實驗設(shè)備運行狀況監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

由于電流互感器輸出為交流信號，如果運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9 V供電。此外，運放放大器采用9 V供電，還可以避免因輸入信號過大而飽和。二級運放輸出連接5 V穩(wěn)壓管，防止電壓過大，燒毀單片機A／D管腳。
2)實時時鐘和存儲器
當(dāng)中位機或者上位機未工作時，電流監(jiān)測模塊需要將相關(guān)數(shù)據(jù)暫存起來，在中位機和上位機下次上電工作時，再發(fā)送數(shù)據(jù)。因此，電流監(jiān)測模塊需要存儲帶有時間標(biāo)識的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)分別采用AT24C02和DS1302作為存儲器和時鐘芯片。圖7為實時時鐘和存儲器電路，圖中Bat為電池，在設(shè)備斷電時給時鐘供電，保證時間的持續(xù)性。

2．4 通信接口
系統(tǒng)把從電流檢測模塊所采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機管理系統(tǒng)，需通過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，因此不再詳細介紹。485作為一種總線標(biāo)準(zhǔn)，具有傳輸距離遠，可掛接多個負載的特點，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
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，實驗設(shè)備運行狀況監(jiān)測系統(tǒng)軟件包括控制器程序設(shè)計，中位機程序設(shè)計，以及上位機管理系統(tǒng)設(shè)計。中位機作為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)單元，只需將收到數(shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)包目的地進行轉(zhuǎn)發(fā)即可。
3．1 軟件設(shè)計
1)控制器程序 控制器主要負責(zé)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)存儲、時鐘校正、數(shù)據(jù)發(fā)送等功能。產(chǎn)生定時中斷后，控制器調(diào)用A／D轉(zhuǎn)換程序采集電壓信號，并根據(jù)中位機或上位機運行狀態(tài)決定直接發(fā)送還是存儲起來(調(diào)用IIC寫程序)，等待時機發(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)識碼判斷需要校正時間，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)的運行狀態(tài)。
2)管理系統(tǒng) 管理系統(tǒng)亦即運行于上位機上的軟件，基于Visual Basic程序開發(fā)平臺，負責(zé)數(shù)據(jù)接收，設(shè)備管理，報表生成等功能。管理系統(tǒng)可以實時的顯示設(shè)備當(dāng)前運行狀態(tài)，也可以了解一段時間內(nèi)設(shè)備運行狀態(tài)時，查看歷史數(shù)據(jù)或給電流監(jiān)測模塊發(fā)送命令更新數(shù)據(jù)。管理系統(tǒng)在數(shù)據(jù)庫中為每個實驗室建立一張數(shù)據(jù)表，存儲設(shè)備的狀態(tài)信息。系統(tǒng)收到數(shù)據(jù)后，判定屬于哪個實驗室，然后存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)表中，并判斷是歷史數(shù)據(jù)還是實時數(shù)據(jù)，如果是實時數(shù)據(jù)則會通過狀態(tài)顯示區(qū)不同顏色指示設(shè)備狀態(tài)。系統(tǒng)還可以定期對數(shù)據(jù)做報表，方便相關(guān)人員查看。管理系統(tǒng)如圖9所示。