基于PIC單片機(jī)的便攜式測試記錄儀設(shè)計(jì)

　　基于PIC單片機(jī)的便攜式測試記錄儀(以下簡稱記錄儀)既有一般數(shù)據(jù)采集裝置的實(shí)時(shí)采集與保存功能,同時(shí)又能夠?qū)Σ杉瘮?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理、顯示和打印。適用于對采集速度要求不高、交流供電比較困難以及無須長期留人值班的場合。

　　以追求高可靠、低功耗、小體積設(shè)計(jì)思想的本記錄儀具有如下功能:對現(xiàn)場物理量進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、保存、處理與顯示;自動識別現(xiàn)場安裝的傳感器數(shù)量、傳感器號和量程;自動和手動兩種采集方式,自動采集適用于長期無人值班的固定場合,手動采集便于對分布在不同區(qū)域的物理量進(jìn)行測試;與PC機(jī)通訊,可根據(jù)需要將采集數(shù)據(jù)下載至PC數(shù)據(jù)庫;實(shí)時(shí)打印;自檢功能,避免了系統(tǒng)運(yùn)行過程中可能遇到本身無法容錯(cuò)處理的異常事件而導(dǎo)致的死機(jī)現(xiàn)象。

　　1 硬件設(shè)計(jì)

　　1.1 總體設(shè)計(jì)原則

　　根據(jù)高可靠、低功耗、小體積的設(shè)計(jì)思想及應(yīng)用對象幾乎對采集速度無要求(此處指系統(tǒng)本身的采集速度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過實(shí)際應(yīng)用要求)的特性,總體設(shè)計(jì)原則是: 元器件采用低功耗、寬范圍工作電源的CMOS集成電路;總線采用口線少的串行總線;允許情況下,盡量用軟件實(shí)現(xiàn)硬件功能,用中斷代替查詢工作方式;一旦系統(tǒng)空閑則立即使其進(jìn)入低功耗休眠狀態(tài),當(dāng)需要時(shí)再用外部中斷予以喚醒。

　　1.2 硬件組成

　　根據(jù)總體設(shè)計(jì)原則,硬件組成如圖1所示。其中:單片機(jī)為美國MicroChip公司的中檔產(chǎn)品PIC16C74,+5V供電、4MHz主頻時(shí)功耗低于2mA;E2PROM存儲陣列由超低工作電壓(+2.5V～+5.5V)、具有可編程選擇多種特性的8KB智能化電可擦除存貯器24LC65芯片組成。其中,0#為傳感器識別片(以下簡稱識別片),保存現(xiàn)場實(shí)際安裝的傳感器數(shù)量、傳感器號及量程。該芯片被設(shè)計(jì)在放大器板上,永久安裝于現(xiàn)場。傳感器號由4位數(shù)字組成,前2位表示組號,后2位表示傳感器組內(nèi)號。1# 為字典片,分為三個(gè)存儲區(qū):第一存儲區(qū)被設(shè)置成高壽命寫入?yún)^(qū),保存表頭參數(shù),如疵點(diǎn)單元計(jì)數(shù)器、記錄計(jì)數(shù)器、記錄指針、自動采集時(shí)間等;第二存貯區(qū)為字典區(qū),保存?zhèn)鞲衅餍拚禂?shù)、實(shí)時(shí)打印所涉及的漢字國標(biāo)碼等,查找時(shí)以傳感器號為關(guān)鍵字進(jìn)行指針定位;第三存儲區(qū)被定義為疵點(diǎn)單元地址隊(duì)列,保存在寫過程中遇到的疵點(diǎn)單元地址。2#~7# 為數(shù)據(jù)片,保存實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)。RS232口為最簡單的零調(diào)制3線經(jīng)濟(jì)型,具有雙重功能,接上TPμP_T微型打印機(jī),則進(jìn)行實(shí)時(shí)打印;接上PC機(jī),則與PC進(jìn)行全雙工通訊。A/D轉(zhuǎn)換器MAX189為串行、12位逐次逼近型,功耗75mW,最大轉(zhuǎn)換時(shí)間8.5μs。實(shí)時(shí)時(shí)鐘DS1302具有可編程涓流充電功能,能夠提供秒、分、時(shí)、日、月、星期、年至2100年,并且對閏年和小于31天的月份進(jìn)行自動調(diào)節(jié)。鍵盤由手動、自動、通訊、打印、清零等五個(gè)觸摸按鍵組成,通過按鍵產(chǎn)生外部中斷喚醒單片機(jī)完成相應(yīng)功能。液晶顯示器(LCD)采用4位半靜態(tài)方式驅(qū)動,用來顯示處理后的結(jié)果以及系統(tǒng)運(yùn)行過程中檢錯(cuò)的代碼。32.768kHz晶振用于自動采集時(shí)產(chǎn)生定時(shí)中斷。

