基于MCS51单片机的现场数据采集模块设计

ByGrith4

摘要:根据监控系统设计时传感控制器件对数据采集模块端口组合类型及工作参数的需求不定的情况，经过对现场采集模
块工作机理分析,提出了以MCS51单片机为控制器,模块端口可以根据需求定制的现场数据采集模块的设计方案并对其
% G/ _/ [6 x# p' Q/ Q9 Z6 ^, E! L实例化。应用实践表明应用该方案设计的模块运行性能稳定,可以满足控制现场的要求。解决了控制系统设计过程中数
: q' S! L4 S. D; t% u% v5 W: a* y据采集模块与传感控制器件之间不匹配的难题。
关键词:监控系统;数据采集模块; MCS51 单片机;定制;通信电路
) q4 z4 C. P) Y" G( k/ I4 D. T0
引言
在基于现场总线的监控系统中，系统结构- -般包括以下几
个部分:现场采集控制对象、信号传感器件,数据采集模块,现场.
, \) B2 [  \4 {. V! e总线及.上位机(系统控制程序)1。在系统设计过程中,信号传
感器件与数据采集模块的设计和选择必须遵循两者工作参数相
) B5 ~3 m6 p6 D& z: A8 R  y匹配的原则。然而，随着工业的发展,工业监控系统所需要监控
1 g* l5 v. e5 }$ i7 _2 b的对象种类繁多,其中有相当一部分监控对象需要根据工业现
场的情况要求，设计专用的信号传感器件;另一方面,信号采集
传感器件的工作参数随器件而各有差异,这些都为设计选用现
9 `% X9 L) I0 m; M, \" N场数据采集模块带来不便。同时,数据采集模块的生产厂商的
9 q7 S8 p* o+ D# ~1 Z6 w8 x; U7 c产品(如: PLC ,ADAM模块,牛顿模块等)是以控制系统中普遍
7 A, e+ X5 ]& w' H% A( c6 ^3 ~; }使用的，或已经形成统-标准的传感器为适用对象,这又为现场
数据采集模块产品的使用带来局限性。因此,根据现场传感器
1 ~8 [) Y( V2 Z2 q9 V件工作参数及因现场设备分布而带来的传感器件组合方式对数
" d) m8 L! K7 C# U1 x+ ^4 q据采集模块的需求,开发与之匹配的现场数据采集模块可以减
化系统设计，也是节约系统实施成本的有效途径之--。
+ z6 f' A. G2 h* z: w本文采用MCS51单片机为控制器，给出了控制采集端口的
  _$ S5 A! \; y# k, Q. B" ?组合方式及工作参数可以根据现场传感器件的要求来定制现场
数据采集模块的总体方案设计。并对实例模块各组成部分电路
' I0 r6 A; J5 {$ v, x) V( S设计,指令系统设计等环节进行了详细阐述。应用该方案开发
的多个实例模块在某山药加工生产线监控系统的实际应用中,
+ X9 Y0 m# Y, S, _# W) F; h性能稳定,满足了现场采集控制的要求。
/ \  B9 f. l% R" V, Q5 P
1采集模块总体方 案设计
1.1 采集模块在现场总线中的工作机理
采用主从工作方式的控制网络中,上位机.上运行的组态软
件负责整个系统的控制逻辑。根据组态软件控制逻辑的要求，.
在一定周期内,对每-一个采集模块及其端口进行轮询访问[3，
" D) I9 G- Y, d. q将端口状态采集传输到上位机。同时将模块端口执行指令下传
9 k; `6 u$ S) x总线。采集模块根据下传指令将指令处理结果上传，上位机1]。
在主从工作方式中,现场数据采集模块也可具有自己的运行控
  r, R, ?) @) Q  F& M9 i/ a制逻辑单元(如PLC),实现部分控制逻辑。另一种现场数据采
7 _  ~1 r/ r. S4 f3 |7 }. C  ?' b( P集模块内部不具有控制逻辑运行存储单元，它完全依赖于上位
( k9 d; i8 U$ w* p. T! u- i; D) d机的控制逻辑。上位机向 总线上发送指令采用广播形式，接在
总线上的所有现场采集控制模块都能接收到上位机的指令。采
% D6 z' o- y9 k' v: E集模块根据指令所包含的地址信息判断指令是否对其本身进行
操作。地址匹配,采集模块对指令进行释意并做出指令要求的
  Q; O5 V$ M" r) v& j" y动作,将执行结果.上传.上位机。如果地址不匹配,则不执行操
作[2]。
; L% {! [- b! c( Y& p2 |; V1.2 数据采集模块总体方案设计
通过对现场总线系统的工作机理分析,采用主从工作方式
的数据采集模块必须具有以下功能:①要有与总线相匹配的通
9 [& Z- x) c! p  W5 p# b: a$ ~信接口,对上位机--直处于监听状态,以免漏掉.上位机所发布的.
指令。②对上位机下传的指令具有释意功能,如果地址匹配,则.
做出相应的动作。③模块具有一定的信号采集和控制功能,对
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Racheler

在系统设计过程中,信号传感器件与数据采集模块的设计和选择必须遵循两者工作参数相匹配的原则