基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)設(shè)計文獻(xiàn)綜述

1、 四川理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 文 獻(xiàn) 綜 述基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集與傳輸系統(tǒng)設(shè)計學(xué) 生：馬良堯?qū)W 號：09021020215專 業(yè)：電子信息工程班 級：2009.2指導(dǎo)教師：陶思言 李慶隆 四川理工學(xué)院自動化與電子信息學(xué)院二O一三年四月1 研究目的及意義數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)傳輸是指將溫度、壓力、流量、濕度等物理量從傳感器采集，經(jīng)過ADC轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后，通過傳輸系統(tǒng)送入計算機(jī)（微處理器）進(jìn)行存儲、處理、顯示或者打印的過程。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是結(jié)合基于計算機(jī)（或微處理器）的測量軟硬件產(chǎn)品來實現(xiàn)靈活的、用戶自定義的測量系統(tǒng)，根據(jù)不同需要可以把ADC采集的電壓信號進(jìn)行相應(yīng)的計算和處理，獲得所需的數(shù)據(jù)，同時交予數(shù)碼管實現(xiàn)電

2、壓顯示功能，便于對某些物理量的監(jiān)視和統(tǒng)計。雖然在不同的應(yīng)用領(lǐng)域中，對數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的功耗、便攜性、成本等方面有著不同的要求，但總體而言，要在確保精度的條件下，盡可能提高采集速度，以滿足實時采集、實時處理、實時控制的要求。實時性越高，工作效率越高，取得的經(jīng)濟(jì)效益也就越大。隨著電子技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)也在飛速提升1。在計算機(jī)廣泛應(yīng)用的今天，數(shù)據(jù)采集的在多個領(lǐng)域有著十分重要的應(yīng)用。它是計算機(jī)與外部物理世界連接的橋梁。在工業(yè)、工程、生產(chǎn)車間等部門，尤其是在對信息實時性能要求較高或者惡劣的數(shù)據(jù)采集環(huán)境中更突出其應(yīng)用的必要性。例如：在環(huán)境勘查中，應(yīng)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以獲取多種物

3、理量，并對勘察對象進(jìn)行存儲、統(tǒng)計和分析，是獲取科學(xué)奧秘的重要手段之一，從而提高了人們對自然的認(rèn)知能力；在科學(xué)實驗中，應(yīng)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以獲得大量的動態(tài)信息，是研究瞬間物理過程的有力工具；在企業(yè)生產(chǎn)過程中，應(yīng)用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以對生產(chǎn)現(xiàn)場的工藝參數(shù)進(jìn)行采集、見識和記錄，為提高產(chǎn)量、降低成本提供相應(yīng)信息和手段。本文設(shè)計的8路數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)主要應(yīng)用在工業(yè)現(xiàn)場。2 數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的概述數(shù)據(jù)采集與傳輸技術(shù)是信息科學(xué)的一個重要分支，也是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的一個重要標(biāo)志。近年來，數(shù)據(jù)采集及其應(yīng)用受到了人們越來越廣泛的關(guān)注，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也有了迅速的發(fā)展，它可以廣泛的應(yīng)用于各種領(lǐng)域。數(shù)據(jù)采集是對一個

4、或多個信號獲取對象信息的過程。數(shù)據(jù)采集器是一種具有實驗室或現(xiàn)場進(jìn)行實時數(shù)據(jù)采集、自動存儲記錄、信號預(yù)處理、即時顯示、即時狀態(tài)分析、自動傳輸?shù)裙δ艿淖詣踊O(shè)備?；趩纹瑱C(jī)AT89S51的數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，相較于數(shù)據(jù)采集板卡成本和功能的限制，單片機(jī)具多外設(shè)電路配置簡單、擴(kuò)展方便、操作容易、可靠性高、實用性強(qiáng)、低電壓、低功耗、低價格等優(yōu)點，而ADC0809又具有精度較高、轉(zhuǎn)換速度快、能夠?qū)Χ帱c同時進(jìn)行采集，因此能夠開發(fā)出能滿足實際應(yīng)用要求的、電路結(jié)構(gòu)簡單的、可靠性高的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。這就使得以單片機(jī)為核心的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。21 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是通過采集傳感器輸

