带有多种参数输出的测试装置

笔者在多年从事仪器仪表的教学与科研工作中发现，随着工业生产的飞快发展，对传感器的要求也越来越高，然而传统的采用模拟方法输出参数的传感器类仪表，其功能单一、体积大、不能与计算机通信的缺点也随之突出，已不能适应测试需求。现有的数字化仪表仍然存在不能远距离传输、纠错能力不强、LED功率过高等缺点。然而，在工业生产中，对现场测试需极快的实时响应速度、精确无误的数据传输、较强的抗干扰能力，还要求能够组成分布测控系统（DCS）、现场测控系统（FCS），并能提供良好的人机界面。带有多种参数输出的测试装置的设计，正是充分考虑了这种趋势。本系统以89C52单片机（带8 k片内FLASHROM）为核心；采用LF398采样保持器对信号进行采样及保持，使用12位A／D转换芯片AD574进行模拟量到数据量的转换，并把转换结果和最终数据存储在62C64中，既可以在16×2字符液晶上显示，也可以通过通信接口（采用RS-232接口，CAN总线）进行远传，供网络中的其他系统查询。采用D／A转换芯片AD7522可以把网络中的数据转换成模拟量进行测量，也可用于控制下位仪表。本系统为了兼容目前的模拟仪表，设有4～20 mA输出与0～10 mA输出，输出内容可以选择。系统参数可以通过按键现场设置，也可以通过网络远程设置。系统的原理框图如图1所示。

本系统的创新之处在于：（1）选用12位A／D转换芯片，并使用LF398采样保持器进行模拟量的采样与保持，提高了系统的精度与稳定性。 （2）应用10位D／A转换芯片，使D／A转换精度提高。 （3）采用了RS-232通信接口，方便数据传输和现有仪表与普通微机配合。（4）应用CAN总线技术，增强系统的纠错能力和可靠性，并方便企业组网，适应DCS和FCS两种网络的需要，并可通过上位机提供智能化的人机界面。在许多工业生产中，需要高速、准确的现场状态测试及反应能力；A／D转换芯片AD574可以提高测试速度。此系统选用AD574的12位工作方式，图2所示是此系统的硬件接线图。

图2中CS8为P1．0口，可按位编程，因为用AD574的12位功能，所以用他控制经转换的数据的输出，具体方法为：A0（CS8）与12／8配合，在12／8为低条件下，A0＝0，输出高8位；A0＝1，输出低4位，这样可把12位数据送入微处理器。CS5是通过74LS138.html" target="_blank" title="74LS138">74LS138译码得到的，地址为0A000H～0BFFFH。 依以上功能，AD574的工作方式如下： RD经一非门接至R／C，WR与RD相与再取非接至CE；当允许AD转换时RD＝1（读无效），即R／C＝0，CE＝1，此时为A／D转换状态；当读取转换结果时，RD＝0（即R／C＝1），WR＝0，CE＝1，即此时为读取转换结果状态。 以上必须使CS5为低。采样到的12位数据存放方法：31H放高8位，32H放低2位。 连续转换的具体调试程序如下： 当把模拟量转换成二进制数据后，就可以应用RS-232通信接口或CAN总线输出；从而适应工业控制系统的发展要求：从集散控制系统（DCS）向现场控制系统（FCS）发展。目前RS-232通信接口应用非常广泛，方便与普通仪表和一般电脑连接。CAN总线为现场总线的一种，最高速率达1 Mb／s，适合工业监控需要。CAN总线与其他通信网的不同之处在于：（1）报文传送中不包含目标地址，他是以全网广播为基础，各接收站根据报文中反映数据性质的标示符过滤报文，该收的收下，不该收的弃而不用。其好处是可在线上网下网、即插即用和多站接收；（2）特别强化了对数据安全性的关注，满足控制系统及其他较高数据要求的系统的需求。此系统的CAN总线控制器采用飞利浦公司的SJA1000，他是PCA82C200.html" target="_blank" title="PCA82C200">PCA82C200的替代产品，新增如下功能：①支持CAN2．0B协议；②扩展的接收缓冲器（64 BFIFO）；③增强的错误处理能力；④增强的验收滤波功能。其硬件与软件设计和PCA82C200.html" target="_blank" title="PCA82C200">PCA82C200的基本CAN模式兼容，同时新增加的增强CAN模式还可支持CAN2．0B协议。总之，由于采用了新技术，带有多种参数的输出装置完全达到了工业应用要求，某些指标已经处于行业前沿。自投入运行以来工作稳定可靠，产品有着广阔的市场前景。