小型数据采集器的研究毕业论文(编辑修改稿)

小型数据采集器的研究毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

通过硬 件和软件实现了各个功能模块。 相关部分附有硬件电路图，程序流程图。 经实验证明，这套系统软硬件设计合理，各项性能良好，经过系统扩展与升级，可以有效的满足各种数据采集的需要。 AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS 8 位微控制器，具有 8K 在系统可编程 Flash 存储器。 使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。 片上 Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。 在单芯片上，拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash，使得 AT89S52 在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。 在计算机广泛应用的今天，数据采集的重要性是十分显著的。 它是计算机与青岛理工大学毕业论文 4 外部物理世界连接的桥梁。 它在现代信息领域发挥着重要作用，是信息产品不可或缺的重要组成部分。 因此选择基于单片机数据采集系统设计是很有意义也是很有必要的。 随着计算机技术的飞速发展和普及，数据采集系统也迅速地得到应用。 在生产过程中，应用这一系统可对生产现场的工艺参数进行采 集，监视和记录，为提高产品质量，降低成本提供信息和手段。 在科学研究中，应用数据采集系统可获得大量的动态信息，是研究瞬间物理过程的有力工具，也是获取科学奥秘的重要手段之一。 总之，不论在哪个应用领域中，数据采集与处理越及时，工作效率就越高，取得的经济效益也越高。 青岛理工大学毕业论文 5 第 2 章 系统分析与总体设计 通用远程数据采集系统是由硬件系统和软件系统两部分组成，硬件和软件只有密切配合、协调一致，才能组成一个高性能的数据采集系统。 在系统开发过程中，硬件设计和软件设计是相互关联的，不能截然分开，硬件设计时应该考虑系统资源及 软件的实现方法，而软件设计时又要了解硬件的工作原理。 通用数据采集系统开发过程包括总体设计、硬件设计、软件设计、调试实验等几个阶段，但各个阶段不是绝对分开的，有事需要交叉进行。 本次设计要实现的是室内温度的采集，首先我们要对温度采集系统所需要的硬件有个正确的选择，以便能够在设计既能打到目的，又能节省资源。 总体设计 温度检测系统有则共同的特点：测量点多、环境复杂、布线分散、现场离监控室远等。 若采用一般温度传感器采集温度信号，则需要设计信号调理电路、A/D 转换及相应的接口电路，才能把传 感器输出的模拟信号转换成数字信号送到计算机去处理。 这样，由于各种因素会造成检测系统较大的偏差；又因为检测环境复杂、测量点多、信号传输距离远及各种干扰的影响，会使检测系统的稳定性和可靠性下降。 所以多点温度检测系统的设计的关键在于两部分：温度传感器的选择和主控单元的设计。 关于信号的传输部分，我们也要作为重点去考虑怎样才能使系统更加完善、更加准确，在传输的过程中尽量避免因外界干扰使得信号产生数据偏差，以便于该实验能够按照要求实现功能。 2. 2 方案论证 传感器的选择 方案一： 采用热敏电阻， 热敏电阻是 对热敏感的半导体电阻，其阻值随温度变化的曲线呈非线性。 热敏电阻工作范围较宽， 可满足 50 摄氏度至 315 摄氏度测量范围，但热敏电阻精度、重复性、可靠性较差，偏差较大且容易受到环境的影响。 方案二：采用单片模拟量的温度传感器，比如 AD590， LM35 等。 这些芯片青岛理工大学毕业论文 6 输出的都是模拟信号，必须要经过 A/D 转换后才能送给计算机，这样就使得硬件制作上复杂化。 而且，这种测温装置的一根线上只能挂一个传感器，不能进行多点的测量。 即使能实现，也要用到复杂的算法，在一定程度上也增加了软件实现的难度。 因此采用模拟量 的传感器显然也不合适。 方案三：采用数字温度传感器 DS18B20 测量温度，输出信号全数字化。 