環(huán)境監(jiān)測中需要多項數(shù)據(jù)的采集就需要用到數(shù)據(jù)采集器進行收集
采集器采用雙CPU結(jié)構(gòu),主CPU專門負責(zé)與監(jiān)測軟件之間的數(shù)據(jù)通訊傳輸和量程設(shè)置及參數(shù)顯示;從CPU專門負責(zé)各自通道的數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換及存儲,這樣可以避免各通道切換帶來數(shù)據(jù)信號的干擾,保證數(shù)據(jù)測量的精確可靠。從CPU用兩種方式(RS-485串行通訊方式及4~20mA電流環(huán)方式)來接收或轉(zhuǎn)換各個在線監(jiān)測儀器的數(shù)據(jù)(見圖2)。從功能上,采集器電路劃分為以下幾個組成部分:
(1)單片機控制單元電路
單片機控制單元電路包括兩片單片機AT89S52(分別用主CPU和從CPU表示)、高速1K雙口靜態(tài)RAMIDT7130、E2PROMAT24C512等器件。MASTERCPU主要用來控制、通訊(與上位機遠程通訊,與SLAVECPU進行數(shù)據(jù)的接受和發(fā)送命令等通訊操作);SLAVECPU主要用來對采集來的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,并與MASTERCPU進行數(shù)據(jù)傳遞。AT89S52內(nèi)含8K的FLASH作為程序存儲器。高速1K雙口靜態(tài)RAMIDT7130作為MASTERCPU和SLAVECPU通訊的共享RAM。
參數(shù)數(shù)據(jù)存儲采用外部擴展一片64K的E2PROM(AT24C512),用于數(shù)據(jù)存儲,并根據(jù)需要將數(shù)據(jù)送去顯示或上傳。
(2)A/D轉(zhuǎn)換電路
A/D轉(zhuǎn)換電路采用MAX197,用于將監(jiān)測儀器送來的4~20mA的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送至單片機進行處理。MAX197芯片是美國MAXIM公司近年的新產(chǎn)品,是多量程(±10V,±5V,0~10V,0~5V)、8通道、12位高精度的A/D轉(zhuǎn)換器。它采用逐次逼近工作方式,有標準的微機接口。三態(tài)數(shù)據(jù)I/O口用做8位數(shù)據(jù)總線,數(shù)據(jù)總線的時序與絕大多數(shù)通用的微處理器兼容。全部邏輯輸入和輸出與TTL/CMOS電平兼容。新型A/D轉(zhuǎn)換器芯片MAX197與一般A/D轉(zhuǎn)換器芯片相比,具有極好的性能價格比,僅需單一+5V供電,且外圍電路簡單,可簡化電路設(shè)計。
在此采集器系統(tǒng)選用從CPU與其聯(lián)接。使AT89C52的P0.0~P0.7與MAX197的D0~D7相連。P2.7作片選信號,MAX197的地址分配為7000H。選擇MAX197為軟件設(shè)置低功耗工作方式,所以置SHDN腳為高電平,本例采用內(nèi)部基準電壓,所以REF、REFDJ均通過電容接地。用P1.7腳用做判讀高、低位數(shù)據(jù)的選擇線,直接與HBEN腳相連。MAX197的INT腳與從CPU的P1.6相連,作為轉(zhuǎn)換識別信號。
(3)通訊傳輸單元
由于環(huán)境監(jiān)測點地理位置比較分散、偏僻、自然條件較差,采用有線傳輸需要架設(shè)專線,成本太高。無線傳輸因組網(wǎng)迅速靈活、建設(shè)周期短、成本低,特別適合條件差的野外使用環(huán)境和跨區(qū)域的應(yīng)用。特別是隨著移動通訊技術(shù)的發(fā)展,采用無線網(wǎng)絡(luò)方式來傳輸數(shù)據(jù)已成為新的發(fā)展趨勢。