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。

　　2. 单片机与PC 机的通信连接与控制方式的选择

　　2. 1 单片机与PC 机的通信连接

此次系统构建的基于单片机与PC 通信的数据采集控制系统在单片机与PC 机的通信连接方面，主要是采用串行通信的方式实现的，这种方式能够将单片机在现场采集到的各种数据通过串行通信的方式传输给计算机，而同时，计算机也能够通过这种方式实现自身对被控对象的远程控制