基于89C51單片機的遠程數據采集系統設計

　　工業生產過程中常常需要對溫度、濕度、壓力、流量等各種工藝參數隨時進行檢測和監控，同時還要將檢測到的數據及時傳遞給上位機，以實現對參數的隨機查詢，對信息的存儲與處理，及時調整控制方案，提高生產效率和產品質量。為此，筆者以89C51單片機作為主控制器設計了一種簡單易行的遠程數據采集系統。

1　系統硬件電路的設計

　　遠程數據采集系統框圖，由兩部分組成：一是基于89C51實現的現場數據采集電路，二是PC機與89C51之間的遠程通訊電路。

1．1　89C51數據采集系統

　　數據采集系統的硬件原理如圖1所示。

　　該系統選用89C51單片機作為主控制器，此芯片與8051完全兼容，且內部帶有4 KB閃速可編程、可擦除PEROM，工作時鐘可高達24 MHz。

　　MAX691主要用來實現掉電保護，同時起到“看門狗”的作用。系統電源突然斷電時，MAX691PF0端及時向89C51INT0申請中斷，保護采集的數據不丟失。若軟件執行中出現故障，89C51P3．2經一定時間間隔沒有脈沖輸出時，MAX691將起“看門狗”的作用，使RST復位有效，重新啟動系統。

　　數據存儲器6116主要作為數據傳輸的緩沖，顯示電路由8155完成，PA口作鍵盤輸入，PB口作字形顯示，PC口作控制線用。8155內部256 BRAM用于存放8通道采集到的原始數據。
　　

　　數據采集與轉換由12位A／D轉換器ICL7109來完成。7109是高精度、低噪聲、低漂移的雙積分模數轉換器，其內部帶14位鎖存器和14位三態輸出寄存器，具有較強的接口處理能力。設定7109為直接接口方式。這種工作方式下，7109可連續進行數據的轉換，轉換結束時由STATUS發出轉換結束信號送至單片機INT0請求中斷。89C51將轉換后的數據分兩次先低8位后高4位讀取。為了實現對8個通道的參數測量，同時盡量降低成本，簡化系統配置，設計了利用模擬多路開關CD4051進行通道的切換，共用一片7109由89C51控制，分時完成所有通道的采樣與轉換。

1．2　遠程通訊電路

　　由于是遠程數據采集系統，對數據傳輸的距離提出了較高的要求。PC機與單片機232C串行口直接相連，傳輸距離只有十幾米，無法滿足系統要求。為此采用了一個RS232C到RS422A的轉換裝置，PC機與89C51間接相連，以RS422A方式進行通訊，大大增加了傳輸距離。

　　PC機與89C51串行通訊電路框圖如圖2所示。

　　RS422A是一種以平衡方式傳輸的標準，可雙端發送、雙端接收。發送端和接收端分別采用平衡發送及差動接收。通過前者把邏輯電平變成電位差，完成始端信息傳送；通過后者把電位差變成邏輯電平，完成終端信息接收。并且RS422A采用雙線傳輸，大大提高了抗干擾能力。最大傳輸速率可達10 Mb／s（傳輸距離15 m時），傳輸速率降至90 kb／s時，最大傳輸距離可達1200 m，這能充分滿足系統的“遠程”要求。

2　軟件設計

　　軟件設計采用模塊化程序設計方法，按功能分為4個模塊，其中數據通信模塊又分為單片機串行通信程序和PC機通信程序，除與PC機通信程序使用VC＋＋編程，其余均采用匯編語言編制。

2．1　主程序模塊

　　主程序主要完成對系統硬件電路的初始化，設置堆棧指針、串行口、T0、T1工作方式、8155顯示指示符，掃描鍵盤獲取鍵值并進行散轉處理。主程序模塊負責管理和調用各子模塊。　　

　　
2．2　數據采集模塊

　　該模塊完成對數據的采集及處理，中間調用了數字濾波子程序、數據轉換子程序、字形轉換及顯示子程序等。

　　系統數據采樣模塊框圖如圖3所示。