直接把信号送给单片机进行处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路，节省原件，且该芯片的物理化学性很稳定，它能用做工业测温元件，此元件线性度较好。 在 0~100 摄氏度时，最大线形偏差小于 1 摄氏度，精确性可靠。 DS18B20的最大特点之一采用了单总线的数据传输，由数字温度计 DS1820 和微控制器AT89S52 构成的温度测量装置，它直接输出温度的数字信号，可直接与计算机连接。 这样，测温系统的结构就相对简单，体积也 不大，且由于 AT89S52 可以带多个 DSB1820，因此可以非常容易实现多点测量。 轻松的组建传感器网络。 采用温度芯片 DS18B20 测量温度，可以体现系统芯片化这个趋势。 部分功能电路的集成，使总体电路更简洁，搭建电路和焊接电路时更快。 而且，集成块的使用，有效地避免外界的干扰，提高测量电路的精确度。 所以集成芯片的使用将成为电路发展的一种趋势。 本方案应用这一温度芯片，也是顺应这一趋势。 主控部分 方案一：采用 AT89S52 八位单片机实现。 单片机软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各 样的算术算法和逻辑控制。 而且体积小，硬件实现简单，安装方便。 既可以单独对多 DS18B20 控制工作，还可以与 PC 机通信 .运用主从分布式思想，由一台上位机（ PC 微型计算机），下位机（单片机）多点温度数据采集，组成两级分布式多点温度测量的巡回检测系统 ,实现远程控制。 另外 AT89S52在工业控制上也有着广泛的应用，编程技术及外围功能电路的配合使用都很成熟。 方案二：使用 MSP430 作控制器，超低功率 16 位 RISC 混合信号处理器MSP430 产品系列为电池供电测量应用提供了最终解决方案。 作为混合信号和数字技术 的领导者， TI 公司创新生产的 MSP430，使系统设计人员能够在保持独一无二的低功率的同时同步连接至模拟信号、传感器和数字组件。 但在温度采集和实施控制这个重要的场合低功耗相对来说显得就不是那么重要了，而应该考虑它的稳定性、准确性，同时对比 AT89S52 能够在性能和资源都可以到达一个最佳的状态，可以避免用 MSP430 的不必要的资源浪费。 青岛理工大学毕业论文 7 数据传输部分 方案一：使用 CC1101 做无线发送和接收部分，这种模块功耗低，最大发射功率 10mW，基于 FSK 的调制方式，采用高频前向交错和信道交织编码技术，随机抗干扰和突发抗干扰的能力都比较强，误码率也比较低。 在直线可视的情况下，无线放置高度位置 2 米，适用于主从较远的数据传输。 该模块使用频段为420MHz440MHz。 方案二：使用 24L01 做数据传输部分， 24L01 是一中微功耗模块，相比于CC1101 还要低很多，内置 天线，体积小巧，方便集成使用。 125 个频点，满足多点通信和调频通信使用，支持 2M 的高速数据传输，减少发射的时间。 24L01 芯片有自动重发功能，自动检查和重发丢失的数据包，这种性能是 CC1101所不具备的，该芯片使用的频段为 全球开放 ISM 频段。 因此，我们这里采用微功耗的 24L01 作为数据发送和接收模块。 方案确立 综上所述，我们传感器采用方案三，控制器采用方案一，数据传输采用方案二。 那么该采集系统通过 18B20 分点采集温度之后经过 AT89S52 的数据处理后分别经过 24L01 模块的发射和接收，传送到主机的 AT89S52，经过进一步的数据处理之后在 LCD 上显示出来。 系统的发射电路和接收电路框图如 图 和 所示。 图 发射电路系统框图 复位电路 电源电路 DS18B20 24L01 发射模块 AT89S52 青岛理工大学毕业论文 8 图 接收电路系统框图 AT89S52 复位电路 电源电路 24L0 接收模块 12864 显示电路 青岛理工大学毕业论文 9 第 3 章 系统 硬件设计 温度采集电路包括温度采集部分、数据传输部分、单片机控制电路、数据显示电路和外围电路。 主要用到的元器件有单片机 AT89S52（主控部分），温度采集器 DS18B20， 24L01（作为数据传输模块）， 12864（显示屏）， 5V 电源（本设计购买的成品电源）。 