基于單片機實現的無線數據采集系統

萬 勵，黃宏本，吳潔明

（1.3.梧州學院 計算機科學系，廣西 梧州 543002；

2.梧州學院 信號分析與處理實驗室，廣西 梧州 543002）

基于單片機實現的無線數據采集系統

萬 勵1，黃宏本2，吳潔明3

（1.3.梧州學院 計算機科學系，廣西 梧州 543002；

2.梧州學院 信號分析與處理實驗室，廣西 梧州 543002）

描述了一種基于單片機技術及USB技術實現的氣瓶充氣數據無線采集系統，系統使用USB-CAN-RS232三總線轉換的通信網絡傳輸數據，能使氣瓶管理程序化、自動化，數據統計工作及時準確，最大限度降低意外事故發生的可能性。

數據采集；無線；單片機

隨著國民經濟建設的高速發展和現代城市建設的快速推進，液化石油氣的使用量及氣瓶的生產、使用數據信息急劇增加，由于每年充裝和檢驗的氣瓶數量大、流動性強，致使氣瓶安全使用的監督管理難度大，工作任務日益繁重。氣瓶充裝現場理論上來說是一個十分危險的環境，它要求嚴禁煙火，也不允許計算機在現場工作。傳統的氣瓶信息管理一直沿用人工檢查和手工填寫記錄表格的方法，無法做到快捷和準確。人工管理受人的主觀因素影響比較大，數據采集用手工記錄，工作量很大，還容易出錯。本文設計的氣瓶充裝數據無線采集系統，能使氣瓶管理程序化、自動化，數據統計工作及時準確，最大限度降低意外事故發生的可能性，能滿足目前氣瓶安全監察需求。

1 系統架構

氣瓶灌裝無線數據采集系統主要硬件設備為：液化石油氣電子灌裝秤、無線防爆基站、無線通信交換機和服務器。應用程序通過對串口的編程實現服務器與液化石油氣電子灌裝秤之間的數據傳輸。設備連接如圖1所示。

圖1 系統設備連接圖

1.1 電腦灌裝稱

系統所用的液化石油氣電腦灌裝秤是常州三晶數據技術有限公司的產品，它無需鋪設電源管路，對液化石油氣實行定量安裝，自動切斷。它還能夠記錄每個氣瓶的自有編號、客戶代碼等各種信息，便于系統掌握客戶的充裝數據和每個氣瓶的充裝明細信息，實現對氣瓶的動態跟蹤管理。電腦灌裝稱的核心處理器是AT89C51型單片機，采用無線數據傳輸方式。

1.2 無線防爆基站

無線防爆基站適用于易燃易爆行業，和數據采集器、電腦灌裝秤之間通過無線發射方式進行數據交換，同時將接收的數據信息通過CAN（Controller Area Network）總線傳輸到服務器上。本系統也采用該公司的S-5200型通訊基站。

1.3 無線通信交換機

無線通信交換機使用RS232總線與服務器的COM口連接，通訊速率是19200波特率，基本模式為：服務器等待交換機發送的啟動成功命令，若在30秒內收不到，提示啟動不成功。以后當交換機有數據時，主動向服務器請求，服務器處理后，給出結果。

