)源
本模塊外部由直流24 V電源供電，內(nèi)部由3個鑫飛達DC／DC隔離電源實現(xiàn)分開供電，互不干擾，一路經(jīng)DFA5-24S12輸入24 V隔離輸出5 V供通道采樣與A／D轉(zhuǎn)換工作電源；一路經(jīng)DFA5-24S5輸入24 V隔離輸出5 V供CPU工作電源；一路S05HIS05-2W輸入5 V隔離輸出5 V供RS 485通訊工作電源。模塊前向通道的信號調(diào)理電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片都需要一個高精度的5 V的電壓基準(zhǔn)源，TL431就是基準(zhǔn)源電路的核心器件。其主要特點是：穩(wěn)壓值從2．5～36 V連續(xù)可調(diào)；參考電壓源誤差±l％，低動態(tài)輸出電阻，典型值O．22 Ω，輸出電流1．O～100 mA，全溫度范偉內(nèi)溫度特性平坦，典型值為50 ppm；低輸出電壓噪聲。TL431適用作12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓參考源。本模塊用TL431構(gòu)建的5 V基準(zhǔn)電路。
2．1．3 工作過程
8路4～20 mA信號經(jīng)信號調(diào)理電路(TLC279ID)，再經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換(TLC2543)、隔離(6N137)送入ATmegal6單片機，它利用內(nèi)部自帶的ADD轉(zhuǎn)換器采集8路數(shù)據(jù)，將其經(jīng)由RS 485接口電路傳送給上位機，RS 485通訊模塊采用帶磁隔離的ADM2483。其原理框圖見圖2。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/173269.htm
2．1．4 程序設(shè)計
系統(tǒng)上電后執(zhí)行初始化程序，復(fù)位各個端口。當(dāng)處于監(jiān)聽狀態(tài)時，各監(jiān)測點數(shù)據(jù)采集模塊處于自動巡回監(jiān)測狀態(tài)，系統(tǒng)開始對各通道按設(shè)定間隔時間進行采集；當(dāng)接收到上位機發(fā)送來的指令便選中相應(yīng)的采集通道執(zhí)行數(shù)據(jù)采集，調(diào)用數(shù)字濾波子程序進行濾波得到精確的數(shù)值，再通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和處理后送微處理器的數(shù)據(jù)存儲器，等待上位機的讀取。單片機程序采用C語言編寫，系統(tǒng)主程序為一個循環(huán)，在循環(huán)中完成以下工作：系統(tǒng)初始化，包括初始化I／0端口，外部中斷，計數(shù)器O，USART等；掃描上位機采集指令；開中斷；響應(yīng)INTO中斷和計數(shù)器0溢出中斷；讀取ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果；將采集的數(shù)據(jù)調(diào)用通訊子程序由串口通訊模塊輸出；接收上位機發(fā)出的命令并進行相應(yīng)的操作。
2．2 多路冗余輸出處理模塊
為解決對所采集的數(shù)據(jù)進行多路冗余處理輸出，提高可靠性，特設(shè)計一雙CPU協(xié)同處理的串口擴展模塊實現(xiàn)多路冗余處理輸出。數(shù)據(jù)通過RS 485總線輸入至該模塊，經(jīng)隔離進雙CPU處理，擴展為三路串口輸出，原理框圖見圖3。模塊采用雙ATmega64芯片作為處理器，雙CPU并口總線通訊，CPU數(shù)據(jù)RAM映射，數(shù)據(jù)交換速度快，實時性高。串口通訊RS 485總線，通訊模塊芯片為帶磁隔離的ADM2483，輸出采用標(biāo)準(zhǔn)的MODBUS RTU通訊協(xié)議。電源采用鑫飛達的5W DC／DC隔離模塊DFA5-24S5。
ATmega64是高性能、低功耗的AVR、8位微處理器，先進的RISC結(jié)構(gòu)，其特性如下：133條指令大多數(shù)可以在一個時鐘周期內(nèi)完成，32×8通用工作寄存器和外設(shè)控制寄存器，全靜態(tài)工作，工作于16 MHz時性能高達16 MIPS，只需兩個時鐘周期的硬件乘法器；非易失性的程序和數(shù)據(jù)存儲器，128 KB的系統(tǒng)內(nèi)可編程FLASH，具有獨立鎖定位、可選擇的啟動代碼區(qū)，通過片內(nèi)的啟動程序實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程，可以對鎖定位進行編程以實現(xiàn)軟件加密，可以通過SPI實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)編程；JTAG接口(與IEEE 1149．1標(biāo)準(zhǔn)兼容)，遵循JTAG標(biāo)準(zhǔn)的邊界掃描功能，支持擴展的片內(nèi)調(diào)試，通過JTAG接口實現(xiàn)對FLASH、E2PROM、熔絲位和鎖定位的編程。
2．3 通訊設(shè)計
RS 232／422／485都是串行數(shù)據(jù)接口的標(biāo)準(zhǔn)。RS 232是非平衡傳輸，RS 422／485是平衡傳輸。RS 232傳送距離最大僅為15 m，最高速率為20 Kb／s，比較適合近距離的本地設(shè)備之間的通信連接；RS485連接最長可達1．2 km，可連接至256個設(shè)備節(jié)點，數(shù)據(jù)傳輸率能高達10 Mb-／s。為實現(xiàn)底層多采集模塊和上位機間遠距離通訊，在底層采用RS 485總線進行數(shù)據(jù)傳輸。因PC機端的串口是RS 232接口，故需在PC端接專用的RS 232／RS 485轉(zhuǎn)換模塊將RS 232信號轉(zhuǎn)換成RS 485的信號。本采集單元使用通訊模塊芯片為帶磁隔離的ADM2483，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議――MODBUS RTU通訊協(xié)議。圖4為RS 485通信接口硬件電路。
評論