多路数据采集系统的设计(论文).docx

鄂州职业大学毕业设计鄂州职业大学毕业设计（论文）课题名称： 多路数据采集系统的设计系部名称 电子电气工程系 专业班级 应用电子 指导教师 学生姓名 设计时间 第#页共21页目录摘要 3…1 总体方案设计 4..1.1 方案论证 4..1.1.1 传感器 4..1.1.2 主控部分 4.2 硬件电路的设计 5..2.1 电源电路 5..2.2 温度采集电路 6.2.2.1 DS18B20 简介 6.2.2.2 电路设计 8.2.2.3 无线传输电路模块 9.3 无线发送与接收电路 103.1 无线发送电路 103.2 无线接收模块 104 显示电路 1.1.4.1 字符型液晶显示模块 1.14.2 字符型液晶显示模块引脚 1.24.3 字符型液晶显示模块内部结构 125 单片机 AT89S52 1.35.1 AT89S52 简介 135.2 AT89S52 引脚说明 1.46软件设计 166.1 系统概述 1.66.2 程序设计流程图 166.3 温度传感器多点数据采集 1.77调试及结果 1.77.1 测试环境及工具 1.77.2 测试方法 1.77.3 测试结果分析 178 总结 18附录1:电路原理总图 19附录2:主要元器件清单 20参考文献 21.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，广泛应用于 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在分析了不同类型的单片机的特点及单片机与 PC机通信技术的基础上，设计了单片机控制的采集系统，并通过串口通信实现单片机与 P(:机之间的通信，实现数据的传 送并将数据在PC机上显示及存储，完成单机的多通道数据采集系统的设计及实现基于单片机的多通道数据采集系统是由将来自传感器的信号通过放大、线性化、滤 波、同步采样保持等处理后，输入A/D转换为数字信号后由单片机采集，然后利用单片 机与PO的通信将数据送到PCM进行数据的存储、后期处理与显示，实现了数据处理功 能强大、显示直观、界面友好、性价比高、应用广泛的特点，可广泛应用于工业控制、 仪器、仪表、机电一体化、智能家居等诸多领域该系统采用的是 AT89S52I片机，此芯片功能比较强大，能够满足设计要求。

关键词：多通道数据采集89S52单片机程序设计1总体方案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温度传感器应用 范围广泛、使用数量庞大，也高居各类传感器之首1.1 方案论证1.1.1 传感器方案一：采用热敏电阻，可满足40摄氏度至90摄氏度测量范围，但热敏电阻精度、 重复性、可靠性较差，对于检测1摄氏度的信号是不适用的方案二：采用单片模拟量的温度传感器，比如AD590,LM3反但这些芯片输出的都 是模拟信号，必须经过A/D转换后才能送给计算机，这样就使得测温装置的结构较复杂 另外，这种测温装置的一根线上只能挂一个传感器，不能进行多点测量即使能实现， 也要用到复杂的算法，一定程度上也增加了软件实现的难度。

方案三：采用数字温度传感器 DS18B2CM量温度，输出信号全数字化便于单片机 处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路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DS18B205勺最大特点之一采用了单总线的数据传输， 由数字温度计DS1820ft微控制器AT89S52^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，测温系统的结构就比较简单，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DS18B20M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1.1.2 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空制工作，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 AT89C51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[1] o方案二：使用MSP430乍控制器，德州仪器（TI）的超低功率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勺不必要的资源浪费综上，我们传感器采用方案二，控制器采用方案一系统框图如下图图1.1.2-1 发射电路系统框图图1.1.2-2 接收电路系统框图2硬件电路的设计本课题所设计的外围电路包括：电源电路、温度采集、时钟电路、存储电路、报警 电路、模拟控制电路、按键电路、显示电路以及串口等电路下面将依次对各个模块进 行说明2.1 电源电路电源变压器是将交流电网220V的电压变为所需要的电压值交流电经过二极管整 流之后，方向单一了，但是电流强度大小还是处在不断地变化之中。

