基于并行打印接口的数据采集系统

在道路、桥梁施工等建筑领域中，有很多从国外引进的原料加工控制设备。这些设备上的操作系统并不是我们常见的WINDOWS操作系统，尽管它可以实现数据打印功能，但这些数据无法用文件存储到WINDOWS操作系统的管理PC机中，因此不便于对这些数据进行统计和分析，严重影响了管理效率。为此，需要对这些设备进行功能扩充，使之能够按要求对所需数据进行存储，并提供相应的数据分析和处理功能，从而方便管理部门工作，提高生产效率和项目的管理质量。

方案分析

在不影响原有设备正常工作的前提下，完成并行打印机的数据采集功能，考虑有以下2种方案：

（1）在数据输出到打印纸后，利用扫描仪识别打印纸上的数据，并将识别后的数据输入到管理PC机的数据管理软件中。
（2）在控制设备与打印机之间添加一个数据采集装置，该装置从控制设备连接到打印机的并行口截取数据，并完成向管理PC机的数据转发管理PC机负责接收、统计和分析数据的功能，如图1所示。


  
图1 数据采集方案示意图

对比以上2种方案，方案（1）需要定期人为地操作扫描仪，工作量大，投入高，而且数据不可能保证完全识别正确；方案（2）中的数据采集装置完全可以脱离人工干预，使用方便，性价比较高，因此采用方案（2）。  IEEE委员会在1994年3月公布了新的IEEE1284并行接口标准，对并行口的5种工作模式进行了定义。这5种模式分别是Centronics兼容模式（也叫标准模式）、字节（Byte）传输模式、半字节（Nibble）传输模式、增强并行端口（EPP）模式和扩展功能端口（ECP）模式。连接打印机的并行口通常工作在Centronics兼容模式，其他4种模式对并行口引脚定义与该模式的完全兼容，因此数据采集系统针对该模式的特点进行设计，也利于今后扩展和升级其他并行口设备数据采集系统。

并行口有25针和36针两种，打印机配备36针的标准插头插座实际上只利用了25针插头插座中的信号，25个引脚信号可分为数据信号、控制信号和状态信号三类

Centronics并行口通信速度最快只能达到150kB/S，笔者对控制设备和目标打印机EPSON LQ-1600K III进行测试发现，二者之间的通信速度为50kB/S。

硬件设计

根据并行口的工作特点，笔者采用以51系列的单片机为核心的硬件电路完成并行口数据采集和转发功能。系统电路框图如图2所示，主要包括6个组成部分：

（1）中央处理器。控制设备与打印机的通信速度不算高速，因此采用性价比较高的AT89C52作为核心处理单元。其片内包括256个字节的RAM，大部分可用作数据接收缓冲区，这样不必再外扩RAM单元。STROBE信号作为外部中断源0，每当STROBE信号的下降沿出现时，表示数据处于有效状态，CPU通过P1口读取采集数据。CPU的工作频率选择在22.1184MHz，以保证有足够长的中断程序响应时间。
（2）信号预处理。采集系统不能影响控制设备和打印机正常工作，因此需要对并行口输入信号进行缓冲及光电隔离。缓冲芯片选择74HC245，光耦选择6N137。
（3）数据锁存。并行口上数据线的数据保持时间很短，锁存单元保证了CPU每次读取数据的正确性。锁存芯片选择74HC573。
（4）看门狗及电源监视。选用X5045芯片，完成系统上电复位、死机复位和电源电压异常复位的功能。
（5）通信电路。这里选用MAX232异步通信接口芯片完成数据转发到管理PC机的功能。
（6）电源。该部分负责为各电路模块提供所需的电源。


  
图2 系统电路框图

硬件设计主要电路图如图3所示。


  
图3 系统主要硬件电路图

软件设计


  
图4程序流程图

图4为单片机程序流程图，程序由主程序和中断服务程序构成。其中，中断服务程序负责及时采集接受控制设备发送到并行口的有效数据，并存放于缓冲区。主程序主要负责与管理PC机进行串行通信，转发缓冲区中的数据。这样，管理PC机只需要用可视化编程语言实现一
个数据接收、文件存储功能的软件即可为今后的数据统计、分析奠定基础。

结语
本文在分析并行打印接口工作特点的基础上，设计出以51单片机为核心的并行口数据采集系统。该系统已经成功应用于高速公路的若干施工单位中，运行经验表明该设计简单、稳定、可靠，极大地方便了施工单位对各种原料数据的统计和分析。