馬西秦-第14章微型計(jì)算機(jī)在檢測(cè)技術(shù)中的應(yīng)用.ppt

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第十四章微型計(jì)算機(jī)在檢測(cè)技術(shù)中的應(yīng)用,微型計(jì)算機(jī)在檢測(cè)領(lǐng)域中的應(yīng)用日益廣泛，微機(jī)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)已成為檢測(cè)技術(shù)發(fā)展的主要方向。在掌握傳感器及信號(hào)處理技術(shù)的基礎(chǔ)上，運(yùn)用工程設(shè)計(jì)的一些基本方法，可以方便地構(gòu)建微機(jī)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。,第一節(jié)現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)綜述,現(xiàn)代檢測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)是總線技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試技術(shù).,一.總線技術(shù),總線是一組互聯(lián)信號(hào)線的集合，是計(jì)算機(jī)、測(cè)量?jī)x器、測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)部以及相互之間信息傳遞的公共通路，也是微機(jī)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的重要組成部分。微機(jī)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的功能及形式與其總線標(biāo)準(zhǔn)有很大的關(guān)系。利用總線技術(shù)，能夠大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，增加系統(tǒng)的兼容性、開放性、可靠性和可維護(hù)性，便于實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化以及組織規(guī)?；纳a(chǎn)，從而顯著降低系統(tǒng)成本。,總線的類別很多，分類方式多樣。根據(jù)總線上傳輸?shù)男畔⒉煌?jì)算機(jī)系統(tǒng)總線分為地址總線、數(shù)據(jù)總線以及控制總線；根據(jù)信息傳送方式，總線又可分為并行總線和串行總線；從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次上區(qū)分，總線分為片內(nèi)總線、元件級(jí)總線、系統(tǒng)總線（內(nèi)總線）及通信總線（外總線），如圖14-1所示。,片內(nèi)總線是集成電路芯片內(nèi)部用以連接各功能單元的信息通路。,元件級(jí)總線是印刷電路板上連接各芯片的信息通路。,系統(tǒng)總線是微機(jī)機(jī)箱內(nèi)的主板總線，用以連接微機(jī)系統(tǒng)的各插件板，一般為并行總線。,通信總線用于微機(jī)系統(tǒng)之間、微機(jī)與儀器或其它外設(shè)之間的連接，可以是并行總線，也可以是串行總線。,圖14-1微機(jī)各級(jí)總線示意圖,1、系統(tǒng)總線,除了許多計(jì)算機(jī)總線可用作系統(tǒng)總線外，還有不少專門為自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總線。系統(tǒng)總線主要包括：,1）VME/VXI總線,2）PCI總線PCI(PeripheralComponentInterconnect),3）PXI總線PXI(PCIExtensionforInstrumentation),2、通信總線,1）串行總線2）并行總線,3、現(xiàn)場(chǎng)總線現(xiàn)場(chǎng)總線（Fieldbus）是用于過程自動(dòng)化和制造自動(dòng)化最底層的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或現(xiàn)場(chǎng)儀表互聯(lián)的通信網(wǎng)絡(luò)，是現(xiàn)場(chǎng)通信網(wǎng)絡(luò)與控制系統(tǒng)的集成。,圖14-2CAN測(cè)控網(wǎng)絡(luò),二.虛擬儀器技術(shù),虛擬儀器由計(jì)算機(jī)、應(yīng)用軟件和儀器硬件三部分構(gòu)成，計(jì)算機(jī)與儀器硬件又稱為VI的通用儀器硬件平臺(tái)。虛擬儀器將計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形界面、數(shù)據(jù)處理能力與儀器硬件的測(cè)量、控制能力結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的顯示、存儲(chǔ)以及分析處理。