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基于RS-485总线的数据采集系统（一） |
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作者：苏晓龙? 王香婷??? 中国矿业大学 |
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摘要：基于RS-485总线的数据采集系统可实现对大坝坝体各方位的应变数据进行采集与数据处理。介绍了系统硬件和软件的设 |
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计，重点阐述了硬件电路中信号获取、信号放大、A/D转换、电源、通信、数据存储以及时钟等模块的设计与实现方法。给出 |
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了系统的软件设计框图。 |
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1.硬件设计 |
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1.1系统整体框图 |
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系统实质上是一个集散控制系统，更准确地说是一个远程数据采集系统，系统概念设计图如图1所示，系统整体框架图如图2所示 |
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1.2系统模块设计
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1.2.1信号获取模块 |
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系统采集大坝坝内各个方位的形变，这种形变反映出各个方位的压力值。选用NZS-25系列差阻式应变计，它是一种大量程大应 |
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变计，适用于大坝及其他混凝土建筑物内部、钢结构等的应变量测量。它与一般压力传感器的结构不同，是通过测量比值而得到 |
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压力值，其基本结构如图3所示。 |
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图3中，R1、R2为敏感电阻，其基准电阻值为40ΩΩ，在其没有受压时，2个电阻的阻值都不会发生变化，但是当受到外界作用 |
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的压力时，R1的电阻值会随着受到压力的不同而发生变化，R2阻值包此不变，这样R1和F2上的压降不同，通过2次测量分别得到 |
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R1、R2上的压降，再通过成苏计算出它们的比值，就可以反映压力的变化。 |
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1.2.2 信号放大模块 |
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系统采用的压力传感器输出的压力信号为mV级，电压信号过小，不能直接进行A/D转换，因此要对其进行放大，以达到转换器的 |
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要求。选用专用仪表放大器AD620芯片。此芯片内部采用差动输入，共模抑制比高。差模输入阻抗大，增益高，精度也非常好， |
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且外部接口简单。AD620放大器向A/D转换器提供的模拟输入电压为-2～2V，满足A/D转换器的要求 |
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1.2.3A/D转换模块 |
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A/D转换模块选用ICL7135芯片，其典型配置如图4所示。 |
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ICL7135的时钟由下位单片机的ALE端提供，因为下位机在P0、P2口没有扩展外围程序存储器和数据存储器，因此ALE端提供的时 |
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钟频率为系统时钟频率的1/12；此外，由于前级放大部分采用AD620，它是双电源供电，所以ICL7135也是双电源供电，且他们 |
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的电源要求相同。ICL7135和下位单片机的连接采用串行连接，如图5所示。 |
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1.2.4? 电源模块 |
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由于系统下位机位于大坝现场，电源无法从现场取得，必须由上位机提供，因此电源解决方案如图6所示。 |
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| 在主节点部分，通过总电源处理模块，将交流220V转换为直流12V，上位机的电源由自身的5V稳压模块提供，通过总电源线将 |
12V直流输送到下位机，下位机及其外围器件所需的电源都由下位机的电源模块提供，个别器件所需的特殊电压，由专用模块获 |
| 得。 |
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