基于51單片機構成的工業(yè)控制系統(tǒng)
摘要：本文介紹了一種基于51單片機構成的工業(yè)采集控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)滿足一般過程控制及數(shù)據(jù)采集等控制系統(tǒng)的需妻，可作為下位機并與labview或VB等編程系統(tǒng)組成的上位機通過RS232進行控制和數(shù)據(jù)采集，實踐證明此系統(tǒng)不僅體積小、成本低，而且是一種運行可靠、安全、高速的控制系統(tǒng)。
關鍵詞：MCS-51；數(shù)據(jù)采集；過程控制；labview
0 引言
近年來自動化控制領域日新月異，諸如PLC、DCS、PAC等控制系統(tǒng)層出不窮，但是諸如此類的控制系統(tǒng)的應用需要相對昂貴的成本，一方面為了方便客戶使用，控制系統(tǒng)生產(chǎn)廠家極力推行自己的編程語言，而在科研領域，大部分科研人員都已熟練掌握了C語言、VB等編程語言，一些科研項目的建設完全沒有必要采用PLC、DCS等動輒幾萬甚至幾十萬元的控制系統(tǒng)作為一次性的試驗投入。因此本文介紹一種基于51單片機構成的工業(yè)控制采集系統(tǒng)，成本不足千元，并且可以滿足相當一部分工業(yè)控制采集系統(tǒng)的需要。
1 系統(tǒng)組成
本系統(tǒng)由以下芯片組成：一片89C52單片機(限于篇幅，管腳說明見參考文獻)、兩片MAXl86AD采集、兩片74HC573作為開關量輸出鎖存、兩片74LS245作為開關量輸入信號緩沖、一片MAX232C用于與上位機通訊。16個采集通道部分原理圖如圖l所示。
MAXl86CS片選信號接單片機P2．7口，P2口一共可以接四片MAXl86，分別接P2．7、P2．6、P2．5、P2．4，如果需要更多的模擬量采集則需要使用74HCl38來進行譯碼，以擴展單片機接口，不過系統(tǒng)運行速度會減慢。
開關量的輸入采用74LS245進行緩沖，每片74LS245外部可以連接8個開關量輸入信號，緩沖器74LS245的CS片選信號接單片機P3的空引腳，例如P3～5位，當需要更多的開關量輸入信號時候可增加一片74LS245，將片選信號端接單片機P3口剩余的空引腳，如果空引腳不足，則需要將各片選信號接74HCl38譯碼器來根據(jù)需要擴展。
圖2所示為一片74LS245組成的8個開關量輸入通道。
開關量的輸出采用74HC573進行鎖存，每片74HC573可以輸出8個開關量信號，通過三極管8150放大信號后驅動繼電器線圈，如圖3所示。
鎖存器74HC573的選通信號由單片機P3～7位控制，鎖存允許信號直接接地，在P3～7為O時鎖存器輸出為P0口數(shù)據(jù)，可利用單片機P3～6位控制另外一片74HC573的選通與否，以擴展開關量輸出口。
通訊部分采用芯片MAX232C與上位機通訊，具體接線如圖4所示。
此通訊電路僅能實現(xiàn)15m的通訊距離，如果需要更長距離通訊，則需先將信號轉換為RS422全雙工信號，在計算機一端再轉換為RS232接入計算機即可。
2 編程環(huán)境及程序
本系統(tǒng)使用Keil V3．0作為編程環(huán)境(編程環(huán)境介紹見參考文獻)，MAXl86采集子程序如下：
開關量輸入輸出部分的程序在main函數(shù)中，由串口收到的上位機開關量狀態(tài)數(shù)據(jù)直接作為單片機輸出數(shù)據(jù)輸出到P0口，P0各位作為一個開關量通過圖3所示的放大電路驅動各開關量負載。單片機開關量輸入數(shù)據(jù)直接發(fā)送回上位機回顯單片機Pl口各位狀態(tài)。
3 結束語
本系統(tǒng)通過PCB制板封裝后，調(diào)試正常，16路數(shù)據(jù)采集正常，16路開關量輸入、16路開關量輸出正常，工作可靠安全，可脫離上位機單獨使用。如果需要擴展輸入輸出端口，只需使用MODBUS協(xié)議將此套系統(tǒng)組成RTU設備網(wǎng)絡即可實現(xiàn)。本系統(tǒng)不建議采用多片選通的方式增加輸入輸出口，這樣系統(tǒng)執(zhí)行速度會受到影響，采用STC89C52單片機一片不足5元，為了系統(tǒng)安全可靠的運行，所以采用多片單片機組成MODBUS網(wǎng)絡來進行擴展可以增加系統(tǒng)可靠性，而且每個控制模塊出現(xiàn)故障時不影響其他控制模塊的正常運行和通訊。
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