论文部分内容阅读
[摘 要]在工業生产领域高速发展的过程中智能仪表发挥了重要作用，其能够有效提高工业生产的效率，目前在科学技术的推动下，仪表功能也在逐步扩展，并且能够合理应用单片机。单片机具备许多显著的优势，如稳定性强、成本低等，但为了使单片机能够充分发挥其作用，还需要做好软件编制、硬件设计等多项工作，进而使输出电流及监控程序的设计更加合理，同时也可充分发挥主系统的调控作用。。
[关键词]单片机；智能仪表设计；运用
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）47-0259-01
引言：
单片机具有灵活性强及稳定、可靠等多项优势，对于完善智能仪表的功能具有重要作用，目前此方面的设计与研究工作仍在持续开展，目的在于确保数据传输的稳定性，并推动工业领域的进一步发展。本文就通过MSP 430单片机对各项设计要点进行了具体分析。
一、发展历程
智能仪器起初是模拟电子仪器，所用的仪表以电流表为主，该类仪表具有结构简单、测量精度低等特点，并且在测量时反应较慢。随后进入数字仪表阶段，其可转换模拟信号，最终以数字类型的信号呈现，并且具有测量结果直观、测量精度高及反应快等优势[1]，因此应用效果十分显著。此后开始进入智能仪表阶段，其可通过单片机完成各项测量任务，并且功能十分健全，不仅能够储存和分析数据，并且可实现一系列的逻辑推理与判断。此外，智能仪表可掌握参数的实时变化情况，进而在此基础上自动完成数据的校正。
二、硬件设计
单片机对于智能仪表而言不可或缺，其是决定仪表性能的关键因素，因此需要做好仪表的设计工作，设计重点为硬件电路，但同时也必须选择合适的控制器，本次研究选择的是MSP430单片机，其具有能耗量低等优势，目前在工业领域应用较为普遍。
（一）检测电路
PLC 功能对于仪表来说不可或缺，因此需要以此为依据完善设计方案并加以检测。具体的输入电路图如图1所示。为了使仪表的功能更加稳定，必须彻底分离负载与前端，即隔离R69与R62，这样就能将电路干扰对光耦造成的影响降低至最小。C38和R 71可发挥滤波器的作用，能够及时处理干扰电路正常运行的各项因素。此外，由图1可知电路的工作原理，即接通1、2按钮，进而导通光耦并连接主控器，在这种状态下必然会检测到高电平，而后依次断开各连接点，信号又回到低电平状态，在整个运行过程中，对外部开关的操作均是由程序完成的。
（二）采样放大电路
智能仪表的检测并不局限于一种信号，而是要对不同性质的信号进行检测，这在需要在仪表中配置复杂的检测线路，并且需要通过多功能开关随时进行切换，进而确保检测工作更具针对性，但这就需要投入较高的制造成本[2]。针对此问题，可采用分时复用技术，AB5201的管脚A、B、C 可与单片机实现连接，并将不同性质的输入信号发送至相匹配的地址中，由A /D 顺利完成信号的处理。另外，在设计时需要对MSP43单片机加强控制，主要是通过操作软件实现的，这样就能确保线路管脚始终处于稳定状态。
（三）输出电流设计
以4–20m A 输出电流的设计为例，其既是设计的基础工作，同时也是整个设计的核心内容。为了产出该类型的电流，需要配置XTR 101芯片，该类型的芯片尽管具有产出效率高等优势，但其投资成本过高，因此在配置芯片时还需要同时采用PWM 进行调制。此外，需要通过单向保护避免电路被干扰，并且需要通过三极管促使输出电流能够维持在稳定状态，同时还应及时调节PWEM 信号，这样就能使占空比处于控制状态[3]，进而确保输出电流不会低于4m A 或大于20m A 。
三、软件编制
除了硬件设计之外，软件也是智能仪表中一个十分重要的组成部分，因此在编制时必须确保软件足够安全，这就需要采用C 语言。此外，软件设计主要包括以下几项要点。
（一）主程序软件系统
主程序功能较为健全，不仅能够测量与处理数据，同时还可对键盘及输出环节进行管理，整个处理过程主要是通过子程序实现的。另外，处于初始状态的程序必须能够读取各种储存器中的数据信息并加以保存。
（二）监控程序设计
