数据采集与处理论文Word文档格式.docx
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摘要
随着科学技术的发展和微型计算机技术的广泛应用，数据采集监测已成为日益重要的检测技术。
在现代工业中，多路数据采集已被广泛应用于工业和农业等等场合，因此对数据采集系统的许多方面，如采样率、分辨率、存储深度、数字信号处理速度、抗干扰能力等方面提出了越来越高的要求。
目前常用的方式是在PC机中安装数据采集卡，它采集速率高，数据传输速度快，但是安装不方便，价格高，所以设计一种安装方便、价格低的实用数据采集系统很有必要。
结合单片机的相关知识本论文设计和完成了基于ATmega16AVR单片机的多路数据采集系统的设计。
系统可以采集多路信号，如电压、电流、频率和开关量等，在显示模块上准确显示，可以经过改进应用在监控多路温度、湿度和压力等场合。
系统的实现是利用MEGA16自带ADC转换的强大功能，将模拟量等数据采集并传送到主机，然后送到12864液晶显示器上显示。
多路数据采集系统最多可采集8路模拟数据，通过键盘可以选择采集相应的数据。
另外，本装置还可以通过RS232接口与电脑连接，数据送到电脑后可以显示在屏幕上，有广大的应用前景。
关键词：
单片机;
液晶显示器;
电位器;
数据采集
ABSTRACT
Withthedevelopmentofscienceandtechnologyandtherangeofmicro-computertechnologyapplicationsbecomingwiderandwider,datacollectionhasbecomeincreasinglyimportanttomonitorthedetectiontechnology.Inmodernindustry,multi-channeldataacquisitionhasbeenwidelyusedinindustryandagriculture,andsoon.Sothedemandinmanyareasofthedatacollectionsystem,suchasthesamplingrate,resolution,memorydepth,digitalsignalprocessingspeed,anti-interferencecapabilityisgetingincreasinglyhigh.NowthecommonlyusedmethodistoinstalldataacquisitioncardsinPC,thesecardshaveahighrateofcollectionanddatatransmission.Butitisnotconvenienttoinstall.Soitisnecessarytodesignainexpensiveandpracticaldataacquisitionsystem.
WiththeknowledgeofMCUIhavedesignedandcompletedathesisonATmega16AVRmicrocontrollerchiptocontrolthemulti-channeldataacquisitionsystemdesign.Thepurposeofthisdesigniscollectingmultiplesignals,suchasvoltage,current,frequencyandvolumeswitch,accuratelydisplaymodulethatcanbeimprovedintheapplicationofmulti-monitortemperature,humidityandpressure,andotheroccasions.itsownsystemusingthepowerofconversion,dataacquisitionandwillbesentittothehost,thento12864LCDdisplay.Atmostitcangetupto8channelstocollectinformation,whichcanrelyonthekeyboardtochoiceakindofidea.Inaddition,thedevicecanalsoconnectRS232interfacewiththecomputer.Datacandisplayonthescreenaftersentingbacktocomputer.Thereareamajorityoftheapplication.
Keywords:
MCU;
Liquidcrystaldisplay;
Potentiometers;
Dataacquisition
目录
第1章绪论1
1.1课题研究的背景及意义1
1.2数据采集技术与特点1
1.2.1数据采集技术分析1
1.2.2数据采集的的特点2
1.3数据采集技术的发展状况2
第2章系统总体方案设计3
2.1系统方案论证3
2.1.1电源模块的选择3
2.1.2显示模块的选择3
2.1.3键盘模块的选择3
2.2系统总体方案设计4
第3章系统硬件设计5
3.1总体设计部分5
3.2硬件电路设计部分6
3.2.1MEGA16单片机6
3.2.2输入电路设计6
3.2.312864液晶显示电路设计7
3.2.4MAX232和串行口插座电路设计8
第4章系统软件设计10
4.1软件设计思想10
4.2主程序设计10
