基于em79p458單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于em79p458單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1硬件設(shè)計(jì)1.1韋根德磁路由于zp105a的零功率磁敏傳感器是用來(lái)測(cè)量數(shù)據(jù)的，因此它符合系統(tǒng)的負(fù)荷和安全性要求。零功耗磁敏傳感器是利用韋根德效應(yīng)制成的，又名韋根德傳感器，是利用磁性雙穩(wěn)態(tài)功能合金材料中的磁疇在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)特性制作而成。當(dāng)外磁場(chǎng)發(fā)生變化時(shí)，磁疇磁化方向瞬間發(fā)生翻轉(zhuǎn)，而當(dāng)外磁場(chǎng)撤離后又瞬間恢復(fù)到原有的磁化方向，由此在合金材料周?chē)臋z測(cè)線圈中感生出電脈沖信號(hào)而實(shí)現(xiàn)磁電轉(zhuǎn)換。該傳感器工作時(shí)無(wú)須使用外加電源，適用于微功耗儀表。輸出信號(hào)幅值與磁場(chǎng)的變化速度無(wú)關(guān)，可實(shí)現(xiàn)“零速”傳感。無(wú)觸點(diǎn)、耐腐蝕、防水，壽命在2億次以上。1.2em鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為滿(mǎn)足系統(tǒng)低功耗、低價(jià)能比的要求，選用了帶休眠功能的臺(tái)灣義隆公司生產(chǎn)的EM78P458單片機(jī)作為數(shù)據(jù)采集處理芯片。EM78P458單片機(jī)是高速CMOS技術(shù)的8位單片機(jī)，內(nèi)部集成有4K×13位OTP型ROM,98×8位SRAM,8位可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，8位AD轉(zhuǎn)換器，1個(gè)比較器，1個(gè)WDT，同時(shí)還具有內(nèi)、外部中斷，雙向三態(tài)I/O口及低功耗的休眠方式（休眠時(shí)電流僅為1μA）。具有系統(tǒng)外部接口簡(jiǎn)單、實(shí)用、廉價(jià)等特點(diǎn)(1)。1.3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集器電路數(shù)據(jù)采集器以EM78P458單片機(jī)為核心，通過(guò)零功耗磁敏傳感器對(duì)傳統(tǒng)電表、水表、氣表和暖氣表的改進(jìn)使其成為遠(yuǎn)傳表。以普通的煤氣表為例，選擇在基表最后一級(jí)齒輪處加一磁鐵（不算顯示部分的逐級(jí)傳遞齒輪）。該級(jí)齒輪每轉(zhuǎn)一圈都要撥動(dòng)顯示部分的逐級(jí)傳遞齒輪8次，每撥一次是0.001m3，每轉(zhuǎn)一圈共計(jì)0.008m3的煤氣，即最后一級(jí)齒輪每轉(zhuǎn)125圈撥動(dòng)顯示部分的逐級(jí)傳遞齒輪1000次，煤氣表的顯示部分的計(jì)數(shù)為1m3。當(dāng)小磁鐵經(jīng)過(guò)零功耗磁敏傳感器ZP105A表面時(shí)，ZP105A產(chǎn)生脈沖信號(hào)，利用EM78P458單片機(jī)的I/O口引起中斷，喚醒單片機(jī)，單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)單元1的內(nèi)容自動(dòng)加1，當(dāng)加到125時(shí)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)單元2的內(nèi)容自動(dòng)加1，單元1的內(nèi)容自動(dòng)清零。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)單元2的內(nèi)容即為煤氣表用量的整數(shù)值，通過(guò)計(jì)算，可得煤氣表用量的實(shí)際值?；贓M78P458單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集器電路原理圖如圖1所示。圖1中，EM78P458單片機(jī)通過(guò)P6.6口接收Z(yǔ)P105A型韋根德零功耗磁敏傳感的脈沖信號(hào)，通過(guò)P6.0～P6.3口擴(kuò)展顯示器。通過(guò)P6.7、P5.5口擴(kuò)展串行通信口，與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)通信。為了充分利用單片機(jī)資源、提高測(cè)量精度、降低功耗，平時(shí)單片機(jī)處于休眠狀態(tài)，當(dāng)零功耗磁敏傳感器ZP105A有輸出時(shí)，通過(guò)P6.6口喚醒單片機(jī)，單片機(jī)進(jìn)行一次計(jì)數(shù)測(cè)量。