基于CMBUS總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)_第1頁(yè)
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倍數(shù)Auc卻很小,共模抑制比CMRR=AudlAuc很大,信噪比性能好。但要注意電路平衡問(wèn)題,如果兩個(gè)輸入之間因各種因素導(dǎo)致不平衡,同相成分會(huì)轉(zhuǎn)為差分成分,最終會(huì)使CMRR降低。(3)采用隔離放大器電路使用隔離放大器將輸入和輸出隔離,即使有很高的共模電壓,也會(huì)有很好的抗干擾性能。隔離放大器抑制共模電壓示意圖如圖3所示。隔離變壓器雖然有很多優(yōu)點(diǎn),但不能傳送直流成分,當(dāng)含直流成分的信號(hào)傳送時(shí)要用信號(hào)調(diào)制電路。也可采用光電耦合器來(lái)代替變壓器,效果良好。的差值小于等于△的信號(hào)認(rèn)為是有效信號(hào),大于△的信號(hào)作為噪聲處理。(4)慣性濾波,此乃模擬PC濾波器的數(shù)字實(shí)現(xiàn),使用于波罷頻繁的有效信號(hào)。根據(jù)本系統(tǒng)所采集信號(hào)的特性及以上集中濾波方式的特性。在本系統(tǒng)中采用了中值濾波方法。以下為濾波的C語(yǔ)言子程序:#defineNchar4filter()value_bur[N】;、(charcharcount,i,j,temp;{矗吁輸}|lfor(count=0;count<N;count++){value—bufount】=get_ad0;delay();}for0=oj<N一1d++)圍3隔禹放大器抑制共模電壓示意圖根據(jù)本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的特點(diǎn),這里選用了美信公司生產(chǎn)的低功率、單電源、軌對(duì)軌輸出的精密儀表運(yùn)放MAX4195,MAX4195是增益固定為G=+IV/V的精密儀表運(yùn)放,其內(nèi)部采用了傳統(tǒng)的三運(yùn)放模式來(lái)達(dá)到最大的直流精度。酒精濃度氣體傳感器有一定的穩(wěn)定時(shí)間,且信號(hào)變化的速度比較慢。在硬件濾波系統(tǒng)中采用巴特沃斯二階低通濾波器。巴特沃斯濾波器性能之一是巴特沃斯逼近或最平幅度逼近。在通帶中有最大平坦的幅度特性。{for(i_O;i<N-j;“+){if(value_buf[i]>valuc_buf[i+I】){temp2value_but[i];vahe_buf[i】=value_bur[i+1];value_bur[i+1】=temp;刖D的基準(zhǔn)電壓為4.096V,其工作時(shí)鐘由單片機(jī)供給.由于單片機(jī)有運(yùn)行速度較快,工作較獨(dú)立的特點(diǎn),可以保證采集到傳感器穩(wěn)定時(shí)刻的信號(hào)。A/D的最大轉(zhuǎn)換誤差為量化誤差和線性誤差,可在允許范圍內(nèi)通過(guò)提高A/D位數(shù)來(lái)減小量化誤差,增加分辨率.校正線性誤差的方法是選擇合適的A/D轉(zhuǎn)換位數(shù),讓輸入信號(hào)從零點(diǎn)到額定電壓?jiǎn)握{(diào)變化,啟動(dòng)A/D進(jìn)行連續(xù)采樣轉(zhuǎn)換得到一組數(shù)據(jù),與改變參考電壓后得到的另一組數(shù)據(jù)比較校正。在進(jìn)行濾波處理時(shí)需要考慮這一校正量,而對(duì)于零點(diǎn)誤差校正的方法是將輸入接地,啟動(dòng)~,D轉(zhuǎn)換器得到校正量。))}returnvalue_buf[(N?I)/2];}4結(jié)論本文利用AT89C51為系統(tǒng)單片機(jī),選用12M的晶振為單片機(jī)提供工作時(shí)鐘。將硬件巴特沃斯二階低通濾波器的截止頻率定為50Hz,以防止系統(tǒng)電源產(chǎn)生工頻干擾,并通過(guò)查表確定了濾波器各元器件的參數(shù)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到了令人滿意的結(jié)果.本系統(tǒng)有體積3軟件濾波的實(shí)現(xiàn)方法及程序軟件濾波是智能傳感器、儀器儀表所獨(dú)有的,可對(duì)包括頻率很低(如0.01Hz)的干擾信號(hào)在內(nèi)的各種干擾信號(hào)進(jìn)行濾波,而且一小。易使用,采集精度高的特點(diǎn),具有較高的推廣價(jià)值。o參考文獻(xiàn)【1】何立民.MCS一51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)【M】.