测量脉冲时,只能用一个定时器。
本文中的一个不同之处就是,我们采用一种新的脉冲频率测量法。由于在频率测量法中,无论是否采用带同步控制的电路图,都需要两个定时/计数器,所以经过改进后,我们让输入脉冲直接和单片机的外部中断连接,当脉冲的下降沿到来时,触发外部中断,同时启动定时器,并在中断中计数脉冲个数,当定时单位时间到时,关断外部中断和关闭定时器,所得的计数值即位所测量脉冲量的频率。这种方法电路结构比上述两种方法简单,只用一个定时器,符合本系统的性能要求。所以选择此种方案。
1.2.3 以串行方式通信的选择
在计算机与计算机,计算机与数据通信终端,终端与终端之间可以以并行方式和串行方式两种通信方式进行通信。
并行通信是构成字符的二进制代码在并行信道上同时传输的方式。并行传输时,一次可以传输一个字符,即8位数据同时进行传输,所以传送数据时需要8根传送线。虽然发送方和接收方不存在同步问题,传输数据的速度也比较快,但是并行传送的线路长度因为长度的增加,干扰就会增加,容易出错,因此而会受到限制,而且传送线越长越多,传输时的代价也就越高,线路投资也越大,所以并行通信方式不适合远距离传输。一般应用在近距离数据传输的场合。
串行通信是构成字符的二进制代码序列在一条信道上以位为单位、按时间顺序并且按位传输的方式。串行传输时,先将要传送的数据转换成串行的方式,然后发送端按位依次一位一位的发送数据,接收端按位接收数据,同时对所传输的字符加以确认,所以发送端和接收端需要采取严格的同步措施,否则接收端将不能正确区分所传输的字符,导致通信失败。虽然传送数据的速度较之并行比较慢,但串行传送数据时只需要
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一根传送线,比并行传输节省了大量的传送线路,降低了成本,因此多在远距离传输中采用串行通信方式。
本设计是远程通信领域,因此采用串行通信方式。
1.2.4异步通信方式的选择
串行通信又可以以同步和异步两种方式进行传输数据。在低数据率时采用同步方式,在高数据率时采用异步通信方式。
同步通信是一种连续串行传送数据的通信方式,通信双方必须先建立同步,使发送方和接收方的时钟为同步时钟,即波特率一样,时序相同,而且要准确协调。传送数据时将字符组合成数据帧成组发送,数据帧包含一组同步字符使收发双方进入同步,而且一次通信只传送一帧信息,这里的信息帧与异步通信中的字符帧不同,通常含有若干个数据字符。它们均由同步字符、数据字符和校验字符(CRC)组成。其中同步字符位于帧开头,用于确认数据字符的开始。数据字符在同步字符之后,个数没有限制,由所需传输的数据块长度来决定,校验字符有1到2个,用于接收端对接收到的字符序列进行正确性的校验。同步通信的缺点是要求发送时钟和接收时钟保持严格的同步。
异步通信是以字符为传送数据的单位,发送方传送字符的时间间隔不确定,发送方可以在任何时刻发送数据,而接收机随时准备接收数据。在传送数据时,每个被传送的字符都前面有起始位,后面有停止位。起始位用以通知接收机开始接收数据,当接收机接到停止位时表示一个字符数据已经接收完,对这个数据进行存储,准备接收下一个数据。通信双方可以使用不同的时钟,能够随时进行通信,不需要同步时钟,通信双方遵守规定的通信协议即可。
异步通信是常用的一种通信方式,异步通信时,虽然由于起始位和停止位的开销比较大,其发送效率比同步传送效率低,但是通信设备简单、
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便宜,而且比同步更具有灵活性,使用方便,并且在远程通信中能够安全稳定的传输数据。在本设计中单片机和计算机都要求能够随时进行传输和接收数据,所以选择异步通信方式。
1.2.5 RS-232接口标准的选择
在通信时,为了实现计算机、数据终端设备和数据通信设备之间的正确匹配连接,必须按某种规程和接口标准进行联接。所谓接口标准就是明确定义若干信号线,使接口电路标准化、通用化,借助串行通信标准接口,可以使不同类型的数据通信设备很容易实现它们之间的串行通信连接。使用标准接口后,能够很方便的把各种计算机和终端、终端和终端、计算机和计算机有机的连接起来,从而进行通信。接口标准有多种,例如RS-232,RS-422,RS-485等,但本设计中采用的是RS-232接口标准.。