如果需要通過(guò)顯示器查閱煤氣用量時(shí)，可隨時(shí)通過(guò)按鍵SB經(jīng)P6.5口喚醒單片機(jī)，使顯示器顯示當(dāng)前的煤氣用量值?？赏ㄟ^(guò)串行口實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通信，從而實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)傳。2數(shù)據(jù)收集軟件的設(shè)計(jì)2.1煤氣表用量的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償模塊單片機(jī)系統(tǒng)軟件利用匯編語(yǔ)言采用模塊化方法進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，分2級(jí)嵌套（主控模塊和子程序模塊）。主程序?qū)纹瑱C(jī)進(jìn)行初始化，設(shè)置休眠方式，巡回檢測(cè)喚醒方式，若有喚醒，則進(jìn)入到相應(yīng)的子程序模塊中。否則，繼續(xù)休眠。初始化模塊用于完成內(nèi)部寄存器的設(shè)置，顯示器的初始狀態(tài)設(shè)置，休眠、喚醒方式的設(shè)置。休眠等待模塊使單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)入休眠狀態(tài)（主要目的在于低功耗），等待其他方式的喚醒。測(cè)量子程序模塊用于單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)單元計(jì)數(shù)，進(jìn)行計(jì)算，將煤氣表用量的實(shí)際值送顯示緩存區(qū)以備顯示用。顯示子程序模塊用于顯示當(dāng)前煤氣表用量的實(shí)際值。串口發(fā)送子程序模塊用于實(shí)現(xiàn)煤氣表用量實(shí)際值的遠(yuǎn)傳，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抄表。主控程序模塊框圖如圖2所示。2.2上位機(jī)煤氣費(fèi)的計(jì)算上位機(jī)可采用PC以上的微機(jī)，當(dāng)需要采集煤氣表的數(shù)據(jù)時(shí)，可通過(guò)串行口喚醒數(shù)據(jù)采集器的單片機(jī)，將當(dāng)前用戶(hù)的煤氣實(shí)際用量送入上位機(jī)，上位機(jī)通過(guò)對(duì)用戶(hù)數(shù)據(jù)的處理并與上次用戶(hù)交費(fèi)時(shí)的用氣量比較，計(jì)算出用戶(hù)本次應(yīng)繳納的煤氣費(fèi)并存儲(chǔ)，作為收取用戶(hù)煤氣費(fèi)的原始數(shù)據(jù)。上位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)采用VB高級(jí)語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。3系統(tǒng)能耗分析a.單片機(jī)選用EM78P458，它具有低功耗休眠工作狀態(tài)。采用32.768kHz晶振，EM78P458單片機(jī)休眠時(shí)電流為1μA，工作時(shí)電流為15μA。b.由于測(cè)量、顯示查閱、串行口發(fā)送等都是通過(guò)使單片機(jī)從休眠狀態(tài)中喚醒而完成相應(yīng)的功能，因此，單片機(jī)系統(tǒng)大部分時(shí)間處于休眠狀態(tài)。測(cè)量頻繁，是耗能的主要來(lái)源，顯示查閱、串口發(fā)送只是在管理人員需要時(shí)才用到，其耗能很少。c.在數(shù)據(jù)采集電路中，由于采用了零功耗磁敏傳感器，降低了系統(tǒng)的功耗。d.整個(gè)系統(tǒng)中的器件均采用了低功耗器件，外圍芯片采用CMOS低功耗貼片器件，電阻選用低功耗電阻，顯示器靜態(tài)工作電流為2μA，動(dòng)態(tài)工作電流為50μA，平時(shí)不顯示。由于采用了以上低功耗措施，使整個(gè)系統(tǒng)功耗很低。休眠時(shí)，整機(jī)實(shí)測(cè)電流為8μA；工作時(shí)，整機(jī)實(shí)測(cè)電流為26μA；顯示時(shí)，整機(jī)實(shí)測(cè)電流為58μA。單片機(jī)大部分時(shí)間處于低功耗休眠工作狀態(tài)，整機(jī)測(cè)量工作時(shí)間較短，顯示、串口發(fā)送只有需要時(shí)才用，所以整機(jī)功耗仍很小。采用一節(jié)6A·h電池供電，本儀表工作時(shí)間可達(dá)8年以上。4數(shù)據(jù)采集器本文以普通的煤氣表為例，選用了零功耗磁敏傳感器和低功耗的