摘要：利用PIC16C76單片機(jī)和Modem芯片MSM7512B開發(fā)數(shù)據(jù)采集儀，通過電話網(wǎng)傳送給遠(yuǎn)程計算機(jī)。計算機(jī)機(jī)處理遠(yuǎn)程采集的信號并顯示處理結(jié)構(gòu)，用戶可在現(xiàn)有軟件平臺上，開發(fā)適合機(jī)電產(chǎn)品的遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng)或數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：單片機(jī) 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集 遠(yuǎn)程維護(hù) 機(jī)電產(chǎn)品

伴隨著計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控和故障診斷的研究得到了有識之士的廣泛注意，如大型火電機(jī)組和大型復(fù)雜設(shè)備的遠(yuǎn)程故障診斷[1][2]、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[3]。
可惜目前沒有一套統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和可進(jìn)行二次開發(fā)的遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng)平臺。筆者旨在開發(fā)一套中小型機(jī)電產(chǎn)品的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和維護(hù)系統(tǒng)的平臺，客戶可以在平臺上進(jìn)行二次開發(fā)，縮短開發(fā)各具體機(jī)電設(shè)備遠(yuǎn)程維護(hù)系統(tǒng)產(chǎn)品的周期。

1 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件框圖

數(shù)據(jù)采集量含有開關(guān)量和模擬量。現(xiàn)有大多數(shù)據(jù)據(jù)采集儀采用微機(jī)、內(nèi)插A/D采集板和開關(guān)量采集板，造價高、體積大、攜帶不方便。采用帶有A/D通道的PIC系列單片機(jī)采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，性價比將得到較大的提高。這對于機(jī)電產(chǎn)品的遠(yuǎn)程維護(hù)有著很大的意義。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖見。

現(xiàn)場采集采用自行開發(fā)的單片機(jī)數(shù)據(jù)采集儀。該數(shù)據(jù)采集儀含有Modem芯片，可直接與電話網(wǎng)相連。不同地方的數(shù)據(jù)采集儀可通過撥號與維護(hù)中心的計算機(jī)聯(lián)系，得到維護(hù)中心的應(yīng)答信號后才可以把采集數(shù)據(jù)傳送上去。數(shù)據(jù)采集儀僅把A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字量直接上傳，標(biāo)度變換工作留給維護(hù)中心的計算機(jī)完成，這使得數(shù)據(jù)采集儀具有較好的通用性。對某一機(jī)電產(chǎn)品的遠(yuǎn)程維護(hù)或數(shù)據(jù)采集僅改變維護(hù)中心的計算機(jī)軟件即可解決。

數(shù)據(jù)采集儀硬件原理圖
2 數(shù)據(jù)采集儀的硬件電路

該采集儀硬件原理如所示。多采集48點，可以滿足大部分小型機(jī)電產(chǎn)品測試點數(shù)的需要。不同的產(chǎn)品采集點數(shù)不同，采集的點數(shù)由維護(hù)中心的計算機(jī)發(fā)送下來。不同采集點當(dāng)選，用不同的轉(zhuǎn)接頭，把未采集的點對地短接起來，抑制干擾?？紤]到現(xiàn)場人員操作方便，維護(hù)中心的電話號碼固定在PIC16C76芯片中。按下按鈕K，RB4=0，繼電器J通電，常閉觸頭J1閉合，接通電話線。固化在PIC16C76芯片中的電話號碼通過RC4送給撥號芯片HT9200A。拔號期間指示燈D1閃亮，撥通并得到PC機(jī)的命令，RB4繼續(xù)為0，指示燈D1常亮，此時可以進(jìn)行采集數(shù)據(jù)的傳送。若在規(guī)定時間內(nèi)未能撥通，RB4=1，繼電器繼電，指示燈D1滅，可再次按K鍵進(jìn)行撥號。為減小體積，采用超小型PS系列的開關(guān)電源模塊PS0500AC5SR。

PIC16C76單片機(jī)內(nèi)含復(fù)位電路，可采用片外復(fù)位和上電片內(nèi)自行復(fù)位，選擇上電片內(nèi)復(fù)位。PIC16C76內(nèi)含看門狗電路、368字節(jié)RAM和8K字節(jié)ROM、5路A/D轉(zhuǎn)換。這里僅用到RA0一路，通過多路模塊轉(zhuǎn)換開關(guān)MC54HC4051芯片擴(kuò)展采集路數(shù)。每一片多路轉(zhuǎn)換開關(guān)有8路，共采用6片。某一片多路轉(zhuǎn)換開關(guān)的INH為高電平時，依據(jù)RB0、RB1、RB2的取值選擇某一路送到RA0。MC74HC04是六反相器，把74LS138選中的某一低電平信號反相變?yōu)楦唠娖剑瑥亩x中多路模擬轉(zhuǎn)換開關(guān)的某一片。MSM7512B是1200bps的半雙工FSK Modem芯片，外圍接口電路簡單。Mod1、Mod2控制MSM7512B的工作模式——調(diào)制/解調(diào)/掉電模式。RS是模擬信號輸出使能控制端，CD是輸入檢測的指示端。EAI為外部信號輸入端，音頻發(fā)生器HT9200A產(chǎn)生的信號通過EAI送給模擬輸出端AO，AI為模擬輸入端。

