摘要：为针对一般的数据收集体系精度较低、价格较高的问题，规划了一种低本钱、高精度的多路数据收集体系体系由上、下位机两部分组成，上、下位机通过RS-485总线进行通讯。下位机选用C8051F350作为主操控器，A/D转化选用C8051F350内部24位∑-△型ADC，并规划了RS-485总线接口，便于接入RS-485总线网络、上位机软件运用LabVIEW编写，具有较好的人机交互界面实际运用标明，该体系能够满意高精度数据收集的要求。
数据收集是将模拟信号转化为数字信号并进行存储、数据处理及显现的进程，相应的体系称为数据收集体系。其首要使命是将传感器输出的信号通过调度后送往A/D模块完结转化，然后输入核算机进行数据处理及显现或传输。在工业范畴中，下位机和上位机结合组成的数据收集与操控体系日渐成为干流形式。下位机通过单片机和A/D转化器完结传感器输出信号的数据收集和简略数据处理，然后运用通讯总线将数据发送到核算机进行数据剖析处理，然后完结上、下位机的优势互补。
为了满意低本钱、高精度的要求，文中提出了一种根据C8051F350的高精度多路数据收集体系，充分运用C8051F350的片上24位具有低噪声和高线性度的∑-△型ADC，削减硬件电路的规划，提高了体系的可靠性和稳定性，并规划了RS-485通讯接口，可运用于RS-485网络及较远间隔的多路数据收集与传输。
1 概述
多路高精度数据收集体系是根据C8051F350片上24位∑-△型ADC和RS-485总线的弱电信号收集体系，可运用于传感器输出信号的收集、处理与传输，选用上、下位机的方法构建数据收集体系，上、下位机通过RS-485总线依照拟定的通讯协议进行通讯。在上位机上能够直接宣布操控指令，显现和保存各种信号数值，对数据进行剖析处理。下位机接纳上位机的操控指令，完结数据收集并将数据传输至上位机。
数据收集体系整体框图如图1所示。
2 数据收集体系硬件规划
数据收集体系硬件由信号扩大电路、A/D转化及主操控器、电压基准电路、RS-485通讯接口和电源电路组成。信号扩大模块对输入信号进行扩大，使信号处于参阅电压范围内;主操控器片内的ADC完结模拟信号的A/D转化;电压基准为A/D转化供给精准的参阅电压;主操控器担任整个体系的正常运转;RS-485通讯接口与上位机进行通讯;电源模块为各个模块供给作业电压。
2.1 信号扩大电路
因为传感器输出的模拟信号一般都比较弱小，需求将信号扩大至A/D转化范围内，以进行传感器数据的收集。
本文规划的数据收集体系选用扩大器AD623完结模拟信号的扩大，通道0的信号扩大电路如图2所示。
2.2 A/D转化及主操控器
8051F350是Silicon Laboratories公司推出的混合信号体系级芯片(SOC)，具有CIP-51微操控器内核，与MCS-51指令集彻底兼容;机器周期由规范的12个体系时钟降为1个体系时钟周期，处理速度大大提高，峰值速度可达50 MIPS。
C8051F350单片机片上资源有24位∑-△型ADC、电压基准、UART0、SPI、SMBus等。本体系运用C8051F350片上24位∑-△型ADC来完结模拟信号的A/D转化，运用外部高精度电压基准源作为参阅电压，A/D转化及主操控器电路如图3所示。为了取得较高的转化精度和稳定性，PGA =1，并运用SINC3滤波器，ADC0调制时钟MDCLK为2.21184 MHz，抽取比为1728，转化速率为10 Hz。
2.3 电压基准电路
电压基准为A/D转化器供给参阅电压，基准电压的精度直接影响A/D转化的精度。为确保数据收集的精度，本体系选用MAX6325作为电压基准源。
MAX6325是低噪声、高精度电压基准，温度系数1.0 ppm/℃，初始精度±0.02%。电压基准电路如图4所示。
2.4 通讯接口
RS-485总线选用平衡驱动器和差分接纳器的方法进行数据传输，具有抗共模搅扰才能强，抗噪声搅扰性好的特色。本体系选用RS-485总线进行上、下位机的通讯和数据传输，下位机通过通讯接口接受指令，完结相应的数据收集，通过通讯接口将收集数据传输至上位机。RS-485通讯接口模块如图5所示。
2.5 电源电路
数据收集设备选用可充电锂电池或直流电源供电，电源电路给设备内各个模块的元件器供给作业电压。本体系所选用低作业电压的芯片，整个设备需求+5 V和+3.3 V电压，降低了数据收集设备的功耗，提高了可靠性和抗搅扰才能，电源芯片选用LM1117DTX-5.0和LM1117 DTX-3.3。
3 数据收集体系软件规划
3.1 单片机程序规划
选用Silicon Laboratories公司的集成开发环境为开发渠道，运用图形化装备软件对各个模块进行装备。程序流程图如图6所示，程序包含主程序、数据收集及处理、数据传输、串口中止等部分。串口中止中对接纳到的数据进行剖析，如果是有用指令，则置位数据收集标志位并传递至主程序中，在主程序中完结数据收集与处理以及数据传输，完结之后铲除数据收集标志位。
3.2 上位机软件规划
LabVIEW是由美国国家仪器公司(National Instruments)推出的、首要面向核算机测控范畴的虚拟仪器软件开发渠道，是一种根据图形开发、调试和运转的集成化环境。
LabVIEW的函数库中供给了串口通讯函数，可用来规划下位机与PC机的串口通讯。界说通讯协议如下：密码字+接纳方地址+发送方地址+指令字+数据帧长+数据域+完毕字，波特率：9 600，数据位：8，中止位：1，无奇偶校验。上位机与下位机串口通讯的程序框图如图7所示，首要上位机向下位机发送数据收集指令，然后等候下位机收集并上传数据，接着上位机从串口中读取下位机上传的数据，并回来主程序持续履行。
4 在弹箭质量质心丈量中的运用
弹箭质量质心是一项重要的静态参数，在弹箭的研发进程中需求完结精确的丈量。一般选用称重传感器丈量出各个支点所接受的力，通过核算得出质量和质心。表1为三组不同质量样柱的实测数据，由表1可知，体系丈量精度优于0.1‰，满意弹箭质量质心高精度丈量要求。
5 定论
该多路高精度数据收集体系，充分运用C8051F350片内24位∑-△型ADC，降低了本钱，削减了芯片数量，使得电路板细巧、简便，可运用于本钱低、体积小的场合。通过调试与实验，其收集精度和数据传输均到达规划要求，可满意多路高精度数据收集的需求，并成功运用于弹箭质量质心测验体系。
