基于PIC單片機的便攜式測試記錄儀設計

　　基于PIC單片機的便攜式測試記錄儀(以下簡稱記錄儀)既有一般數(shù)據(jù)采集裝置的實時采集與保存功能,同時又能夠?qū)Σ杉瘮?shù)據(jù)進行實時處理、顯示和打印。適用于對采集速度要求不高、交流供電比較困難以及無須長期留人值班的場合。

　　以追求高可靠、低功耗、小體積設計思想的本記錄儀具有如下功能:對現(xiàn)場物理量進行實時采集、保存、處理與顯示;自動識別現(xiàn)場安裝的傳感器數(shù)量、傳感器號和量程;自動和手動兩種采集方式,自動采集適用于長期無人值班的固定場合,手動采集便于對分布在不同區(qū)域的物理量進行測試;與PC機通訊,可根據(jù)需要將采集數(shù)據(jù)下載至PC數(shù)據(jù)庫;實時打印;自檢功能,避免了系統(tǒng)運行過程中可能遇到本身無法容錯處理的異常事件而導致的死機現(xiàn)象。

　　1 硬件設計

　　1.1 總體設計原則

　　根據(jù)高可靠、低功耗、小體積的設計思想及應用對象幾乎對采集速度無要求(此處指系統(tǒng)本身的采集速度已遠遠超過實際應用要求)的特性,總體設計原則是: 元器件采用低功耗、寬范圍工作電源的CMOS集成電路;總線采用口線少的串行總線;允許情況下,盡量用軟件實現(xiàn)硬件功能,用中斷代替查詢工作方式;一旦系統(tǒng)空閑則立即使其進入低功耗休眠狀態(tài),當需要時再用外部中斷予以喚醒。

　　1.2 硬件組成

　　根據(jù)總體設計原則,硬件組成如圖1所示。其中:單片機為美國MicroChip公司的中檔產(chǎn)品PIC16C74,+5V供電、4MHz主頻時功耗低于2mA;E2PROM存儲陣列由超低工作電壓(+2.5V～+5.5V)、具有可編程選擇多種特性的8KB智能化電可擦除存貯器24LC65芯片組成。其中,0#為傳感器識別片(以下簡稱識別片),保存現(xiàn)場實際安裝的傳感器數(shù)量、傳感器號及量程。該芯片被設計在放大器板上,永久安裝于現(xiàn)場。傳感器號由4位數(shù)字組成,前2位表示組號,后2位表示傳感器組內(nèi)號。1# 為字典片,分為三個存儲區(qū):第一存儲區(qū)被設置成高壽命寫入?yún)^(qū),保存表頭參數(shù),如疵點單元計數(shù)器、記錄計數(shù)器、記錄指針、自動采集時間等;第二存貯區(qū)為字典區(qū),保存?zhèn)鞲衅餍拚禂?shù)、實時打印所涉及的漢字國標碼等,查找時以傳感器號為關鍵字進行指針定位;第三存儲區(qū)被定義為疵點單元地址隊列,保存在寫過程中遇到的疵點單元地址。2#~7# 為數(shù)據(jù)片,保存實時采集的數(shù)據(jù)。RS232口為最簡單的零調(diào)制3線經(jīng)濟型,具有雙重功能,接上TPμP_T微型打印機,則進行實時打印;接上PC機,則與PC進行全雙工通訊。A/D轉(zhuǎn)換器MAX189為串行、12位逐次逼近型,功耗75mW,最大轉(zhuǎn)換時間8.5μs。實時時鐘DS1302具有可編程涓流充電功能,能夠提供秒、分、時、日、月、星期、年至2100年,并且對閏年和小于31天的月份進行自動調(diào)節(jié)。鍵盤由手動、自動、通訊、打印、清零等五個觸摸按鍵組成,通過按鍵產(chǎn)生外部中斷喚醒單片機完成相應功能。液晶顯示器(LCD)采用4位半靜態(tài)方式驅(qū)動,用來顯示處理后的結(jié)果以及系統(tǒng)運行過程中檢錯的代碼。32.768kHz晶振用于自動采集時產(chǎn)生定時中斷。

　　1.3 工作原理

　　本記錄儀基本工作原理是:一旦系統(tǒng)完成某項工作后,立即進入低功耗休眠狀態(tài),當需要時再由外部中斷予以喚醒。

　　1.3.1 加電初始化

　　加電后,首先初始化有關寄存器和接口,然后自檢各功能部件。測試結(jié)果無論正?；蝈e誤均以代碼形式顯示在LCD上,進入休眠狀態(tài)。

　　1.3.2 采 集

　　本記錄儀有自動和手動兩種采集方式。

　　休眠狀態(tài)下,當按手動鍵時則進入手動采集過程。首先讀識別片和字典片,以確立現(xiàn)場中實際安裝的傳感器數(shù)量、量程及數(shù)據(jù)片可寫空間。若數(shù)據(jù)片未寫滿,則從組內(nèi)0通道傳感器開始,循環(huán)對現(xiàn)場中實際安裝的所有傳感器進行采集、處理、顯示,直至當再按一次手動鍵時,方將傳感器號、量程、最近一次采集值(注意:不是實時處理后結(jié)果,而是原始A/D轉(zhuǎn)換碼值)以及采集時刻的日歷信息─年、月、日、時、分、秒等組成的記錄寫入記錄指針指向的數(shù)據(jù)片中,接著對表頭參數(shù)進行修改,進入休眠狀態(tài)。

　　休眠狀態(tài)下,當按自動鍵時則進入自動采集過程。首先開放定時中斷,然后進入采集─保存─休眠─喚醒─再采集─再保存─再休眠─再喚醒的循環(huán)狀態(tài),直到數(shù)據(jù)片被寫滿或人工干預結(jié)束自動采集過程為止。上述喚醒由外部中斷完成,其單片機從休眠狀態(tài)到喚醒工作之間的時間間隔有等距和變距兩種形式可供選擇。所謂等距即每次采集的時間間隔相同。與其相反,變距則每次采集的時間間隔隨采集次數(shù)的增多而變長或縮短,視實際應用需要而確定。本記錄儀出廠設置為等距1小時,即每間隔1小時采集1次。

　　1.3.3 通訊和打印

　　休眠狀態(tài)下,當按通訊鍵時,進入和PC通訊過程。首先由PC端Win98下的專門處理軟件完成串口1(若記錄儀與PC Com1口相連)或串口2(若記錄儀與PC Com2口相連)的自動配置,然后可根據(jù)工具條上的圖文進行等距、變距、選擇、數(shù)據(jù)下載、事后處理等操作。

　　休眠狀態(tài)下,當按打印鍵后,則在TPμP_T微型打印機上打印出所有保存的記錄。

　　1.3.4 清 零

　　休眠狀態(tài)下,當按清零鍵時,則清除數(shù)據(jù)片中保存的所有記錄,即使記錄指針指向數(shù)據(jù)片首址。