多路数据采集系统_本科毕业论文(编辑修改稿)

多路数据采集系统_本科毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

航技术、工业等领域。 由于集成电路制造技术的不断提高，出现了高性能、高可靠的单片机数据采集系统 (DAS)。 数据采集技术已经成为一种专门的技术，在工业领域得到了广泛的应用。 该阶段的数据采集系统河南大学本科毕业生学士学位论文 第 2 页 采用模 块式结构，根据不同的应用要求，通过简单的增加和更改模块，井结合系统编程，就可扩展或修改系统，迅速组成一个新的系统。 [1] 尽管现在以微机为核心的可编程数据采集与处理采集技术的发展方向得到了迅速的发展，而且组成一个数据采集系统只需要一块数据采集卡，把它插在微机的扩展槽内并辅以应用软件，就能实现数据采集功能，但这井不会对基于单片机为核心的数据采集系统产生影响。 相较于数据采集板卡成本和功能的限制，单片机其多功能、高效率、高性能、低电压、低功耗、低价格等优点，而单片机 又其有精度较高、转换速度快、能够对多点同时 进行采 集，因此能够开发出能满足实际应用要求的、电路结构简单的、可靠性高的数据采集系统。 这就使得以单片机为核心的数据采集系统在许多领域得到了广泛的应用。 国内外在该方向的研究现状及分析 数据采集系统是通 过采集传感器输出的模拟信号并转换成数字信号，并进行析、处理、传输 、显示、存储和显示。 它起始于 20 世纪中期，在过去的几十年里，随着信息领域各种技术的发展，在数据采集方面的技术也取得了长足的进步，采集数据的信息化是日前社会的发展主流方向。 各种领域都用到了数据采集，在石油勘探、科学实验、飞机飞行、地震数据采集 、卫 星遥感成像、无人机、舰载传感器系统 领域已经得到应用。 [1] 国内在该方向的研究现状 早期， 对于大部分制造业企业，测量仪器的自动数据采集一直是个令人烦恼的事情，即使仪器已经具有 RS232/485 等接口，但仍然在使用一边测量，一边手工记录到纸张，最后再输入到 PC 中处理的方式，不但工作繁重，同时也无法保证数据的准确性，常常管理人员得到的数据已经是滞后了一两天的数据；而对于现场的不良产品信息及相关的产量数据，如何实现高效率、简洁、实时的数据采集更是一大难题。 由研究人员研发的 生产现场实时数据采集 系统解决 了这一问题， 整个系统采用分布式结构，软、硬件均采用了模块化设计。 数据采集部分采用自行开发的带光隔离的 RS485 网，通信效率高，安全性好，结构简单。 后台系统可根据实际被监控系统规模大小及要求，构成 485 网、 Novell 网及 Windows NT 网等分布式网络。 由于软、硬件均为分布式、模块化结构，因而便于系统升级、维护，且根据需要组成不同的系统。 .数据处理在 Windows NT 平台上采用Visual C++语言编程，处理能力强、速度快、界面友好，可实现网络数据共享。 [2] 我国的数字 地震观测系统主要采用 TDE124C 型地震数据采集系统。 近年来，又成功研制了动态范围更大、线性度更 高， .兼容性更强、低功耗可靠性的TDE3240 型地震数据采集系统。 该数据采集对地 震计输出的电信号模拟放大后送至 A/D 数字 化， A/D 采用同时 采样，采样数据经 DSP 数字 滤波处理后， 变成数字地震信号。 该数据采集系统具 备 24 位 A/D 转换芯片 ，采样率有 5 0HZ,100HZ,200HZ。 [1] 河南大学本科毕业生学士学位论文 第 3 页 国外在该方向的研究现状 由美国 PASCO 公司生产的“科学工作室”是将数据采集应用于物理实验的崭新系统，它由 3 部分组成 :（ 1）传感 器 :利用先进的传感技术可实时采集技术可实时采集物理实验中各物理量的数据。 （ 2）计算机接口 :将来自传感器的数据信号输入计算机，采样速率最高为 25 万次 /S。 （ 3）软件 :中文及英文的应用软件。 [1] 受需求牵引，新一代机载数据采集系统为满足飞行实验应用也在快速地发展。 如爱尔兰 ACRA 公司 2020 年研发推出的新一代 KAM500 机载数据采集系统。 到了 2020 年。 本系统采用 16 位模数转换芯片，总采样率达 500K/s，可以利用方式组成高达 1000 通道的大容量的分布式采集系统。 [1] 该课题研究的主要内容 数据 采集技术是信息科学的重要分支之一，它研究信息数据的采集、存储、 处理以及控制等问题。 它 是对传感器信一号的测量与处理，以微型计算机等高技术 为基 础而形成的一门综合应用技术。 数据采集也是从一个或多个信号获取对象信息的过程。 随着微型计算机技术的飞速发展和普及，数据采集监测已成为日 益重要的检测技术，广泛应用上 工 农业等需要同时监控温度、湿度和压力等场合。 数据采集是 工 业控制等系统中的重要环节，通常采用一些功能相对独立的单片机系统来实现，作为测控系统不可缺少的部分，数据采集的性能特点直接影响到整个系统。 尽管现在以微机为核心的 可编程数据采集与处理技术作为数据采集技术的发展方向得到了迅速的发展，并且适于通用微机 (IBM PC 系列 )使用的板卡级 数据采集产品也已大量出现，组成一个数据采集系统简单到只需要一块数据采集 卡，把它 插在微机的扩展槽内，并辅以应用软什，就能实现数据采集功能，但这并 不会对基于单片机为核心的数据采集系统产生影响，因为单片机功能强大、抗干扰能力强、可靠性高、灵活性好、开发容易等优点，使得基于单片机为核心的数据采集系统在许多领域得到了广泛的应用。 传统的基于单片机的数据采集系统由于没有上位机的支 持，不管采用什么样的数据存储器，它的存储容量都是有限的，所以不得不对存储的历史数据进行覆盖刷新，这样不利于用户对数据进行整体分析，因而也不能对生产过程的状况进行准确的把握。 本系统 采用下位机负责模拟数据的采集，从单片机负责采集八路数据，并应答主机发送的命令，上位机即主机是负责处理接受过来的数字 量的处理 、存储 及河南大学本科毕业生学士学位论文 第 4 页 显示，主机和从机之间用 RS232 进行通信。 这样用户可以在上位机上编写各种程序对文 件中的数据进行有效查询 和分析，有利于工 业过程的长期正常运行和检查。 由于本人能力有限并未实现上位机功能，只利用现有硬件实现 了下位机功能。 河南大学本科毕业生学士学位论文 第 5 页 第 2 章 数据采集系统的设计 数据采集系统简介。 数据采集系统 数据采集 (DAQ)，是指从转感器和其它待测设备等模拟和数字被测一单 元中自动采 集 非电量 或者电量信一号，送到 上 位机中进行分析，处理。 数据采集 系统是结合基于 计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵 活的、用户自定义的测量系统。 数据采集技术广泛引用在各个领域。 通常，必须在数据采集设备采集之前调 制传感器信号，包括对其进行增益或衰减和 隔离，放大，滤波等 .对待某些传感器，还需要提供激 励信 号 .数据采集系统可以将多路模拟信 号自 动地进行采集并进行数字化测量，再送到计算机 中 进行处理、传输、显示、存 储或打 印，从而获得有关被测对象的大 量数据。 数据采集系统具有 广 泛的应用前景，如 工 厂为对生产过程进行自动控制，必须实时测量 出反映 工 艺流程和产品质 的各种参量。 因此，在工 农业、科研、国防、环保及日常 生 活等各个领域，为了实现过程控制、状态监测、故障诊断、质量检测 等任务，大多要应用数据采集系统。 70 年代初，随着计算机技术及大规模集成电路的发展，特别是微处理器及 高速 A/D 转换器的出现，数据采集系统结构发生了重大变革。 原来由小规模集 成的数字 逻辑电路 及硬件程序控制器组成的采集系统被微处理器控制的采集系统所代替。 由微处理器去完成程序控制，数据处理及大部分逻辑操作，使系统的 灵活性和可靠性大大地提高，系统硬件成本和系统的重建费用大大地降低。 数据采集的目的 数据采集的目的是为了测量 电 压、电流、温度 或声音等物理现象。 给予 PC的数据采集，通过模块化硬件、应用软件 和计算机的结合，进行测量。 尽管数据采集系统根据不同的应用需求有不同的定义，但各个系统 采集、 分析和显示信 息的目的却都相同。 数据采集系统结合了信 号、传感 器、激励器、信 号调理、数据采集设备和应用软件。 数据采集技术是单片机应用技术的主要分支。 外部现实对 象 （广 义的外部 设备 )通过接口和计算机交换信息，在现实对象 中 ， .