采用ATmega128的無線數(shù)據(jù)采集設計

電力日益市場化的環(huán)境下，電力公司必須提高服務質量以保持競爭力。當前我國的一些地區(qū)，配網(wǎng)自動化程度低，人員工作效率低。根據(jù)這種需求，設計了無線數(shù)傳系統(tǒng).整個無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是基于RS-485串口通信的一點對多點網(wǎng)絡結構。數(shù)傳電臺每站點設一部，分別連接主站的數(shù)據(jù)采集工作站和分站的RTU/FTU等，進行輪詢通信。各分站作業(yè)數(shù)據(jù)上報以及數(shù)采工作站的控制指令下行傳輸都通過無線方式完成。

1 設計思想

數(shù)據(jù)采集單元采用先進的ATmega128嵌入式單片機作為核心部件，利用RS-485通信接口與控制系統(tǒng)通信。測量站主要是將捕捉的現(xiàn)場信號經(jīng)轉換器ADC采樣、量化、編碼后，變成數(shù)字信號傳給微處理器，接收遙控指令并發(fā)送數(shù)據(jù);主控站的主要工作是發(fā)送遙控指令、接收數(shù)據(jù)信息、進行數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)管理。整個系統(tǒng)結構簡單，可靠性高。見圖1。
1.1 高速的模數(shù)轉換芯片TLC5510
該系統(tǒng)的A/D轉換采用TLC5510模數(shù)轉換芯片。TLC5510模數(shù)轉換芯片是TI公司的8位A／D轉換器，是一款高速、低功耗且內部帶有采樣保持電路。它的數(shù)據(jù)采集時序是當CLK為高電平時轉換數(shù)據(jù)，當CLK為低電平時輸出有效數(shù)據(jù)。當要從A／D中讀取數(shù)據(jù)時，只要 保持低電平即可，當 為高電平時D1-D8為高阻態(tài).見圖2.
1.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的接口電路設計與流程
FIFO芯片SN74ACT7808是2048字節(jié)×9位可以實現(xiàn)先進先出異步讀寫操作的雙端口存儲器.讀寫操作會自動訪問存儲器中連續(xù)的存儲單元。從FIFO中讀出的數(shù)據(jù)順序與寫入的順序相同，地址的順序在內部已經(jīng)預先定義好了。對FIFO的讀寫操作只由讀寫信號控制，不需要另外的地址信息。這使得FIFO的控制電路變得十分簡單：讀數(shù)據(jù)時只要OE保持為高電平同時使UNCK產生一個上升沿；寫數(shù)據(jù)只要LDCK產生一個上升沿即可.
由于是高速數(shù)據(jù)采集，單片機相對A／D來說速度遠遠不夠，所以需要設計一個電路讓數(shù)據(jù)采集與存儲自動完成，見圖2。單片機的PB0引腳通過與門與外部CLK時鐘相連，這樣單片機就可以控制A／D的采樣。當PB0為高電平時進行采樣，當PB0引腳為低電平時A／D的CLK沒有脈沖，采樣停止。當FIFO保存的數(shù)據(jù)幾乎滿后給單片機一個中斷信號，單片機接到中斷信號后置PB0為低電平停止采樣，然后把數(shù)據(jù)從FIFO中讀出。因為單片機的PG0引腳經(jīng)反向器后接到FIFO的UNCK，PC4腳接到FIFO的OE，它的有效地址只要保持PC4引腳為高電平即可。數(shù)據(jù)處理完畢后再接著采樣，如此反復，完成周期性采樣[2]。

2嵌入式單片機ATmega128與數(shù)傳電臺的串行通信
ATmega128為基于AVR RISC結構的8位低功耗CMOS微處理器。ATmega128的數(shù)據(jù)吞吐率高達1 MIPS/MHz，從而可以緩減系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。8通道10位ADC(具有可選的可編程增益)、具有片內振蕩器的可編程看門狗定時器、SPI串行端口、異步串行口與JTAG測試接口(此接口同時還可以用于片上調試)，以及六種可以通過軟件選擇的省電模式。
2.1 ATmega128的串行通信方式
串行通信波特率:9600bps,發(fā)送接收方式:一位起始位，8位數(shù)據(jù)位，奇校驗，1位停止位。UARTO初始化可以在ICC AVR中設置完成，而且Builder自動生成中斷服務子程序和人口地址，只需在服務子程序中加人處理代碼即可。
//UARTO initialisation
//desired baud rate:9600
//char size:8bit
//parity: Disabled
void uart0_init(void)
{
UCSR0A=0x00;
UCSR0B=0x98; //接收完成中斷允許，發(fā)送數(shù)據(jù)允許.
UCSR0C=0x06; //發(fā)送接收的字符長度為8位.
UBRR0H=0x00;
}
接收數(shù)據(jù)時,單片機設置一個標志，假設接收到第一個“*”字符，標志置1，認為通信正常，可以接收數(shù)據(jù)。接收數(shù)據(jù)時，判斷是否收到接收完成消息；是,則清除標志，使得下次收到的數(shù)據(jù)無效，直到再次收到“*”，標志置1。標志為1時，判斷是否收到消息(字符值等于8)；是,將上次收到字符清為0;不是則將接收到的數(shù)據(jù)保存到接收緩沖區(qū)中。執(zhí)行操作后，最后將接收到的字符發(fā)回給計算機。單片機通信流程圖見圖3。