RS-232是美国电子工业协会EIA(Electronic Industry Association)制定的一种串行物理接口标准,也是使用较广泛的一种接口标准。应用于数据终端设备 (DTE -data teminal equipment)和数据通信设备(DCE-data communication equipment)之间作接口,主要适用于模拟通道传输数字信号的场合,比如电话线传送数据,这时串行方式的Modem如果采用EIA-RS-232C作为接口标准,具有很好的负载能力。 S-422和RS-485是在RS-232的基础上发展的接口标准,也是EIA-RS系列标准,它们主要适用于数字系统中。
考虑到RS-232的应用现状,较之后两者成本又比较低,而且也能完成本系统设计所要求的性能指标,所以在本模拟通道(电话线)传送数字信号(计算机和单片机终端所处理的信号)的系统,选择RS-232作为本设计的接口标准。
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1.3 各部分功能
1.3.1 前端数据采集单元
前端的数据采集单元由控制部分和数据采集部分组成,控制部分以C语言作为控制平台。
采集单元中由单片机89C51作为控制部分。89C51是经常使用的通用型单片机,作为终端控制数据采集和远程Modem。通过C语言对单片机编制程序和对单片机的外围硬件电路进行设计,对所要监控的环境的各类信息进行采集和存储,然后根据主机发送的命令信号,或连接电话线路和本地主机进行通信,或断开连接线路进入待命状态。
数据采集部分又由三部分组成:模拟量采集、脉冲量采集、开关量采集。其中8路模拟量数据的采集部分使用8位分辨率的ADC0809集成电路芯片进行模数转换,然后由单片机的一个I/O口读入。8路开关量的数据采集是由单片机的一个八位I/O口读入的。而2路脉冲量信号的采集部分是由单片机的两个时钟输入口T0和T1读入的。采集来的数据由单片机读入后,对其进行存储和处理。
1.3.2 通信电话网单元
系统中以电话线作为传输媒介,利用现有的公共电话网或公司及机关单位内部电话网,通过Modem与电话线、监控主机和终端进行通信。
由单片机采集来的数据,经过电平转换成RS-232逻辑电平以后,要经过电话网单元传输。当初发明电话后,电话线是专用来传输语音信号的,而语音信号是模拟信号,所以电话线只能传送模拟信号,而不能传输单片机和计算机能够处理的数字信号。因此为了完成对远程数据的传输,就需要把单片机发送的数字信号转变成模拟信号后再通过电话线传输,接收端处再把接收到的模拟信号转变成数字信号,而Modem就能完
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成这样的功能,所以在发送端和接收端各安装一个Modem,完成数字信号和模拟信号的转变,从而实现数字信号通过模拟通道(电话线)的通信。
利用现有的电话网通信,既达到了监控远程数据的目的,又减少了架线的过程,大大减低了成本,而且传输数据时,受外界干扰较小,稳定可靠性高,传输数据又快。
1.3.3 计算机监控主机单元
本单元以PC机作为监控主机,以VB(Visual Basic)作为监控平台。PC机巡回呼叫各个终端,终端应答后开始传输远程数据,然后PC机通过VB平台对接收到的数据进行存储分析,并通过界面显示站点,时间和当时的数据,绘制并显示曲线图,对于超过阈值的数据报警显示,使站点人工或自动做相应的调整。
1.4 本章小结
本章主要介绍了整个系统是由前端数据采集单元、数据传输电话网和计算机监控主机三部分组成。从经济和性能两方面对设计进行了方案论证。并且介绍了各部分的功能。
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