虛擬儀器由三大功能塊構(gòu)成：信號(hào)的采集與控制,信號(hào)的分析與處理,結(jié)果的表達(dá)與輸出.,圖14-3虛擬儀器結(jié)構(gòu)圖,,虛擬儀器的關(guān)鍵是軟件，這是因?yàn)樘摂M儀器技術(shù)最核心的思想，就是充分利用計(jì)算機(jī)的硬／軟件資源，使本來需要硬件實(shí)現(xiàn)的技術(shù)軟件化(虛擬化)，最大限度地降低系統(tǒng)成本，增強(qiáng)系統(tǒng)的功能與靈活性。虛擬儀器的軟件框架由三部分構(gòu)成：VISA庫(kù)、儀器驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用軟件。,三.網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試技術(shù),網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試技術(shù)則是在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)高速發(fā)展，以及對(duì)大容量分布式測(cè)量的大量需求背景下，由單機(jī)儀器、局部的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)到全分布式的網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試系統(tǒng)而逐步發(fā)展起來的。目前，以Internet為代表的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)正在迅猛發(fā)展，隨著網(wǎng)絡(luò)信道容量的擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)速度將不再成為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的障礙。為了實(shí)現(xiàn)資源共享，許多企業(yè)都建立了自己的企業(yè)網(wǎng)（Intranet），并接入到Internet，測(cè)試信息則通過企業(yè)網(wǎng)與外部Internet互連，從而產(chǎn)生了基于網(wǎng)絡(luò)化的分布式測(cè)試系統(tǒng)。,圖14-4分布式測(cè)試系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu),現(xiàn)場(chǎng)級(jí)總線用于連接現(xiàn)場(chǎng)的傳感器和各種智能儀表，工廠級(jí)用于過程監(jiān)控、任務(wù)調(diào)度和生產(chǎn)管理，企業(yè)級(jí)則將企業(yè)的辦公自動(dòng)化系統(tǒng)和測(cè)試系統(tǒng)集成而融為一體，實(shí)現(xiàn)綜合管理。底層的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)入過程數(shù)據(jù)庫(kù)，供上層的過程監(jiān)控和生產(chǎn)調(diào)度使用，以進(jìn)行優(yōu)化控制，數(shù)據(jù)處理后再提供給企業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)，以進(jìn)行決策管理。分布式網(wǎng)絡(luò)化測(cè)試技術(shù)是一項(xiàng)應(yīng)用面非常廣的綜合技術(shù)，涉及到網(wǎng)絡(luò)化測(cè)量、網(wǎng)絡(luò)化儀器、網(wǎng)絡(luò)化控制、網(wǎng)絡(luò)化制造、遙測(cè)、遙控等信息技術(shù)多方面的內(nèi)容，有著廣闊的應(yīng)用前景。,第二節(jié)微機(jī)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì),微機(jī)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)種類很多，按用途大體上可分為通用和專用兩大類。專用檢測(cè)系統(tǒng)是針對(duì)具體的檢測(cè)任務(wù)而設(shè)計(jì)的，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，所需的器件少，研制成本也較低，是本節(jié)討論的重點(diǎn)內(nèi)容。,一、微機(jī)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu),微機(jī)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)傳感器、數(shù)據(jù)采集裝置及微機(jī)三部分組成。數(shù)據(jù)采集裝置的基本任務(wù)是：采集傳感器輸出的模擬信號(hào)并轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，通過標(biāo)準(zhǔn)總線接口送至計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。