簡易低成本信號(hào)采集系統(tǒng)的制作及編程方案

信號(hào)采集設(shè)備廣泛使用于機(jī)器健康診斷系統(tǒng)中用來記錄、監(jiān)視和診斷。機(jī)器情況數(shù)據(jù)經(jīng)常由非便攜式或者帶導(dǎo)線的設(shè)備收集。對(duì)于一些重要的應(yīng)用，比如危險(xiǎn)或者遙遠(yuǎn)的地點(diǎn)，尤其是在航空上，提供可以方便地?cái)y帶或者讀取的設(shè)備是必要的。另外，機(jī)器健康診斷尤其是機(jī)床振動(dòng)信號(hào)診斷經(jīng)常處理低頻信號(hào)，這值得關(guān)注。

本文研究一種微控制器為基礎(chǔ)的信號(hào)采集系統(tǒng)，以滿足信號(hào)采集的低成本和靈活模式。開發(fā)系統(tǒng)的主要硬件包括一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)、一個(gè)以PIC18F1320為基礎(chǔ)的微控制器電路板以及串行通訊鏈接設(shè)備。EEPROM 24LC32A被用來進(jìn)行存儲(chǔ)器擴(kuò)展。微型計(jì)算機(jī)運(yùn)行控制程序。一旦用戶在微型計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)和微控制器通過特定的協(xié)議通信。微型計(jì)算機(jī)告知微控制器模-數(shù)轉(zhuǎn)換的采樣間隔、采樣次數(shù)與采樣通道。電路板的設(shè)計(jì)考慮了開放式結(jié)構(gòu)。該系統(tǒng)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(diào)制的信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)直接輸送到微型計(jì)算機(jī)或者存儲(chǔ)于EEPROM以便將來讀取。不同的命令與反饋代表系統(tǒng)的不同操作。電路板通過串行電纜在采集完信號(hào)后連接到微型計(jì)算機(jī)交互，也可以即時(shí)連接和傳送。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)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(shí)鐘頻率達(dá)到40MHZ，通訊波特率可以自動(dòng)檢測。端口A是雙向輸入/輸出復(fù)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(gè)模/數(shù)轉(zhuǎn)換通道且采樣時(shí)間可以編程。通道輸入的被測信號(hào)經(jīng)過電子電路調(diào)制成符合抽控制器電氣要求的信號(hào)。調(diào)制信號(hào)經(jīng)過轉(zhuǎn)換變成寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)，模數(shù)轉(zhuǎn)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(shí)，電路板可通過跳線設(shè)置民終端用戶進(jìn)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(yè)標(biāo)準(zhǔn)級(jí)的MAX232芯片被使用以保證正確的數(shù)據(jù)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(chǔ)器擴(kuò)展使用了32K的I2C串行EEPROM(見圖3)，數(shù)據(jù)可以保持200年。EEPROM的地址線A0、A1、A2被接地。串行數(shù)據(jù)線SDA和串行時(shí)鐘一SCL被分別連接到微控制器的B端口相應(yīng)管腳。寫保護(hù)WP接+5V。

圖1 系統(tǒng)框圖

圖2 微型計(jì)算機(jī)和PIC18F1320的串行連接

圖3 使用24LC32A進(jìn)行存儲(chǔ)器擴(kuò)展