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【摘要】随着微电子领域的不断发展,微控制器已越来越多的应用与电气领域中,现场数据采集的问题也随之变得更加智能化。本问就是围绕着以ATmega16单片机为控制核心的IIC智能数据采集系统而展开论述的。
【关键词】ICC总线;智能数据采集系统
AVR的IIC总线的物理接口的特点,1 简单,但是强大而灵活的通讯接口,只需要两根线.IIC总线仅有两条总线信号线SDA和SCL,均为双向I/O口,由于采用漏极开路工艺,实现"线与"功能.所以总线上要接上拉电阻,无数据传输时,SDA和SCL均保持高电平.IIC的串行8位双向数据传输位速率在标准模式下可达100kbps,快速模式下可达400kbps,高速模式下可达3.4Mbps.
2 支持主机和从机操作 ,IIC总线是一种真正多主总线,即可以连接多于一个能控制总线的器件,连接到同一总线上IC数量只受到最大电容400pF的限制.总线模式包括主发送模式,主接收模式,从发送模式和从接收模式.主机可以通过地址对从机寻址,且器件间只是简单的主从关系.每一个连在总线上的设备地址唯一,包括固定部分和可编程部分,同类器件的固定地址相同.因为有可编上部分,所以允许有多个同类或相同的器件放在同一总线上. 3 器件可以工作于发送器模式或接收器模式4 7 位地址空间允许有128 个从机5 支持多主机仲裁6 高达400 kHz 的数据传输率7斜率受控的输出驱动器8 可以抑制总线尖峰的噪声抑制器9 完全可编程的从机地址以及公共地址。 IIC含冲突监测和竞争功能,因为总线的"线与"功能将所有的主机时钟进行"与"操作,会生成组组合的时钟,其高电平时间等于所主机中最短的一个;低电平时间则等于所有主机中最长的一个.所有的主机都监听SCL,使其可以有效的计算本身高/低电平与组合SCL信号高/低电平的时间差异,从而确保当多个主方同时发送数据时不会造成数据冲突.
系统采用两个ATmega16单片机为控制器,分为主机和从机,从机用以采集数据,并将数据传给主机,主机将多个从机通过IIC发送过来的数据进行处理,并通过串口将处理过后的数据传送给PC机,这样,工作人员变可方便的通过PC机的上位机软件对现场进行实时监测,并可通过PC机对现场进行必要的调节处理.
系统的数据采集部分即控制器的前向通道大都采用智能传感器,温度传感器可采用目前比较流行的数字温度传感器DS18B20,用以采集环境比较恶劣的现场温度,DS18B20通过单线接口发送或接收信息,因此在中央微处理器和DS18B20之间仅需一条连接线.对于采集电压信号,可采用单片机的AD转换或者采用数字电压表进行电压测量并将数据传给单片机,测量电流可采用电流互感器将交流信号采样得到,并通过电流互感器产生一定比值的交流小信号,可以简单的串联一个电阻,电阻两端得到交流电压,通过加法器电路将电压抬高,得到直流电压量,并通过AD转换输入给单片机。
系统信号的检测采用数字滤波技术,从传感器或者变送器传来的信号中,通常会掺杂一些噪声和干扰。模拟系统中,一般采取在信号输入端加装RC低通滤波器的方法,来抑制某些干扰信号,但其对高频干扰信号有较好的抑制,而对低频干扰信号滤波效果欠佳。所谓数字滤波器,就是通过一定的计算和判断程序减少干扰信号进行滤波,以弥补RC滤波器的不足,并且可以根据信号的不同,采用不同的滤波方法或滤波参数,使用上及其灵活,方便,而且减少了硬件成本。而本系统采用限幅滤波方法,限幅滤波方法又称程序判断滤波法,方法为:首先根据经验确定出两次采样允许的最大偏差值(设为A);每次检测到新值时判断,如果本次值与上次值之差小于或等于A,则本次值无效;否则,本次值无效,放弃本次值,用上次值代替本次值。
在控制技术方面,本系统采用了数字PID控制技术,在控制理论和技术飞速发展的今天,PID控制作为经典控制理论,由于其具有控制方法简单,稳定性好,可靠性高,鲁棒性强和易于现场调试,尤其适用于可建立精确数学模型的确定性控制系统等优点,被广泛应用于工业过程控制。PID控制在本系统中的温度控制方面起到了非常大的作用,对输出的温度和经温度传感器得到的温度的差值进行PID调节。
【参考文献】
[1]刘海成 AVR单片机原理及测控工程应用【M】 北京:北京航空航天大学出版社,2008
[2]王福瑞 单片微机测控系统设计大全【M】北京:北京航空航天大学出版社,1998
[3]张德江 计算机控制系统【M】北京:机械工业出版社,2007
[4]周昕 贾冬梅 张炎 数据通信与网络技术 [M] 北京:清华大学出版社 20
【关键词】ICC总线;智能数据采集系统
AVR的IIC总线的物理接口的特点,1 简单,但是强大而灵活的通讯接口,只需要两根线.IIC总线仅有两条总线信号线SDA和SCL,均为双向I/O口,由于采用漏极开路工艺,实现"线与"功能.所以总线上要接上拉电阻,无数据传输时,SDA和SCL均保持高电平.IIC的串行8位双向数据传输位速率在标准模式下可达100kbps,快速模式下可达400kbps,高速模式下可达3.4Mbps.
