基于AT89C51单片机的设备监控系统研究

Ｉ１科技探索与应用　基于ＡＴ８９Ｃ５　１单片机的设备监控系统研究　刘正翔　（福州职业技术学院）　摘要：介绍了微机通过ＲＳ一２３２串口连接一个测量被监控设备某个参数的ＡＴ８９Ｃ５１单片机系统。微机端的程序定时向单片机系统发　出查询要求，单片机系统收到后就进行一次测量，并将测量结果返回给微机，且绘制成连续变化曲线，以实现监控。　关键词：ＡＴ８９Ｃ５１单片机；微机；监控；ＲＳ一２３２；串口通信　引言　随着电子技术和微型计算机的迅速发展，微机测量和控制　技术也得到了迅速的发展和广泛的应用。在实际测控系统中，　经常要用微机对设备运行的各参数进行监控。一般是用单片机　作下位机进行数据采集而向微机传送数据，而微机则是被动地　接收所传输的数据，这使得数据量大且微机效率不高。本文给　出了一种以ＡＴ８９Ｃ５１单片机和微机结合，从微机控制界面发出　指令启动单片机系统对设备参数进行采集的主动监控方法。　１系统硬件设计　在这个设计中，单片机硬件系统是一个典型的现场信号数　据采集系统。其中包括信号放大、ＭＤ转换、ＡＴ８９Ｃ５１单片机和　ＲＳ一２３２电平转换四部分，结构框图如图１。　图１　ＡＴ８９Ｃ５１单片机硬件系统结构框图　１．１前端信号放大电路　微机测控系统中用到的放大器件品种繁多，功能各异，因　信号检测电路输出的电压较小，一般为毫伏级，故对失调电压　要求较严，为保证精度，应采用高精度运放。故可以采用单片集　成测量仪用放大器，但出于性价比考虑，在此选用低失调电压　运放０Ｐ０７。　１．２　Ａ／Ｄ转换电路　为适应对快速信号的采集，这里使用具有较高转换速度和　精度的ＴＩ公司１２位串行逐次逼近式Ａ／Ｄ转换器ＴＬＣ２５４３。由　于是串行输入结构，能够节省５１系列单片机Ｉ／０资源，且价格　适中。为了使ＴＬＣ２５４３和单片机之间数据传送最快和最有效，　利用其串行外设接口（ＳＰＩ）进行数据传输。在ＭＤ转换电路中　（如图２所示），芯片ＴＬＣ２５４３的ＡＩＮ０　ＡＩＮ１０为模拟输入端，　共１１路；ｃｓ为片选端；Ｉ￣ＣＬＯＣＫ为时钟信号；ＤＡＴＡＩＮＰＵＴ为　串行数据输入端；ＤＡＴＡ　ＯＵ￣ＵＴ为转换结果的串行输出端；　ＥＯＣ为转换结束端；ＲＥＦ＋、ＲＥＦ一分别为正、负基准电压端。　１．３　ＡＴ８９Ｃ５１单片机和电平转换电路　ＡＴ￣Ｃ５１是美国ＡＴＭＥＬ公司生产的低电压，高性能　ＣＭＯＳ　８位单片机，其指令系统与ＭＣＳ一５１系列完全兼容。器件　内置４ＫＢ的Ｆ１ａｓｈ闪速程序存储器（ＲＯＭ）和ｔ２８Ｂ的ＲＡＭ，具　有一个５向量两级中断结构、一个全双工串行通信口（ＵＡＲＴ），　并支持低功耗空闲和掉电工作模式。与早期的８０５１相比，在控　制领域应用中具有较高的性价比。　１９２广东科技２０１２　９第１７期　图２信号放大和ＭＤ转换电路　单片机ＡＴ８９Ｃ５１是整个系统的核心，通过ＴＬＣ２５４３对输　入的模拟信号进行采集，将数据先暂存在内部ＲＡＭ地址单元　中，再经由串口向上位机传输。由于ＡＴ８９Ｃ５１单片机的输入、输　出是以高低电平来表示逻辑状态的，即ｒＩＴＩ．Ｌ电平；而微机的串　口却是以正负电压表示逻辑状态的，即ＲＳ一２３２标准，二者之间　的规范不同。