一种工业级数据采集监控系统的设计与实现

引言
随着现代电子技术的发展 ,单片机的可靠性和高性价比 ,使它成为控制系统、智能仪表和数据采集等各个领域发展的主流。在当今工业生产和科学研究的各行业中 ,经常会遇到利用微机控制,需要输入各种模拟信号的情况,这时需要进行 A/D转换。在某些实际项目中,为了采集某些模拟量而选用一些数据采集卡 ,其特点是:可扩展性差、安装麻烦、易受机箱内环境的干扰,在许多场合尤其是便携式应用场合不适用。USB是为解决计算机外设种类日益增加与有限的主板插槽和端口的矛盾,由 Intel、Microsoft、IBM及 NEC共同制定的微机总线接口规范。当前的计算机外部设备,都在追求高速度和高通用性,USB总线接口技术适用了这种要求,并以速度快、使用方便、成本低、可靠性高等优点,使外设向 USB过渡成为必然趋势。
1 系统体系结构
基于 AT89S52的数据采集系统的体系结构如图 1所示。系统的工作过程就是一个数据采集的过程 ,其中的每一步都需要不同组的支持。首先 ,温度和压力参数经传感器转换成模拟信号,模拟信号经过 A/D转换芯片 TLC2543变为单片机可识别的数字信号。单片机将数字信号进行处理之后,就可以送往 LED显示或者通过 USB接口发送给上位机 ,同时如果检测出现了异常,通过蜂鸣报警模块来加以警示。系统也可以通过按键来设定相关的操作。USB接口在主机需要的时候把接收到的数据发送给主机进行处理和显示,同样主机也可以通过USB口对下位机进行控制。

2.1 采集模块设计
TLC2543是一种开关电容结构的逐次逼近式 A/D转换器,片内提供转换时钟,12位或 8位串行数据输出。可采集 11路模拟输入电压 ,由片内多路开关选通,并采样保持。在本芯片工作温度（0℃ ~70℃）范围内 ,A/D转换时间 10微秒,具有单+5V电源工作的一大优点。通过对该芯片内数据输入寄存器的编程,可实现：仅输出转换的高 8位或 12位、输出二进制数的格扩展存储器 PDIUSBD12 USB通信式为无符号数或有符号数、是最高有效位（ MSB）导前输出还是最低有效位（ LSB）导前输出。采集模块电路如图 2所示。89S52单片机的 P1.0、P1.1与 P1.2作输出,其中 P1.0模拟片选,P1.1产生时钟输出 ,P1.2输出地址与控制信息。TLC2543C数据输出寄存器中的数据通过 P1.3输入单片机 ,转换结束信号通过 P1.4进入单片机并被查询。