2 支持主机和从机操作 ,IIC总线是一种真正多主总线,即可以连接多于一个能控制总线的器件,连接到同一总线上IC数量只受到最大电容400pF的限制.总线模式包括主发送模式,主接收模式,从发送模式和从接收模式.主机可以通过地址对从机寻址,且器件间只是简单的主从关系.每一个连在总线上的设备地址唯一,包括固定部分和可编程部分,同类器件的固定地址相同.因为有可编上部分,所以允许有多个同类或相同的器件放在同一总线上. 3 器件可以工作于发送器模式或接收器模式4 7 位地址空间允许有128 个从机5 支持多主机仲裁6 高达400 kHz 的数据传输率7斜率受控的输出驱动器8 可以抑制总线尖峰的噪声抑制器9 完全可编程的从机地址以及公共地址。 IIC含冲突监测和竞争功能,因为总线的"线与"功能将所有的主机时钟进行"与"操作,会生成组组合的时钟,其高电平时间等于所主机中最短的一个;低电平时间则等于所有主机中最长的一个.所有的主机都监听SCL,使其可以有效的计算本身高/低电平与组合SCL信号高/低电平的时间差异,从而确保当多个主方同时发送数据时不会造成数据冲突.
系统采用两个ATmega16单片机为控制器,分为主机和从机,从机用以采集数据,并将数据传给主机,主机将多个从机通过IIC发送过来的数据进行处理,并通过串口将处理过后的数据传送给PC机,这样,工作人员变可方便的通过PC机的上位机软件对现场进行实时监测,并可通过PC机对现场进行必要的调节处理.
系统的数据采集部分即控制器的前向通道大都采用智能传感器,温度传感器可采用目前比较流行的数字温度传感器DS18B20,用以采集环境比较恶劣的现场温度,DS18B20通过单线接口发送或接收信息,因此在中央微处理器和DS18B20之间仅需一条连接线.对于采集电压信号,可采用单片机的AD转换或者采用数字电压表进行电压测量并将数据传给单片机,测量电流可采用电流互感器将交流信号采样得到,并通过电流互感器产生一定比值的交流小信号,可以简单的串联一个电阻,电阻两端得到交流电压,通过加法器电路将电压抬高,得到直流电压量,并通过AD转换输入给单片机。
系统信号的检测采用数字滤波技术,从传感器或者变送器传来的信号中,通常会掺杂一些噪声和干扰。模拟系统中,一般采取在信号输入端加装RC低通滤波器的方法,来抑制某些干扰信号,但其对高频干扰信号有较好的抑制,而对低频干扰信号滤波效果欠佳。所谓数字滤波器,就是通过一定的计算和判断程序减少干扰信号进行滤波,以弥补RC滤波器的不足,并且可以根据信号的不同,采用不同的滤波方法或滤波参数,使用上及其灵活,方便,而且减少了硬件成本。而本系统采用限幅滤波方法,限幅滤波方法又称程序判断滤波法,方法为:首先根据经验确定出两次采样允许的最大偏差值(设为A);每次检测到新值时判断,如果本次值与上次值之差小于或等于A,则本次值无效;否则,本次值无效,放弃本次值,用上次值代替本次值。
在控制技术方面,本系统采用了数字PID控制技术,在控制理论和技术飞速发展的今天,PID控制作为经典控制理论,由于其具有控制方法简单,稳定性好,可靠性高,鲁棒性强和易于现场调试,尤其适用于可建立精确数学模型的确定性控制系统等优点,被广泛应用于工业过程控制。PID控制在本系统中的温度控制方面起到了非常大的作用,对输出的温度和经温度传感器得到的温度的差值进行PID调节。
【参考文献】
[1]刘海成 AVR单片机原理及测控工程应用【M】 北京:北京航空航天大学出版社,2008
[2]王福瑞 单片微机测控系统设计大全【M】北京:北京航空航天大学出版社,1998
[3]张德江 计算机控制系统【M】北京:机械工业出版社,2007
[4]周昕 贾冬梅 张炎 数据通信与网络技术 [M] 北京:清华大学出版社 20