,圖14-5微機(jī)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu),在微機(jī)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的集成過程中，傳感器的選用是前提，總線構(gòu)成了系統(tǒng)的框架，數(shù)據(jù)采集裝置則是系統(tǒng)的關(guān)鍵。在數(shù)據(jù)采集裝置的設(shè)計(jì)過程中，微處理器是采集裝置的核心，A/D芯片決定了系統(tǒng)的精度和速度，監(jiān)控程序是開發(fā)是重點(diǎn)。,二、數(shù)據(jù)采集裝置的硬件設(shè)計(jì),1.微控制器選擇微控制器性能差異對(duì)系統(tǒng)實(shí)時(shí)能力和數(shù)據(jù)處理能力產(chǎn)生直接影響，選擇時(shí)一般考慮如下幾方面的因素：CPU性能，存儲(chǔ)器，指令系統(tǒng)，中斷系統(tǒng)功能。目前自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中廣泛采用以單片微計(jì)算機(jī)（SingleChipMicrocomputer，以下簡(jiǎn)稱單片機(jī)）為核心構(gòu)成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。,最近十年來，以MCS-51技術(shù)核心為主導(dǎo)的微控制器技術(shù)已被ATMEL、PHILIPS等公司所繼承。ATMEL公司把自身的先進(jìn)Flash存儲(chǔ)器技術(shù)和8031核相結(jié)合，生產(chǎn)出了與MCS-51兼容而功能更強(qiáng)的ATMEL89系列單片機(jī)。其最大的特點(diǎn)是內(nèi)部含F(xiàn)lash存儲(chǔ)器，在系統(tǒng)的開發(fā)過程中可以十分容易地進(jìn)行程序修改，使開發(fā)周期大為縮短。ATMEL89系列單片機(jī)有AT89C系列的標(biāo)準(zhǔn)型及低檔型，以及AT89S系列的高檔型。,圖14-6AT89C單片機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖,圖14-7AT89S單片機(jī)的結(jié)構(gòu)框圖,近幾年來片上系統(tǒng)SoC（SystemonChip）的出現(xiàn)，為微機(jī)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了全新的方案。SoC是指以嵌入式系統(tǒng)為核心，集軟、硬件于一體，并追求產(chǎn)品系統(tǒng)最大包容的集成器件。SoC將電路設(shè)計(jì)的可靠性、低功耗性等都解決在IC設(shè)計(jì)之中，把過去許多需要系統(tǒng)設(shè)計(jì)解決的問題集中在IC設(shè)計(jì)中解決。SoC的出現(xiàn)極大地簡(jiǎn)化了檢測(cè)系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計(jì)，使得原先單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中軟、硬件并重的局面發(fā)生了變化，軟件設(shè)計(jì)的比重將會(huì)加大。目前，許多可編程的SoC芯片及其開發(fā)平臺(tái)都提供了較理想的SoC技術(shù)應(yīng)用開發(fā)套件，這些套件具有編譯、仿真、調(diào)試及驗(yàn)證功能。借助與這些工具和芯片所提供的技術(shù)和方法，工程技術(shù)人員可以較快地進(jìn)入SoC應(yīng)用設(shè)計(jì)領(lǐng)域。,2.信號(hào)調(diào)理電路信號(hào)調(diào)理單元是傳感器輸出與A/D轉(zhuǎn)換之間的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，其主要作用有三點(diǎn)：第一是為A/D轉(zhuǎn)換器提供適合其輸入量程的輸入信號(hào)；第二是運(yùn)用隔離技術(shù)抑制共模干擾電壓；第三是信號(hào)濾波及線性化處理。3.多路模擬開關(guān)微機(jī)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)往往需要同時(shí)采集多個(gè)傳感器的輸出信號(hào)，然后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。如果每一路信號(hào)都采用獨(dú)立的輸入回路，則系統(tǒng)成本成倍增加。為此，通常采用微機(jī)分時(shí)采樣的方法，使用多路模擬開關(guān)來實(shí)現(xiàn)信號(hào)測(cè)量通道的切換。選擇多路模擬開關(guān)一般要考慮下列技術(shù)指標(biāo)：1）通道數(shù)量2）泄漏電流3）切換速度4）開關(guān)電阻,4、A/D轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換的功能是將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。