3信號(hào)采集電路設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用的是以Philips公司生產(chǎn)的的P87C591單片機(jī)為控制核心的信號(hào)采集系統(tǒng)。P87C591是一個(gè)單片8位高性能微控制器。該器件具有片內(nèi)CAN控制器，它采用強(qiáng)大的80C51指令集，并成功的包括了sJAl000型CAN控制器的PeliCAN功能。由于單片機(jī)P87C591中內(nèi)嵌有CAN控制器sJAl000的信號(hào)輸出口且驅(qū)動(dòng)能力較低，因此，本系統(tǒng)中加入了CAN總線接口驅(qū)動(dòng)芯片P82C250，該器件主要是為高速通訊應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，它可對(duì)總線提供差動(dòng)發(fā)送能力，并對(duì)CAN控制器提供差動(dòng)接收能力。另外，為了增加通信距離，保護(hù)總線、降低干擾，提高系統(tǒng)的瞬間抗干擾能力，本設(shè)計(jì)還在P87C591和P82C250之間加入了由高速光耦6N137構(gòu)成的隔離電路。其具體的CAN總線接口電路如圖5所示。

模擬量采集單元的主要功能可以劃分為微處理器及其控制部分、CAN通訊接口部分、多路模擬量輸入通道選擇開(kāi)關(guān)、采樣保持芯片、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片等。根據(jù)單元?jiǎng)澐值拇旨?xì)程度。需采集的模擬量共有30～60路不等。因此，在如此多信號(hào)需采集和對(duì)信號(hào)采集同步性要求較高的情況下，若采用一般采集方法，即由多路開(kāi)關(guān)對(duì)信號(hào)進(jìn)行選擇，然后經(jīng)公共的S／H、MD器進(jìn)行采集。那么，即使S／H、MD器的速度相當(dāng)高，得出的結(jié)論也是不可靠的。所以，信號(hào)需采用同步采集?？紤]到每路一個(gè)MD轉(zhuǎn)換器會(huì)增加系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本，并且系統(tǒng)對(duì)信號(hào)采集的速度要求并不高，因此，MD轉(zhuǎn)換器還是共用一個(gè)為好，但若每路一個(gè)S／H，由單片機(jī)發(fā)出的觸發(fā)信號(hào)同時(shí)會(huì)觸發(fā)所有的S／H，保證這可采集的同步性。其信號(hào)采集框圖如圖6所示。

開(kāi)關(guān)量采集單元可采用一片8255A來(lái)擴(kuò)展PO口以對(duì)15路開(kāi)關(guān)信號(hào)進(jìn)行采樣，8255A的A、B、C口設(shè)定為模式O和輸人方式。8255A可擴(kuò)展24個(gè)并行接口，實(shí)際上只能使用其中的15路，剩下的可作為備用接口。當(dāng)單片機(jī)發(fā)出開(kāi)關(guān)量信號(hào)采集命令時(shí)，開(kāi)關(guān)量信號(hào)將從機(jī)車(chē)電子柜的29#和49#插槽引出，在經(jīng)信號(hào)調(diào)理電路實(shí)現(xiàn)與采樣電路的電氣隔離后，8k8255A便可進(jìn)入單片機(jī)。系統(tǒng)中的脈沖采集模塊與開(kāi)關(guān)量采集模塊基本相似，在此不做贅述。

4存儲(chǔ)發(fā)送單元電路設(shè)計(jì)

存儲(chǔ)發(fā)送單元主要包括微處理器及其控制部分、CAN通訊接口部分、串口擴(kuò)展和USB接口等。其中微處理器及其控制部分、CAN通訊接口部分跟前面介紹的模塊基本一致。串口擴(kuò)展部分帶有兩個(gè)RS-232接口和一個(gè)RS-485接口，并帶有跳線可以選擇兩種狀態(tài)為一個(gè)RS-232接口和一個(gè)RS-485接口或兩個(gè)RS-232接口而沒(méi)有RS-485接口。串口擴(kuò)展采用16C550芯片。USB接口系統(tǒng)利用CH375作為控制器。并可通過(guò)串行輸入輸出或并行輸入輸出和中斷輸出來(lái)方便地實(shí)現(xiàn)USB移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備與單片機(jī)系統(tǒng)的連接。CH375的并行接口連接圖如圖7所示。

5系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)工作時(shí)，先由模擬量采集單元將采集的數(shù)據(jù)按CAN標(biāo)準(zhǔn)幀格式發(fā)給存儲(chǔ)發(fā)送單元，當(dāng)存儲(chǔ)發(fā)送單元等待并接收到模擬量采集單元采集的數(shù)據(jù)后，即可向開(kāi)關(guān)量采集單元發(fā)送數(shù)據(jù)采集請(qǐng)求，并等待接收開(kāi)關(guān)量采集單元的采集結(jié)果，最后，存儲(chǔ)發(fā)送單元再向脈沖量采集單元發(fā)送數(shù)據(jù)采集請(qǐng)求，并等待接收脈沖量采集單元采集結(jié)果。存儲(chǔ)發(fā)送單元在判斷數(shù)據(jù)是否正常之后，即可把接收到的數(shù)據(jù)存貯在CF存貯器內(nèi)，最后寫(xiě)串口。最后，再把數(shù)據(jù)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)RS-485接口發(fā)送到診斷單元或通過(guò)USB接口取出，以便應(yīng)用到地面分析處理系統(tǒng)。

軟件設(shè)計(jì)就是在模擬量采集單元初始化后等待上位機(jī)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)采集請(qǐng)求指令，然后啟動(dòng)定時(shí)器TO并進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，再將轉(zhuǎn)換結(jié)果按CAN標(biāo)準(zhǔn)幀格式打包發(fā)送給存儲(chǔ)發(fā)送單元。其程序流程圖如圖8所示。其中，定時(shí)器TO的中斷子程序代碼如下：

開(kāi)關(guān)量和脈沖量的采集原理與模擬量的采集原理類(lèi)似，這里不再詳細(xì)介紹。

6結(jié)束語(yǔ)

該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為鐵道部引導(dǎo)課題，本系統(tǒng)經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部聯(lián)調(diào)證明：其性能穩(wěn)定，抗干擾能力強(qiáng)，目前已在機(jī)務(wù)段裝車(chē)運(yùn)行，取得了良好的效果。本系統(tǒng)的不足之處是脈沖量的采集，只能檢測(cè)到電子柜是否有脈沖觸發(fā)信號(hào)的輸出，而不能采集到信號(hào)的波形。因此，該系統(tǒng)還有于待進(jìn)一步完善。