5、出的模擬信號并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并進(jìn)行分析、處理、傳輸、顯示、存儲和顯示。它起始于20世紀(jì)中期，在過去的幾十年里，隨著信息領(lǐng)域各種技術(shù)的發(fā)展，在數(shù)據(jù)采集方面的技術(shù)也取得了長足的進(jìn)步，采集數(shù)據(jù)的信息化是目前社會的發(fā)展主流方向。各種領(lǐng)域都用到了數(shù)據(jù)采集，在石油勘探、科學(xué)實驗、飛機(jī)飛行、地震數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域已經(jīng)得到應(yīng)用。20世紀(jì)90年代至今，在國際上技術(shù)先進(jìn)的國家，數(shù)據(jù)采集技術(shù)已經(jīng)在軍事、航空電子設(shè)備及宇航技術(shù)、工業(yè)等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。由于集成電路制造技術(shù)的不斷提高，出現(xiàn)了高性能、高可靠性的單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）。目前有的DAS產(chǎn)品精度已達(dá)16位，采集速度每秒達(dá)到幾千萬次以上。數(shù)據(jù)采集技術(shù)已經(jīng)成為一種專

6、門的技術(shù)，在工業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。該階段數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用更先進(jìn)的模塊式結(jié)構(gòu)，根據(jù)不同的應(yīng)用要求，通過簡單的增加和更改模塊，并結(jié)合系統(tǒng)編程，就可擴(kuò)展或修改系統(tǒng)，迅速地組成一個新的系統(tǒng)。我國的數(shù)字地震觀測系統(tǒng)主要采用TDE-124C型TDE-224C型地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。近年來，又成功研制了動態(tài)范圍更大、線性度更高、兼容性更強(qiáng)、低功耗可靠性的TDE-324C型地震數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該數(shù)據(jù)采集對拾震計輸出的電信號模擬放大后送至A/D數(shù)字化，A/D采用同時采樣，采樣數(shù)據(jù)經(jīng)DSP數(shù)字濾波處理后，變成數(shù)字地震信號。該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具備24位A/D轉(zhuǎn)化位數(shù)，采樣率有50HZ、100HZ、200HZ。由美國PAS

7、CO公司生產(chǎn)的“科學(xué)工作室”是將數(shù)據(jù)采集應(yīng)用于物理實驗的嶄新系統(tǒng)，它由3部分組成：（1）傳感器：利用先進(jìn)的傳感技術(shù)可實時采集技術(shù)可實時采集物理實驗中各物理量的數(shù)據(jù)；（2）計算機(jī)接口：將來自傳感器的數(shù)據(jù)信號輸入計算機(jī)，采樣速率最高為25萬次/S；（3）軟件：中文及英文的應(yīng)用軟件。受需求牽引，新一代機(jī)載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為滿足飛行實驗應(yīng)用也在快速地發(fā)展。如愛爾蘭ACRA公司2000年研發(fā)推出的新一代KAM500機(jī)載數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)到了2006年。本系統(tǒng)采用16位（A/D）模擬數(shù)字變換，總采樣率達(dá)500K/S,同步時間為+/-250ns，可以利用方式組成高達(dá)1000通道的大容量的分布式采集系統(tǒng)1。22 數(shù)據(jù)采

8、集與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的發(fā)展趨勢以微型計算機(jī)為核心平臺的數(shù)據(jù)采集監(jiān)控系統(tǒng)逐漸暴露出許多缺陷，如：工業(yè)環(huán)境一般條件惡劣，而微型計算機(jī)的防塵、防震等功能較差；體積大，不易攜帶和使用；擴(kuò)展性差、成本高。隨著微型計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和普及，數(shù)據(jù)采集監(jiān)測已成為日益重要的檢測技術(shù)，廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)等需要同時監(jiān)控溫度、壓力、流量、濕度等場合。數(shù)據(jù)采集是工業(yè)控制等系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，通常采用一些功能相對獨立的單片機(jī)系統(tǒng)來實現(xiàn)，作為測控系統(tǒng)不可缺少的部分，數(shù)據(jù)采集的性能特點直接影響到整個系統(tǒng)1?，F(xiàn)代科技正處在飛速發(fā)展階段，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)正朝著高精度、高速度、穩(wěn)定可靠和集成化的方向發(fā)展，開放工作也越來越復(fù)雜，當(dāng)今多數(shù)數(shù)據(jù)采

9、集系統(tǒng)都是獨立系統(tǒng)，只能進(jìn)行數(shù)據(jù)的現(xiàn)場采集或存儲，不能滿足部分應(yīng)用的需要，迫切需要接入網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。技術(shù)的進(jìn)步已經(jīng)消除或顯著地減少了大多數(shù)問題。現(xiàn)在可提供選擇的范圍很廣，用戶可以定做設(shè)備，也可以購買成套的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。隨著PC時代的到來，嵌入式數(shù)據(jù)采集技術(shù)以其可靠性高、體積小、重量輕、攜帶維護(hù)方便、易擴(kuò)展、成本低、功能強(qiáng)等優(yōu)勢在數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域起著舉足輕重的作用。23 數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的應(yīng)用數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)主要用于環(huán)境、傳感器信號的測量、智能樓宇控制及地震預(yù)警等應(yīng)用系統(tǒng)中，并在工業(yè)現(xiàn)場信號隔離及長線傳輸、工業(yè)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的獲取與記錄、設(shè)備運行監(jiān)視、RS-232/485總線工業(yè)自動

