摘要。现在机务段的检修设备中的电气控制和监控器繁琐，不能有效的显示和控制设备进行精确的操作。大多数设备没有联网，各设备的操作结果必须由操作人员填写**，递交车间主管，最后才能交给机务段管理人员。手续繁杂，效率低下，不能及时准确的将生产情况反馈到管理部门。
“机务段设备管理信息系统”首次在国内对机务段目前使用的各种检修设备进行信息化改造，对所有检修数据进行处理并发送上网，做到无纸化作业，保证了检修数据的科学性和可靠性，并实现了数据共享。该系统对于实现机务段的科学管理、保证检修质量、降低检修成本都起到了关键的作用。该系统以at89c51单片机为主控器，通过扩展a/d接口，键盘输入，数据处理，数据显示以及系统报警等相关设备实现多路数据采集和监测的原理与结构。
本系统采用双cpu控制方式，多路数据采集方式有远端cpu控制，本地单片机控制远端cpu，双机间通讯以rs-232c标准进行通讯。实践证明，系统设计是可行的，并且系统性能可靠， 实时性好， 实用性强。
关键词：数据采集 a/d转换 rs-232c
一．系统的设计概述。
本系统是一个基于网络通信（包括以太网通信和485总线网络通信）的设备数据采集和监控系统，主要有服务器、以太网络、上位机监控系统、485总线网络、设备数据采集以及通信系统和系统管理对象组成。该系统还是集网络通信技术、单片机技术、数据库技术和汇编语言程序设计于一体的工程，这些技术相互联系，相互交叉共同作用于此项任务。
本次设计的主要任务是为了实现机务设备检修数据采集。设备数据采集部分要求采集的数据分三类：1. 开关量的检测；2. 脉冲量的检测；3. 模拟量的检测。
1.1.1开关量的检测
开关量采集包括事件顺序记录（soe）型开关量和普通型开关量两种。soe型开关量信号指事故信号、断路器分合及重要继电保护的动作信号。监控系统采用中断方式迅速响应这些信号并进行记录优先传递。
普通型开关量信号是指除soe型开关量信号以外的那部分开关量信号，包括各类故障信号、隔离开关的位置信号、设备运行状态信号、手动自动方式选择的位置信号等。监控系统对这些信号的采集为扫查方式。
对开关量信号的处理包括光电隔离、硬件及软件滤波、基准时间补偿、数据有效性合理性判断、启支相关量处理功能（如启支事件顺序记录、发事故报警、画面自支推出以及自支停机等），最后经格式经处理后存入实时数据库。
1.1.2数字量采集与处理。
数字量信号主要指水位等bcd码输入量。采用多点开关量并行采集，然后转换为相应模拟量数值。对数字量的处理包括光电隔离、数字滤波、码制变换、数据有效性合理性判断、标度变换等，以格式化处理后存入实时数据库。
1.1.3模拟量的检测。
模拟量分为电气模拟量、非电气模拟量及温度量。对模拟量信号的处理包括回路断线检测、数字滤波、误差补偿、数据有效性合理性判断、标度换算、梯度计算、越复限判断及越限报警，最后经格式化处理后存入实时数据库。
数据采集系统一般由数据输入通道、数据存储与管理、数据处理、数据输出及显示这五个部分组成。输入通道要实现对被测对象的检测、采样和信号转换等工作。数据存储与管理要用存储器把采集到的数据存储起来，建立相应的数据库，并进行管理和调用。
数据处理就是从采集到的原始数据中，删除干扰噪声、无关信息和不必要的信息，提取出反映被测对象特征的重要信息。另外，就是对数据进行统计分析，以便于检索；或者把数据恢复成原来的物理量形式，以可输出的形态在输出设备上输出，如打印、显示、绘图等。数据输出及显示就是把数据以适当的形式进行输出和显示。
在这个过程中主要用到信息采集板，信息采集板包括cpu、rs232讯通接口、rs485通讯网络接口等，信号采集获得开关量和经过标准化处理的传感器信号，进行信号采集，并经过数学处理，然后进行**显示、储存和网络通讯。
系统硬件总体框图如图1所示：
图 1 系统硬件总体框图。
二．传感器的选用。
铂金温度传感器具有高精确度及高安定性，在-200℃~600℃之间亦有很好的线性度。一般而言，铂电阻温度传感器pt100感温电阻在低温-200℃~-100℃间其温度系数较大；在中温100℃~300℃间有相当良好的线性特性；而在高温300℃~500℃间其温度系数则变小。由于在0℃时，铂金pt100电阻值为100ω，已被视为金属感温电阻的标准规格。
铂电阻pt100感温电阻值与温度间之关系式，可表亦为：
1)低温-200℃~0℃间：
2)高温0℃~500℃间。
而对于铂电阻pt102感温电阻与温度间之关系式，由于其在0℃时之电阻值为。
r(0)=10×102 w=1 kw
故 图2 0℃~500℃温度测量电路。
三．硬件系统的设计。
3.1 at89c51与存储器芯片6116的扩展。
3.1.1单片机at89c51的性能及特点。
at89c51是一种带4k字节闪烁可编程可擦除只读存储器（fperom—falsh programmable and erasable read only memory）的低电压，高性能cmos8位微处理器，俗称单片机。该器件采用atmel高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的mcs-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位cpu和闪烁存储器组合在单个芯片中，atmel的at89c51是一种高效微控制器，为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。
at89c51的逻辑电路如图2-1所示。
1．主要特性：
与mcs-51 兼容
4k字节可编程闪烁存储器。
寿命：1000写/擦循环。
数据保留时间：10年。
全静态工作：0hz-24hz
**程序存储器锁定。
128*8位内部ram
图332可编程i/o线。
两个16位定时器/计数器。
5个中断源
可编程串行通道。
低功耗的闲置和掉电模式。
片内振荡器和时钟电路
2．管脚说明：
vcc：供电电压。gnd：接地。
p0口：p0口为一个8位漏级开路双向i/o口，每脚可吸收8ttl门电流。当p1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。
p0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在fiash编程时，p0 口作为原码输入口，当fiash进行校验时，p0输出原码，此时p0外部必须被拉高。