1.4 服務器

服務器使用普通的PC機即可，主要負責采集氣瓶在充裝過程中涉及的各種相關數據，并對采集到的數據進行實時分析和處理，包括存儲數據、統計分析生產情況、打印生產報表等。

2 通信總線結構

本系統電腦灌裝稱使用的AT89C51型單片機使用并行地址/數據復用的方式訪問USBN9603，并通過74HC14反向后片選USBN9603，其地址為0x00－0x1FF。USBN9603是標準的USB接口電路，符合USB1.1協議，集成了3.3V的穩定電源、串行接口引擎SIE、多個USB端點緩沖區、1個8位并行微處理器接口。選用AT89C51的引腳SJA1000作為CAN微控制器，SJA1000集成了CAN協議的物理層和數據鏈路層功能，可完成對通信數據的幀處理，其地址為0x000－0x0FF。AT82C50作為CAN控制器和物理總線之間的接口，用于提供總線的差動發送能力和CAN控制器差動接收能力。通過AT82C50的引腳3可選擇3種不同的工作方式（高速、斜率控制和待機）。該引腳接地為高速方式，高速光耦隔離用6N137實現，防止串入信號的干擾。引腳MAX232用來完成RS232電平到微控制器接口電路的TTL電平轉換，同時還可進行一些總線端口的工作參數設置。各種設備通過不同總線連接成一個通信網絡。電腦灌裝稱中的數據采集系統使用USB接口接收灌裝稱稱體的實時數據，并采用無線數據傳輸方式將數據傳輸到無線防爆基站；無線防爆基站與無線通信交換機之間用CAN總線相連；交換機與服務器之間用RS232總線相連。

由于各種設備之間的總線結構、通信協議及傳輸特點各不相同，給不同設備之間的連接與通信帶來了一定的困難，本系統的通信網絡使用USB－CAN－RS232三總線轉換裝置，解決了各種總線之間的連接問題。USB接口芯片USBN9603與單片機AT89C51相連，選用SJA1000作為CAN微控制器，高速光耦隔離用6N137實現，其作用是防止串入信號的干擾。MAX232用來完成RS232電平到微控制器接口電路的TTL電平轉換。這種3總線轉換器可方便地實現不同端口設備之間的數據通信，USB－CAN的轉換速率可以達到1Mb/s。網絡系統總線結構如下頁圖2所示。

圖2 系統通信總線結構圖

3 系統工作流程

3.1 系統通信

在微控制器的控制下，系統各總線間進行數據傳輸。首先，微控制器對各個總線的工作參數進行初始化，設置好時鐘、寄存器、波特率，選擇合適的中斷方式。然后打開各個端口，若發現有端口進行數據發送，則存儲當前數據，選擇接收數據的總線并關閉其他端口進行數據傳送。數據傳送完畢則重新打開其他端口。系統工作流程如下頁圖3所示。

本系統使用的USB的傳輸方式是控制傳輸和塊傳輸。其中塊傳輸主要用于大批量數據的傳輸，數據集中而且對實時性要求不太高。塊傳輸在硬件上提供了強大的錯誤檢測和錯誤重傳的功能，可以保證可靠的數據傳輸。USBN9603的內部寄存器和FIFO緩沖區分別對每個端口進行控制，當接到主機發來的IN標記包時，發送端點自動向上發送數據。如果沒有數據發送，則回應NAK握手包。

圖3 系統通信流程圖

3.2 服務器與單片機的通信

服務器初始設置為地址傳送方式，并設置單片機的地址。首先判斷電腦灌裝稱是否有鍵按下，若沒有則從0F1地址開始發送，并接收地址回送碼，如果回送碼等于發送地址碼，則說明與1號從機握手成功。繼而可以設置為數據傳送方式，開始與1號從機傳送數據。傳送結束后，又與2號從機聯絡。如果服務器發送從機地址后，接收的地址與發送地址不相同，則表明服務器與該地址碼的從機握手失敗，繼而轉向與其他從機聯絡。

本文根據氣瓶充裝數據采集控制系統的實際需求，選擇使用單片機、交換機和PC機等設備構成通信網絡，實現一個無線數據采集系統，解決了PC機對氣瓶充裝現場的控制問題。

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[2]徐磊,等.基于USB塊傳輸方式的實時數據采集[J].測控技,2005（2）：12-14.

[3]黃鎮建.單片機與微機的串行通信[J].韓山師范學院學報,2004（3）：53-57

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TP393.09

A

1673-8535（2011）03-0064-04

2011-04-20

萬勵（1972-），女，廣西平南人，梧州學院計算機科學系講師，碩士研究生，研究方向：軟件工程與計算機應用。

黃宏本（1976-），男，廣西藤縣人，梧州學院講師，研究方向：數據庫技術。

吳潔明（1959-），女，廣西藤縣人，梧州學院計算機科學系副教授，研究方向：軟件工程與計算機應用。

覃華巧）