由于遠(yuǎn)程傳輸信號，直接從MSM7512B的AO端輸出后通過600Ω的耦合變壓器送到電話網(wǎng)上，功率太小。實踐證明無法地實現(xiàn)計算機(jī)與數(shù)據(jù)采集儀之間的正確通信，故采用LM324進(jìn)行運(yùn)算放大。經(jīng)過長距離實驗證，系統(tǒng)可以準(zhǔn)確通信。

3 軟件設(shè)計

3.1 PC機(jī)軟件設(shè)計

PC機(jī)的軟件采用Visual C++ 5.0編寫。不同的機(jī)電產(chǎn)品采集點不同，各點的名稱、標(biāo)度變換不相同，系統(tǒng)故障診斷程序也不可能相同。程序框中的參數(shù)名、正常值及點數(shù)表格顯示子程序，標(biāo)度變換子程序和故障診斷子程序源碼開放，客戶可利用現(xiàn)的軟件平臺進(jìn)行二次開發(fā)成某一產(chǎn)品所需的應(yīng)用軟件。

3.2 數(shù)據(jù)采集儀的程序設(shè)計

數(shù)據(jù)采集儀根據(jù)PC機(jī)發(fā)來的采集點數(shù)進(jìn)行采集，把采集到的數(shù)據(jù)傳送到PC機(jī)。不管是開關(guān)量還是模擬量，均當(dāng)作模擬量通過RA0進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換成8位數(shù)字量。程序框圖見。

4 應(yīng)用實例

把系統(tǒng)應(yīng)用到筆者開發(fā)的項目——全自動三帶同時捆扎大把捆鈔機(jī)上。實驗證實系統(tǒng)可以可靠遠(yuǎn)程采集大把捆鈔機(jī)的有關(guān)開關(guān)量信號，用表格的形式反映開關(guān)狀態(tài)是否正確，幫助維護(hù)人員修復(fù)故障。有關(guān)大把捆鈔機(jī)介紹見參考文獻(xiàn)[4]。
表1是縱帶帶頭送得太長時的待機(jī)時刻開關(guān)狀態(tài)表。從表1可知縱帶光電開關(guān)出問題，導(dǎo)致無法檢測縱帶頭到位信號，縱送帶電機(jī)僅靠延時停，出現(xiàn)送帶過長的故障。大把捆故障診斷程序有一定的難度 ，目前仍是靠技術(shù)人員根據(jù)測試狀態(tài)和表格提示判斷故障點。

（1）采用PIC16C76單片機(jī)與MSM7512B結(jié)合，開發(fā)出可直接連到公用電話網(wǎng)上的數(shù)據(jù)采集儀，經(jīng)驗證可靠。

（2）系統(tǒng)可應(yīng)用于部分中小型機(jī)電產(chǎn)品的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和遠(yuǎn)程維護(hù)。不同系統(tǒng)，需要客戶在現(xiàn)有軟件平臺上進(jìn)行二次開發(fā)。

（3）系統(tǒng)多采集點數(shù)為48點，開關(guān)量當(dāng)作模擬量采集，輸入電壓為0～+5V。超過或不在這一范圍應(yīng)通過分壓變換后輸入。

（4）設(shè)計出一套通用性強(qiáng)，易于二次開發(fā)的軟件平臺是相當(dāng)重要的。PC機(jī)的軟件平臺有待于進(jìn)一步的研究和開發(fā)。
表1 大把捆開關(guān)狀態(tài)表

提示（1）縱帶檢測片卡阻；

（2）光電開關(guān)壞掉；

（3）連接光電開關(guān)與電路板的導(dǎo)線斷掉。

參考文獻(xiàn):

[1]. PIC16C76 datasheet http://m.58mhw.cn/datasheet/PIC16C76_1304543.html.
[2]. MSM7512B datasheet http://m.58mhw.cn/datasheet/MSM7512B_1054782.html.
[3]. HT9200A datasheet http://m.58mhw.cn/datasheet/HT9200A_387989.html.
[4]. ROM datasheet http://m.58mhw.cn/datasheet/ROM_1188413.html.
[5]. MC54HC4051 datasheet http://m.58mhw.cn/datasheet/MC54HC4051_475304.html.
[6]. MC74HC04 datasheet http://m.58mhw.cn/datasheet/MC74HC04_60783.html.
[7]. 74LS138 datasheet http://m.58mhw.cn/datasheet/74LS138_1054480.html.
[8]. LM324 datasheet http://m.58mhw.cn/datasheet/LM324_1054816.html.