北京航天大學(xué)出版社,1990.個(gè)數(shù)字濾波程序能為多個(gè)輸入通道共用。常用的軟件濾波有下面四種:(1)平均值濾波,即把M次采樣的自述平均值作為濾波器的輸出,也可以根據(jù)需要增加新鮮采樣的值的比重,形成加權(quán)平均值濾波。【2】王化祥,張淑英.傳感器原理及應(yīng)用.天津大學(xué)出版社,1988.【3】龔瑞昆,李奇平.改善傳感器特性的軟件處理方法【5】.自動(dòng)化儀表,2001,3;42-47..(2)中值濾波,即把M次連續(xù)采樣值進(jìn)行排序,取其中位值作為濾波器的輸出,這種方法對(duì)緩變過(guò)程中的脈沖干擾濾波效果良好。(3)限幅濾波,這種方法是根據(jù)采樣周期和真實(shí)信號(hào)的正常變化率確定相鄰兩次采樣的最大可能差值△,將本次采樣和上次采樣文章編號(hào):1671-1041(2006)04-0032-03作者簡(jiǎn)介:麻欣娟(1979-),女,吉林大學(xué)電子科學(xué)與工程學(xué)院碩士研究生主要研究方向:高精度醫(yī)學(xué)信號(hào)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng).作者聲明:自愿將本文稿酬捐為“儀囂儀表用戶雜志愛(ài)心助學(xué)基金”基于C—MBUS總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)劉春霞,劉立群(太原科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院,太原030024)摘要:介紹了一種基于MSP430單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)以TI公司的16位FLASH型MSP430系列單片機(jī)為核心,以根據(jù)韋根德效應(yīng)制成的零功耗磁敏傳感器作為采集前端,選用C-MBUS總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳收稿日期:2006-02?24輸,適用于遠(yuǎn)傳抄表的數(shù)據(jù)采集。具體闡述了該系統(tǒng)的工作原理.硬件電路設(shè)計(jì)和軟件實(shí)現(xiàn)。關(guān)鍵詞:中圖分類號(hào):TP21數(shù)據(jù)采集;C-MBUS總線:?jiǎn)纹瑱C(jī)6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A32EIC萬(wàn)方數(shù)據(jù)VOI.132006No.4歡迎光臨本刊網(wǎng)站http:Hwww.eic.com.crlDesignandrealizationofthedataacquisitionsystembasedOnC—MBUSLIUChun-xia.LIULi.qun(SchbolofComputerscienceandTechnology,TaiyuanUniversityofscience&technology,Taiyuan030024)Abstract:Thisarticlepdmarilyintroduceshowtodesignandimplementanewultra?lowpowerconsumptiondataacquisitionsystemusingTexasInstrumentsIncorporatedMSP430Flashsedesmicrocontmller.Tobesuitabletotheremoteautomaticmeter-reading.thesystemusedazeroWastagemagneticsensorastheacquisitionforepart.ChineseMeterbusactasdatatransmittedmodule.Theoperationalpdnciple.thegeneraldesigning,hardwarecircuit.softwareflowchartandthemainprogrammingframeareprovideddetailbydetailinthepaper.Keywerds:dataAcquisition,C-MBUS,microcontroller1引言隨著科技的發(fā)展,自動(dòng)抄表系統(tǒng)作為智能小區(qū)的重要功能之一逐漸進(jìn)入人們的生活,但應(yīng)用并不廣泛。制約自動(dòng)抄表系統(tǒng)的普及有兩個(gè)原因,一是對(duì)于普通用戶來(lái)說(shuō)自動(dòng)抄表系統(tǒng)的價(jià)格太昂貴:二是系統(tǒng)本身在安全性,可靠性方面還存在一些問(wèn)題。