基于单片机与PC通信的数据采集控制系统设计研究

　　在工业控制过程中，需要对被控制对象的实时数据进行采集，并且根据采集数据的实际情况，对其进行实时的监控以及远程的控制，以完成相应的控制任务。在现代工业控制中，对于控制的准确性判断以及控制的实时性和稳定性需求都很高，所以要有一种可以进行数据采集的控制系统，而且这种系统要能够实现多通道、高精度以及大容量的要求。从这个角度来看，基于单片机与PC 通信的数据采集控制系统设计研究具有非常重要的现实意义。

 

　　1. 系统的基本组成

　　1. 1 系统的基本架构

　　文中构建的基于单片机与PC 通信的数据采集控制系统基本架构如图1 所示：

图1-系统基本架构框图

　　如图1 所示，被控对象通过传感器的作用，采集到相应的数据，经过电压转换以及模拟/数字转换之后，向单片机发送，单片机端可以根据数据采集的情况以及预先设置的程序，经过继电器向被控制对象进行具体的操作，同时也可以通过电平转换芯片向PC 机发送采集到的数据。PC 机可以对采集的数据进行存储、处理，也可以根据这些数据来完善控制算法，然后经过电平转换芯片发送控制信号，远程控制被控对象。

　　1. 2 系统硬件

　　此次研究中，对于系统的硬件构成主要有几个非常重要的模块。首先是微处理器模块，射频收发模块，这2 个是核心模块，另外的传感器模块、天线和电源管理模块也是硬件构成中的重点。微处理器模块采用的芯片是Atmega128L 低功耗微处理器，这种处理器主要是对数据进行采集，然后进行处理，而且对整个系统的功耗和任务进行控制管理，射频部分为了能够有效进行功耗的控制，所以采用的是比较节能的TI 的CC2420 芯片，这样的设计使得FLASH 存储对于低功耗产品的选择也非常恰当。

　　传感器部分要根据不同需求进行选择，每种传感器都有独特的温度、压力和流量的传感系统，所以对于一些非电量的信号，还得利用传感器将其从电压变换模块转化为整个模拟信号。

　　笔者在设计中，对于总体的成本和系统性能需求进行了考虑，对于目前采用的节点中心设计，拟定了Atmega128L 单片机来完成。Atmega128L 单片机对于数据采集和处理的完成，能够在很恶劣的环境下进行，而且它还具备了非常强的节能能力，其功耗的参数也一样，必须要在能够满足工作电压1. 8 ~3. 6V、在2. 2V 的供电条件下能够在7霢 的工作电流下稳定运行在32kHz 的工作频率。而单片机以及PC 机之间经过电平转换芯片的连接，才能够工作，依靠这种方式来实现远程通信。文中设计的系统能够有效地实现采集被控制对象的多种参数信息，并且将其传递至 PC 机端，对相应数据进行处理，同时也能够选择通过PC 机来远程控制被控制对象。

　　此次构件的系统射频信号经由天线向CC2420芯片传输。低噪声放大器（ Low Noise Amplifier，LNA） 在接收到相关的信号之后，将其转化为2MHz中频，使其形成同向分量以及正交分量两路中频信号。随后，对这两路中频信号进行滤波以及放大处理，再从模拟信号转化为数字信号。然后对其进行最终信道的选择以及控制增益等处理。

　　为了确保存储模块部分能够满足系统的实际需求，不能够仅仅依靠Atmega128L 内部Flash 模块，还需要串行一个外部Flash 模块，并且借助该模块类似实现掉电保护功能。具体地，可以借助于SPI 总线将外部Flash 模块与Atmega128L 相连接。在具体的工作过程中，以Atmega128L 内部存储为主模式，而外部Flash 模块AT45DB041B 为从模式。

　　A/D 数模转换部分，采用的是11 通道12 位高速的TLC2543 转换芯片，该芯片与单片机之间的通信是通过串口通信的方式来完成的，通过4 条信号线的连接就能够实现通信的需求。这4 条信号线分别是片选信号CS、时钟信号CLK、数据移出Dout、数据移入Din.

　　在单片机的显示装置部分，此次设计采用的是4 个共阳数码管，对于段选数据线以及单片机采用一组I /O 端口对其进行连接，而对于位选数据线，则经过ULN2003A 驱动芯片和单片一组I /O 端口进行连接。显示控制部分，选用循环扫描的方式逐一点亮数码管，然后进行高速的切换，利用人体的视觉暂留特性，使其看上去是4 根共阳数码管在同时稳定地显示。