基于AVR单片机智能数据采集的研究

减小字体 增大字体 作者:曾繁达 张艳立  来源:www.zhonghualunwen.com  发布时间:2009-10-04 11:52:34

  随着网络技术及通信技术的飞速发展,短距离无线通信以其特有的抗干扰能力,高可靠性,安全性好,受地理条件限制少。安装简便灵活的优点,在许多领域都有广阔的应用前景。甚至在一些特殊的应用领域,单片机通信不能采用有线数据传输方式,只能采用短距离的无线数据传输方式。随着无线通信市场的不断发展,各大半导体厂商都推测出了自己短距离无线通信芯片和网络解决方案,也出现了许多无线通信协议。如蓝牙技术。Zigbee等无线协议。
  基于nRF401的无线数据传输模块是一种超小型,低功耗,高速率的无线收发数据传输模块,nRF401所用频段为433MHZISM频段,是真正的单片UHF无线收发一体芯片。
  系统的数据采集部分即控制器的前向通道大都采用智能传感器,温度传感器可采用目前比较流行的数字温度传感器DS18B20,用以采集环境比较恶劣的现场温度,DS18B20通过单线接口发送或接收信息,因此在中央微处理器和DS18B20之间仅需一条连接线.对于采集电压信号,可采用单片机的AD转换或者采用数字电压表进行电压测量并将数据传给单片机,测量电流可采用电流互感器将交流信号采样得到,并通过电流互感器产生一定比值的交流小信号,可以简单的串联一个电阻,电阻两端得到交流电压,通过加法器电路将电压抬高,得到直流电压量,并通过AD转换输入给单片机。
  IIC串行总线一般有两根信号线,一根是双向的数据线SDA,另一根是时钟线SCL。所有接到I2C总线设备上的串行数据SDA都接到总线的SDA上,各设备的时钟线SCL接到总线的SCL上。典型的IIC总线结构如图1所示。
  为了避免总线信号的混乱,要求各设备连接到总线的输出端时必须是开漏输出或集电极开路输出。设备与总线的接口电路如图2所示。设备上的串行数据线SDA接口电路应该是双向的,输出电路用于向总线上发送数据,输入电路用于接收总线上的数据。而串行时钟线也应是双向的,作为控制总线数据传送的主机,一方面要通过SCL输出电路发送时钟信号,另一方面还要检测总线上的SCL电平,以决定什么时候发送下一个时钟脉冲电平;作为接受主机命令的从机,要按总线上的SCL信号发出或接收SDA上的信号,也可以向SCL线发出低电平信号以延长总线时钟信号周期。总线空闲时,因各设备都是开漏输出,上拉电阻Rp使SDA和SCL线都保持高电平。任一设备输出的低电平都将使相应的总线信号线变低,也就是说:各设备的SDA是"与"关系,SCL也是"与"关系。 总线对设备接口电路的制造工艺和电平都没有特殊的要求(NMOS、CMOS都可以兼容)。在IIC总线上的数据传送率可高达每秒十万位,高速方式时在每秒四十万位以上。另外,总线上允许连接的设备数以其电容量不超过400pF为限。
  系统信号的检测采用数字滤波技术,从传感器或者变送器传来的信号中,通常会掺杂一些噪声和干扰。模拟系统中,一般采取在信号输入端加装RC低通滤波器的方法,来抑制某些干扰信号,但其对高频干扰信号有较好的抑制,而对低频干扰信号滤波效果欠佳。所谓数字滤波器,就是通过一定的计算和判断程序减少干扰信号进行滤波,以弥补RC滤波器的不足,并且可以根据信号的不同,采用不同的滤波方法或滤波参数,使用上及其灵活,方便,而且减少了硬件成本。而本系统采用限幅滤波方法,限幅滤波方法又称程序判断滤波法,方法为:首先根据经验确定出两次采样允许的最大偏差值(设为A);每次检测到新值时判断,如果本次值与上次值之差小于或等于A,则本次值无效;否则,本次值无效,放弃本次值,用上次值代替本次值。
  在控制技术方面,本系统采用了数字PID控制技术,在控制理论和技术飞速发展的今天,PID控制作为经典控制理论,由于其具有控制方法简单,稳定性好,可靠性高,鲁棒性强和易于现场调试,尤其适用于可建立精确数学模型的确定性控制系统等优点,被广泛应用于工业过程控制。PID控制在本系统中的温度控制方面起到了非常大的作用,对输出的温度和经温度传感器得到的温度的差值进行PID调节。
  
  【参考文献】
  [1]范永胜 王岷 电气控制与PLC应用[M] 北京:中国电力出版社.2007
  [2]刘豹唐万生现代控制理论[M]北京:机械工业出版社.2006
  [3]张德江 计算机控制系统【M】北京:机械工业出版社,2007
  [4]周昕 贾冬梅 张炎 数据通信网络技术 [M] 北京:清华大学出版社 2004
 

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