環境監測中需要多項數據的采集就需要用到數據采集器進行收集
采集器采用雙CPU結構,主CPU專門負責與監測軟件之間的數據通訊傳輸和量程設置及參數顯示;從CPU專門負責各自通道的數據采集、轉換及存儲,這樣可以避免各通道切換帶來數據信號的干擾,保證數據測量的精確可靠。從CPU用兩種方式(RS-485串行通訊方式及4~20mA電流環方式)來接收或轉換各個在線監測儀器的數據(見圖2)。從功能上,采集器電路劃分為以下幾個組成部分:
(1)單片機控制單元電路
單片機控制單元電路包括兩片單片機AT89S52(分別用主CPU和從CPU表示)、高速1K雙口靜態RAMIDT7130、E2PROMAT24C512等器件。MASTERCPU主要用來控制、通訊(與上位機遠程通訊,與SLAVECPU進行數據的接受和發送命令等通訊操作);SLAVECPU主要用來對采集來的數據進行數據轉換,并與MASTERCPU進行數據傳遞。AT89S52內含8K的FLASH作為程序存儲器。高速1K雙口靜態RAMIDT7130作為MASTERCPU和SLAVECPU通訊的共享RAM。
參數數據存儲采用外部擴展一片64K的E2PROM(AT24C512),用于數據存儲,并根據需要將數據送去顯示或上傳。
(2)A/D轉換電路
A/D轉換電路采用MAX197,用于將監測儀器送來的4~20mA的模擬信號轉換成數字信號送至單片機進行處理。MAX197芯片是美國MAXIM公司近年的新產品,是多量程(±10V,±5V,0~10V,0~5V)、8通道、12位高精度的A/D轉換器。它采用逐次逼近工作方式,有標準的微機接口。三態數據I/O口用做8位數據總線,數據總線的時序與絕大多數通用的微處理器兼容。全部邏輯輸入和輸出與TTL/CMOS電平兼容。新型A/D轉換器芯片MAX197與一般A/D轉換器芯片相比,具有極好的性能價格比,僅需單一+5V供電,且外圍電路簡單,可簡化電路設計。
在此采集器系統選用從CPU與其聯接。使AT89C52的P0.0~P0.7與MAX197的D0~D7相連。P2.7作片選信號,MAX197的地址分配為7000H。選擇MAX197為軟件設置低功耗工作方式,所以置SHDN腳為高電平,本例采用內部基準電壓,所以REF、REFDJ均通過電容接地。用P1.7腳用做判讀高、低位數據的選擇線,直接與HBEN腳相連。MAX197的INT腳與從CPU的P1.6相連,作為轉換識別信號。
(3)通訊傳輸單元
由于環境監測點地理位置比較分散、偏僻、自然條件較差,采用有線傳輸需要架設專線,成本太高。無線傳輸因組網迅速靈活、建設周期短、成本低,特別適合條件差的野外使用環境和跨區域的應用。特別是隨著移動通訊技術的發展,采用無線網絡方式來傳輸數據已成為新的發展趨勢。