结论11
参考文献11
第1章绪论
1.1课题研究的背景及意义
数据采集系统是结合基于计算机的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统，是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集信息的过程。
随着电子技术的不断进步，芯片处理速度大幅提高，同时，接口技术的发展和软件的进步越来越快，当今的数据采集效率在各方面的应用都得到了飞速的提升数据采集。
网络化制造系统中的信息化终端是在车间环境中实施网络化制造的关键装置之一，而数据采集系统是实现制造企业整个生产过程的信息集成，实施综合自动化，以及网络化制造中设备层远程监控的基础。
在实际应用中，数据采集常常和工业控制联系在一起，形成一套完整的数据采集监控系统。
由于各种工业现场条件不同，对现场的数据采集与控制功能的要求也不尽相同，而且各种信息化终端采用的体系结构和设计方案都有很大的差异，因此如何在各种信息化终端的基础上灵活扩展数据采集与控制模块来满足现场需要具有很大的研究意义。
1.2数据采集技术与特点
1.2.1数据采集技术分析
在现有的资料中，多路数据采集系统一般由CPU模块、数据采集模块、数据输出模块、时钟模块、液晶显示模块、RS-232通讯模块、CAN总线模块、DeviceNet模块、电源模块组成。
主要设计了模拟量采集接口电路、CPU外围电路、通讯模块接口电路。
其中典型的有为实现数据的定时采集和按时间日期保存数据而扩展了一片实时时钟日历芯片DS12887；
为便于输入各种数据而扩展了键盘接口管理器件SK5278；
为便于实时显示采集的数据及人机交互而扩展了中文液晶图文显示器；
为便于将采集的数据传送给上位计算机进行数据的处理分析而使用MAX232扩展了RS-232接口，而大部分功能都由单片机芯片中实现。
1.2.2数据采集的的特点
单片机系统采集的信号有模拟电压信号、模拟电流信号、PWM信号、数字逻辑信号等。
现在，绝大多数传感器的信号都是模拟量，电流和电压。
所以模拟信号的采集应用最为广泛，处理过程也相对复杂。
相对于模拟信号，PWM信号和数字逻辑信号的采集比较直接，单片机能够直接处理这类信号，无需额外的器件进行信号转换。
1.3数据采集技术的发展状况
随着计算机技术的飞速发展和普及，数据采集系统迅速得到广泛应用，它渗透到工业、地质、医疗器械、通讯、遥感遥测等各个领域，为获取信息提供了良好的基础。
在生产过程中应用这一系统，可实现对生产现场各种参数的采集、监视和记录，为安全生产、提高产品质量、以及降低成本和减少损失提供信息和手段。
第2章系统总体方案设计
2.1系统方案论证
2.1.1电源模块的选择
所有器件采用单一5V电源。
这样供电比较简单。
图2-1电源电路
2.1.2显示模块的选择
通过单片机，直接驱动LCD。
其工作原理就是利用液晶的物理特性：
通电时排列变得有序，使光线容易通过；
不通电时排列混乱，阻止光线通过。
LCD的好处有：
与LED相比，LCD的优点主要包括零辐射、低功耗、散热小、体积小、图像还原精确、字符显示锐利、占用的I\O口数量少等。
缺点是：
价格昂贵。
2.1.3键盘模块的选择
独立式按键。
单片机控制系统中，往往只需要几个功能键，此时，可采用独立式按键结构。
独立式按键电路如图2-3所示。
独立式按键是直接用I/O口线构成的单个按键电路，其特点是每个按键单独占用一根I/O口线，每个按键的工作不会影响其它I/O口线的状态。
此外，上拉电阻保证了按键断开时，I/O口线有确定的高电平。
当I/O口线内部有上拉电阻时，外电路可不接上拉电阻。
独立式按键软件常采用查询式结构。
先逐位查询每根I/O口线的输入状态，如某一根I/O口线输入为低电平，则可确认该I/O口线所对应的按键已按下，然后，再转向该键的功能处理程序。
独立式按键电路配置灵活，软件结构简单，但每个按键必须占用一根I/O口线。
图2-3独立式按键电路
2.2系统总体方案设计
本次多路数据采集系统的设计，主要是以ATMEGA16单片机为控制核心，由多路模拟量输入、频率量输入、开关量输入、12864液晶显示模块、键盘模块、MAX232转换模块和单片机七个部分组成。
本设计主要研究的是从采集多路输入量，然后通过单片机送入12864液晶屏上准确显示，由于采集信号时有干扰，为了能够获得更准确的结果，本设计采取了前端调整电路，同时，还可以通过按键控制采集指定的那路信号。
系统框图如图2-4。
图2-4系统框图
第3章系统硬件设计
3.1总体设计部分
本系统应具有如下功能:
（1）可实现模拟量8路单端输入，通道循环扫描;
（2）可程控量程转换;
（3）可选的多种触发方式;
其主要性能指标如下:
（1）8通道单端信号输入，最高采样率200ksps;
（2）分辨率:
10bits;
（3）准确度:
0.01%;
（4）输入信号电压范围:
0-+O.1V,0-+1V,0-+2V及0-+5V四种方式可程控选择。
电路设计的原则有以下几点：
（1）软硬结合。
在单片机应用系统中，许多硬件能完成的功能也可以由软件完成。
用软件来实现的硬件功能可以减少硬件电路，但响应时间则比硬件实现要长的多，而且占用许多CPU的执行时间，且部分算法的实现往往非常复杂。
在考虑硬件软化是需要考虑这些因素。
（2）选用典型的芯片促进硬件系统的标准化和
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