基于单片机的数据采集器设计研究

摘 要：卧式的平衡机检测设备主要是检测风叶的不平衡性。但是，它的缺点是没有记录功能，只是给出当次检测的不平衡值，而没办法复查数据。针对这一点，当测试信号到达测试以后，我们利用本文提出的数据采集器对采集的信号进行处理，这样就可以显示和储存被采集的信息，如果联入PC机还能够增加测试仪的很多功能。本文介绍的数据采集器也可以用于改造一些类似的仪器，相比于重新设计另外一个新的测试系统来说更加简单，省时省力并且节约成本。

关键词：单片机；数据采集器；设计

中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 10-0103-01

一、前言

测试风叶的不平衡性是厂家检测质量水平的最后一个环节，贯流风叶的质量水平一定程度上影响着风机的噪声。虽然厂家在风叶出厂之前都必须进行枫叶的不平衡性测试，但是因为检测仪并不能够记录测试数据，所以用户没法进行数据的复查。但是，人工记录检测数据不仅会耗费巨大的人力、物力，又会影响质检工作的质量和效率，给生产使用过程带来了很大的障碍[1]。

为了解决检测仪无法记录数据的功能，我们给检测仪设计制造了数据采集装置，它可以对每一次检测数据进行采集、显示和储存。另一方面，如果将PC机和该数据采集器串接起来，就能够利用微机来显示检测数据，并且可以将各类参数分类打印，以方便使用。

二、检测途径

因为测试仪中没有记录和微机串接的接口处的数据信号，信号取点过程中又不能改动电测箱的结构，所以，在光电显示仪和电测箱相连接的端子上确定采集不平衡量的测试点是比较合理的。

计算不平衡量的方程为：

其中，不平衡量是R，以mg为单位，指的是为了使风叶平衡，而在与不平衡相角的方向相反的某位置加的重量。

量程是K，即档位值，可以从电测箱中的波段开关中获得。

V是电压分量（垂直方向、水平方向），在传感器上读取。

三、硬件

本文设计的采集器的核心为8031单片机。风叶的左轴水平不平衡量、左轴垂直不平衡量、右轴水平不平衡量和右轴垂直不平衡量分别用VX1＼VY1＼VX2＼VY2来表示，将这四个数据通过运放操作预处理后与A/D0809的端口连接起来。然后启动A/D转换器，数据经过转换后进入缓冲区进而读入到8031COU。采集仪可以通过键盘操作完成数显功能，这就能够将检测到的不平衡量显示出来，并且储存检测数据。所以，在主机因故障中断工作的情况下，也不会使检测的数据丢失。被测的开关信号有5个，其中1个启动信号，4个档位信号。当按启动按钮后，量程和电压值才能够读入CPU，然后才能够计算不平衡量，并且通过数码管显示出来。上位机和采集仪之间的通信采用的是一对多的半双工方式，通信时，上下位机之间的通信信号传输速率是4800bps，并且可以达到电气隔离的目的。

CPU的监控电路是以MAX706为核心电源芯片，它能够完成Watchdog、手动复位以及上电复位等功能。它的端口包括手动复位端、输入端、输出端以及Watchdog端口。从而完成复位及Watchdog功能。

为了保障通信的质量，选择更长的通信线路，通过光电隔离的传输方式来完成工作站和主机间的通信。采集器的通信控制电路和PC机的通信控制电路选用不同的电源，并且不共地。光电隔离的通信方式可以达到9600bps的通信速率，以及1km以上的通信距离。

因为工厂的生产环境较差，检测不平衡性的过程需要多次启停机器，又因为启停按钮和检测启动按钮的安装位置相邻近，所以会对单片机产生较大的干扰。如果不隔离信号，就会出现通信失败、复位出错等故障现象。导致工作不稳定的原因有两种[2]：一是，开关信号和模拟信号没有和8031进行隔离就进行输入；二是，电源变压器不合理，从电源处引入了干扰信号。这两种因素以第一种为主，磁场干扰的影响较小。因此，为了获得更高的可靠性，需要光电隔离任何输送的信号，另外要设置开关电源和隔离变压器，从而获得更高的供电质量。

四、软件

本采集器软件部分的设计是采用51系列的4.0版本的C语言来编程的。因为C语言的可移植性较好，并且程序的模块性较强，所以，用C语言来进行编程，会使复杂的逻辑运算和数学运算变得相对简单，并且程序的维护和升级也会比较方便。

本文设计的数据采集器的主程序大致如下：开始数据初始化定时器串口初始化到0.1秒开始测试进行A/D转换和计算键盘操作处理开始通信通信处理重复操作。

五、小结

本文设计的数据采集系统包括1台微机设备和10台采集器。为了解决检测仪无法记录数据的功能，我们给检测仪设计制造了数据采集装置，它可以对每一次检测数据进行采集、显示和储存。另一方面，如果将PC机和该数据采集器串接起来，就能够利用微机来显示检测数据，并且可以将各类参数分类打印，以方便使用。

这个数据采集系统可以实时采集风机的不平衡量，另外，还能够获得检测箱的档位值。这样就会避免操作人员误拨档位而导致的产品质量问题，同时可以知道被检测产品是否有越限检测值出现，这样可以有效提高产品的质量，实现生产管理的自动化、信息化、高效化。另外，本文介绍的数据采集器也可以用于改造一些类似的仪器，相比于重新设计另外一个新的测试系统来说更加简单，省时省力并且节约成本。

参考文献：

[1]何立民.单片机应用系统设计[M].北京：北京航空航天大学出版社.1990

[2]李彬，王朝阳，卜涛.基于MSP430F149的最小系统设计[J].国外电子测量技术，2009，28（12）：74-76.