實(shí)驗(yàn)設(shè)備運(yùn)行狀況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

由于電流互感器輸出為交流信號(hào)，如果運(yùn)放大器放采用單極性電源供電，峰值檢波效果不好，因此，采用正負(fù)9 V供電。此外，運(yùn)放放大器采用9 V供電，還可以避免因輸入信號(hào)過(guò)大而飽和。二級(jí)運(yùn)放輸出連接5 V穩(wěn)壓管，防止電壓過(guò)大，燒毀單片機(jī)A／D管腳。
2)實(shí)時(shí)時(shí)鐘和存儲(chǔ)器
當(dāng)中位機(jī)或者上位機(jī)未工作時(shí)，電流監(jiān)測(cè)模塊需要將相關(guān)數(shù)據(jù)暫存起來(lái)，在中位機(jī)和上位機(jī)下次上電工作時(shí)，再發(fā)送數(shù)據(jù)。因此，電流監(jiān)測(cè)模塊需要存儲(chǔ)帶有時(shí)間標(biāo)識(shí)的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)分別采用AT24C02和DS1302作為存儲(chǔ)器和時(shí)鐘芯片。圖7為實(shí)時(shí)時(shí)鐘和存儲(chǔ)器電路，圖中Bat為電池，在設(shè)備斷電時(shí)給時(shí)鐘供電，保證時(shí)間的持續(xù)性。

2．4 通信接口
系統(tǒng)把從電流檢測(cè)模塊所采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)管理系統(tǒng)，需通過(guò)Zigbee和485總線兩種通信方式。系統(tǒng)所采用的Zigbee數(shù)據(jù)接口為TTL型UART，可以和控制器直接相連，因此不再詳細(xì)介紹。485作為一種總線標(biāo)準(zhǔn)，具有傳輸距離遠(yuǎn)，可掛接多個(gè)負(fù)載的特點(diǎn)，但相比于UAR T，外圍電路也稍顯復(fù)雜。圖8為485總線接口原理圖。中位機(jī)數(shù)據(jù)發(fā)送端轉(zhuǎn)換為485電平后，連接圖中A、B引腳。

3 軟件及協(xié)議設(shè)計(jì)
軟件作為系統(tǒng)的靈魂，直接關(guān)系著系統(tǒng)的可靠性、高效性、易用性，實(shí)驗(yàn)設(shè)備運(yùn)行狀況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件包括控制器程序設(shè)計(jì)，中位機(jī)程序設(shè)計(jì)，以及上位機(jī)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)。中位機(jī)作為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)單元，只需將收到數(shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)包目的地進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)即可。
3．1 軟件設(shè)計(jì)
1)控制器程序 控制器主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、時(shí)鐘校正、數(shù)據(jù)發(fā)送等功能。產(chǎn)生定時(shí)中斷后，控制器調(diào)用A／D轉(zhuǎn)換程序采集電壓信號(hào)，并根據(jù)中位機(jī)或上位機(jī)運(yùn)行狀態(tài)決定直接發(fā)送還是存儲(chǔ)起來(lái)(調(diào)用IIC寫程序)，等待時(shí)機(jī)發(fā)送(調(diào)用IIC讀程序)。產(chǎn)生串口中斷后，控制器首先解析數(shù)據(jù)包內(nèi)容，根據(jù)標(biāo)識(shí)碼判斷需要校正時(shí)間，更新設(shè)備不同狀況下電流(轉(zhuǎn)換后為電壓)的閾值，或是獲知管理系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。
2)管理系統(tǒng) 管理系統(tǒng)亦即運(yùn)行于上位機(jī)上的軟件，基于Visual Basic程序開發(fā)平臺(tái)，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)接收，設(shè)備管理，報(bào)表生成等功能。管理系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)的顯示設(shè)備當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，也可以了解一段時(shí)間內(nèi)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，查看歷史數(shù)據(jù)或給電流監(jiān)測(cè)模塊發(fā)送命令更新數(shù)據(jù)。管理系統(tǒng)在數(shù)據(jù)庫(kù)中為每個(gè)實(shí)驗(yàn)室建立一張數(shù)據(jù)表，存儲(chǔ)設(shè)備的狀態(tài)信息。系統(tǒng)收到數(shù)據(jù)后，判定屬于哪個(gè)實(shí)驗(yàn)室，然后存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)表中，并判斷是歷史數(shù)據(jù)還是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，如果是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)則會(huì)通過(guò)狀態(tài)顯示區(qū)不同顏色指示設(shè)備狀態(tài)。系統(tǒng)還可以定期對(duì)數(shù)據(jù)做報(bào)表，方便相關(guān)人員查看。管理系統(tǒng)如圖9所示。