實驗設備運行狀況監測系統的設計與實現
加入技術交流群
2．3 外圍電路
外圍電路也是系統的重要組成部分，主要包括峰值檢波、實時時鐘、存儲器。
1)峰值檢波
由于電流互感器輸出信號為交流信號，不管采用何種方式采集數據，都需要將其轉換為直流信號，峰值檢波就是解決將交流信號轉換為直流信號的電路，且交流信號峰值電壓和轉換后的直流信號電壓相同。電壓采集完畢后，對電容放電，進行下一次峰值檢波。其原理是利用二極管的單向導電性以及電容儲能作用。圖6所示為峰值檢波原理圖。本文引用地址：http://www.104case.com/article/193658.htm
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
當中位機或者上位機未工作時，電流監測模塊需要將相關數據暫存起來，在中位機和上位機下次上電工作時，再發送數據。因此，電流監測模塊需要存儲帶有時間標識的數據，系統分別采用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，在設備斷電時給時鐘供電，保證時間的持續性。
2．4 通信接口
系統把從電流檢測模塊所采集的數據發送給上位機管理系統，需通過Zigbee和485總線兩種通信方式。系統所采用的Zigbee數據接口為TTL型UART，可以和控制器直接相連，因此不再詳細介紹。485作為一種總線標準，具有傳輸距離遠，可掛接多個負載的特點，但相比于UAR T，外圍電路也稍顯復雜。圖8為485總線接口原理圖。中位機數據發送端轉換為485電平后，連接圖中A、B引腳。
3 軟件及協議設計
軟件作為系統的靈魂，直接關系著系統的可靠性、高效性、易用性，實驗設備運行狀況監測系統軟件包括控制器程序設計，中位機程序設計，以及上位機管理系統設計。中位機作為數據轉發單元，只需將收到數據按照數據包目的地進行轉發即可。
3．1 軟件設計
1)控制器程序 控制器主要負責數據采集、數據處理、數據存儲、時鐘校正、數據發送等功能。產生定時中斷后，控制器調用A／D轉換程序采集電壓信號，并根據中位機或上位機運行狀態決定直接發送還是存儲起來(調用IIC寫程序)，等待時機發送(調用IIC讀程序)。產生串口中斷后，控制器首先解析數據包內容，根據標識碼判斷需要校正時間，更新設備不同狀況下電流(轉換后為電壓)的閾值，或是獲知管理系統的運行狀態。
2)管理系統 管理系統亦即運行于上位機上的軟件，基于Visual Basic程序開發平臺，負責數據接收，設備管理，報表生成等功能。管理系統可以實時的顯示設備當前運行狀態，也可以了解一段時間內設備運行狀態時，查看歷史數據或給電流監測模塊發送命令更新數據。管理系統在數據庫中為每個實驗室建立一張數據表，存儲設備的狀態信息。系統收到數據后，判定屬于哪個實驗室，然后存入相應的數據表中，并判斷是歷史數據還是實時數據，如果是實時數據則會通過狀態顯示區不同顏色指示設備狀態。系統還可以定期對數據做報表，方便相關人員查看。管理系統如圖9所示。
評論