油库分布式数据采集和控制系统的设计.doc

油库分布式数据采集和控制系统的设计3雷建龙(武汉船舶职业技术学院电子,湖北武汉 430050摘要介绍了油库分布式数据采集和控制系统的设计方案。该系统采用RS485总线,以PC机为主控机,,介绍了其原理及接口电路;使用TI公司的精密高速运算放大器TLC4502采集模拟信号并进行放大,给出了设计电路;采用了串行A/D转换器TLC1549将模拟信号转换为数字信号,介绍了其原理及转换程序。关键词分布式数据采集;TLC4502;TLC1549;75LBC184;RS232;单片机中图分类号 文献标志码 A 文章编号 1671-8100(201004-0039-04本研究为湖北省教育厅立项重点科研课题:超声波工业行程控制器的开发(课题编号:B200753001。收稿日期:2009-12-20作者简介:雷建龙,男,教授,研究方向为智能仪器仪表及其教学。1 系统组成液体的液位测量在工业生产中非常普遍,应用领域也比较广,例如:自来水位的测量和控制,石油管道和储油罐的油位的测量等。在油库的液位检测与控制系统中,高精度的传感器可用于感知传递压力、流量、温度等信号,把这些信号变成电信号,然后经过放大、A/D转换、送入单片机处理后,最后发送到远方的PC机,这样可实现对现场的液位情况进行实时监控,从而向被控单元发出指令,采取相应的动作。据此设计了某油库现场参数分布式数据采集与控制系统,整个系统的框图如图1所示;整个系统的软件流程图如图2所示。图1 系统组成框图2分布式数据采集系统设计图2 RS485接口芯片部分放大的电压信号经过A/D转换由单片机处理后,要传送到远方的PC机,以便达到实时监控的目的。以单片机为主体构成的分布式数据采集和控制系统,因为其电路结构简单,工作可靠性高而被广泛应用在工业控制中。目前广泛使用的单片机产品都集成了串行通信接口,使用串行通信接口,通过RS485接口驱动芯片就可以构成总线型通信网络,把多台单片机系统连接成一个分布式数据采集和控制系统。但为了克服单片机的不足,引入了PC机,采用主从式结构模式,即PC机为主机,分布在现场的各个单片机系统为从机,其93工程技术武汉船舶职业技术学院学报 2010年第4期结构如图3所示。图3 系统组成结构图PC机串行口为标准的RS232口,根据标准规定:RS232采用负逻辑,并且传输距离短,一般用于20m以内的通信。而对于大多数分布式控制系统,通信距离为几十米到几千米不等,因此,RS232接口不能满足系统的要求,目前广泛采用的是RS485收发器。RS485收发器采用平衡发送和差分接收,因此具有抑制共模干扰的能力,加上收发器具有高的灵敏度,能检测低达200mv的电压,故传输信号在千米以外得到恢复。在这种分布式控制系统中,通信是系统的关键,是系统设计时首要考虑的问题。而如何有效可靠地实现RS232与RS485之间的转换是系统通信实现的前提[1~3]。在该设计中,使用了TI公司生产的一种RS485接口芯片75LBC184[4],,电压在+3~+,能完成TTL与RS485之间的转换。该芯片与普通的RS485收发器相比,有一个显著的特点,那就是片内A、B引脚接有高能量干扰保护装置,可以承受峰值为400W(典型值的过压冲击,故它能显著提高防止雷电损坏器件的可靠性。对一些环境比较恶劣的现场,可直接与传输线相接而不需要任何外加保护元件。该芯片还有一个独特的设计,当输入端开路时,其输出为高电平,这样可保证接收器输入端电缆有开路故障时,不影响系统的正常工作。另外,它的输入阻抗为RS485标准输入阻抗的2倍(≥24KΩ,故可以在总线上连接64个收发器,其工作原理如图4所示。在该设计中,经过单片机处理的信号,经过75LBC184与外围电路形成的RS232/RS485电平转换器电路,然后传到远方的PC机进行实时监控。具体电路如图5。在该电路中,使用了三片光电耦合器图4 SN75LBC184工作原理图图5 RS232/RS485电平转换器电路图TLP521进行隔离,使得PC机与SN75LBC184之间完全没有了电的联系,提高了工作的可靠性,其工作原理为:当RS232的RTS端为逻辑电平1(-12V时,光电耦合器的发光二极管不发光,光敏三极管不导通,输出电平为TTL的逻辑电平1(+5V,选中RS485接口芯片的DE端,容许RS485接收,这样,RS232的TXD端就可以发送数据(工作逻辑与RTS端相似。当RS232的RTS端为逻辑电平0(+12V时,光电耦合器的发光二极管发光,光敏三极管导通,输出端为TTL的逻辑电平0(0V,选中RS485接口芯片的RE端,容许RS485发送。