在工業(yè)現(xiàn)場中，為了達到對現(xiàn)場實現(xiàn)精確控制的目的，往往需要實時采集來自現(xiàn)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(xiàn)對現(xiàn)場的各種傳感器實時采集并作相應(yīng)的參數(shù)越限事后處理將顯得尤為必要。本文基于上述背景，應(yīng)用PCL724卡建立了多傳感器采集控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了對來自現(xiàn)場的各種傳感器實時采集，具有對各種傳感器的參數(shù)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(shù)據(jù)采集卡。該卡具有光電隔離、中斷設(shè)置、通信和遙控24路開關(guān)量的功能。其有關(guān)的參數(shù)如下：

(1)特性

·具有24位TTL數(shù)字I/O口；

·能夠模擬8255方式0；

·具有中斷設(shè)置功能等。

(2)應(yīng)用范圍

·工業(yè)交/直流監(jiān)控；

·繼電、開關(guān)監(jiān)控；

·雙向數(shù)據(jù)傳輸；

·驅(qū)動LED數(shù)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(chǎn)品，所應(yīng)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(shù)據(jù)線)。

1.3 傳感器信號

在實際應(yīng)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(xiàn)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(jīng)過多路開關(guān)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(chǎn)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(shù)據(jù)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(shè)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(shù)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(dāng)出現(xiàn)傳感器參數(shù)超限時，這時應(yīng)啟動執(zhí)行機構(gòu)(如繼電器)控制現(xiàn)場設(shè)備繼而來達到調(diào)節(jié)工業(yè)現(xiàn)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(jīng)過多路開關(guān)、光電隔離進入PCL724卡的CN2上的B口，實現(xiàn)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(shù)的上限值；用智能液晶終端

來顯示來自現(xiàn)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(xiàn)當(dāng)傳感器參數(shù)值超限時的聲光報警；用微型打印機來打印傳感器參數(shù)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(dāng)來自現(xiàn)場的傳感器參數(shù)超限時，PCL724卡通過CN2A口輸出控制指令，通過執(zhí)行機構(gòu)去控制現(xiàn)場的調(diào)節(jié)設(shè)備，實現(xiàn)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(shè)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(xiàn)多路傳感器的數(shù)據(jù)采集，需要做以下幾步準(zhǔn)備工作：

(1)首先，通過CL724卡上的撥碼開關(guān)來設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)置時間長度位1秒的寄存器，在此時間范圍內(nèi)不斷檢測傳感器信號在該時段內(nèi)的電平跳變變化次數(shù)，從而來測量該傳感器信號的頻率大小，并通過線性函數(shù)關(guān)系將其轉(zhuǎn)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(shù)器值，需要根據(jù)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(shù)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(jié)束語

本文利用PCL724卡實現(xiàn)了多傳感器數(shù)據(jù)采集，該采集算法所得到的檢測結(jié)果誤差可以控制在1％范圍之內(nèi)，在智能液晶終端上顯示穩(wěn)定，而且當(dāng)參數(shù)超限時，聲光報警電路能夠報警及時、準(zhǔn)確、可靠，基本達到了現(xiàn)場實際運行的要求，現(xiàn)已運用于煤礦安全參數(shù)(溫度。瓦斯、一氧化碳等)的檢測。將該卡完全可以廣泛應(yīng)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(yīng)用前景。