中小型机电产品远程维护平台的研究

摘要：利用PIC16C76单片机和Modem芯片MSM7512B开发数据采集仪，通过电话网传送给远程计算机。计算机机处理远程采集的信号并显示处理结构，用户可在现有软件平台上，开发适合机电产品的远程维护系统或数据采集系统。 关键词：单片机 远程数据采集 远程维护 机电产品 伴随着计算机技术和通信技术的发展，远程数据采集、监控和故障诊断的研究得到了有识之士的广泛注意，如大型火电机组和大型复杂设备的远程故障诊断[1][2]、远程数据采集系统[3]。 可惜目前没有一套统一的标准和可进行二次开发的远程维护系统平台。 笔者旨在开发一套中小型机电产品的远程数据采集和维护系统的平台，客户可以在平台上进行二次开发，缩短开发各具体机电设备远程维护系统产品的周期。 1 远程数据采集系统硬件框图 数据采集量含有开关量和模拟量。现有大多数据据采集仪采用微机、内插A/D采集板和开关量采集板，造价高、体积大、携带不方便。采用带有A/D通道的PIC系列单片机采集现场数据，性价比将得到较大的提高。这对于机电产品的远程维护有着很大的意义。系统硬件结构框图见图1。 现场采集采用自行开发的单片机数据采集仪。该数据采集仪含有Modem芯片，可直接与电话网相连。不同地方的数据采集仪可通过拨号与维护中心的计算机联系，得到维护中心的应答信号后才可以把采集数据传送上去。数据采集仪仅把A/D转换的数字量直接上传，标度变换工作留给维护中心的计算机完成，这使得数据采集仪具有较好的通用性。对某一机电产品的远程维护或数据采集仅改变维护中心的计算机软件即可解决。 图2 数据采集仪硬件原理图 2 数据采集仪的硬件电路 该采集仪硬件原理如图2所示。最多采集48点，可以满足大部分小型机电产品测试点数的需要。不同的产品采集点数不同，采集的点数由维护中心的计算机发送下来。不同采集点当选，用不同的转接头，把未采集的点对地短接起来，抑制干扰。考虑到现场人员操作方便，维护中心的电话号码固定在PIC16C76芯片中。按下按钮K，RB4=0，继电器J通电，常闭触头J1闭合，接通电话线。固化在PIC16C76芯片中的电话号码通过RC4送给拨号芯片HT9200A。拔号期间指示灯D1闪亮，拨通并得到PC机的命令，RB4继续为0，指示灯D1常亮，此时可以进行采集数据的传送。若在规定时间内未能拨通，RB4=1，继电器继电，指示灯D1灭，可再次按K键进行拨号。为减小体积，采用超小型PS系列的开关电源模块PS0500AC5SR。 PIC16C76单片机内含复位电路，可采用片外复位和上电片内自行复位，图2选择上电片内复位。PIC16C76内含看门狗电路、368字节RAM和8K字节ROM、5路A/D转换。这里仅用到RA0一路，通过多路模块转换开关MC54HC4051芯片扩展采集路数。每一片多路转换开关有8路，共采用6片。 某一片多路转换开关的INH为高电平时，依据RB0、RB1、RB2的取值选择某一路送到RA0。MC74HC04是六反相器，把74LS138选中的某一低电平信号反相变为高电平，从而选中多路模拟转换开关的某一片。MSM7512B是1200bps的半双工FSK Modem芯片，外围接口电路简单。Mod1、Mod2控制MSM7512B的工作模式——调制/解调/掉电模式。RS是模拟信号输出使能控制端，CD是输入检测的指示端。EAI为外部信号输入端，音频发生器HT9200A产生的信号通过EAI送给模拟输出端AO，AI为模拟输入端。 由于远程传输信号，直接从MSM7512B的AO端输出后通过600Ω的耦合变压器送到电话网上，功率太小。实践证明无法地实现计算机与数据采集仪之间的正确通信，故采用LM324进行运算放大。经过长距离实验证，系统可以准确通信。 3 软件设计 3.1 PC机软件设计 PC机的软件采用Visual C++ 5.0编写。不同的机电产品采集点不同，各点的名称、标度变换不相同，系统故障诊断程序也不可能相同。程序框图3中的参数名、正常值及点数表格显示子程序，标度变换子程序和故障诊断子程序源码开放，客户可利用现的软件平台进行二次开发成某一产品所需的应用软件。 3.2 数据采集仪的程序设计 数据采集仪根据PC机发来的采集点数进行采集，把采集到的数据传送到PC机。不管是开关量还是模拟量，均当作模拟量通过RA0进行A/D转换成8位数字量。程序框图见图4。 4 应用实例 把系统应用到笔者开发的项目——全自动三带同时捆扎大把捆钞机上。实验证实系统可以可靠远程采集大把捆钞机的有关开关量信号，用表格的形式反映开关状态是否正确，帮助维护人员修复故障。有关大把捆钞机介绍见参考文献[4]。 表1是纵带带头送得太长时的待机时刻开关状态表。从表1可知纵带光电开关出问题，导致无法检测纵带头到位信号，纵送带电机仅靠延时停，出现送带过长的故障。大把捆故障诊断程序有一定的难度 ，目前仍是靠技术人员根据测试状态和表格提示判断故障点。 （1）采用PIC16C76单片机与MSM7512B结合，开发出可直接连到公用电话网上的数据采集仪，经验证可靠。 （2）系统可应用于部分中小型机电产品的远程数据采集和远程维护。不同系统，需要客户在现有软件平台上进行二次开发。 （3）系统最多采集点数为48点，开关量当作模拟量采集，输入电压为0～+5V。超过或不在这一范围应通过分压变换后输入。 （4）设计出一套通用性强，易于二次开发的软件平台是相当重要的。PC机的软件平台有待于进一步的研究和开发。 表1 大把捆开关状态表 测点名称 实测开关状态 正常状态 判 断 纵带光电开关 横一光电开关 横二光电开关 凸轮光电开关 凸轮归位光电开关 小车到位光电开关 夹币最大限位开关 夹币最小限位开关 夹币光电开关 下加热片到位开关 打小锤到位光电开关 压钞板下降到位开关 一次压到位光电开关 截止 导通 导通 导通 导通 导通 截止 导通 寻通 截止 导通 截止 导通 导通 导通 导通 导通 导通 导通 截止 导通 导通 截止 导通 截止 导通 错误 正确 正确 正确 正确 正确 正确 正确 正确 正确 正确 正确 正确 提示（1）纵带检测片卡阻； （2）光电开关坏掉； （3）连接光电开关与电路板的导线断掉。