基于em79p458單片機的數據采集系統設計

1硬件設計1.1韋根德磁路由于zp105a的零功率磁敏傳感器是用來測量數據的，因此它符合系統的負荷和安全性要求。零功耗磁敏傳感器是利用韋根德效應制成的，又名韋根德傳感器，是利用磁性雙穩態功能合金材料中的磁疇在磁場中的運動特性制作而成。當外磁場發生變化時，磁疇磁化方向瞬間發生翻轉，而當外磁場撤離后又瞬間恢復到原有的磁化方向，由此在合金材料周圍的檢測線圈中感生出電脈沖信號而實現磁電轉換。該傳感器工作時無須使用外加電源，適用于微功耗儀表。輸出信號幅值與磁場的變化速度無關，可實現“零速”傳感。無觸點、耐腐蝕、防水，壽命在2億次以上。1.2em鋼結構設計為滿足系統低功耗、低價能比的要求，選用了帶休眠功能的臺灣義隆公司生產的EM78P458單片機作為數據采集處理芯片。EM78P458單片機是高速CMOS技術的8位單片機，內部集成有4K×13位OTP型ROM,98×8位SRAM,8位可編程定時器/計數器，8位AD轉換器，1個比較器，1個WDT，同時還具有內、外部中斷，雙向三態I/O口及低功耗的休眠方式（休眠時電流僅為1μA）。具有系統外部接口簡單、實用、廉價等特點(1)。1.3實驗數據采集器電路數據采集器以EM78P458單片機為核心，通過零功耗磁敏傳感器對傳統電表、水表、氣表和暖氣表的改進使其成為遠傳表。以普通的煤氣表為例，選擇在基表最后一級齒輪處加一磁鐵（不算顯示部分的逐級傳遞齒輪）。該級齒輪每轉一圈都要撥動顯示部分的逐級傳遞齒輪8次，每撥一次是0.001m3，每轉一圈共計0.008m3的煤氣，即最后一級齒輪每轉125圈撥動顯示部分的逐級傳遞齒輪1000次，煤氣表的顯示部分的計數為1m3。當小磁鐵經過零功耗磁敏傳感器ZP105A表面時，ZP105A產生脈沖信號，利用EM78P458單片機的I/O口引起中斷，喚醒單片機，單片機的數據存儲區單元1的內容自動加1，當加到125時，數據存儲區單元2的內容自動加1，單元1的內容自動清零。數據存儲區單元2的內容即為煤氣表用量的整數值，通過計算，可得煤氣表用量的實際值?；贓M78P458單片機的數據采集器電路原理圖如圖1所示。圖1中，EM78P458單片機通過P6.6口接收ZP105A型韋根德零功耗磁敏傳感的脈沖信號，通過P6.0～P6.3口擴展顯示器。通過P6.7、P5.5口擴展串行通信口，與上位機實現通信。為了充分利用單片機資源、提高測量精度、降低功耗，平時單片機處于休眠狀態，當零功耗磁敏傳感器ZP105A有輸出時，通過P6.6口喚醒單片機，單片機進行一次計數測量。如果需要通過顯示器查閱煤氣用量時，可隨時通過按鍵SB經P6.5口喚醒單片機，使顯示器顯示當前的煤氣用量值。可通過串行口實現與上位機的通信，從而實現采集數據的遠傳。2數據收集軟件的設計2.1煤氣表用量的動態補償模塊單片機系統軟件利用匯編語言采用模塊化方法進行程序設計，分2級嵌套（主控模塊和子程序模塊）。主程序對單片機進行初始化，設置休眠方式，巡回檢測喚醒方式，若有喚醒，則進入到相應的子程序模塊中。否則，繼續休眠。初始化模塊用于完成內部寄存器的設置，顯示器的初始狀態設置，休眠、喚醒方式的設置。休眠等待模塊使單片機系統進入休眠狀態（主要目的在于低功耗），等待其他方式的喚醒。測量子程序模塊用于單片機的數據存儲區單元計數，進行計算，將煤氣表用量的實際值送顯示緩存區以備顯示用。顯示子程序模塊用于顯示當前煤氣表用量的實際值。串口發送子程序模塊用于實現煤氣表用量實際值的遠傳，實現自動抄表。主控程序模塊框圖如圖2所示。2.2上位機煤氣費的計算上位機可采用PC以上的微機，當需要采集煤氣表的數據時，可通過串行口喚醒數據采集器的單片機，將當前用戶的煤氣實際用量送入上位機，上位機通過對用戶數據的處理并與上次用戶交費時的用氣量比較，計算出用戶本次應繳納的煤氣費并存儲，作為收取用戶煤氣費的原始數據。上位機的軟件設計采用VB高級語言實現。3系統能耗分析a.單片機選用EM78P458，它具有低功耗休眠工作狀態。采用32.768kHz晶振，EM78P458單片機休眠時電流為1μA，工作時電流為15μA。b.由于測量、顯示查閱、串行口發送等都是通過使單片機從休眠狀態中喚醒而完成相應的功能，因此，單片機系統大部分時間處于休眠狀態。測量頻繁，是耗能的主要來源，顯示查閱、串口發送只是在管理人員需要時才用到，其耗能很少。c.在數據采集電路中，由于采用了零功耗磁敏傳感器，降低了系統的功耗。d.整個系統中的器件均采用了低功耗器件，外圍芯片采用CMOS低功耗貼片器件，電阻選用低功耗電阻，顯示器靜態工作電流為2μA，動態工作電流為50μA，平時不顯示。由于采用了以上低功耗措施，使整個系統功耗很低。休眠時，整機實測電流為8μA；工作時，整機實測電流為26μA；顯示時，整機實測電流為58μA。單片機大部分時間處于低功耗休眠工作狀態，整機測量工作時間較短，顯示、串口發送只有需要時才用，所以整機功耗仍很小。采用一節6A·h電池供電，本儀表工作時間可達8年以上。4數據采集器本文以普通的煤氣表為例，選用了零功耗磁敏傳感器和低功耗的