　　1.3 工作原理

　　本記錄儀基本工作原理是:一旦系統(tǒng)完成某項(xiàng)工作后,立即進(jìn)入低功耗休眠狀態(tài),當(dāng)需要時(shí)再由外部中斷予以喚醒。

　　1.3.1 加電初始化

　　加電后,首先初始化有關(guān)寄存器和接口,然后自檢各功能部件。測試結(jié)果無論正?；蝈e(cuò)誤均以代碼形式顯示在LCD上,進(jìn)入休眠狀態(tài)。

　　1.3.2 采 集

　　本記錄儀有自動和手動兩種采集方式。

　　休眠狀態(tài)下,當(dāng)按手動鍵時(shí)則進(jìn)入手動采集過程。首先讀識別片和字典片,以確立現(xiàn)場中實(shí)際安裝的傳感器數(shù)量、量程及數(shù)據(jù)片可寫空間。若數(shù)據(jù)片未寫滿,則從組內(nèi)0通道傳感器開始,循環(huán)對現(xiàn)場中實(shí)際安裝的所有傳感器進(jìn)行采集、處理、顯示,直至當(dāng)再按一次手動鍵時(shí),方將傳感器號、量程、最近一次采集值(注意:不是實(shí)時(shí)處理后結(jié)果,而是原始A/D轉(zhuǎn)換碼值)以及采集時(shí)刻的日歷信息─年、月、日、時(shí)、分、秒等組成的記錄寫入記錄指針指向的數(shù)據(jù)片中,接著對表頭參數(shù)進(jìn)行修改,進(jìn)入休眠狀態(tài)。

　　休眠狀態(tài)下,當(dāng)按自動鍵時(shí)則進(jìn)入自動采集過程。首先開放定時(shí)中斷,然后進(jìn)入采集─保存─休眠─喚醒─再采集─再保存─再休眠─再喚醒的循環(huán)狀態(tài),直到數(shù)據(jù)片被寫滿或人工干預(yù)結(jié)束自動采集過程為止。上述喚醒由外部中斷完成,其單片機(jī)從休眠狀態(tài)到喚醒工作之間的時(shí)間間隔有等距和變距兩種形式可供選擇。所謂等距即每次采集的時(shí)間間隔相同。與其相反,變距則每次采集的時(shí)間間隔隨采集次數(shù)的增多而變長或縮短,視實(shí)際應(yīng)用需要而確定。本記錄儀出廠設(shè)置為等距1小時(shí),即每間隔1小時(shí)采集1次。

　　1.3.3 通訊和打印

　　休眠狀態(tài)下,當(dāng)按通訊鍵時(shí),進(jìn)入和PC通訊過程。首先由PC端Win98下的專門處理軟件完成串口1(若記錄儀與PC Com1口相連)或串口2(若記錄儀與PC Com2口相連)的自動配置,然后可根據(jù)工具條上的圖文進(jìn)行等距、變距、選擇、數(shù)據(jù)下載、事后處理等操作。

　　休眠狀態(tài)下,當(dāng)按打印鍵后,則在TPμP_T微型打印機(jī)上打印出所有保存的記錄。

　　1.3.4 清 零

　　休眠狀態(tài)下,當(dāng)按清零鍵時(shí),則清除數(shù)據(jù)片中保存的所有記錄,即使記錄指針指向數(shù)據(jù)片首址。