多冗余输出的数据采集处理单元设计与实现

序为一个循环，在循环中完成以下工作：系统初始化，包括初始化I／0端口，外部中断，计数器O，USART等；扫描上位机采集指令；开中断；响应INTO中断和计数器0溢出中断；读取ADC转换结果；将采集的数据调用通讯子程序由串口通讯模块输出；接收上位机发出的命令并进行相应的操作。

　　2．2 多路冗余输出处理模块

　　为解决对所采集的数据进行多路冗余处理输出，提高可靠性，特设计一双CPU协同处理的串口扩展模块实现多路冗余处理输出。数据通过RS 485总线输入至该模块，经隔离进双CPU处理，扩展为三路串口输出，原理框图见图3。模块采用双ATmega64芯片作为处理器，双CPU并口总线通讯，CPU数据RAM映射，数据交换速度快，实时性高。串口通讯RS 485总线，通讯模块芯片为带磁隔离的ADM2483，输出采用标准的MODBUS RTU通讯协议。电源采用鑫飞达的5W DC／DC隔离模块DFA5-24S5。

　　ATmega64是高性能、低功耗的AVR、8位微处理器，先进的RISC结构，其特性如下：133条指令大多数可以在一个时钟周期内完成，32×8通用工作寄存器和外设控制寄存器，全静态工作，工作于16 MHz时性能高达16 MIPS，只需两个时钟周期的硬件乘法器；非易失性的程序和数据存储器，128 KB的系统内可编程FLASH，具有独立锁定位、可选择的启动代码区，通过片内的启动程序实现系统内编程，可以对锁定位进行编程以实现软件加密，可以通过SPI实现系统内编程；JTAG接口(与IEEE 1149．1标准兼容)，遵循JTAG标准的边界扫描功能，支持扩展的片内调试，通过JTAG接口实现对FLASH、E2PROM、熔丝位和锁定位的编程。

　　2．3 通讯设计

　　RS 232／422／485都是串行数据接口的标准。RS 232是非平衡传输，RS 422／485是平衡传输。RS 232传送距离最大仅为15 m，最高速率为20 Kb／s，比较适合近距离的本地设备之间的通信连接；RS485连接最长可达1．2 km，可连接至256个设备节点，数据传输率能高达10 Mb-／s。为实现底层多采集模块和上位机间远距离通讯，在底层采用RS 485总线进行数据传输。因PC机端的串口是RS 232接口，故需在PC端接专用的RS 232／RS 485转换模块将RS 232信号转换成RS 485的信号。本采集单元使用通讯模块芯片为带磁隔离的ADM2483，采用工业标准协议--MODBUS RTU通讯协议。图4为RS 485通信接口硬件电路。

　　3 实现结果

　　本文所开发设计的4～20 mA输入与输出模块、Ptl00输入模块、热电偶输入模块、开关量输入与输出模块系列模块均已定型生产，并获得CCS的型式认可。4-20MA输入模块实物如图5所示，技术参数如下：工作电压：(24土0．48)V；工作温度：O～60℃；4～20 mA输入类型：有源、无源；量程：4～20 mA；转换分辨率：12 B；转换时间小于1 ms；通讯方式：RS 485；协议：MODBUS RTU；波特率：9 600 b／s；外型尺寸(W×D)：108 mmXl45 mm。

　　多路冗余处理输出模块中数据采集系统的地址、类型、参数等通过可从上位机导入，从而适应各种类型采集模块，具有高的灵活与可扩展性。可将采集终端的数据处理后同步提拱给触摸屏独立显示与上位PC机，也可独立使用直接驱动本地人机界面显示与打印机。模块实物如图6所示。

　　4 结语

　　本文所介绍的采集单元实现了对多通道现场数据的实时采集，实现了多路冗余处理模块输出，有很强的实用性、通用性及可扩展性，且冗余度高。该数据采集单元在工程上具有广泛的应用价值，经在多个船舶监测报警系统实际工程中应用表明其性能稳定可靠。