基于ADuC812的遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)下位機(jī)的設(shè)計(jì)

　1引言

　　ADuC812是美國(guó)AD公司率先研制出的真正意義上的完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)芯片，是投入市場(chǎng)的第一種微轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品。它性能優(yōu)良，價(jià)格便宜，開發(fā)手段完備，是一種新型的高度集成的高精度12位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。其內(nèi)部的12位A/D轉(zhuǎn)換周期僅為4us，比常用的AD574快好幾倍。用ADuC812代替由常規(guī)芯片構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將大大降低產(chǎn)品的成本、縮小設(shè)備的體積、提高系統(tǒng)的可靠性和電氣性能指標(biāo)。

　　ADuC812芯片內(nèi)，不僅包含了可重新編程的非易失性閃速/電擦除程序存儲(chǔ)器的高性能8位（與8051兼容）MCU，還包含了高性能的自校準(zhǔn)多通道（8個(gè)輸入通道）ADC，兩個(gè)12位DAC，32條可編程I/O接口。ADuC812微控制器內(nèi)核與8051指令兼容，用戶現(xiàn)有的軟件都可以直接移植，因而應(yīng)用開發(fā)方便。它具有9個(gè)中斷源（2個(gè)優(yōu)先級(jí)），片內(nèi)還集成了8K字節(jié)的閃速/電擦除程序存儲(chǔ)器、640字節(jié)的閃速/電擦除數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器以及256字節(jié)RAM。另外，它還包括一個(gè)看門狗定時(shí)器和電源監(jiān)控器，ADC與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器之間的DMA方式，存儲(chǔ)保護(hù)功能，一個(gè)通用的異步串行收發(fā)器，SPI和I²C總線接口。AD uC812具有24位地址的外部數(shù)據(jù)尋址能力, 可尋址16MB的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間。

　　2 遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)整體介紹

　　該遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)測(cè)信息系統(tǒng)是針對(duì)當(dāng)今環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化的要求而設(shè)計(jì)的，它是由分布于遠(yuǎn)距離各個(gè)監(jiān)測(cè)站的多個(gè)下位機(jī)和位于中心站的上位機(jī)組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　上下位機(jī)是通過MODEM和電話線路實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信的。上位機(jī)將各下位機(jī)傳送來的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，并對(duì)各環(huán)境數(shù)據(jù)做出數(shù)據(jù)分析。

　　下位機(jī)分布在大范圍、遠(yuǎn)距離的各個(gè)環(huán)境監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，對(duì)大氣、水質(zhì)、酸雨等各監(jiān)測(cè)儀送來的各種環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)儀輸出的SO2、NO2、NO等變化緩慢的參數(shù)每2分鐘采樣一次，對(duì)酸雨計(jì)輸出的酸雨參數(shù)每0.5mm雨量采樣一次。采樣數(shù)據(jù)要求連續(xù)保存7天，每天的平均值保存一個(gè)月，并且存儲(chǔ)在下位機(jī)中的采樣數(shù)據(jù)隨時(shí)準(zhǔn)備接受上位機(jī)的查詢和向上位機(jī)傳送。

　　3下位機(jī)硬件電路設(shè)計(jì)

　　下位機(jī)硬件電路的設(shè)計(jì)，主要是考慮被測(cè)信號(hào)的變化速率和通道數(shù)，以及對(duì)測(cè)量精度、分辨率、速度的要求等。該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電路包括：ADuC812、模擬放大轉(zhuǎn)換電路、外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器28F128、串行口通信以及鍵盤和LCD顯示器，如圖2所示。

圖2、硬件結(jié)構(gòu)圖

　　3．1 采集電路的模擬信號(hào)輸入

　　在ADuC812中，P1.0—P1.7初始化后為8通道的模擬輸入口。如果用于數(shù)字量輸入，編程時(shí)應(yīng)首先把端口寫“0”。本電路將P1口設(shè)為8路由各環(huán)境監(jiān)測(cè)儀輸出的模擬量輸入。由于ADC的基準(zhǔn)電壓是2.5伏，而各監(jiān)測(cè)儀輸出的模擬量一般為0~1伏或4~20毫安，因而需要模擬放大轉(zhuǎn)換電路把輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成0—2.5伏的標(biāo)準(zhǔn)輸入。轉(zhuǎn)換電路如圖3所示。

圖3、模擬放大轉(zhuǎn)換電路

　　3．2 ADuC812與外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的接口電路

　　為滿足本設(shè)計(jì)系統(tǒng)大量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)要求，在采用常規(guī)芯片構(gòu)成的系統(tǒng)中要采用10片128K的HM628128數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），這樣，不但成本高、電路設(shè)計(jì)復(fù)雜、系統(tǒng)的可靠性和電氣性能指標(biāo)也低。由于ADuC812具有24位地址的外部數(shù)據(jù)尋址能力，本方案中，我們采用一片28F640。28F640是一超大容量閃速存儲(chǔ)器，單片容量為8MB，不但更好的滿足了本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，而且當(dāng)采集參數(shù)增加，或采樣時(shí)間變化時(shí)，同樣能滿足要求，因而提高了系統(tǒng)的兼容性。

　　為實(shí)現(xiàn)對(duì)28F640的訪問，ADuC812利用兩片8位鎖存器74HC573與28F640相連。P0口分時(shí)輸出低8位地址A0~A7和8位數(shù)據(jù)，利用地址鎖存信號(hào)ALE可以將低8位地址鎖存到8位鎖存器U2中。P2口分時(shí)輸出高8位地址和中8位地址，可以利用地址鎖存信號(hào)ALE將高8位地址鎖存到8位鎖存器U4中。這樣就實(shí)現(xiàn)了24位尋址空間。由于28F640只有A0~A22共23位地址線，所以鎖存器輸出的A23地址線懸空。