針對(duì)目前市場(chǎng)現(xiàn)狀,本文設(shè)計(jì)出一種由零功耗磁敏傳感器產(chǎn)生脈沖信號(hào),利用MSP430系列單片機(jī)的捕獲功能捕獲信號(hào)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1單片機(jī)選型選用TI公司的16位FLASH型MSP430系列超低功耗單片機(jī),特別適合于電池應(yīng)用的場(chǎng)合或手持設(shè)備。在超低功耗方面,該單片機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)在1.8V-3.6V電壓、IMHz的時(shí)鐘條件下,耗電電流在0.1-400/.tA之間;在片內(nèi)外設(shè)方面,含有P0,,-P6七個(gè)I,O口、2個(gè)定時(shí)器(Thner_A、Timer_B)、1個(gè)看門狗、內(nèi)部集成2K的ROM和60K的RAM,可十萬(wàn)次重復(fù)編程;且MSP430系列單片機(jī)均為工業(yè)級(jí)的產(chǎn)品,運(yùn)行環(huán)境溫度為一4?。福怠?。2.2傳感器選型本文選用的零功耗磁敏傳感器,工作時(shí)無(wú)須使用外加電源,適用于微功耗儀表,是一種較好的采集用傳感器。該傳感器是冪q用韋根德效應(yīng)制成的,又名韋根德傳感器,其工作原理是利用磁性雙穩(wěn)態(tài)功能合金材料中的磁疇在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)特性制作而成的。當(dāng)外磁場(chǎng)發(fā)生變化時(shí),磁疇磁化方向瞬間發(fā)生翻轉(zhuǎn),而當(dāng)外磁場(chǎng)撤離后,它又瞬間恢復(fù)到原有的磁化方向,由此在合金材料周圍的檢測(cè)線圈中會(huì)感生出電脈沖信號(hào),實(shí)現(xiàn)磁電轉(zhuǎn)換。2.3總線選型在歐洲,戶用儀表的通訊方式以M-BUS為主,它可以解決多結(jié)點(diǎn)、長(zhǎng)距離的通訊問(wèn)題,但由于其成本較高、應(yīng)用技術(shù)復(fù)雜等原因,在中國(guó)歷經(jīng)多年的推廣后仍難以得到廣泛應(yīng)用。本系統(tǒng)采用的C—MBUS總線又稱為中國(guó)的M?BUS總線,是一種低成本的一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的總線通訊系統(tǒng),具有通訊設(shè)備容量大(500點(diǎn)),通訊速率高(9600bps),布線簡(jiǎn)單(無(wú)極性,可任意分支,普通雙絞線),抗干擾能力強(qiáng)的特點(diǎn),并且可提供高達(dá)500mA的電源。2.4硬件電路設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件電路主要由兩部分組成:主機(jī)端和從機(jī)端。主機(jī)端采用ANPE公司的主控芯片CMTloo作為C?MBUS總線集中器,并用RS232接口電路MAx232作為集中器與PC間的通訊電路,直接將來(lái)自計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)和控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成C—MBUS數(shù)據(jù)信號(hào)。并在計(jì)算機(jī)專用調(diào)試軟件的控制下完成總線的收發(fā)控制工作。從機(jī)端主要是數(shù)據(jù)采集器,并采用專用收發(fā)芯片CMT001作為采集器與集中器間的通訊模塊。該芯片是C?MBUS設(shè)備端通訊專用集成電路,完成數(shù)字通訊的調(diào)制解調(diào)功能??偩€信號(hào)直接輸入歡迎訂閱歡迎撰稿歡迎發(fā)布產(chǎn)品廣告信息萬(wàn)方數(shù)據(jù)芯片,芯片RXD、TXD信號(hào)可直接輸入單片機(jī)或通過(guò)光耦與單片機(jī)連接。主機(jī)端是C—MBUS的主控端,電路設(shè)計(jì)包括總線集中器電路設(shè)計(jì),如圖1所示,以及集中器與PC間的通訊電路設(shè)計(jì).如圖2所示。集中器通過(guò)RS232和PC的串口連接。根據(jù)PC機(jī)的軟件控圍1集中器電路設(shè)計(jì):}圖2燕中器與PC之間的通訊電路制來(lái)完成整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸和控制功能,同時(shí)通過(guò)總線對(duì)整個(gè)系統(tǒng)上的設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程總線供電。