基于ATmega128的无线数据采集系统

数据采集单元采用先进的ATmega128嵌入式单片机作为核心部件，利用RS-485通信接口与控制系统通信。测量站主要是将捕捉的现场信号经转换器ADC采样、量化、编码后，变成数字信号传给微处理器，接收遥控指令并发送数据;主控站的主要工作是发送遥控指令、接收数据信息、进行数据处理和数据管理。整个系统结构简单，可靠性高。见图1。
1.1   高速的模数转换芯片TLC5510
该系统的A/D转换采用TLC5510模数转换芯片。TLC5510模数转换芯片是TI公司的8位A／D转换器，是一款高速、低功耗且内部带有采样保持电路。它的数据采集时序是当CLK为高电平时转换数据，当CLK为低电平时输出有效数据。当要从A／D中读取数据时，只要500)this.style.width=500;" border="0" /> 保持低电平即可，当 500)this.style.width=500;" border="0" />为高电平时D1-D8为高阻态.见图2.
1.2  数据采集系统的接口电路设计与流程
FIFO芯片SN74ACT7808是2048字节×9位可以实现先进先出异步读写操作的双端口存储器.读写操作会自动访问存储器中连续的存储单元。从FIFO中读出的数据顺序与写入的顺序相同，地址的顺序在内部已经预先定义好了。对FIFO的读写操作只由读写信号控制，不需要另外的地址信息。这使得FIFO的控制电路变得十分简单：读数据时只要OE保持为高电平同时使UNCK产生一个上升沿；写数据只要LDCK产生一个上升沿即可.
由于是高速数据采集，单片机相对A／D来说速度远远不够，所以需要设计一个电路让数据采集与存储自动完成，见图2。单片机的PB0引脚通过与门与外部CLK时钟相连，这样单片机就可以控制A／D的采样。当PB0为高电平时进行采样，当PB0引脚为低电平时A／D的CLK没有脉冲，采样停止。当FIFO保存的数据几乎满后给单片机一个中断信号，单片机接到中断信号后置PB0为低电平停止采样，然后把数据从FIFO中读出。因为单片机的PG0引脚经反向器后接到FIFO的UNCK，PC4脚接到FIFO的OE，它的有效地址只要保持PC4引脚为高电平即可。数据处理完毕后再接着采样，如此反复，完成周期性采样[2]。
 

2 嵌入式单片机ATmega128与数传电台的串行通信
ATmega128为基于AVR RISC结构的8位低功耗CMOS微处理器。ATmega128的数据吞吐率高达1 MIPS/MHz，从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。8通道10位ADC(具有可选的可编程增益)、具有片内振荡器的可编程看门狗定时器、SPI串行端口、异步串行口与JTAG测试接口(此接口同时还可以用于片上调试)，以及六种可以通过软件选择的省电模式。
2.1  ATmega128的串行通信方式
串行通信波特率:9600bps,发送接收方式:一位起始位，8位数据位，奇校验，1位停止位。UARTO初始化可以在ICC AVR中设置完成，而且Builder自动生成中断服务子程序和人口地址，只需在服务子程序中加人处理代码即可。
//UARTO  initialisation
//desired baud rate:9600
//char size:8bit
//parity: Disabled
void uart0_init(void)
{
UCSR0A=0x00;
UCSR0B=0x98;    //接收完成中断允许，发送数据允许.
UCSR0C=0x06;    //发送接收的字符长度为8位.
UBRR0H=0x00;
}
接收数据时,单片机设置一个标志，假设接收到第一个“*”字符，标志置1，认为通信正常，可以接收数据。接收数据时，判断是否收到接收完成消息；是,则清除标志，使得下次收到的数据无效，直到再次收到“*”，标志置1。标志为1时，判断是否收到消息(字符值等于8)；是,将上次收到字符清为0;不是则将接收到的数据保存到接收缓冲区中。执行操作后，最后将接收到的字符发回给计算机。单片机通信流程图见图3。[!--empirenews.page--]
 

2.2   ATmega128与数传电台的硬件连接
数传电台与单片机、终端主控机的通信协议:标准串行RS485接口,通信帧格式——1位起始位，8位数据位，1位可编程数据位，1位停止位，波特率9600bps。建议使用窄带无线数传电台MDS SCADA，专门用于电力自动化中。此电台采用工业级铸铝封装，可提升电磁干扰,绕射能力强，提供标准的RS-485接口，系统响应快。
系统采用异步串行通信方式。利用单片机串口与数字电台RS-485数据口相连,电台常态为收状态(PPT=0，收状态；PPT=1，发状态)。单片机通过带控制端的三态缓冲门74HC125、非门74HC14控制电台的收发转换。接收时，PC1=1，PC1经74HC14反相、光电隔离,使电台PPT脚为低电平,将其置为接收状态;发射时，PC1=0，经74HC14反相、光电隔离，使电台PPT脚为高电平，将其置为发射状态；同时74HC125A截止,74HC125B导通,数据由单片机TXD脚输出，经74HC125B缓冲门、光电隔离、MAX232电平变换，通过电台TXD端口将数据发送出去。具体硬件连接见图4。

3  结束语
国家的农网改造，使配电网络的供电能力得到了很大的提高．但随着社会经济的发展，对电力部门又提出了更高的要求．结合电网的实际情况，对于实时性、配电质量要求教高的地区，无线数据传输系统建成使用后，运行结果表明：系统工作稳定可靠，本系统与有线网相比，具有建网费用低、建设周期短、维护量小、抗灾能力强、无需查线检修、数据易传等优点。由于在该数据采集系统中采用了ATmega128,其开发速度较以往有很大的提高，这种高效灵活的嵌入式正广泛应用于工业控制领域，有着广阔的前景。
4  本文作者创新点：1.本系统采用了多种先进技术，高性能单片机系统技术、无线传输技术、计算机的远程控制技术等。2.本系统具有自动化程度高、系统可靠性和稳定性好、数据采集精度高等比较突出的优点。3.由于本系统和上位计算机系统可以方便地进行通讯和数据传送，可以把检测记录的数据保存在计算机的数据库内，有助于实现电力调度的网络化、数字化和信息化。