目前使用較多的A/D轉(zhuǎn)換器有兩大類，一類是并行A/D轉(zhuǎn)換，另一類是串行A/D轉(zhuǎn)換。傳統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換器都是并行的，由于I/O的引腳較多，這類芯片的體積都較大。在串行A/D轉(zhuǎn)換器中，轉(zhuǎn)換結(jié)果以串行二進(jìn)制編碼的形式輸出，只有1根數(shù)據(jù)輸出線，加上1根時(shí)鐘輸入線、片選或其他形式的控制信號(hào)線，引腳大為減少，體積也大為減小，接口電路的設(shè)計(jì)更為簡(jiǎn)單。1)A/D轉(zhuǎn)換的基本原理圖14-8是逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的原理圖，圖14-9是雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的原理圖。,圖14-8逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器原理圖,圖14-9雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器原理圖,2）A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)分辨率:表示輸出數(shù)字量變化一個(gè)相鄰數(shù)碼所需輸入模擬電壓的變化量。量化誤差:由ADC有限的分辨率而引起的誤差。偏移誤差:指輸入信號(hào)為零時(shí)，輸出信號(hào)不為零的值，所以有時(shí)稱為零值誤差。滿刻度誤差:指滿刻度輸出數(shù)碼所對(duì)應(yīng)的實(shí)際輸入電壓與理想輸入電壓之差非線性度:指ADC實(shí)際的轉(zhuǎn)換函數(shù)與理想直線的最大偏移。轉(zhuǎn)換速率:指ADC每秒轉(zhuǎn)換的次數(shù)，完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間則為轉(zhuǎn)換速率的倒數(shù)。,3)A/D轉(zhuǎn)換器選擇要點(diǎn)首先要考慮A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)，它與整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的測(cè)量范圍及精度有關(guān).其次要考慮A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率。再次要考慮的問題是工作電壓和基準(zhǔn)電壓。此外，要考慮的還有模擬量輸入的范圍和極性、性能價(jià)格比、可替換性等諸多因素。,5、采樣及保持為了在滿足轉(zhuǎn)換精度的條件下提高信號(hào)允許的工作頻率，可采用采樣/保持器(Sample/Hold)。它在A／D轉(zhuǎn)換開始時(shí)使信號(hào)電平保持不變，而在A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束后又能跟蹤輸入信號(hào)的變化。選擇采樣/保持器時(shí)，主要考慮：輸入信號(hào)范圍，輸入信號(hào)變化率和多路開關(guān)的切換速度.當(dāng)輸入的模擬信號(hào)變化很緩慢，A/D轉(zhuǎn)換速度相對(duì)而言足夠快時(shí)，可以不用采樣/保持器。,三、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì),微機(jī)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的軟件運(yùn)行在不同的平臺(tái)下，設(shè)計(jì)中可能用到不同層次的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。數(shù)據(jù)采集裝置通常基于單片機(jī)或片上系統(tǒng)，一般用匯編語(yǔ)言或C語(yǔ)言編寫監(jiān)控程序。監(jiān)控程序的主要作用是及時(shí)響應(yīng)來自系統(tǒng)或外部的各種服務(wù)請(qǐng)求，有效地管理系統(tǒng)軟硬件資源，并在系統(tǒng)一旦發(fā)生故障時(shí)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和作出相應(yīng)的處理。系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理功能通常在微機(jī)上實(shí)現(xiàn)，一般用高級(jí)語(yǔ)言開發(fā)應(yīng)用軟件。,第三節(jié)微機(jī)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例,一.基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)1、方案制定根據(jù)設(shè)計(jì)要求，微機(jī)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)硬件由傳感器及測(cè)量電路、數(shù)據(jù)采集裝置和通用微機(jī)三部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖14-10所示。