基于RS－485總線的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

1 硬件設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)整體框圖系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)集散控制系統(tǒng)，更準(zhǔn)確地說(shuō)是一個(gè)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，系統(tǒng)概念設(shè)計(jì)圖如圖1 所示，系統(tǒng)整體框架圖如圖2 所示。

　　1.1 系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)

　　1.1.1 信號(hào)獲取模塊

　　系統(tǒng)采集大壩壩內(nèi)各個(gè)方位的形變，這種形變反映出各個(gè)方位的壓力值。選用NZS - 25 系列差阻式應(yīng)變計(jì)，它是一種大量程大應(yīng)變計(jì)，適用于大壩及其他混凝土建筑物內(nèi)部、鋼結(jié)構(gòu)等的應(yīng)變量測(cè)量。它與一般壓力傳感器的結(jié)構(gòu)不同，是通過(guò)測(cè)量比值而得到壓力值，其基本結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

　　圖3 中， R1 、R2為敏感電阻，其基準(zhǔn)電阻值為40 Ω ,在其沒(méi)有受壓時(shí)，2 個(gè)電阻的阻值都不會(huì)發(fā)生變化，但是當(dāng)受到外界作用的壓力時(shí)， R1的電阻值會(huì)隨著受到壓力的不同而發(fā)生變化阻值保持不變，這樣R1和R2上的壓降不同，通過(guò)2 次測(cè)量分別得到R1 、R2上的壓降， 再通過(guò)程序計(jì)算出它們的比值，就可以反映壓力的變化。

　　1.1.2 信號(hào)放大模塊

　　系統(tǒng)采用的壓力傳感器輸出的電壓信號(hào)為mV 級(jí)，電壓信號(hào)過(guò)小，不能直接進(jìn)行A/ D 轉(zhuǎn)換，因此要對(duì)其進(jìn)行放大，以達(dá)到轉(zhuǎn)換器的要求。選用專用儀表放大器AD620 芯片。此芯片內(nèi)部采用差動(dòng)輸入，共模抑制比高，差模輸入阻抗大，增益高，精度也非常好，且外部接口簡(jiǎn)單。AD620 放大器向A/ D 轉(zhuǎn)換器提供的模擬輸入電壓為- 2～2 V ,滿足A/ D 轉(zhuǎn)換器的要求。

　　1.1.3 A/ D 轉(zhuǎn)換模塊

　　轉(zhuǎn)換模塊選用ICL7135 芯片，其典型配置如圖4 所示。

　　ICL7135的時(shí)鐘由下位單片機(jī)的ALE 端提供，因?yàn)橄挛粰C(jī)在P0、P2 口沒(méi)有擴(kuò)展外圍程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，因此端提供的時(shí)鐘頻率為系統(tǒng)時(shí)鐘頻率的1/ 12 ;此外，由于前級(jí)放大部分采用AD620 ,它是雙電源供電，所以ICL7135 也是雙電源供電，且他們的電源要求相同。ICL7135 和下位單片機(jī)的連接采用串行連接，如圖5 所示。

　　1.1.4 電源模塊

　　由于系統(tǒng)下位機(jī)位于大壩現(xiàn)場(chǎng)，電源無(wú)法從現(xiàn)場(chǎng)取得，必須由上位機(jī)提供，因此電源解決方案如圖6 所示。

　　在主節(jié)點(diǎn)部分，通過(guò)總電源處理模塊，將交流220 V 轉(zhuǎn)換為直流12 V ,上位機(jī)的電源由自身的5 V 穩(wěn)壓模塊提供，通過(guò)總電源線將12 V 直流輸送到下位機(jī)，下位機(jī)及其外圍器件所需的電源都由下位機(jī)的電源模塊提供，個(gè)別器件所需的特殊電壓，由專用模塊獲得。