摘要：本文介紹了一種基于51單片機(jī)構(gòu)成的工業(yè)采集控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)滿足一般過程控制及數(shù)據(jù)采集等控制系統(tǒng)的需妻，可作為下位機(jī)并與labview或VB等編程系統(tǒng)組成的上位機(jī)通過RS232進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)采集，實(shí)踐證明此系統(tǒng)不僅體積小、成本低，而且是一種運(yùn)行可靠、安全、高速的控制系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞：MCS-51；數(shù)據(jù)采集；過程控制；labview

0 引言
    近年來自動(dòng)化控制領(lǐng)域日新月異，諸如PLC、DCS、PAC等控制系統(tǒng)層出不窮，但是諸如此類的控制系統(tǒng)的應(yīng)用需要相對昂貴的成本，一方面為了方便客戶使用，控制系統(tǒng)生產(chǎn)廠家極力推行自己的編程語言，而在科研領(lǐng)域，大部分科研人員都已熟練掌握了C語言、VB等編程語言，一些科研項(xiàng)目的建設(shè)完全沒有必要采用PLC、DCS等動(dòng)輒幾萬甚至幾十萬元的控制系統(tǒng)作為一次性的試驗(yàn)投入。因此本文介紹一種基于51單片機(jī)構(gòu)成的工業(yè)控制采集系統(tǒng)，成本不足千元，并且可以滿足相當(dāng)一部分工業(yè)控制采集系統(tǒng)的需要。

1 系統(tǒng)組成
    本系統(tǒng)由以下芯片組成：一片89C52單片機(jī)(限于篇幅，管腳說明見參考文獻(xiàn))、兩片MAXl86AD采集、兩片74HC573作為開關(guān)量輸出鎖存、兩片74LS245作為開關(guān)量輸入信號緩沖、一片MAX232C用于與上位機(jī)通訊。16個(gè)采集通道部分原理圖如圖l所示。

    MAXl86CS片選信號接單片機(jī)P2．7口，P2口一共可以接四片MAXl86，分別接P2．7、P2．6、P2．5、P2．4，如果需要更多的模擬量采集則需要使用74HCl38來進(jìn)行譯碼，以擴(kuò)展單片機(jī)接口，不過系統(tǒng)運(yùn)行速度會減慢。
    開關(guān)量的輸入采用74LS245進(jìn)行緩沖，每片74LS245外部可以連接8個(gè)開關(guān)量輸入信號，緩沖器74LS245的CS片選信號接單片機(jī)P3的空引腳，例如P3～5位，當(dāng)需要更多的開關(guān)量輸入信號時(shí)候可增加一片74LS245，將片選信號端接單片機(jī)P3口剩余的空引腳，如果空引腳不足，則需要將各片選信號接74HCl38譯碼器來根據(jù)需要擴(kuò)展。
    圖2所示為一片74LS245組成的8個(gè)開關(guān)量輸入通道。

    開關(guān)量的輸出采用74HC573進(jìn)行鎖存，每片74HC573可以輸出8個(gè)開關(guān)量信號，通過三極管8150放大信號后驅(qū)動(dòng)繼電器線圈，如圖3所示。
鎖存器74HC573的選通信號由單片機(jī)P3～7位控制，鎖存允許信號直接接地，在P3～7為O時(shí)鎖存器輸出為P0口數(shù)據(jù)，可利用單片機(jī)P3～6位控制另外一片74HC573的選通與否，以擴(kuò)展開關(guān)量輸出口。

    通訊部分采用芯片MAX232C與上位機(jī)通訊，具體接線如圖4所示。

    此通訊電路僅能實(shí)現(xiàn)15m的通訊距離，如果需要更長距離通訊，則需先將信號轉(zhuǎn)換為RS422全雙工信號，在計(jì)算機(jī)一端再轉(zhuǎn)換為RS232接入計(jì)算機(jī)即可。

2 編程環(huán)境及程序
    本系統(tǒng)使用Keil V3．0作為編程環(huán)境(編程環(huán)境介紹見參考文獻(xiàn))，MAXl86采集子程序如下：
    
   

    開關(guān)量輸入輸出部分的程序在main函數(shù)中，由串口收到的上位機(jī)開關(guān)量狀態(tài)數(shù)據(jù)直接作為單片機(jī)輸出數(shù)據(jù)輸出到P0口，P0各位作為一個(gè)開關(guān)量通過圖3所示的放大電路驅(qū)動(dòng)各開關(guān)量負(fù)載。單片機(jī)開關(guān)量輸入數(shù)據(jù)直接發(fā)送回上位機(jī)回顯單片機(jī)Pl口各位狀態(tài)。

3 結(jié)束語
    本系統(tǒng)通過PCB制板封裝后，調(diào)試正常，16路數(shù)據(jù)采集正常，16路開關(guān)量輸入、16路開關(guān)量輸出正常，工作可靠安全，可脫離上位機(jī)單獨(dú)使用。如果需要擴(kuò)展輸入輸出端口，只需使用MODBUS協(xié)議將此套系統(tǒng)組成RTU設(shè)備網(wǎng)絡(luò)即可實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)不建議采用多片選通的方式增加輸入輸出口，這樣系統(tǒng)執(zhí)行速度會受到影響，采用STC89C52單片機(jī)一片不足5元，為了系統(tǒng)安全可靠的運(yùn)行，所以采用多片單片機(jī)組成MODBUS網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行擴(kuò)展可以增加系統(tǒng)可靠性，而且每個(gè)控制模塊出現(xiàn)故障時(shí)不影響其他控制模塊的正常運(yùn)行和通訊。