如果將圖1和圖2連接起來(lái),就可以得到一個(gè)由計(jì)算機(jī)控制的C?MBUS總線系統(tǒng),該系統(tǒng)可同時(shí)掛接256個(gè)設(shè)備,通訊距離可達(dá)2000m,且可遠(yuǎn)程提供電源,最大電流達(dá)500mA。在圖1中可以看到總線系統(tǒng)給3V單片機(jī)供電的電路。。從機(jī)端包括數(shù)據(jù)采集器電路設(shè)計(jì)以及單片機(jī)與C—MBuS總線通訊電路設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)采集器以MSP430F449單片機(jī)為核心,實(shí)現(xiàn)基表數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確采集,其電路原理如圖3所示,包括晶振電路、電源電路、傳感器電路等,各部分功能分析如下:(1)晶振電路。圖3中提供了高速和低速兩個(gè)晶振電路,可輸出3種不同頻率的時(shí)鐘,輸出給單片機(jī)內(nèi)部的不同模塊。用戶可用高速晶體產(chǎn)生頻率較高的MCLK供給CPU以滿足高速的數(shù)據(jù)運(yùn)算的需要;也可以在不需要CPU工作時(shí)關(guān)閉高速晶體:而對(duì)于實(shí)時(shí)時(shí)鐘可用低速晶體產(chǎn)生頻率較低的ACLK供給。(2)電源電路。MSP430F449單片機(jī)的工作電壓在1.8-3.6V田3基于MSP430F449單片機(jī)的數(shù)據(jù)采簟器電路原理圖ElCVOI.132006NO.433匣型亟遮!土盛墨壁之間。工作電流在0.1—400肛A之間,本電路中。工作電壓為3V,有允許中斷請(qǐng)求,CPU被喚醒,進(jìn)入活動(dòng)模式,執(zhí)行中斷服務(wù)程可由鋰電池或C—MBUS總線為單片機(jī)供電.序,執(zhí)行完畢,系統(tǒng)返回到中斷前的狀態(tài)。繼續(xù)低功耗模式.(3)復(fù)位電路。單片機(jī)的復(fù)位電路接在94引腳處.在執(zhí)行時(shí),運(yùn)行主程序后。系統(tǒng)進(jìn)入低功耗模式,如出現(xiàn)中斷(4)傳感器電路。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)零功耗磁敏傳感器可直接接到單片l,CPU被喚醒,并將RAM中某一地址的數(shù)據(jù)自加l:如出現(xiàn)中斷機(jī)的捕獲端口,當(dāng)裝在煤氣表齒輪上的小磁鐵經(jīng)過(guò)傳感器表面時(shí)產(chǎn)2.CPU被喚醒,通過(guò)傳輸線路可以將RAM中某一地址的數(shù)據(jù)傳輸生脈沖信號(hào),利用單片機(jī)的捕獲功能捕獲信號(hào).為確保傳感器采集給PC的串口界面。如出現(xiàn)中斷l和中斷2同時(shí)出現(xiàn)的特殊情況.?dāng)?shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,圖3中加入了低功耗運(yùn)算放大器LM358以放大傳通過(guò)實(shí)驗(yàn),中斷l的優(yōu)先級(jí)高于中斷2,即先執(zhí)行完中斷服務(wù)l后.感器的脈沖信號(hào),其中VCCl等于5V.采集端口P1.2處的電壓薦執(zhí)行中斷服務(wù)2.(程序流程圖略)為高電壓VCC2'等于VCPU(3V),當(dāng)三極管C9018基極電壓大于O.7V時(shí),采集端口P1.2被拉低,單片機(jī)計(jì)數(shù)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)每當(dāng)小磁4結(jié)束語(yǔ)鐵經(jīng)過(guò)傳感器~次,單片機(jī)的地址l處就增計(jì)數(shù)一次。本系統(tǒng)選用了新型傳感器和低功耗MSP430系列單片機(jī),采用從機(jī)端的通訊模塊即數(shù)據(jù)采集器與C-MBUS總線集中器之間C—MBUS總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在C—SPY調(diào)試器軟件環(huán)境下經(jīng)過(guò)測(cè)的數(shù)據(jù)傳輸電路,如圖4所示。由CMT001完成數(shù)據(jù)傳輸和電源的試,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明。