软件系统可分为多个功能模块，包括处理显示、采集信号等，各模块在执行任务的过程中需要根据函数的特点确定执行时间，并且需要主程序发挥其检测与维护秩序的功能，进而避免执行过程过于混乱。另外，在仪表正式开始工作时必须首先进行初始化处理，并打开检测构件。为了确保能够对软件进行实时化监控，需要将动作与定时两种信号连接起来[4]，这样就能使监控标志的设置更加合理。在实际监控的过程中，时间因素可经由A /D 顺利完成标识的转变，之后需要对各标识位置进行检测，并与相关要求进行对比，如果检测结果表明与标准位置的要求不符，则需要进入循环检测阶段，检测停止的标志是出现识别程序，这样就能使各模块顺利完成各自所要执行的任务。
（三）通信设计
目前所采用的协议以Modbus 通信协议为主，该协议可分为两种模式，分别是RTU 模式和ASC II 模式，这样就可根据不同的任务选择合适的模式，进而有效提高信息传输的效率。本次研究选择ASCII 模式，并与上位机实现连接，在传输信息时必须明确字节与字符之间的关系，通常情况下4位字节等同于1个ASCII 字符。该处理方式的优势体现在不同字符的发送时间无需间隔过长，最多只需1秒就可，同时还能有效保障通讯的稳定性，而不会在字符发送环节出现偏差。此外，在检验数据时必须明确不同阶段的标识内容，并且需要完成数据的叠加，在此过程中主要依据的是字节，结束后就可得到16进制的OXOA 。
四、结语
总而言之，在先进技术的推动下，仪表由最初的模拟仪器已经顺利转化为智能型，进而使得数据测量的精确度明确有所提升，这与单片机的应用关联性较强，因此还需要根据单片机的特点进行针对性设计，本文就对此问题进行了深入探究。
参考文献：
[1]李春辉.浅析单片机的智能仪表设计及其运用[J].自动化与仪器仪表，2017，（12）：13-25.
[2]叶占武，吴宝海，刘盖.基于单片机的智能仪表设计[J].机电工程技术，2015，（10）：21-23.
[3]朱齐缘.基于单片机控制的智能仪器量程转换设计[J].太原师范学院学报（自然科学版），2014，（13）：67-70.
[4]尚志恩，徐宁，沈春普.基于单片机的智能仪表通信系统的冗余通道设计[J].仪器仪表用户，2014，（3）：28-30.
[关键词]单片机；智能仪表设计；运用
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）47-0259-01
引言：
单片机具有灵活性强及稳定、可靠等多项优势，对于完善智能仪表的功能具有重要作用，目前此方面的设计与研究工作仍在持续开展，目的在于确保数据传输的稳定性，并推动工业领域的进一步发展。本文就通过MSP 430单片机对各项设计要点进行了具体分析。
一、发展历程
智能仪器起初是模拟电子仪器，所用的仪表以电流表为主，该类仪表具有结构简单、测量精度低等特点，并且在测量时反应较慢。随后进入数字仪表阶段，其可转换模拟信号，最终以数字类型的信号呈现，并且具有测量结果直观、测量精度高及反应快等优势[1]，因此应用效果十分显著。此后开始进入智能仪表阶段，其可通过单片机完成各项测量任务，并且功能十分健全，不仅能够储存和分析数据，并且可实现一系列的逻辑推理与判断。此外，智能仪表可掌握参数的实时变化情况，进而在此基础上自动完成数据的校正。
二、硬件设计
单片机对于智能仪表而言不可或缺，其是决定仪表性能的关键因素，因此需要做好仪表的设计工作，设计重点为硬件电路，但同时也必须选择合适的控制器，本次研究选择的是MSP430单片机，其具有能耗量低等优势，目前在工业领域应用较为普遍。
（一）检测电路
PLC 功能对于仪表来说不可或缺，因此需要以此为依据完善设计方案并加以检测。具体的输入电路图如图1所示。为了使仪表的功能更加稳定，必须彻底分离负载与前端，即隔离R69与R62，这样就能将电路干扰对光耦造成的影响降低至最小。C38和R 71可发挥滤波器的作用，能够及时处理干扰电路正常运行的各项因素。此外，由图1可知电路的工作原理，即接通1、2按钮，进而导通光耦并连接主控器，在这种状态下必然会检测到高电平，而后依次断开各连接点，信号又回到低电平状态，在整个运行过程中，对外部开关的操作均是由程序完成的。
