在工業(yè)控制過程中，需要對被控制對象的實時數(shù)據(jù)進行采集，并且根據(jù)采集數(shù)據(jù)的實際情況，對其進行實時的監(jiān)控以及遠程的控制，以完成相應的控制任務。在現(xiàn)代工業(yè)控制中，對于控制的準確性判斷以及控制的實時性和穩(wěn)定性需求都很高，所以要有一種可以進行數(shù)據(jù)采集的控制系統(tǒng)，而且這種系統(tǒng)要能夠實現(xiàn)多通道、高精度以及大容量的要求。從這個角度來看，基于單片機與PC 通信的數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)設計研究具有非常重要的現(xiàn)實意義。

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　　1. 系統(tǒng)的基本組成

　　1. 1 系統(tǒng)的基本架構

　　文中構建的基于單片機與PC 通信的數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)基本架構如圖1 所示：

圖1-系統(tǒng)基本架構框圖

　　如圖1 所示，被控對象通過傳感器的作用，采集到相應的數(shù)據(jù)，經(jīng)過電壓轉換以及模擬/數(shù)字轉換之后，向單片機發(fā)送，單片機端可以根據(jù)數(shù)據(jù)采集的情況以及預先設置的程序，經(jīng)過繼電器向被控制對象進行具體的操作，同時也可以通過電平轉換芯片向PC 機發(fā)送采集到的數(shù)據(jù)。PC 機可以對采集的數(shù)據(jù)進行存儲、處理，也可以根據(jù)這些數(shù)據(jù)來完善控制算法，然后經(jīng)過電平轉換芯片發(fā)送控制信號，遠程控制被控對象。

　　1. 2 系統(tǒng)硬件

　　此次研究中，對于系統(tǒng)的硬件構成主要有幾個非常重要的模塊。首先是微處理器模塊，射頻收發(fā)模塊，這2 個是核心模塊，另外的傳感器模塊、天線和電源管理模塊也是硬件構成中的重點。微處理器模塊采用的芯片是Atmega128L 低功耗微處理器，這種處理器主要是對數(shù)據(jù)進行采集，然后進行處理，而且對整個系統(tǒng)的功耗和任務進行控制管理，射頻部分為了能夠有效進行功耗的控制，所以采用的是比較節(jié)能的TI 的CC2420 芯片，這樣的設計使得FLASH 存儲對于低功耗產(chǎn)品的選擇也非常恰當。

　　傳感器部分要根據(jù)不同需求進行選擇，每種傳感器都有獨特的溫度、壓力和流量的傳感系統(tǒng)，所以對于一些非電量的信號，還得利用傳感器將其從電壓變換模塊轉化為整個模擬信號。

　　筆者在設計中，對于總體的成本和系統(tǒng)性能需求進行了考慮，對于目前采用的節(jié)點中心設計，擬定了Atmega128L 單片機來完成。Atmega128L 單片機對于數(shù)據(jù)采集和處理的完成，能夠在很惡劣的環(huán)境下進行，而且它還具備了非常強的節(jié)能能力，其功耗的參數(shù)也一樣，必須要在能夠滿足工作電壓1. 8 ~3. 6V、在2. 2V 的供電條件下能夠在7霢 的工作電流下穩(wěn)定運行在32kHz 的工作頻率。而單片機以及PC 機之間經(jīng)過電平轉換芯片的連接，才能夠工作，依靠這種方式來實現(xiàn)遠程通信。文中設計的系統(tǒng)能夠有效地實現(xiàn)采集被控制對象的多種參數(shù)信息，并且將其傳遞至 PC 機端，對相應數(shù)據(jù)進行處理，同時也能夠選擇通過PC 機來遠程控制被控制對象。

　　此次構件的系統(tǒng)射頻信號經(jīng)由天線向CC2420芯片傳輸。低噪聲放大器（ Low Noise Amplifier，LNA） 在接收到相關的信號之后，將其轉化為2MHz中頻，使其形成同向分量以及正交分量兩路中頻信號。隨后，對這兩路中頻信號進行濾波以及放大處理，再從模擬信號轉化為數(shù)字信號。然后對其進行最終信道的選擇以及控制增益等處理。

　　為了確保存儲模塊部分能夠滿足系統(tǒng)的實際需求，不能夠僅僅依靠Atmega128L 內(nèi)部Flash 模塊，還需要串行一個外部Flash 模塊，并且借助該模塊類似實現(xiàn)掉電保護功能。具體地，可以借助于SPI 總線將外部Flash 模塊與Atmega128L 相連接。在具體的工作過程中，以Atmega128L 內(nèi)部存儲為主模式，而外部Flash 模塊AT45DB041B 為從模式。

　　A/D 數(shù)模轉換部分，采用的是11 通道12 位高速的TLC2543 轉換芯片，該芯片與單片機之間的通信是通過串口通信的方式來完成的，通過4 條信號線的連接就能夠實現(xiàn)通信的需求。這4 條信號線分別是片選信號CS、時鐘信號CLK、數(shù)據(jù)移出Dout、數(shù)據(jù)移入Din.

　　在單片機的顯示裝置部分，此次設計采用的是4 個共陽數(shù)碼管，對于段選數(shù)據(jù)線以及單片機采用一組I /O 端口對其進行連接，而對于位選數(shù)據(jù)線，則經(jīng)過ULN2003A 驅動芯片和單片一組I /O 端口進行連接。顯示控制部分，選用循環(huán)掃描的方式逐一點亮數(shù)碼管，然后進行高速的切換，利用人體的視覺暫留特性，使其看上去是4 根共陽數(shù)碼管在同時穩(wěn)定地顯示。