簡易低成本信號采集系統的制作及編程方案

信號采集設備廣泛使用于機器健康診斷系統中用來記錄、監視和診斷。機器情況數據經常由非便攜式或者帶導線的設備收集。對于一些重要的應用，比如危險或者遙遠的地點，尤其是在航空上，提供可以方便地攜帶或者讀取的設備是必要的。另外，機器健康診斷尤其是機床振動信號診斷經常處理低頻信號，這值得關注。

本文研究一種微控制器為基礎的信號采集系統，以滿足信號采集的低成本和靈活模式。開發系統的主要硬件包括一臺微型計算機、一個以PIC18F1320為基礎的微控制器電路板以及串行通訊鏈接設備。EEPROM 24LC32A被用來進行存儲器擴展。微型計算機運行控制程序。一旦用戶在微型計算機界面上決定采樣輸入，信息便通過RS-232端口送往微控制器。微型計算機和微控制器通過特定的協議通信。微型計算機告知微控制器模-數轉換的采樣間隔、采樣次數與采樣通道。電路板的設計考慮了開放式結構。該系統采用了24引腳易于插拔的插座來容納Micro-chip微控制器。微處理器將調制的信號轉換成數據直接輸送到微型計算機或者存儲于EEPROM以便將來讀取。不同的命令與反饋代表系統的不同操作。電路板通過串行電纜在采集完信號后連接到微型計算機交互，也可以即時連接和傳送。

1 系統硬件設計

系統的主要原理圖如圖1所示。其中PIC18F1320控制器采用5V電源供電，支持在線串行編程，最高時鐘頻率達到40MHZ，通訊波特率可以自動檢測。端口A是雙向輸入/輸出復用管腳，AN0等管腳被定義成模擬輸入，由用戶是行采用通道的選擇。總共有13個模/數轉換通道且采樣時間可以編程。通道輸入的被測信號經過電子電路調制成符合抽控制器電氣要求的信號。調制信號經過轉換變成寄存器內的數據，模數轉換的參考電壓為+5V。電路板可以微控制器重新編程后方便地插入;同時，電路板可通過跳線設置民終端用戶進行電纜連接。由于微控制器與串行電路的電氣特性不同，工業標準級的MAX232芯片被使用以保證正確的數據傳輸(見圖2)。該芯片和PIC18F1320一樣適用于低功耗場合。MAX232上連接的電容采用的是電解電容，電容值為1UF。MAX232的11腳或者10腳接微控制器的USART輸出端，12腳或者9腳接微控制器的USART輸入端。微控制器的存儲器擴展使用了32K的I2C串行EEPROM(見圖3)，數據可以保持200年。EEPROM的地址線A0、A1、A2被接地。串行數據線SDA和串行時鐘一SCL被分別連接到微控制器的B端口相應管腳。寫保護WP接+5V。

圖1 系統框圖

圖2 微型計算機和PIC18F1320的串行連接

圖3 使用24LC32A進行存儲器擴展