10、化控制系統(tǒng)等領(lǐng)域也得到廣泛應(yīng)用。當(dāng)今現(xiàn)代化建設(shè)和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速。社會對生產(chǎn)環(huán)境和生活環(huán)境意識的要求也越來越高。人們的日常生活和周圍環(huán)境息息相關(guān)，石油、化工、航天、制藥、檔案保管、糧食存儲等領(lǐng)域?qū)Νh(huán)境也有著較高的要求。因此，環(huán)境的監(jiān)測和控制已成為生產(chǎn)過程中非常重要的技術(shù)。目前我國環(huán)境監(jiān)測的發(fā)展相對完善,已經(jīng)建立了一整套數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)。主要包括自動監(jiān)測和手工監(jiān)測兩種,并正隨著信息技術(shù)的進(jìn)步而逐步向智能化監(jiān)測發(fā)展。環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)的建設(shè)和管理是建立在環(huán)境監(jiān)測、自動控制、計算機(jī)、電子、通信等多個領(lǐng)域的技術(shù)基礎(chǔ)上的系統(tǒng)工程11。在環(huán)境監(jiān)測和管理系統(tǒng)中，常常需要對眾多監(jiān)測點進(jìn)行實時監(jiān)測，大部分監(jiān)測數(shù)據(jù)需要

11、實時發(fā)送到管理中心的后端服務(wù)器進(jìn)行處理。由于監(jiān)測點過于分散，分布較廣，而且大多數(shù)啊設(shè)置在環(huán)境較惡劣的地區(qū)，環(huán)境監(jiān)測設(shè)備可以將采集到的數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)及時發(fā)送到管理中心進(jìn)行處理，便于管理11。3 本論文研究的主要內(nèi)容傳統(tǒng)的基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由于沒有上位機(jī)的支持,不管采用什么樣的數(shù)據(jù)存儲器,它的存儲容量都是有限的,所以不得不對存儲的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行覆蓋刷新,這樣不利于用戶對數(shù)據(jù)進(jìn)行整體分析,因而也不能對生產(chǎn)過程的狀況進(jìn)行準(zhǔn)確的把握?；跀?shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用和其特有的優(yōu)勢，本論文設(shè)計了一個8路數(shù)據(jù)采集器和一個與主計算機(jī)相連的串行數(shù)據(jù)傳輸電路，并將數(shù)據(jù)采集器與串行數(shù)據(jù)傳輸電路合并為數(shù)

12、據(jù)采集與數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。能夠很好地解決存儲容量有限的問題。在數(shù)據(jù)采集方面，該系統(tǒng)能夠根據(jù)特定的傳感器，進(jìn)行8路數(shù)據(jù)實時采集；在數(shù)據(jù)處理方面能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的高速采集和傳輸，對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、計算和修正，使每組數(shù)據(jù)達(dá)到要求的精度，同時實現(xiàn)按鍵控制、顯示，很好地實現(xiàn)人機(jī)對話功能。該系統(tǒng)主要用在工業(yè)現(xiàn)場，能夠?qū)崿F(xiàn)8路數(shù)據(jù)高速實時采集；能夠同時對多個點進(jìn)行監(jiān)測；能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)系統(tǒng)要求，且能夠與微機(jī)進(jìn)行通信，可以方便的實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和交換；實現(xiàn)人機(jī)對話。本設(shè)計包括（1）數(shù)據(jù)采集部分；（2）單片機(jī)控制部分；（3）數(shù)據(jù)傳輸部分；（4）電源電路四大模塊。數(shù)據(jù)采集模塊包括傳感器、信號放大器、ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換電路；單片機(jī)控制模塊包括中央處理單元和顯示電路；數(shù)據(jù)傳輸模塊包括RS-232串口電路。4 總結(jié)數(shù)據(jù)采集技術(shù)是信息技術(shù)的重要組成部分之一。信息技術(shù)主要包括信息獲取、傳輸、處理、存儲、顯示和應(yīng)用等。現(xiàn)在常用的采集方式是通過數(shù)據(jù)采集板卡。采集板卡不僅安裝麻煩，容易受機(jī)箱內(nèi)環(huán)境的干擾，而且受計算機(jī)插槽數(shù)量和地址、中斷資源的限制，不可能掛接很多設(shè)備。但是，單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的出現(xiàn)，解決了以上