单片机 AT89S52 及其最小电路 AT89S52 简介 如图 31 所示为 AT89S52 芯片的引脚图。 兼容标准 MCS51 指令系统的AT89S52 单片机是一个低功耗、高性能 CHMOS 的单片机，片内含 4KB 在线可编程 Flash存储器的单片机。 它与通用 80C51 系列单片机的指令系统和引脚兼容。 AT89S52 单片机片内的 Flash 可允许在线重新编程，也可用通用非易失性存储编程器编程；片内数据存储器内含 128 字节的 RAM；有 40 个引脚， 32 个外部双向输入 /输出（ I/O）端口。 具有两个 16 位可编程定时器；中断系统是具有6 个中断源、 5 个中断矢量、 2 级中断优先级的中断结构；震荡器频率 0到 33MHZ，因此我们在此选用 12MHZ 的晶振是比较合理的；具有片内看门狗定时器；AT89S52 引脚图如图 所示。 EA/VPP31X119X218RESET9RD/P3717WR/P3616P32/INT012P33/INT113P34/T014P35/T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/PRDG30P31/TXD11P30/RXD10U3AT89S52 图 AT89S52 引脚图 青岛理工大学毕业论文 10 AT89S52 引脚说明 P0 口： 8 位、开漏级、双向 I/O 口。 P0 口可作为通用 I/O 口，但须外接上拉电阻；作为输出口，每各引脚可吸收 8 各 TTL 的灌电流。 作为输入时，首先应将引脚置 1。 P0 也可用做访问外部程序存储器和数据存储器时的低 8 位地址 /数据总线的复用线。 在该模式下， P0 口含有内部上拉电阻。 在 FLASH 编程时， P0口接收代码字节数据；在编程效验时， P0 口输出代码字节数据 (需要外接上拉电阻 )。 P1 口： 8 位、双向 I/0 口，内部含有上拉电阻。 P1 口可作普通 I/O 口。 输出缓冲器可驱动四个 TTL 负载；用作输入时，先将引脚置 1，由片内上拉电阻将其抬到高电平。 P1 口的引脚可由外部负载拉到低电平，通过上拉电阻提供电流。 在 FLASH 并行编程和校验时， P1 口可输入低字节地址。 在串行编程和效验时， 、输出和移位脉冲引脚。 P2 口 ：具有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。 P2 口用做输出口时，可驱动4 各 TTL 负载；用做输入口时，先将引脚置 1，由内部上拉电阻将其提高到高电平。 若负载为低电平，则通过内部上拉电阻向外部输出电流。 CPU 访问外部 16位地址的存储器时， P2 口提供高 8 位地址。 当 CPU 用 8 位地址寻址外部存储时，P2 口为 P2 特殊功能寄存器的内容。 在 FLASH 并行编程和校验时， P2 口可输入高字节地址和某些控制信号。 P3 口：具有内部上拉电阻的 8 位双向口。 P3 口用做输出口时，输出缓冲器可吸收 4 各 TTL 的灌电流；用做输入口时，首先将引脚置 1，由 内部上拉电阻抬位高电平。 若外部的负载是低电平，则通过内部上拉电阻向输出电流。 在与FLASH 并行编程和校验时， P3 口可输入某些控制信号。 P3 口除了通用 I/O 口功能外，还有替代功能，如表 31 所示。 表 31 P3 口的替代功能 引脚 符号 说明 RXD 串行口输入 TXD 串行口输出 /INT0 外部中断 0 /INT1 外部中断 1 T0 T0 定时器的外部的计数输入 T1 T1 定时器的外部的计数输入 /WR 外部数据存储器的写选 通 青岛理工大学毕业论文 11 /RD 外部数据存储器的读选通 RST：复位端。 当振荡器工作时，此引脚上出现两个机器周期的高电平将系统复位。 ALE/ /PROG：当访问外部存储器时， ALE（允许地址锁存）是一个用于锁存地址的低 8 位字节的书粗脉冲。 在 Flash 编程期间，此引脚也可用于输入编程脉冲（ /PROG）。 在正常操作情况下， ALE 以振荡器频率的 1/6 的固定速率发出脉冲，它是用作对外输出的时钟，需要注意的是，每当访问外部数据存储器时，。