基于RS-485总线的数据采集系统

　　1 硬件设计

　　1.1 系统整体框图

　　系统实质上是一个集散控制系统，更准确地说是一个远程数据采集系统，系统概念设计图如图1所示，系统整体框架图如图2所示。

　　1.2 系统模块设计

　　1.2.1 信号获取模块

　　系统采集大坝坝内各个方位的形变，这种形变反映出各个方位的压力值。选用NZS - 25系列差阻式应变计，它是一种大量程大应变计，适用于大坝及其他混凝土建筑物内部、钢结构等的应变量测量。它与一般压力传感器的结构不同，是通过测量比值而得到压力值，其基本结构如图3所示。

　　图3中，R1、R2为敏感电阻，其基准电阻值为40Ω，在其没有受压时，2个电阻的阻值都不会发生变化，但是当受到外界作用的压力时，R1的电阻值会随着受到压力的不同而发生变化阻值保持不变，这样R1和R2上的压降不同，通过2次测量分别得到R1、R2上的压降，再通过程序计算出它们的比值，就可以反映压力的变化。

　　1.2.2 信号放大模块

　　系统采用的压力传感器输出的电压信号为mV级，电压信号过小，不能直接进行A/D转换，因此要对其进行放大，以达到转换器的要求。选用专用仪表放大器AD620芯片。此芯片内部采用差动输入，共模抑制比高，差模输入阻抗大，增益高，精度也非常好，且外部接口简单。AD620放大器向A/D转换器提供的模拟输入电压为-2～2V，满足A/D转换器的要求。

　　1.2.3 A/D转换模块

　　转换模块选用ICL7135芯片，其典型配置如图4所示。

　　ICL7135的时钟由下位单片机的ALE端提供，因为下位机在P0、P2口没有扩展外围程序存储器和数据存储器，因此端提供的时钟频率为系统时钟频率的1/12;此外，由于前级放大部分采用AD620，它是双电源供电，所以ICL7135也是双电源供电，且他们的电源要求相同。ICL7135和下位单片机的连接采用串行连接，如图5所示。

　　1.2.4 电源模块

　　由于系统下位机位于大坝现场，电源无法从现场取得，必须由上位机提供，因此电源解决方案如图6所示。

　　在主节点部分，通过总电源处理模块，将交流220V转换为直流12V，上位机的电源由自身的5V稳压模块提供，通过总电源线将12V直流输送到下位机，下位机及其外围器件所需的电源都由下位机的电源模块提供，个别器件所需的特殊电压，由专用模块获得。

　　1.2.5 通信模块

　　总线采用双绞线差分传输方式，可连接成半双工和全双工方式，最远传输距离为112km。系统数据通信采用半双工通信方式，即整个网络中任一时刻只能由一个节点成为主节点，处于发送状态，并向总线发送数据，其他的节点都必须处于接收状态，如果2个或2个以上节点同时向总线发送数据，将导致所有发送方发送数据失败，因此通信网一般采取主从式即主节点控制整个网络的通信时序，使总线上的各节点分时使用总线，解决总线数据传输的冲突。