为了使单片机和微机有效地进行数据传输，这里　采用ＭＡＸ２３２来实现电平转换，具体连接如图３所示。其中左　边是单片机通用串行口的１ＴｒＬ电平，右边是经转换后的ＲＳ一　２３２电平，然后与微机上的一个串口连接。　图３　ＡＴ８９Ｃ５１单片机和电平转换电路　２系统软件设计　软件设计分成两部分，即单片机ＡＴ８９Ｃ５　１内的控制程序和　微机上的控制软件。其中，单片机系统通过软件设计使其空闲　时在节电方式运行，以减少功耗；当需要监测设备参数时，由微　机控制界面通过串口向ＡＴ８９Ｃ５１发送查询命令；单片机接收到　数据后激活中断而进入正常工作方式，开始数据采集并将结果　返回给微机。　２．１单片机软件设计　单片机程序采用汇编语言编写，主要包括Ａ／Ｄ转换的数据　采集模块和串行数据传输模块，其流程图如图４所示。　在数据采集模块中，ＴＬＣ２５４３的通道选择和方式数据为８　图４单片机主程序流程图　位，其功能为：Ｄ７、Ｄ６、Ｄ５和Ｄ４用来选择要求转换的通道，　Ｄ７Ｄ６Ｄ５Ｄ４＝ｏｏｏ０时选择０通道，Ｄ７Ｄ６Ｄ５Ｄ４：０００１时选择１通　道，依次类推；Ｄ３和Ｄ２用来选择输出数据长度，本程序选择输　出数据长度为１２位，即Ｄ３Ｄ２＝００或Ｄ３Ｄ２＝１０；Ｄ１选择输入数　据的导前位，０为高位先送出，ＤＯ决定输出数据是单极性（二进　制）还是双极性（二进制补码），０为单极性。值得注意的是，　ＴＬＣ２５４３在每次Ｉ／Ｏ周期读取的数据都是上次转换的结果，当　前的转换结果在下一个Ｉ／Ｏ周期中被串行移出。第一次读数由　于内部调整，读取的转换结果可能不准确，应丢弃。程序流程图　如图５所示。　图５　ＴＬＣ２５４３数据采集程序流程图　由于ＡＴ８９Ｃ５１单片机不带ＳＰＩ或相同的接口能力，需要在　软件上模拟其操作。单片机通过编程产生串行时钟，并按时序　发送与接收数据位，完成通道方式，通道数据的写入和转换结果　的读出，供数据采集模块调用。读转换结果子程序代码如下：　ＲＤ２５４３：　ＮＯＰ　ＭＯＶ　Ａ，Ｒ１　；把方式／通道控制字放到Ａ　ＣＬＲ　Ｐ１．７　；设置片选为低　ＪＢ　ＡＣＣ．１，ＬＳＢ　；判断方式／通道控制字的Ｄ１　位，若为１先读低位　ＭＳＢ：　ＭＯＶ　Ｒ５，＃０８Ｈ　；读高８位循环次数　ＬＯＯＰ１：　ＭＯＶ　Ｃ，Ｐ１．６　；读转换结果　ＲＬＣ　Ａ　；Ａ寄存器左移，移入结果数据位，　移出方式／通道控制位　ＭＯＶ　Ｐ１．５，ｃ　；输出方式，通道位　ＳＥＴＢ　Ｐ１．４　；设置Ｉ／Ｏ时钟为高　ＣＬＲ　Ｐ１．４　；清Ｉ／Ｏ时钟　ＤＪＮＺ　Ｒ５，ＬＯＯＰ１　；Ｒ５不为０，继续读高位的其它　位　ＭＯＶ　Ｒ２，Ａ　；转换结果的高８位暂存到Ｒ２中　ＭＯＶ　Ａ，Ｒ１　；复位Ａ寄存器　ＪＢ　ＡＣＣ．１，ＲＥＴＵＲＮ；判断方式，通道控制字的Ｄ１　位，若为１，已读完转换结果，退出　ＬＳＢ：　ＭＯＶ　Ｒ５，＃０４Ｈ　；读低４位循环次数　ＬＯＯＰ２：　ＭＯＶ　Ｃ，Ｐ１．６　；读转换结果　ＲＬＣ　Ａ　；Ａ寄存器左移，移入结果数据位　ＭＯＶ　Ｐ１．５，Ｃ　；输出方式／通道位　ＳＥＴＢ　Ｐ１．４　；设置Ｉ／０时钟为高　ＣＬＲ　Ｐ１．