多冗余輸出的數據采集處理單元設計與實現
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2．1．2 電源及電壓基準源
本模塊外部由直流24 V電源供電，內部由3個鑫飛達DC／DC隔離電源實現分開供電，互不干擾，一路經DFA5-24S12輸入24 V隔離輸出5 V供通道采樣與A／D轉換工作電源；一路經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理電路和模數轉換芯片都需要一個高精度的5 V的電壓基準源，TL431就是基準源電路的核心器件。其主要特點是：穩壓值從2．5～36 V連續可調；參考電壓源誤差±l％，低動態輸出電阻，典型值O．22 Ω，輸出電流1．O～100 mA，全溫度范偉內溫度特性平坦，典型值為50 ppm；低輸出電壓噪聲。TL431適用作12位模數轉換器的基準電壓參考源。本模塊用TL431構建的5 V基準電路。
2．1．3 工作過程
8路4～20 mA信號經信號調理電路(TLC279ID)，再經數模轉換(TLC2543)、隔離(6N137)送入ATmegal6單片機，它利用內部自帶的ADD轉換器采集8路數據，將其經由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.104case.com/article/173269.htm
2．1．4 程序設計
系統上電后執行初始化程序，復位各個端口。當處于監聽狀態時，各監測點數據采集模塊處于自動巡回監測狀態，系統開始對各通道按設定間隔時間進行采集；當接收到上位機發送來的指令便選中相應的采集通道執行數據采集，調用數字濾波子程序進行濾波得到精確的數值，再通過數據轉換和處理后送微處理器的數據存儲器，等待上位機的讀取。單片機程序采用C語言編寫，系統主程序為一個循環，在循環中完成以下工作：系統初始化，包括初始化I／0端口，外部中斷，計數器O，USART等；掃描上位機采集指令；開中斷；響應INTO中斷和計數器0溢出中斷；讀取ADC轉換結果；將采集的數據調用通訊子程序由串口通訊模塊輸出；接收上位機發出的命令并進行相應的操作。
2．2 多路冗余輸出處理模塊
為解決對所采集的數據進行多路冗余處理輸出，提高可靠性，特設計一雙CPU協同處理的串口擴展模塊實現多路冗余處理輸出。數據通過RS 485總線輸入至該模塊，經隔離進雙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數據RAM映射，數據交換速度快，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，輸出采用標準的MODBUS RTU通訊協議。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結構，其特性如下：133條指令大多數可以在一個時鐘周期內完成，32×8通用工作寄存器和外設控制寄存器，全靜態工作，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據存儲器，128 KB的系統內可編程FLASH，具有獨立鎖定位、可選擇的啟動代碼區，通過片內的啟動程序實現系統內編程，可以對鎖定位進行編程以實現軟件加密，可以通過SPI實現系統內編程；JTAG接口(與IEEE 1149．1標準兼容)，遵循JTAG標準的邊界掃描功能，支持擴展的片內調試，通過JTAG接口實現對FLASH、E2PROM、熔絲位和鎖定位的編程。
2．3 通訊設計
RS 232／422／485都是串行數據接口的標準。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個設備節點，數據傳輸率能高達10 Mb-／s。為實現底層多采集模塊和上位機間遠距離通訊，在底層采用RS 485總線進行數據傳輸。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轉換模塊將RS 232信號轉換成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，采用工業標準協議――MODBUS RTU通訊協議。圖4為RS 485通信接口硬件電路。
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