数据采集系统中传感器输出规一化的实现

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福建电脑２００８年第１０期

数据采集系统中传感器输出规一化的实现

朱成全

（泉州师范学院理工学院福建泉州３６２０００）

摘要】【：在主从式数据采集系统经常要用到各类模拟量输出不一致的传感器，由于其输出不一致，造成了处理上的困难。本文采用软硬件结合设计了电平调节模块，用户操作ＰＣ机向主单片机ＡＴ８９Ｓ５２发送上升或下降命令，主单片机ＡＴ８９Ｓ５２再转发给电平调节模块，使相应传感器通道输出电压升高或降低，实现对其输的规一化。

关键词】【：主从结构数据采集单片机传感器规一化０、

引言在数据采集系统当中，经常要用到各类模拟量输出型传感

器，各类传感器的输出不一致，有的输出为０－５Ｖ，有的输出则是±２．５Ｖ。这会造成在存储及应用处理上存在很多的不便。为了对其输出进行规一化，笔者在开发过程中，采用软硬件结合设计了电平调节模块。

１、

电平调节模块的原理为了让系统可配接量程为０－５Ｖ或±２．５Ｖ的各类模拟量输出型传感器，要将不同传感器的输出规一化，需进行中点电平的偏移调节，即将各路传感器输出的中点电平均调节到２．５Ｖ。

输入放大器ＡＤ６２０是一种典型的高性能、低功耗的通用型仪用放大器，它具有以下基本特点：外围元件少，使用方便仅需一个外接电阻ＲＧ调整增益，可获得１～１０００倍的任意增益；电源电压范围宽，为＋２．３Ｖ～＋１８Ｖ（对称的正负电源）［１］。

其参考电压输入端⑤脚可以接地，也可以外接一个参考电压实现电平偏移。当直接接地时，输出电压Ｕｏ的零位（中点）为０Ｖ；当接参考电压ＵＲＥＦ时，输出电压Ｕｏ的零位（中点）为ＵＲＥＦＶ。［１］在微机应用系统或一般数字电路应用系统中，可以使用一个Ｄ／Ａ（数／模）转换器提供参考电压。Ｄ／Ａ（数／模）转换器的输出是一个电压且输出电阻较小，输入是一组数码，根据输入数码的不同，可以相应地改变输出电压（即提供给ＡＤ６２０⑤脚的参考电压），使用这种方案可以由程序控制电平偏移。

Ｄ／Ａ转换器ＭＡＸ５２１是两通道串行输入并行输出Ｄ／Ａ转换器［２］。Ｄ／Ａ（数／模）转换器输入是一组数码，输出是一个电压且输出电阻较小，根据输入数码的不同，可以相应地改变输出电压。将其输出端接到ＡＤ６２０⑤脚提供参考电压，使用这种方案可以由程序控制电平偏移。

图１电平调节电路

图２电平调节原理示意图

计算机只能输入０－５Ｖ的电压信号，因此需将输出为±２．５Ｖ的传感器的输出中点电压＂垫高＂２．５Ｖ，即需进行电平调节。

电平调节是一个人－机系统闭环控制的过程。系统连接好后，人通过观察ＰＣ机电平调节界面上显示的电平值，根据需要，

通过向ＡＴ８９Ｓ５２单片机发送，并由其转发给ＡＴ８９Ｓ２０５１单片机调高或调低命令，ＡＴ８９Ｓ２０５１单片机再控制Ｄ／Ａ转换器ＭＡＸ５２１来调节仪器仪表用放大器ＡＤ６２０的参考电压，由此影响ＡＴ８９Ｓ５２单片机的输入信号，进而调高或调低ＰＣ机上显示的电平值［３］［４］［５］。原理示意图见图２。２、ＰＣ机电平调节界面

图３电平调节界面

在该框下用滑块高度及数字显示出１６个通道的当前电压。当将所有的模拟量输出型传感器接入插座并上电后，操作者可用＂ＴＡＢ＂键选择欲调的通道，用＂↑＂、＂↓＂键来调节该通道的偏移电压。当用户按下＂↑＂或＂↓＂键时ＰＣ机向主单片机发送上升或下降命令，主单片机再转发给电平调节模块，使相应通道电压升高或降低。按住＂↑＂或＂↓＂不放可连续调节，当该通道调至所需的电压值后，再用＂ＴＡＢ＂键切换至下一通道，或用＂ＳＨＩＦＴ＂＋＂ＴＡＢ＂键切换至上一通道，用类似的方法进行调节，所有通道调节完毕后，点击＂确认＂键退出，系统将存储本次调节的结果。３、

电平调节模块与主单片机ＡＴ８９Ｓ５２的通讯３．１电平调节模块与主单片机ＡＴ８９Ｓ５２的通讯协议

为节省Ｉ／Ｏ端口资源，电平调节模块与主单片机ＡＴ８９Ｓ５２之间采用两根线进行串行通讯，Ｐ３．１作为时序线，Ｐ３．０作为数据线。时序图如下：

图４时序图

３．２主单片机ＡＴ８９Ｓ５２向电平调节模块发送数据

根据通讯协议，编写发送程序，当ＡＴ８９Ｓ５２收到ＰＣ机的命

令后，判断是不是自己的命令，如不是则调用该程序转发给电平调节模块或其他模块，关键程序段如下：

ＭＯＶ

Ａ，ＣＯＭＤ；取得命令

ＳＥＴＢＳ＿ＤＡＴＡ；设置起始状态ＳＥＴＢＳ＿ＣＬＫＬＣＡＬＬＤ；延时ＣＬＲＳ＿ＤＡＴＡ；ＳＥＴＢＳ＿ＣＬＫＬＣＡＬＬＤＣＬＲ

Ｓ＿ＣＬＫ