（二）采样放大电路
智能仪表的检测并不局限于一种信号，而是要对不同性质的信号进行检测，这在需要在仪表中配置复杂的检测线路，并且需要通过多功能开关随时进行切换，进而确保检测工作更具针对性，但这就需要投入较高的制造成本[2]。针对此问题，可采用分时复用技术，AB5201的管脚A、B、C 可与单片机实现连接，并将不同性质的输入信号发送至相匹配的地址中，由A /D 顺利完成信号的处理。另外，在设计时需要对MSP43单片机加强控制，主要是通过操作软件实现的，这样就能确保线路管脚始终处于稳定状态。
（三）输出电流设计
以4–20m A 输出电流的设计为例，其既是设计的基础工作，同时也是整个设计的核心内容。为了产出该类型的电流，需要配置XTR 101芯片，该类型的芯片尽管具有产出效率高等优势，但其投资成本过高，因此在配置芯片时还需要同时采用PWM 进行调制。此外，需要通过单向保护避免电路被干扰，并且需要通过三极管促使输出电流能够维持在稳定状态，同时还应及时调节PWEM 信号，这样就能使占空比处于控制状态[3]，进而确保输出电流不会低于4m A 或大于20m A 。
三、软件编制
除了硬件设计之外，软件也是智能仪表中一个十分重要的组成部分，因此在编制时必须确保软件足够安全，这就需要采用C 语言。此外，软件设计主要包括以下几项要点。
（一）主程序软件系统
主程序功能较为健全，不仅能够测量与处理数据，同时还可对键盘及输出环节进行管理，整个处理过程主要是通过子程序实现的。另外，处于初始状态的程序必须能够读取各种储存器中的数据信息并加以保存。
（二）监控程序设计
软件系统可分为多个功能模块，包括处理显示、采集信号等，各模块在执行任务的过程中需要根据函数的特点确定执行时间，并且需要主程序发挥其检测与维护秩序的功能，进而避免执行过程过于混乱。另外，在仪表正式开始工作时必须首先进行初始化处理，并打开检测构件。为了确保能够对软件进行实时化监控，需要将动作与定时两种信号连接起来[4]，这样就能使监控标志的设置更加合理。在实际监控的过程中，时间因素可经由A /D 顺利完成标识的转变，之后需要对各标识位置进行检测，并与相关要求进行对比，如果检测结果表明与标准位置的要求不符，则需要进入循环检测阶段，检测停止的标志是出现识别程序，这样就能使各模块顺利完成各自所要执行的任务。
（三）通信设计
目前所采用的协议以Modbus 通信协议为主，该协议可分为两种模式，分别是RTU 模式和ASC II 模式，这样就可根据不同的任务选择合适的模式，进而有效提高信息传输的效率。本次研究选择ASCII 模式，并与上位机实现连接，在传输信息时必须明确字节与字符之间的关系，通常情况下4位字节等同于1个ASCII 字符。该处理方式的优势体现在不同字符的发送时间无需间隔过长，最多只需1秒就可，同时还能有效保障通讯的稳定性，而不会在字符发送环节出现偏差。此外，在检验数据时必须明确不同阶段的标识内容，并且需要完成数据的叠加，在此过程中主要依据的是字节，结束后就可得到16进制的OXOA 。
四、结语
总而言之，在先进技术的推动下，仪表由最初的模拟仪器已经顺利转化为智能型，进而使得数据测量的精确度明确有所提升，这与单片机的应用关联性较强，因此还需要根据单片机的特点进行针对性设计，本文就对此问题进行了深入探究。
参考文献：
[1]李春辉.浅析单片机的智能仪表设计及其运用[J].自动化与仪器仪表，2017，（12）：13-25.
[2]叶占武，吴宝海，刘盖.基于单片机的智能仪表设计[J].机电工程技术，2015，（10）：21-23.
[3]朱齐缘.基于单片机控制的智能仪器量程转换设计[J].太原师范学院学报（自然科学版），2014，（13）：67-70.
[4]尚志恩，徐宁，沈春普.基于单片机的智能仪表通信系统的冗余通道设计[J].仪器仪表用户，2014，（3）：28-30.