基于PCL724卡的多传感器采集控制系统的研制

    在工业现场中，为了达到对现场实现精确控制的目的，往往需要实时采集来自现场的各种传感器信号，如自来水流量传感器、温度传感器以及瓦斯传感器等。如何实现对现场的各种传感器实时采集并作相应的参数越限事后处理将显得尤为必要。本文基于上述背景，应用PCL724卡建立了多传感器采集控制系统，实现了对来自现场的各种传感器实时采集，具有对各种传感器的参数上限值进行在线整定和声光报警的功能。

1 基本介绍

    1.1 PCL724卡

    PCL724卡是一种可编程、24个I/O口(其中CN2上有A、B两个口，CN3上有C口)、共50个引脚、模拟8255方式0的一种多功能数据采集卡。该卡具有光电隔离、中断设置、通信和遥控24路开关量的功能。其有关的参数如下：

    (1)特性

    ·具有24位TTL数字I/O口；

    ·能够模拟8255方式0；

    ·具有中断设置功能等。

    (2)应用范围

    ·工业交/直流监控；

    ·继电、开关监控；

    ·双向数据传输；

    ·驱动LED数码管；

    ·检测，TTL、DTLCMOS逻辑门的信号等。

    (3)输入信号

    ·逻辑高电压：2.0V～5.25 V；

    ·逻辑低电压：0.0V～0.80 V；

    ·高水平输入电流：20.0 mA；

    ·低水平输入电流：-0.2 mA。

    (4)输出信号

    ·逻辑高电压：2.4 V；

    ·逻辑低电压：0.4 V；

    ·高水平输出电流：-15.0 mA；

    ·低水平输出电流：24.0 mA。

    (5)传输速率

    ·典型值：300K字节/s；

    ·最大值：500K字节/s。

    (6)功耗

    ·典型值：0.5A，5V(±5％)；

    ·最大值：0.8A，5V(±5％)。

    使用该卡时只要将其插入在计算机的ISA槽中即可运行，其原理框图见图1。

图1 PCL724卡原理框图

    1.2 智能液晶终端

    智能液晶终端(KY系列)是北京金创业科技开发中心的产品，所应用的显示屏为：128×64分辨率；彩色带背光。智能液晶终端与PCL724卡的接口方式为：将PCL724卡CN2的A口两根I/O口线分别作为智能液晶终端的BuSY线(忙线)和DATA线(数据线)。

    1.3 传感器信号

    在实际应用中，我们使用的传感器的输出信号是200～1000Hz的频率制信号。在现场安装温度、流量等传感器后，从每一个传感器的F+、F-信号线引出，经过多路开关和光电隔离接至PCL724卡CN2的B口上的一根I/O线。

    1.4 微型打印机

    微型打印机采用炜煌公司的产品，微型打印机与PCL724卡的接口方式为：从CN2A口引出多余的两根线分别作为微型打印机的BUSY线(忙线)和DATA线(数据线)，其工作方式为串行方式。

2 多传感器采集控制系统

    2.1 硬件设计

    多传感器采集控制系统由多传感器采集单元和控制单元分两个部分组成。其中多传感器采集单元主要完成多传感器的采集、运算和显示功能以及参数越限后的声光报警功能；而控制单元主要完成控制的功能，即当出现传感器参数超限时，这时应启动执行机构(如继电器)控制现场设备继而来达到调节工业现场环境的目的。多传感器采集控制系统主要由以下几个部分组成：

    (1)多路传感器输入通道：多路传感器信号经过多路开关、光电隔离进入PCL724卡的CN2上的B口，实现传感器信号的采集过程。

    (2)人机通道配置：按需要配置键盘、显示器、打印机等。在该多传感器采集控制系统中，用键盘来在线整定各种传感器参数的上限值；用智能液晶终端

    来显示来自现场的各种传感器信号的大小(采用串行方式显示)；用蜂鸣器、LED及其放大电路来实现当传感器参数值超限时的声光报警；用微型打印机来打印传感器参数超限时的具体信息(包括超限值以及超限时间等)。

    (3)控制命令输出通道：当来自现场的传感器参数超限时，PCL724卡通过CN2A口输出控制指令，通过执行机构去控制现场的调节设备，实现采集闭环控制。其原理框图见图2。

图2 多传感器采集控制系统原理框图

    2.2 软件设计

    多传感器采集控制系统的软件主要包括多传感器的数据采集、运算处理及显示和输出控制两个部分。其软件主流程框图如图3。

图3 多传感器数据采集控制系统软件主流程框图

    PCL724卡传感器采集子程序流程框图如图4。

图4 多传感采集子程序流程框图

3 编程实例

    在本系统中，要实现多路传感器的数据采集，需要做以下几步准备工作：

    (1)首先，通过CL724卡上的拨码开关来设置该卡的基址(即A端口的地址)；这样就可以依次得到B口的地址：A端口的地址加1；C口的地址：A端口的地址加2；控制口的地址：A端口的地址加3。在本系统中，假设该卡的基址(A端口的地址)为2AOH，那么B、C、控制口的地址分别为：2A1H、2A2H、2A3H。

    (2)其次，通过向控制口写入控制字来设置A、B、C口的输入输出状态。在本系统中，通过向控制口(地址为2A3H)写入控制字8AH来定义A端口为输入口，而B、C端口为输出口。

    (3)接着，通过设置时间长度位1秒的寄存器，在此时间范围内不断检测传感器信号在该时段内的电平跳变变化次数，从而来测量该传感器信号的频率大小，并通过线性函数关系将其转换为可视化模拟量。在本系统中，Time为时间长度为1的计数器值，需要根据循环语句指令的执行时间具体计算得到。程序变量说明：W存储的是第一次读PBO的电平后的暂存值；W+1存储的是连续第二次读PBO的电平后的暂存值；W+2、W+3存储的是最终的传感器频率计数值(低、高位)。以下是PCL724卡的初始化和传感器采集模块的源代码(用IBM-PC汇编语言编写)：

4 结束语

    本文利用PCL724卡实现了多传感器数据采集，该采集算法所得到的检测结果误差可以控制在1％范围之内，在智能液晶终端上显示稳定，而且当参数超限时，声光报警电路能够报警及时、准确、可靠，基本达到了现场实际运行的要求，现已运用于煤矿安全参数(温度。瓦斯、一氧化碳等)的检测。将该卡完全可以广泛应用于化工、石油、电力等工业自动化控制系统中，具有良好的应用前景。