基于单片机与PC机的电气量采集系统设计

程烨

摘要：电气量采集系统是保障各种电气系统安全、经济运行的重要措施，随着信息技术和计算机技术的快速发展，电气量采集得以达到数字化、智能化发展状态，在一定程度上提升电气采集的准确性和实时性。鉴于上述情况，本次在单片机与PC机通信的基础上设计电气量采集系统，详细介绍本系统软件、硬件设计情况，得以准确采集对电流、电压等信息各种信息。

关键词：单片机 PC机 电气量采集系统

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）09-0024-02

工业控制现场必须实时对被控制对象进行采集，方便实时监控被控对象，并依据相应的控制算法计算控制量完成相对应的控制任务。随着数据采集系统的广泛应用，其所涉及的信号、信号源不断增多，对测量准确度、及时性等提出更高的要求。现阶段，市场普遍使用的数据采集系统存在功能单一、采集速率低、操作复杂等问题，多数采集系统必须将所采集的数据存储至嵌入系统内，加之嵌入式系统自身资源有一定的限制，因此，所推出的系统无法承担大容量、高精度数据采集的任务。本次设计基于单片机和PC机设计电气量采集系统，该系统主要由通信模块、A/D转换电路等部分组成，通过各个模块的相互配合，促使数据采集控制变得经济高效，充分发挥系统灵活、高速度的应用效果。

1 电气量采集系统基本架构

本课题设计的基于单片机与PC机电气量采集系统基本架构见图1，由该图可知，本系统能够实时采集被控制对象的多种信息并由PC机进行处理。借助高性能AD转换芯片达到大容量、高精度模拟、采集数据的目的。单片机与PC通信能够把庞大、复杂的处理工作和任务交由计算机完成，促使整个系统呈现精度高、便于控制、采集信息量大的优点。

2 设计系统硬件

本次设计中，系统硬件主要包含微处理模块、单片机显示模块、传感器模块、电源管理模块组成，其中，微处理器模块借助Atmogal

128L低功耗微处理器，该处理器主要用于采集所需的数据并展开针对性处理。同时，也能对整个系统的任务展开控制管理。射频收发模块便于合理控制功耗，因此，利用节能型CC2420芯片，这种设计方法促使FLASH存储对低功耗产品的选择尤为重要。传感器设计过程中，依据用户的实际需求，每种传感器均有独特的压力、温度系统，因此，对部分非电量信号，也可借助传感器将其由电压变换模块转换为整个模拟信号。本次设计中，综合考虑整个系统的成本和需求，通过节点中心设计模式，以Atmegal128L单片机实现。这种单片机主要功能是采集、处理数据，且能在复杂、恶劣的环境下进行。它还包含强大的节能功能，必须满足工作电压1.8-3.6v工作电流温度运行下的工作频率。单片机数据采集电路见图2。被控制对象实际运行参数信息，主要包含温度、湿度、压力等必须经传感器转换为电量信号，若自身即为电量信号既能省略这一步。必须注意，转换的电量信号大小不一，必须通过电压转换为A/D转换芯片可以处理的范围，并由A/D转换芯片转变为数据信号。

单片机与PC机通信之间使用串行方法进行通信，最终可将单片机现场所采集的信息传递至PC机中。从而达到PC机远程控制检测对象的目的。本次设计的系统可以有效采集被控制对象的各种参数信息，并把其专递到PC机，有选择的控制被控制对象。单片机显示装置包含4个共阳数码管，其中，段选数据线与单片机I/O端口直接连接，位选数据线借助驱动芯片和单片I/O端口相连接。限制控制使用循环扫描的方法进行，即：逐个点亮每个数码管，并实施高速切换，因人眼视觉停留特性的影响，其看上去犹如4个数码管同时稳定显示出来。

3 设计合理的软件

整个电气量采集系统软件主要包括单片机端和PC机端程序两个部分组成，并在两部程序上分别运行至不同实体上，即：单片机与PC机上。单片机端程序使用C51进行编写，PC程序通过VB实施编写。

3.1 设计PC机端通信程序

PC机端通信程序利用可视化开发工具VB6.0进行编写，PC机软件主要由系统初始化、文件存储、接收事件呈现等部分。接收事件处理作为整个系统最重要的任务，其主要流程见图3。若采集数据必须长时间保持，能够把数据存储至计算机文件内，文件类型可以是数据库和文本文件。如果必须对被控制对象实施远程控制，必须读取控制算法文件，并把数据利用通信控件转送至单片机，利用单片机实施解释执行操作。

3.2 设计单片机端程序

单片机端程序主要由系统控制、A/D转换、PC机通信程序等内容组成，系统初始化用在设置系统的初始化状态、中断初始化等。A/D转换程序以及A/D转换芯片的时序要求，通过软件模拟SPI操作，达到采集A/D数据的目的。PC机通信程序包含发送和接收程序两个部分，其中，发送程序通过查询的方式实现，先要设计恰当的串口工作方法、波特率等参数后开启串口，查询数据是否完全发送，发送完成后在输送至下一个字节，直至本次数据全部输送完成。接收程序借助串口中断的方法，有效提升CPU工作效率，具体流程见图4。单片机串口如果接收某个字节数据，就会产生相应的串行中断。因发送和接收终端均能产生串行中断，进入中断时先要判定是否出现中断，若是，则发出中断标志并结束。

4 结语

总之，电气量采集系统是确保各种电气系统稳定运行的基础，本次设计以单片机和PC机达到采集电流、电压、无功功率等数据，并配备合理的单片机端程序、PC机端通信程序、传感器模块等设备，把所采集的数据用单片机实施处理，便于使用者更加直观、方便的监控系统运行情况。

参考文献

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