基于ADuC812的遠程環境監測信息系統下位機的設計

　1引言

　　ADuC812是美國AD公司率先研制出的真正意義上的完整的數據采集系統芯片，是投入市場的第一種微轉換器產品。它性能優良，價格便宜，開發手段完備，是一種新型的高度集成的高精度12位數據采集系統。其內部的12位A/D轉換周期僅為4us，比常用的AD574快好幾倍。用ADuC812代替由常規芯片構成的數據采集系統，將大大降低產品的成本、縮小設備的體積、提高系統的可靠性和電氣性能指標。

　　ADuC812芯片內，不僅包含了可重新編程的非易失性閃速/電擦除程序存儲器的高性能8位（與8051兼容）MCU，還包含了高性能的自校準多通道（8個輸入通道）ADC，兩個12位DAC，32條可編程I/O接口。ADuC812微控制器內核與8051指令兼容，用戶現有的軟件都可以直接移植，因而應用開發方便。它具有9個中斷源（2個優先級），片內還集成了8K字節的閃速/電擦除程序存儲器、640字節的閃速/電擦除數據存儲器以及256字節RAM。另外，它還包括一個看門狗定時器和電源監控器，ADC與數據存儲器之間的DMA方式，存儲保護功能，一個通用的異步串行收發器，SPI和I²C總線接口。AD uC812具有24位地址的外部數據尋址能力, 可尋址16MB的外部數據存儲器空間。

　　2 遠程環境監測信息系統整體介紹

　　該遠程環境監測信息系統是針對當今環境遠程監測自動化、網絡化、信息化的要求而設計的，它是由分布于遠距離各個監測站的多個下位機和位于中心站的上位機組成，其結構如圖1所示。

圖1、系統結構圖

　　上下位機是通過MODEM和電話線路實現遠程通信的。上位機將各下位機傳送來的數據存入數據庫，并對各環境數據做出數據分析。

　　下位機分布在大范圍、遠距離的各個環境監測站點，對大氣、水質、酸雨等各監測儀送來的各種環境數據進行實時采集。對環境監測儀輸出的SO2、NO2、NO等變化緩慢的參數每2分鐘采樣一次，對酸雨計輸出的酸雨參數每0.5mm雨量采樣一次。采樣數據要求連續保存7天，每天的平均值保存一個月，并且存儲在下位機中的采樣數據隨時準備接受上位機的查詢和向上位機傳送。

　　3下位機硬件電路設計

　　下位機硬件電路的設計，主要是考慮被測信號的變化速率和通道數，以及對測量精度、分辨率、速度的要求等。該數據采集系統電路包括：ADuC812、模擬放大轉換電路、外部數據存儲器28F128、串行口通信以及鍵盤和LCD顯示器，如圖2所示。

圖2、硬件結構圖

　　3．1 采集電路的模擬信號輸入

　　在ADuC812中，P1.0—P1.7初始化后為8通道的模擬輸入口。如果用于數字量輸入，編程時應首先把端口寫“0”。本電路將P1口設為8路由各環境監測儀輸出的模擬量輸入。由于ADC的基準電壓是2.5伏，而各監測儀輸出的模擬量一般為0~1伏或4~20毫安，因而需要模擬放大轉換電路把輸入信號轉換成0—2.5伏的標準輸入。轉換電路如圖3所示。

圖3、模擬放大轉換電路

　　3．2 ADuC812與外部數據存儲器的接口電路

　　為滿足本設計系統大量數據的存儲要求，在采用常規芯片構成的系統中要采用10片128K的HM628128數據存儲器（RAM），這樣，不但成本高、電路設計復雜、系統的可靠性和電氣性能指標也低。由于ADuC812具有24位地址的外部數據尋址能力，本方案中，我們采用一片28F640。28F640是一超大容量閃速存儲器，單片容量為8MB，不但更好的滿足了本系統的設計要求，而且當采集參數增加，或采樣時間變化時，同樣能滿足要求，因而提高了系統的兼容性。

　　為實現對28F640的訪問，ADuC812利用兩片8位鎖存器74HC573與28F640相連。P0口分時輸出低8位地址A0~A7和8位數據，利用地址鎖存信號ALE可以將低8位地址鎖存到8位鎖存器U2中。P2口分時輸出高8位地址和中8位地址，可以利用地址鎖存信號ALE將高8位地址鎖存到8位鎖存器U4中。這樣就實現了24位尋址空間。由于28F640只有A0~A22共23位地址線，所以鎖存器輸出的A23地址線懸空。