这种脉动直流一般 是不能直接用来给集成电路供电的，而要通过整流电路将交流电变成脉动的直流电压 由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压滤波的任务，就是把整流器输出电压中的波动成分尽可能地减小，改造成 接近稳恒的直流电但这样的电压还随电网电压波动，一般有 土0%左右的波动，负载和温度的变化而变化，因而在整流、滤波电路之后，还需要接稳压电路稳压电路的作用是当电网电压波动，负载和温度变化时，维持输出直流电压稳定220V交流电通过9V变压器变为9V的交流电，9V交流电通过四个二极管的全桥整流 后变为9V直流电，然后经过电解电容（470pF）进行一级滤波，以去除直流电里面的 杂波，防止干扰9V直流电出来后再经过三端稳压器 LM7805稳压成为稳定的5V电 源，其中7805的Vin脚是输入脚，接9V直流电源正极，GND是接地脚，接9V直流 电源负极，Vout为输出脚，它和接地脚的电压就是+5V 了5V电源出来再经过电解电 容的二级滤波，使5V电源更加稳定可靠同时在 5V稳压电源加上一个10K的电阻和 一个红色发光二极管，当上电后，红色发光二极管点亮，表示电源工作正常。

此时一个 稳定输出5V的电源已经设计好，对于本设计它完全能够满足单片机及集成块所需电源 的要求⑵电源原理图如图2.1-1所示图2.1-1 电源原理图2.2 温度采集电路2.2.1 DS18B20 简介温度芯片DS18B2Q1 Dallas公司生产的一线式数字温度传感器，具有 3引脚TO 92小体积封装形式测温分辨率可达0.0625 C,被测温度用符号扩展的16位数字量方 式用行输出测量温度范围为-55 C〜+125 C,在-10 C〜+85 C范围内，精度为此5 C 其工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生 CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20s信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路由于每 一个DS18B2（tB有唯一系列号，因此多个 DS18B20T以存在同一条单总线上这允许许多不同地方放置温度灵敏器件此特性的应用范围包括 HAV/境控制，建筑物、设备 或机械内的温度检测，以及过程监控和控制中的温度检测等 [3]DS18B20的内部结构如 图2.2.1-1所示电 源 检 测和锈接口高速薪存储器M 低温自由发器TL温度灵敏元件高温A竣器TH配置寄存器验血生成器图 2.2.1-1 DS18B20 方框图DS18B20t 4个主要的数据部件：A、64位激光ROM 64位激光ROMA高位至U低位依次为8位CRC 48位序列号和8 位家族代码(28H)组成。

B、温度灵敏元件C、非易失性温度报警触发器 TH和TL可通过软件写入用户报警上下限值D配置寄存器配置寄存器为高速暂存存储器中的第五个字节其中 RO R1:温 度计分辨率设置位，其对应四种分辨率如下表所列，出厂时 RO R1置为缺省值：R0=1, R1=1(即12位分辨率)，用户可根据需要改写配置寄存器以获得合适的分辨率表2.2.1-1 分辨率关系表R0R1分辨率/bit最大转换时间/us00993.750110187.510113751112750高速暂存存储器由9个字节组成，其分配如表2.2.1-2所示当温度转换命令发布 后，经转换所得的温度值以二字节补码形式存放在高速暂存存储器的第 0和第1个字节, 单片机可通过单线接口读到该数据，读取时低位在前，高位在后，数据格式如表2.2.1-2 所示对应的温度计算：当符号位 S=0时，直接将二进制位转换为十进制；当 S=1时, 先将补码变为原码，再计算十进制值表 2.2.1-2 DS18B20 存储器温度LSB温度MSBTHTL保留保留计数寄存器计数寄存器8 位 CRC2.2.2 电路设计本系统为多点温度测试DS18B2CK用外部供电方式，理论上可以在一根数据总线 上挂256个DS18B20但时间应用中发现，如果挂接25个以上的DS18B200旧有可能产 生功耗问题。

另外单总线长度也不宜超过 80M否则也会影响到数据的传输在这种情况下我们可以采用分组的方式，用单片机的多个 I/O来驱动多路DS18B20在实际应用中还可以使用一个MOSFE将I/O 口线直接和电源相连，起到上拉的作用[4] o电路如图 2.2.2-1 0图2.2.2-1 单总线原理图对DS18B20勺设计，需要注意以下问题：A、对硬件结构简单的单线数字温度传感器 DS18B20进行操作，需要用较为复杂的 程。