傳感器及測(cè)量電路是檢測(cè)系統(tǒng)的前置部分，它將被測(cè)參數(shù)轉(zhuǎn)換成-10V～＋10V雙極性電平信號(hào)。數(shù)據(jù)采集裝置是一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)。微機(jī)的主要任務(wù)是對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析處理。,圖14-10微機(jī)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖,2、數(shù)據(jù)采集裝置數(shù)據(jù)采集裝置的電路由單片機(jī)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器AD574A、RS232通信芯片以及部分邏輯電路組成。1)單片機(jī)單片機(jī)采用AT89S52，其CPU為8031，指令系統(tǒng)與MCS-51兼容。內(nèi)部有8KB可重復(fù)編程的Flash存儲(chǔ)器，256字節(jié)的RAM，有32條可編程的I/O線，3個(gè)16位定時(shí)/記數(shù)器，8個(gè)中斷源，3級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定（加密），可編程串行接口及片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器，一個(gè)全雙工的UART串行通道以及看門狗電路。2)A/D轉(zhuǎn)換器ADC芯片采用美國(guó)模擬器件公司的12位逐次逼近型快速A/D轉(zhuǎn)換器AD574A，轉(zhuǎn)換時(shí)間為25s，轉(zhuǎn)換誤差為1LSB。AD574A內(nèi)部有三態(tài)輸出緩沖電路，因而可直接與各種典型的8位或16位微處理器相連，而無須附加邏輯接口電路，且與TTL電平兼容。,圖14-11數(shù)據(jù)采集裝置電路原理圖,3）工作原理分析系統(tǒng)上電后先進(jìn)行初始化工作，包括清RAM、設(shè)置堆棧指針、設(shè)置相關(guān)的寄存器及標(biāo)志位，然后立即進(jìn)入監(jiān)控程序。監(jiān)控程序的主要任務(wù)是接收解釋微機(jī)發(fā)來的命令控制字，對(duì)被測(cè)量的信號(hào)按規(guī)定的速度采樣，經(jīng)處理后通過串行口將數(shù)據(jù)發(fā)送到微機(jī)。當(dāng)發(fā)生串行口中斷時(shí)，進(jìn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，接收微機(jī)發(fā)來的命令控制字。本系統(tǒng)中制定了一個(gè)簡(jiǎn)單的通信協(xié)議：命令字為C0～C9分別代表10檔采樣速度，數(shù)據(jù)塊發(fā)送方式；命令字為CA表示以最高速度采樣并單點(diǎn)發(fā)送。在監(jiān)控程序的每一次主循環(huán)中，CPU都要從命令控制字單元取出命令并加以分析判斷，當(dāng)控制字的內(nèi)容發(fā)生變化，則改變定時(shí)器T0的時(shí)間常數(shù)，從而達(dá)到改變采樣速度的目的。定時(shí)器T0中斷的主要任務(wù)是啟動(dòng)AD574A的模數(shù)轉(zhuǎn)換。,圖14-12監(jiān)控主程序流程圖,3、微機(jī)應(yīng)用程序應(yīng)用程序在WINDOWS平臺(tái)下用VB6.0開發(fā)。應(yīng)用程序的主要任務(wù)是對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控管理及數(shù)據(jù)處理，功能包括：通信設(shè)置、發(fā)送命令控制字、接收現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)、數(shù)字濾波、檢測(cè)信號(hào)的標(biāo)定、必要的非線性補(bǔ)償、檢測(cè)結(jié)果分析、頻譜分析、實(shí)時(shí)及歷史數(shù)據(jù)存取、圖形界面的信息輸出等。圖14-13為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的界面。,圖14-13數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)運(yùn)行界面,二.基于單片機(jī)的測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)微機(jī)自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)，要求系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)及控制。