信息表现为不 同 的形式并有明确的物理意义，通过对数据采集系统的设计来掌握单片机对数据 的采集及其处理的过程，并将学习到的理论知识联系到实际应用当中。 数据采集系统框图 数据采集系统一般由信 号调理电路，多路切换电路，采样保持电路， A/D 转换芯片，单片机或 ARM 等组成。 本系统只对 0V5V的电压信号进行采集并转换，河南大学本科毕业生学士学位论文 第 6 页 所以只包含 A/D 转换芯片，单片机 /ARM 等。 数据采集 系统框图如 图 21： 电 脑 U S B上 位 机 v is u a l C + + 通 信软 件单 片 机P L 2 3 0 3A /D 转 换 芯片L C D 1 6 0 2采 集 信 号0 V 到 5 V电 压 信 号 图 21 多路采集系统系统框图 主要芯片 (1)89C52 是 INTEL 公司 MCS51 系列单片机中基本的产品，它采用 ATMEL公司可靠的 CMOS 工艺技术制造的高性能 8 位单片机，属于标准的 MCS51 的HCMOS 产品。 它结合了 CMOS 的高速和高密度技术及 CMOS 的低功耗特征，它基于标准的 MCS51 单片机体系结构和指令系统，属于 89C51 增强型单片机版本，集成了时钟输出和向上或向下计数器等更多的功能，适合于类似马达控制 等应用场合。 89C52 内置 8 位中央处理单元、 256 字节内部数据存储器 RAM、 8k片内程序存储器（ ROM） 32 个双向输入 /输出 (I/O)口、 3 个 16 位定时 /计数器和 5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。 此外， 89C52 还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。 在空闲模式下冻结河南大学本科毕业生学士学位论文 第 7 页 CPU 而 RAM 定时器、串行口和中断系统维持其功能。 掉电模式下，保存 RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。 89C52 有 PDIP(40pin)和PLCC(44pin)两种封装形式。 [2] (3)PCF8591 是一个单片集成、单独供电、低功耗、 8bit CMOS 数据获取器件。 PCF8591 具有 4 个模拟输入、 1 个模拟输出和 1 个串行 I2C 总线接口。 PCF8591的 3 个地址引脚 A0, A1 和 A2 可用于硬件地址编程，允许在同 一 个 I2C 总线上接入 8 个 PCF8591 器件，而无需额外的硬件。 在 PCF8591 器件上输入输出的地址、控制和数据信号都是通过双线双向 I2C 总线以串行的方式进行传输。 [3] (4)LCD1602 工业字符型液晶，能够同时显示 16x02 即 32 个字符。 （ 16 列 2行） 1602 液晶也叫 1602 字符 型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符 号等的点阵型液晶模块。 它由若干个 5X7 或者 5X11 等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符 间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形。 [4] 涉及到的软件 (1)KEIL C51 是美国 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容单片机 C 语言软件开发系统，与汇编相比， C 语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。 KEIL 提供了包括 C 编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（ uVision ）将这些部分组合在一起。 运行 K e I l 软件需要 WIN9 NT、 WIN20WINXP 等操作系统。 [5] (2)Visual C++ ，简称 VC 或者 ，是微软推出的一款 C++编译器，将“高级语言”翻译为“机器语言（低级语言）”的程。