p1口：p1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向i/o口，p1口缓冲器能接收输出4ttl门电流。p1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，p1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。
在flash编程和校验时，p1口作为第八位地址接收。
p2口：p2口为一个内部上拉电阻的8位双向i/o口，p2口缓冲器可接收，输出4个ttl门电流，当p2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，p2口的管脚被外部拉低，将输出电流。
这是由于内部上拉的缘故。p2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，p2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，p2口输出其特殊功能寄存器的内容。
p2口在flash编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。
p3口：p3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向i/o口，可接收输出4个ttl门电流。当p3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。
作为输入，由于外部下拉为低电平，p3口将输出电流（ill）这是由于上拉的缘故。
p3口也可作为at89c51的一些特殊功能口，如下表所示：
口管脚备选功能。
p3.0 rxd（串行输入口）
p3.1 txd（串行输出口）
p3.2 /int0（外部中断0）
p3.3 /int1（外部中断1）
p3.4 t0（记时器0外部输入）
p3.5 t1（记时器1外部输入）
p3.6 /wr（外部数据存储器写选通）
p3.7 /rd（外部数据存储器读选通）
p3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。
rst：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持rst脚两个机器周期的高电平时间。
ale/prog：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在flash编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。
在平时，ale端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：
每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ale脉冲。如想禁止ale的输出可在sfr8eh地址上置0。此时， ale只有在执行movx，movc指令是ale才起作用。
另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ale禁止，置位无效。
psen：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/psen有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/psen信号将不出现。
/ea/vpp：当/ea保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000h-ffffh），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/ea将内部锁定为reset；当/ea端保持高电平时，此间内部程序存储器。
在flash编程期间，此引脚也用于施加12v编程电源（vpp）。
xtal1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。
xtal2：来自反向振荡器的输出。
3．振荡器特性：
xtal1和xtal2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。
如采用外部时钟源驱动器件，xtal2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。
4．芯片擦除：
整个perom阵列和三个锁定位的电擦除可通过正确的控制信号组合，并保持ale管脚处于低电平10ms 来完成。在芯片擦操作中，**阵列全被写“1”且在任何非空存储字节被重复编程以前，该操作必须被执行。
此外，at89c51设有稳态逻辑，可以在低到零频率的条件下静态逻辑，支持两种软件可选的掉电模式。在闲置模式下，cpu停止工作。但ram，定时器，计数器，串口和中断系统仍在工作。
在掉电模式下，保存ram的内容并且冻结振荡器，禁止所用其他芯片功能，直到下一个硬件复位为止。
3.1.2扩展芯片（6116）的性能及特点。
内存是计算机系统不可缺少的部件，一台计算机的内存是指cpu能够通过指令中的地址码直接访问的存储器，常用于存放处于活动状态的程序和数据。按照存取方式存储器可分为：随机存储器（ram）和只读存储器（rom）等。
随机存储器是指计算机可以随意的、个别的对各个存储单元进行访问，访问所需的时间基本固定，与存储单元的地址无关，它的功能主要是存储程序、变量等。可以随时改变并释放内存。常用的有61系列和62系列。
本课题只需要扩张2kb的随机存储器即可。
随机存储器的管脚分类：总线部分、电源部分、控制部分。各引脚功能如图4所示：
图43.1.3 at89c51与存储器芯片6116的扩展。
扩展图如图5所示：
图5 at89c51与存储器芯片6116的扩展图。
如上图所示，通过线选法实现了6116扩展成的2kb数据存储器，6116的地址线a0～a7与at89c51地址线的p0.0～p0.7对应相连，6116的a8～a10与at89c51的p2.
0～p2.2相连，6116的地址线与数据总线p0.0～p0.
7对应相连， 6116的输出允许控制线连在一起与at89c51的p3.7连在一起，6116的片选信号与at89c51的地址线的p2.3相连。
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