輸入通道有8路模擬量輸入、8路數(shù)字量輸入及1路脈沖計(jì)數(shù)（或頻率）輸入，輸出通道有4路模擬量輸出及4路數(shù)字量輸出。1、方案制定根據(jù)設(shè)計(jì)要求，微機(jī)自動(dòng)測(cè)控系統(tǒng)由過程裝置、測(cè)控通道及上位監(jiān)控微機(jī)三部分組成。過程裝置內(nèi)可以是單獨(dú)的對(duì)象，也可以是綜合了液位、溫度和流量等參數(shù)的復(fù)雜對(duì)象。測(cè)控通道是一個(gè)以89C52微處理器為核心的單片機(jī)系統(tǒng)。上位監(jiān)控微機(jī)為工控機(jī)，用戶通過微機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)組態(tài)和設(shè)定，對(duì)控制參數(shù)進(jìn)行整定，實(shí)現(xiàn)多種常規(guī)控制，并能觀察記錄各種實(shí)時(shí)曲線及歷史曲線。,2、測(cè)控通道0～5V的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)接到芯片TLC1543的輸入端，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送到單片機(jī)，單片機(jī)將實(shí)時(shí)信號(hào)通過串行口送至上位監(jiān)控微機(jī)，同時(shí)也接收上位機(jī)發(fā)出的控制信號(hào)，并將控制量輸出到D/A芯片TLC5620，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換、放大后再驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。（如調(diào)節(jié)閥、變頻器、可控調(diào)壓裝置等）。ADC芯片為TIC1543，它是具有串行控制及11路模擬量輸入的10位AD轉(zhuǎn)換器。D/A芯片為TLC5620，它是電壓輸出型DA轉(zhuǎn)換器。系統(tǒng)復(fù)位及監(jiān)控電路采用可編程X25045芯片來實(shí)現(xiàn).主機(jī)和通道間通信基于RS—232C串行通信實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸.數(shù)字量輸入輸出用74HC573和74HC574芯片作為數(shù)據(jù)鎖存器。輸出鎖存的信號(hào)加在ULN2003A的輸入端。ULN2003A芯片由7組達(dá)林頓晶體管陣列和相應(yīng)的電阻網(wǎng)絡(luò)以及鉗位二極管網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，具有同時(shí)驅(qū)動(dòng)7組負(fù)載的能力，帶負(fù)載能力強(qiáng).,圖14-14測(cè)控通道電路原理圖,3、微機(jī)應(yīng)用程序微機(jī)應(yīng)用程序也是在WINDOWS操作系統(tǒng)平臺(tái)下用VB開發(fā)，軟件設(shè)計(jì)的著重點(diǎn)是系統(tǒng)的通用性、實(shí)時(shí)性、可靠性和可操作性。軟件提供了一個(gè)靈活的操作界面，用戶可以根據(jù)需要，自行設(shè)置對(duì)象、調(diào)節(jié)規(guī)律及參數(shù)，可以選擇輸入輸出通道。系統(tǒng)內(nèi)置一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，并建立了一張對(duì)象參數(shù)表，事先存放了多種過程對(duì)象（如水槽、加熱爐、壓力容器）在不同特性下采用多種調(diào)節(jié)規(guī)律（如P、PI、PID）時(shí)系統(tǒng)的參考整定值，供用戶在設(shè)置時(shí)作為參考初值。,圖14-15微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)運(yùn)行界面,三.基于PC機(jī)的分布式測(cè)控系統(tǒng)規(guī)模較大、要求恒溫恒濕的標(biāo)準(zhǔn)倉(cāng)庫(kù)（如卷煙成品倉(cāng)庫(kù)），由于倉(cāng)庫(kù)距離分散，無法采用總的中央空調(diào)系統(tǒng)，一般采用就地溫濕度單獨(dú)控制的方案。要求設(shè)計(jì)一個(gè)分布式測(cè)控系統(tǒng)，既能實(shí)現(xiàn)對(duì)8個(gè)獨(dú)立分隔的倉(cāng)庫(kù)對(duì)象進(jìn)行溫濕度控制，又能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中監(jiān)控。1、方案制定監(jiān)控微機(jī)（上位機(jī)）位于遠(yuǎn)程中央控制室，測(cè)控微機(jī)（下位機(jī)）位于每個(gè)倉(cāng)庫(kù)的操作室，上、下位機(jī)均使用工控機(jī)（IPC）。一臺(tái)上位機(jī)與8臺(tái)下位機(jī)相連接，采用RS-485通信方式，構(gòu)成二級(jí)分布式測(cè)控系統(tǒng)。