基於單片機與PC通信的數據採集控制系統設計研究

2021-01-08 電子產品世界

　　1. 系統的基本組成

　　1. 1 系統的基本架構

　　文中構建的基於單片機與PC 通信的數據採集控制系統基本架構如圖1 所示：

　　

　　圖1:系統基本架構框圖

　　如圖1 所示，被控對象通過傳感器的作用，採集到相應的數據，經過電壓轉換以及模擬/數字轉換之後，向單片機發送，單片機端可以根據數據採集的情況以及預先設置的程序，經過繼電器向被控制對象進行具體的操作，同時也可以通過電平轉換晶片向PC 機發送採集到的數據。PC 機可以對採集的數據進行存儲、處理，也可以根據這些數據來完善控制算法，然後經過電平轉換晶片發送控制信號，遠程控制被控對象。

　　1. 2 系統硬體

　　此次研究中，對於系統的硬體構成主要有幾個非常重要的模塊。首先是微處理器模塊，射頻收發模塊，這2 個是核心模塊，另外的傳感器模塊、天線和電源管理模塊也是硬體構成中的重點。微處理器模塊採用的晶片是Atmega128L 低功耗微處理器，這種處理器主要是對數據進行採集，然後進行處理，而且對整個系統的功耗和任務進行控制管理，射頻部分為了能夠有效進行功耗的控制，所以採用的是比較節能的TI 的CC2420 晶片，這樣的設計使得FLASH 存儲對於低功耗產品的選擇也非常恰當。

　　傳感器部分要根據不同需求進行選擇，每種傳感器都有獨特的溫度、壓力和流量的傳感系統，所以對於一些非電量的信號，還得利用傳感器將其從電壓變換模塊轉化為整個模擬信號。

　　筆者在設計中，對於總體的成本和系統性能需求進行了考慮，對於目前採用的節點中心設計，擬定了Atmega128L 單片機來完成。Atmega128L 單片機對於數據採集和處理的完成，能夠在很惡劣的環境下進行，而且它還具備了非常強的節能能力，其功耗的參數也一樣，必須要在能夠滿足工作電壓1. 8 ~3. 6V、在2. 2V 的供電條件下能夠在7霢 的工作電流下穩定運行在32kHz 的工作頻率。而單片機以及PC 機之間經過電平轉換晶片的連接，才能夠工作，依靠這種方式來實現遠程通信。文中設計的系統能夠有效地實現採集被控制對象的多種參數信息，並且將其傳遞至 PC 機端，對相應數據進行處理，同時也能夠選擇通過PC 機來遠程控制被控制對象。

　　此次構件的系統射頻信號經由天線向CC2420晶片傳輸。低噪聲放大器（ Low Noise Amplifier,LNA） 在接收到相關的信號之後，將其轉化為2MHz中頻，使其形成同向分量以及正交分量兩路中頻信號。隨後，對這兩路中頻信號進行濾波以及放大處理，再從模擬信號轉化為數位訊號。然後對其進行最終信道的選擇以及控制增益等處理。

　　為了確保存儲模塊部分能夠滿足系統的實際需求，不能夠僅僅依靠Atmega128L 內部Flash 模塊，還需要串行一個外部Flash 模塊，並且藉助該模塊類似實現掉電保護功能。具體地，可以藉助於SPI 總線將外部Flash 模塊與Atmega128L 相連接。在具體的工作過程中，以Atmega128L 內部存儲為主模式，而外部Flash 模塊AT45DB041B 為從模式。

　　A/D 數模轉換部分，採用的是11 通道12 位高速的TLC2543 轉換晶片，該晶片與單片機之間的通信是通過串口通信的方式來完成的，通過4 條信號線的連接就能夠實現通信的需求。這4 條信號線分別是片選信號CS、時鐘信號CLK、數據移出Dout、數據移入Din.

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