采集部分捕獲信號(hào)準(zhǔn)確率高,電路設(shè)計(jì)和軟件供給,圖中的RXD、TXD和圖3中的74、75引腳相連.由于設(shè)計(jì)合理,而且價(jià)格相對(duì)便宜。具有很好的應(yīng)用前景.o總線無(wú)極性。通訊模塊的總線可以任意地接到集中器的接線端口,參考文獻(xiàn)即圖4中的兩根標(biāo)號(hào)為CMBUS的總線可以和圖l中的相同標(biāo)號(hào)的fjJ魏小龍.MSP430系列單片機(jī)接口技術(shù)及系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例fM】.北京:總線連接起來(lái),就可以完成單片機(jī)與總線集中器之間的數(shù)據(jù)傳輸。北京航空航天大學(xué)出版社.2002.【2】沈建華.MSP430系列16位超低功耗單片機(jī)原理與應(yīng)用【M】.北京:清華大學(xué)出版社,2004.【3】王洪鋒,夏明飛,王堅(jiān).單片機(jī)與微機(jī)的遠(yuǎn)距離串行通信.電力自動(dòng)化設(shè)備,2002,22(5)【41張淼,周晨.基于PIC系列單片機(jī)的智能流量積算儀.自動(dòng)化儀表.2002,23(4)【51Sun.Kun?shah]in.RealizationofHardware圖4數(shù)據(jù)采集矗與C?MBUS總線通訊電路Li-qⅦLiu.Zhi—yiAndSoftwareinTheUltra—lowPowerConsumptionDataAcquisitionSystemBasedon3數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)C—MBUS.ISTM/2005.V01.7.6643—6647MSP430的開(kāi)發(fā)軟件較多,本文中使用的是EAR公司的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境:EAREmbeddedworkbench嵌入式工作臺(tái)以及調(diào)試器C作者簡(jiǎn)介:劉春霞(1977-),女,山西大同人.太原科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院助-SPY。利用MSP430單片機(jī)的捕獲功能,測(cè)試單片機(jī)能否準(zhǔn)確捕教,碩士.研兜方向:?jiǎn)纹瑱C(jī)及嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用;劉立群,男,湖南斯化獲到來(lái)自傳感器的信號(hào)。人,太原科技大學(xué)電子信息工程學(xué)院講師,碩士,研究方向:智能控制理論本文所設(shè)計(jì)的程序包括兩部分:主程序和中斷程序。先開(kāi)發(fā)主及其應(yīng)用.程序,即對(duì)單片機(jī)進(jìn)行初始化,如定義時(shí)鐘,關(guān)閉看門狗,選擇要作者聲明:自愿將本文稿酬捐為。儀器儀表用戶雜志愛(ài)心助學(xué)基金”用的模塊進(jìn)行設(shè)置等,然后關(guān)閉CPU。然后開(kāi)發(fā)中斷程序,一旦文章編號(hào):1671?1041(2006)04?0034—02基于現(xiàn)場(chǎng)總線的溫度校驗(yàn)控制系統(tǒng)遲香立,王俊杰(清華大學(xué)自動(dòng)化系,北京100084)摘要:介紹了現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS技術(shù)及其在溫度校驗(yàn)控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的soft/hardwareconfigurationandthemainfunctionarealsoelaborated?應(yīng)用,并對(duì)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成,軟硬件配置,實(shí)現(xiàn)功能等進(jìn)行7說(shuō)明.Keywords:PROFIBUS.temperaturecalibration.contml關(guān)鍵詞:PROFIBUS;溫度校驗(yàn):控制中圖分類號(hào):TP29文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A1現(xiàn)場(chǎng)總線1.1現(xiàn)場(chǎng)總線的概念

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