,圖14-16分布式測(cè)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖,上位機(jī)的主要任務(wù)是系統(tǒng)集中監(jiān)控和管理，有參數(shù)設(shè)定、集中控制、數(shù)據(jù)處理、文件管理、圖表輸出及分析等常規(guī)功能。運(yùn)行時(shí)，采用CRT技術(shù)，將八個(gè)倉(cāng)庫(kù)的溫濕度參數(shù)設(shè)定值及實(shí)時(shí)值、設(shè)備工作狀態(tài)集中顯示在屏幕上，還能以曲線圖、直方圖的形式顯示歷史數(shù)據(jù)，并能打印溫濕度測(cè)試日?qǐng)?bào)表及月報(bào)表。下位機(jī)通過數(shù)據(jù)采集裝置采集現(xiàn)場(chǎng)溫濕度數(shù)據(jù)，按照實(shí)現(xiàn)設(shè)置的控制模式，輸出控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)倉(cāng)庫(kù)對(duì)象的溫濕度參數(shù)進(jìn)行定值控制。,2、測(cè)量及控制在本系統(tǒng)中，每個(gè)倉(cāng)庫(kù)內(nèi)采樣點(diǎn)數(shù)為14點(diǎn)（溫度和濕度各7點(diǎn)），庫(kù)外2點(diǎn)（溫度和濕度各1點(diǎn)）。采樣周期為10秒鐘，控制周期為一分鐘?，F(xiàn)場(chǎng)每一個(gè)采樣點(diǎn)掛一個(gè)溫濕度測(cè)量變送器。溫度檢測(cè)用電流型集成溫度傳感器AD590。它是一個(gè)溫度-電流轉(zhuǎn)換器，若在其輸出串接恒值電阻，電阻上流過的電流與被測(cè)量的絕對(duì)溫度成正比。每一臺(tái)下位機(jī)的ISA總線插槽內(nèi)插了一塊臺(tái)灣研華公司生產(chǎn)的PCL-812PG多功能數(shù)據(jù)采集卡。PCL-812PG是一種通用型數(shù)據(jù)采集卡，它提供了五種測(cè)量與控制功能，包括：16路12位單端模擬輸入通道、2路12位模擬量輸出、16路數(shù)字輸入、16路數(shù)字輸出和一個(gè)可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器。,控制系統(tǒng)模型的輸入?yún)?shù)主要有：溫濕度設(shè)定值及上下限值、設(shè)備選用情況、當(dāng)前倉(cāng)庫(kù)內(nèi)外溫度和相對(duì)濕度、上一個(gè)處理周期各控制設(shè)備的工況、設(shè)備啟動(dòng)和停止的最小時(shí)間間隔、手動(dòng)及自動(dòng)狀態(tài)、聯(lián)機(jī)和脫機(jī)狀態(tài)等。輸出參數(shù)為各設(shè)備的啟動(dòng)、維持及關(guān)閉信號(hào)?？刂颇Ｐ湍軈^(qū)分高溫、悶濕、濕冷等多種天氣情況，并綜合歷史數(shù)據(jù)作出判斷，驅(qū)動(dòng)空調(diào)機(jī)、去濕機(jī)和通風(fēng)機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的制冷、去濕和通風(fēng)操作。,3、通信在本系統(tǒng)中，上位機(jī)與下位機(jī)之間最大的通信距離約為1000米，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采用RS-485標(biāo)準(zhǔn)通過串行口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。RS-485通信采用平衡發(fā)送和差分接受的方式，具有抑制共模干擾的能力，傳輸距離可達(dá)千米以上。實(shí)現(xiàn)RS-485標(biāo)準(zhǔn)通信的方式很多，這里，我們選用了一塊基于微機(jī)ISA總線的研華PCL-745B的RS-485通信卡。它提供兩個(gè)RS-485串行口，每個(gè)串行口有一個(gè)帶16位FIFO緩沖器的UART。將串行口的兩根數(shù)據(jù)線與下位機(jī)的通信線直接連接，便可傳送實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。,4、微機(jī)應(yīng)用程序傳統(tǒng)的系統(tǒng)方案配置是工控機(jī)+數(shù)據(jù)采/集控制卡+VB/VC編程。研華公司為該卡提供了一種基于WINDOWS的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，使PCL-812PG有著完善的軟件支持功能。用戶可以在WINDOWS平臺(tái)下，使用VisualC++，VisuallBasic，Delphi等語(yǔ)言開發(fā)應(yīng)用軟件，可以通過調(diào)用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)中的庫(kù)函數(shù)，方便地實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)采集卡底層進(jìn)行操作。,