４；清Ｉ／Ｏ时钟　ＤＪＮＺ　Ｒ５，ＬＯＯＰ２　；Ｒ５不为０，继续读低位的其它　位　Ｍ０Ｖ　Ｒ３，Ａ　；转换结果的低４位暂存到Ｒ３中　ＭＯＶ　Ａ，Ｒ１　；复位Ａ寄存器　ＪＢ　ＡＣＣ．１，ＭＳＢ　；判断方式／通道控制字的Ｄ１｛立，　若为１，转向读高位　ＲＥＴＵＲＮ：ＳＥＴＢ　Ｐ１．７　；设置片选为高　ＲＥＴ　串行数据传输模块主要包括串行口初始化和数据传输程　序，其中数据传输采用查询方式，程序流程图如图６所示。下面　只给出串口初始化代码：　图６串行数据传输程序流程图　ＩＮＩＴ＿＿ＳＥＮＤ：　ＭＯＶ　ＳＣＯＮ，＃５０Ｈ；串口工作方式１，８位数据位，１位停　止位，无奇偶校验　ＭＯＶ　ＰＣＯＮ，＃８０Ｈ；ＳＭＯＤ＝１，波特率增倍　ＭＯＶ　ＴＭＯＤ，＃２０Ｈ。；波特率设置，ｌＯＳＥ＝１２ＭＨｚ，波特率＝　４８００，Ｎ＝０Ｆ３Ｈ　Ｍ０Ｖ　ＴＬ１，拍０Ｆ３Ｈ　Ｍ０Ｖ　ｒｒＨ１，加Ｆ３Ｈ　（下转第２２８页）　广东科技２０１２　９．第１７期１９３　Ｉ１研究园地　装药的控制程序：操作人员把配好的药物装到纸筒中，操　合格产品区域，才能出厂销售。对每一批产品要求作好出厂检　作时一定要小心，根据爆竹产品的燃放效果，需要装多少药量，　验的原始记录，以便出售后对有问题的产品进行追踪。　按要求进行装药。采用手工装药要注意装药量要均匀，按标准　入库及库房管理程序：对已检验合格的爆竹产品才能入　规定结鞭爆竹产品药量不能超过０．５ｇ，药物装好后，然后拿去　库，库房管理人员根据爆竹产品的规格型号要求分类进行堆　插引。　放，并且堆放高度按烟花爆竹库房规定进行堆放，堆放的爆竹　（切引）插引的控制程序：操作人员在插引时，首先要切引，　产品要离地一定的高度和离墙一定的距离，要求能防潮，每一　切引要求工作时要少量进行，切引的工具要锋利，不要产生较　库房堆放的数量按烟花爆竹的药量来确定。库房管理人员对每　大的摩擦。切引的长度根据需要进行切取，满足结鞭的要求。插　一批入库的产品和出库的产品要做好登记处理。　引时，引线要与药物相接触，燃放时能引燃药物产生爆炸的效　（３）企业对本厂生产爆竹产品要有创新的思路，对自己的　果。在插引后要用固引剂对引线进行固定，固引剂不仅起固定　产品应有新的设计效果，让更多的消费者喜欢本企业的产品，　作用，还起密封作用。这样单个爆竹产品就产生了，然后进下阶　并且，对本企业的新产品要进行注册，保护本企业产品的不被　段结鞭过程。　其他企业冒用，保护本企业的知识产权。从而让企业获得更大　以上配药、装药和插引过程现在的企业大部分采用机械化　的经济效益。　生产，这几个过程由机械化代替，并且，这几个过程又是危险工　序。因此，对企业的安全生产又提高一大步，减少人员与之相接　参考文献：　触，从而提高了企业的现代化。　［１】何继荣．烟花艺术的发展时空［Ｍ】．湖南：湖南人民出版社，２００７．　结鞭的控制程序：结鞭采用的结鞭用绳子，要求牢固，燃放　【２］宋明顺．质量管理学【Ｍ】．北京：科学出版社，２００５．　后能阻燃。结鞭时，操作人员按要求的数量进行结鞭，并且，根　（３］王敏华，周玲玲，陶靖轩．标准化教程［Ｍ】．北京：中国计量出版社，２００５．　