芯动技术之一: 如何开发低成本的数据采集模块

引言

现在各行各业正受金融危机的影响, 大部分企业都在大幅度削减运营成本, 以求渡过这段最艰难的时期。就连美国第一大汽车制造商通用汽车在前几天(09年6月1日)向纽约当地破产法庭正式递交了破产保护申请, 这个百年老店轰然倒下, 2008年还是世界500强第9位, 如今已经风光不再, 难以为继。究其原因有很多, 成本控制就是其中之一, 比如通用汽车在氢动力汽车的新项目上, 就白白耗费了数十亿美元的投资，由此可略见一斑。

新项目的启动, 成本控制是一个比较复杂的系统工程, 不是三言两语就可以提出一个比较完美的解决方案。但为了企业能够“活下去”这个最高准则, 企业最好还是能省就省, “看住自己口袋点菜吃饭”比较符合我们中国人的优良传统。

废话少说, 言规正传。在分布式监控系统项目中, 经常用到各种各样的数据采集设备,比较常用的就是多路光电隔离输入、多路A/D转换、多路继电器/晶体管输出等, 其它一些比较特殊功能一般很少用到。这就引出一个问题, 既然我们在项目系统集成中, 只用到很少的一部分功能, 为什么还要选用功能齐全的PLC产品或工控板卡呢? (对可靠性、安全性有较高要求的除外), 这可是个不少的成本开支，特别对于批量大的产品。其实我们完全可以自己开发几块数据采集模块来解决系统集成中的成本问题, 这对于中小企业来说是个不错的主意。

 

一、   设计目标

l  11通道模拟量采集模块

输入范围: 0～5V,   精度: ±20mV

   输出:0～5000mV

l  通讯接口

接口：RS-422/485接口，±15KV ESD保护

协议：标准MODBUS协议 , 支持ASCII模式与RTU模式(通过板内跳线选择)

波特率： 9600、19200、38400、57600、115200 Bps ，可软件设定。

数据位： 8位

停止位： 1位

校验： Even(偶校验)/Odd(奇校验)/None(无), 可软件设定

模块地址：00～256    可软件设定

l  模块电源：+ DC12～30V  

功    耗：典型电流消耗 < 50 mA。

 

l  工作环境：工作温度：-20℃～70℃；  相对湿度：-5%～95%不结露。

l  安装方式：DIN导轨卡装 

l  体积：122mm *70mm * 43mm。

 

二、          芯片选型与电路设计

 

l 采用AVR MEGA8单片机, 原因是价格低廉, 要在线下载程序,特点如下：

在16MHZ频率下速度为16MIPS 的8 位RISC结构单片机

内含硬件乘法器

8K 字节的FLASH, 可在线下载程序,开发生产维护更容易

多达1K 字节的SRAM

32 个通用寄存器三个数据指针

512 字节的EEPROM 存贮器, 可以保存系统参数

多达18 个中断源,每个中断有独立的中断向量入口地址

2个8 位定时/计数器, 1个16 位定时/计数器

硬件USART,SPI和基于字节处理的I2C 接口

最多23 个IO 口,每个IO 口可负载40mA 的电流, 总电流不超过200mA

带独立振荡器的看门狗, 看门狗溢出时间分8 级可调

内置上电复位电路和可编程低电压检测BOD 复位电路

多达五种睡眠模式,给你更低的功耗和更灵活的选择

ATMEGA8L 工作电压2.7V-5.5V ,频率0-8MHZ ,

ATMEGA8  工作电压4.5-5.5V 频率0-16MHZ

 

l A/D转换芯片采用TLC2543, 其特点如下

12位分辩率A/D转换器；
在工作温度范围内10μs转换时间；
11个模拟输入通道；
3路内置自测试方式；
采样率为66kbps；

线性误差±1LSBmax；
有转换结束输出EOC；
具有单、双极性输出；
可编程的MSB或LSB前导；
可编程输出数据长度。

 

l 电源处理芯片

MC34063 是一块单片DC/DC 变换控制电路，内含直流到直流变换器所要求的主要功能。这些功能有：带有温度补偿的基准电压源、比较器、带激励电流限制的占空比可控振荡器、驱动器和大电流输出开关等。该电路是专为降压、升压和倒相应用所设计的，应用时外围元器件少。

 

 

 

 

 

 

 

l 详细的电路如下

 

 

 

三、          软件设计

标准MODBUS协议 , 支持ASCII模式与RTU模式

 

(略)