基于PCL724卡多傳感器實時采集控制系統(tǒng)設計方案

在工業(yè)現場中，為了達到對現場實現精確控制的目的，往往需要實時采集來自現場的各種傳感器信號，如自來水流量傳感器、溫度傳感器以及瓦斯傳感器等。如何實現對現場的各種傳感器實時采集并作相應的參數越限事后處理將顯得尤為必要。本文基于上述背景，應用PCL724卡建立了多傳感器采集控制系統(tǒng)，實現了對來自現場的各種傳感器實時采集，具有對各種傳感器的參數上限值進行在線整定和聲光報警的功能。

1 基本介紹

1.1 PCL724卡

PCL724卡是一種可編程、24個I/O口(其中CN2上有A、B兩個口，CN3上有C口)、共50個引腳、模擬8255方式0的一種多功能數據采集卡。該卡具有光電隔離、中斷設置、通信和遙控24路開關量的功能。其有關的參數如下：

(1)特性

·具有24位TTL數字I/O口；

·能夠模擬8255方式0；

·具有中斷設置功能等。

(2)應用范圍

·工業(yè)交/直流監(jiān)控；

·繼電、開關監(jiān)控；

·雙向數據傳輸；

·驅動LED數碼管；

·檢測，TTL、DTLCMOS邏輯門的信號等。

(3)輸入信號

·邏輯高電壓：2.0V～5.25 V；

·邏輯低電壓：0.0V～0.80 V；

·高水平輸入電流：20.0 mA；

·低水平輸入電流：-0.2 mA。

(4)輸出信號

·邏輯高電壓：2.4 V；

·邏輯低電壓：0.4 V；

·高水平輸出電流：-15.0 mA；

·低水平輸出電流：24.0 mA。

(5)傳輸速率

·典型值：300K字節(jié)/s；

·最大值：500K字節(jié)/s。

(6)功耗

·典型值：0.5A，5V(±5％)；

·最大值：0.8A，5V(±5％)。

使用該卡時只要將其插入在計算機的ISA槽中即可運行，其原理框圖見圖1。

圖1 PCL724卡原理框圖

1.2 智能液晶終端

智能液晶終端(KY系列)是北京金創(chuàng)業(yè)科技開發(fā)中心的產品，所應用的顯示屏為：128×64分辨率；彩色帶背光。智能液晶終端與PCL724卡的接口方式為：將PCL724卡CN2的A口兩根I/O口線分別作為智能液晶終端的BuSY線(忙線)和DATA線(數據線)。

1.3 傳感器信號

在實際應用中，我們使用的傳感器的輸出信號是200～1000Hz的頻率制信號。在現場安裝溫度、流量等傳感器后，從每一個傳感器的F+、F-信號線引出，經過多路開關和光電隔離接至PCL724卡CN2的B口上的一根I/O線。

1.4 微型打印機

微型打印機采用煒煌公司的產品，微型打印機與PCL724卡的接口方式為：從CN2A口引出多余的兩根線分別作為微型打印機的BUSY線(忙線)和DATA線(數據線)，其工作方式為串行方式。

2 多傳感器采集控制系統(tǒng)

2.1 硬件設計

多傳感器采集控制系統(tǒng)由多傳感器采集單元和控制單元分兩個部分組成。其中多傳感器采集單元主要完成多傳感器的采集、運算和顯示功能以及參數越限后的聲光報警功能；而控制單元主要完成控制的功能，即當出現傳感器參數超限時，這時應啟動執(zhí)行機構(如繼電器)控制現場設備繼而來達到調節(jié)工業(yè)現場環(huán)境的目的。多傳感器采集控制系統(tǒng)主要由以下幾個部分組成：

(1)多路傳感器輸入通道：多路傳感器信號經過多路開關、光電隔離進入PCL724卡的CN2上的B口，實現傳感器信號的采集過程。

(2)人機通道配置：按需要配置鍵盤、顯示器、打印機等。在該多傳感器采集控制系統(tǒng)中，用鍵盤來在線整定各種傳感器參數的上限值；用智能液晶終端

來顯示來自現場的各種傳感器信號的大小(采用串行方式顯示)；用蜂鳴器、LED及其放大電路來實現當傳感器參數值超限時的聲光報警；用微型打印機來打印傳感器參數超限時的具體信息(包括超限值以及超限時間等)。

(3)控制命令輸出通道：當來自現場的傳感器參數超限時，PCL724卡通過CN2A口輸出控制指令，通過執(zhí)行機構去控制現場的調節(jié)設備，實現采集閉環(huán)控制。其原理框圖見圖2。

圖2 多傳感器采集控制系統(tǒng)原理框圖

2.2 軟件設計

多傳感器采集控制系統(tǒng)的軟件主要包括多傳感器的數據采集、運算處理及顯示和輸出控制兩個部分。其軟件主流程框圖如圖3。

圖3 多傳感器數據采集控制系統(tǒng)軟件主流程框圖

PCL724卡傳感器采集子程序流程框圖如圖4。

圖4 多傳感采集子程序流程框圖

3 編程實例

在本系統(tǒng)中，要實現多路傳感器的數據采集，需要做以下幾步準備工作：

(1)首先，通過CL724卡上的撥碼開關來設置該卡的基址(即A端口的地址)；這樣就可以依次得到B口的地址：A端口的地址加1；C口的地址：A端口的地址加2；控制口的地址：A端口的地址加3。在本系統(tǒng)中，假設該卡的基址(A端口的地址)為2AOH，那么B、C、控制口的地址分別為：2A1H、2A2H、2A3H。

(2)其次，通過向控制口寫入控制字來設置A、B、C口的輸入輸出狀態(tài)。在本系統(tǒng)中，通過向控制口(地址為2A3H)寫入控制字8AH來定義A端口為輸入口，而B、C端口為輸出口。

(3)接著，通過設置時間長度位1秒的寄存器，在此時間范圍內不斷檢測傳感器信號在該時段內的電平跳變變化次數，從而來測量該傳感器信號的頻率大小，并通過線性函數關系將其轉換為可視化模擬量。在本系統(tǒng)中，Time為時間長度為1的計數器值，需要根據循環(huán)語句指令的執(zhí)行時間具體計算得到。程序變量說明：W存儲的是第一次讀PBO的電平后的暫存值；W+1存儲的是連續(xù)第二次讀PBO的電平后的暫存值；W+2、W+3存儲的是最終的傳感器頻率計數值(低、高位)。以下是PCL724卡的初始化和傳感器采集模塊的源代碼(用IBM-PC匯編語言編寫)：

4 結束語

本文利用PCL724卡實現了多傳感器數據采集，該采集算法所得到的檢測結果誤差可以控制在1％范圍之內，在智能液晶終端上顯示穩(wěn)定，而且當參數超限時，聲光報警電路能夠報警及時、準確、可靠，基本達到了現場實際運行的要求，現已運用于煤礦安全參數(溫度。瓦斯、一氧化碳等)的檢測。將該卡完全可以廣泛應用于化工、石油、電力等工業(yè)自動化控制系統(tǒng)中，具有良好的應用前景。