据标准规定，对引燃主体的主引线要留下一定长度，由引线的　［４］洪生伟计量管理【Ｍ】．北京：中国计量出版社，２００６．　燃速来确定。结好鞭的爆竹产品按数量进行分类，然后到包装　【５】李和中．公共部门人力资源管理【Ｍ］．北京：中央广播电视大学出版社，　车间进行包装。　２００７．　包装的控制程序：操作人员采用的包装纸要求能防潮，不　【６］杜瑞成，闰秀霞．系统工程【Ｍ］　Ｅ京：机械工业出版社，２００７．　易损坏，按数量的多少用包装纸进行包装。包装的产品要求包　［７］汤会琳．贵州省情教程【Ｍ］．北京：清华大学出版社，２００７．　装严实，不松散。对包装好的产品要进行标签的粘贴，粘贴标签　［８１安建，袁俊明．中华人民共和国产品质荤法．实用问答［Ｍ】．北京：工商出　版社，２０００．　要整齐，完好，这样爆竹产品就产生了。　［９］鲁晓慧，许永俊．知识产权法【Ｍ】　Ｅ京：中国城市出版社，１９９９．　出厂检验的控制程序：检验人员对即将出厂的爆竹产品要　［１Ｏ］烟花爆竹・质量安全．　进行出厂检验，检验合格后才能出厂。检验人员按标准规定进　【１１】烟花爆竹・标志．　行出厂检验，对产品按随机抽样的要求进行抽样检验，合格后　（１２］烟花爆竹・抽样检查．　粘贴合格证，然后进行装箱，对包装箱上内容填写完整后放到　（上接第１９３页）　ＳＥＴＢ　ＴＲ１；启动定时器Ｔ１　ＲＥＴ　２．２微机控制软件设计　在微机上，我们使用Ｄｅｌｐｈｉ来开发控制程序。Ｄｅｌｐｈｉ是一　种具有强大、简便易用和代码执行速度快等优点的可视化应用　开发工具。在控制软件界面中，包括串口选择、打开通信端口、　发查询命令、传送数据、结束程序和监测时间间隔设定六种功　能。程序运行时，通过设定监测时间间隔，微机将从串口中接收　到的数据在控制界面的坐标中描成变化曲线，以反应出被测参　数的变化。在实际调试中，系统运行屏幕截图如图７所示。　３结束语　参考文献：　［１］８－Ｂｉｔ　Ｍｉｃｒｏｅｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ＡＴ８９Ｃ５１．ＡＴＭＥＬ　ＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ，２０００．　本监测系统硬件设计灵活、简易、可靠，软件界面友好，操　【２］１２－Ｂｉｔ　ＭＤ　Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ　ＴＬＣ２５４３．ＴＥＸＡＳ　ＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ，２００２．　作简便，具有较好的可扩充性，在调试中对单路小信号的监测　［３】张毅刚，彭喜元，姜守达，等．新编ＭＣＳ一５１单片机应用设计［Ｍ］．哈尔　效果很好。而若在Ａ／Ｄ转换器中接入多路信号，经简单的软件　滨：哈尔滨工业大学出版社，２００３年：２７８　２８４．　修改便可实现多路设备的监测，能够满足实际工业控制的应用　［４］黄军，熊勇，刘燕．Ｄｅｌｐｈｉ串口通信编程【Ｍ】．北京：人民邮电出版社，　场合。　２００１年：５６　７９．　２２８广东科技２０１２　９第１７期