基于单片机的多通道数据监测系统方案.docx

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基于单片机的多通道数据监测系统方案

西南交通大学

本科毕业设计（论文）

基于单片机的多通道数据监测系统

Amulti-channeldatadetectionsystembasedonMCU

毕业设计（论文）任务书

题目基于单片机的多通道数据监测系统

1、本论文的目的、意义

温度压力液位流量是工业自动化常见控制参量，实现其监测与控制是基础性工作，也是机械电子工程专业学生必须掌握的基础容。

本课题要求学生综合利用所学知识，培养动手能力，在前人工作基础上，改进完善，实现多通道模拟工业温度压力液位信号采集和处理显示，实现上下限报警和电磁继电器和开关通断控制。

该课题对于机电测控实验中心完善实验建设具备价值。

2、学生应完成的任务

（1）查阅收集资料、熟悉设计原始资料、完成相关不少于10000个字符的外文资料

翻译。

（2）完成毕业实习调研以与实习报告的撰写。

（3）现有温度压力液位流量监测与控制系统调研和资料搜集。

（4）多路参量监测与控制系统方案设计。

（5）接口电路板制作和加工。

（6）实验程序设计与调试。

（7）完整程序和实物一套。

（8）整理完成不少于24000字的毕业论文。

3、论文各部分容与时间分配：

（共12周）

第一部分调研准备和资料搜集（2周）

第二部分方案设计和元器件采购（2周）

第三部分硬件制作（3周）

第四部分软件调试（3周）

第五部分系统集成，撰写毕业论文（1周）

评阅与答辩评阅答辩（1周）

备注

指导教师：

年月日

审批人：

年月日

摘要

随着电子计算机信息技术的不断发展和完善，采用单片机实现的数据采集系统的应用越来越多。

采用单片机实现的数据采集系统具有自动化和无人值守的特点。

在许多工业测控机械、医疗仪器以与消费电子产品中，都对数据采集系统的实时性与功耗提出了更高的要求：

即在满足微功耗、微型化的总体设计原则基础上，又要能实时反映现场采集数据的变化。

这就对系统的功耗、采样速度、数据存储和传输速度等提出了更高的要求。

然而，随着半导体与微控制器技术的飞速发展，各种微电子器件的性能不断提高，功耗却不断降低。

技术的进步使得高速度、低功耗的数据采集系统得以实现。

本文设计的数据采集与显示、处理系统采用TI公司研制的MSP430系列超低功耗单片机作为核心控制元件，实现了8通道模拟量数据的采集、自动循环显示、用户查询、限位设定与报警、外围驱动能力、时间显示、以与和上位机组态软件的通信功能。

该系统功能齐全，且具有一定的通用性。

主要研究容如下：

首先，分析了数据采集系统技术领域国外的研究现状，以与MSP430系列低功耗单片机的特点和应用情况。

其次，分析了研究数据采集系统的现实意义，在此基础上给出了基于MSP430单片机的数据采集系统的总体设计方案。

比较详细的介绍了实现该系统的硬件电路设计，包括电源电路、按键电路、复位电路、点阵LCD显示电路、LED指示灯和蜂鸣器报警电路、直流电机驱动电路和USART异步串行通信电路等电路的原理图设计。

最后详细的介绍了基于C语言的软件系统实现方案。

其中，软件系统的设计是本设计的工作重点。

设计过程采用了模块化的软件设计思想。

文中第4章前6小节详细介绍了系统中各个模块软件设计过程。

其中和组态王的串口通信程序设计是最有创新性的容；第7小节介绍了这些模块之间的输入、输出等关系，并最终给出了主处理程序的结构框架。

本设计的最终实验结果表明，下位机的数据采集与显示、查询、报警等功能均能顺利实现；与组态王的串口通信程序设计取得了明显的成果。

关键词：

数据采集MSP430串行通信

Abstract

Withdevelopmentofcomputerandinformationtechnology,usingofMCUinadatadetectionsystemisbecomingmoreandmorepopular.DatadetectionsystemwithMCUhascharacterofautomatedandunattended.

Real-timeandlowerpowerconsumptionisdemandedinmanyindustrialmeasurementandcontrolmachinery,medicalequipmentandconsumerelectronicsproducts:

principleofoveralldesignisnotonlymeetmicro-powerconsumptionandminiaturizationbutalsoreflectreal-timedatachangeswhenthescenechanges.Thismakeahigherdemandofthesystem’spowerconsumption,samplingspeed,datastoragespeedandtransmissionspeed.Withtherapiddevelopmentofsemiconductorandmicrocontrollertechnology,performanceofmicroelectronicdevicesisimprovedbutthepowerconsumptionisreduced.Advancesintechnologymakehigh-speed,lower-powerdatadetectionsystemcanberealized.

ThedatadetectionandprocessingsystemdesignedinthispaperuseTI’sMSP430asthecoreelement,whichachievesthefunctionssuchas:

8-channelanalogdatadetection,automaticcycledisplay,userqueries,setthelimitandgivealarm,todrivetheexternaldevices,showtimeandcommunicatewithPC（throughKingView6.51）.Thesystemhasenoughfunctionsandiscommonality.Maincontentsareasfollows:

First,analysestheresearchstatusquoofthedatadetectionsystemathomeandabroad.Second,analysesthepracticalsignificanceofdatadetectionsystem,onbasisofthis,wegiveadatadetectionsystemdesignprogrammewhichbasedonMSP430.

Wedetailthesystem’sstructuraldesignandhardwarecircuitdesign,includingpowercircuit,buttoncircuit,resetcircuit,dot-matrixLCDdisplaycircuit,LEDandbuzzeralarmcircuit,motor-drivencircuitandUSARTcommunicationcircuit,Finally,giveadetailintroductiontodesignasoftwaresystembasedonClanguagetorealizethewholefunction.

Thesoftwaredesignisthekeyworkofthisdesign.Thewholedesignprocessingbasedonaconceptcalled“modulardesign”.InChapter4thefirstsixsectionsdetaileverymodule’sdesigningprocess.SerialcommunicationproceduresdesignbetweenKingViewandMSP430isbelievedtobethemostinnovativecontentinthispaper;insection7,inputandoutputrelationsamongallthemodulesisanalysed.Andfinally,Igivethemainprogram’sstructuralframework.

Finaltestresultsshowthatdatadetectionanddisplay,queryandalarmfunctioncanrunssmoothly;serialcommunicationdesignbetweenKingViewandMSP430haveachievedremarkableresults.

keywords：

datadetectionMSP430serialcommunication

●

MSP430F44X系列器件的封装形式为100引脚的PLASTIC100-PINQFP，其引脚如图2-4所示。

2.2.2传感器简介

传感器就是能感知外界信息并能按一规律将这些信息转换成可用信号的装置。

传感器是系统对环境或被感知对象的感知元件，它的分辨率和精度对整个系统的精度有很大的影响。

在本系统中，所用传感器应当能够将被测的非电量信号转换为与之有确定对应关系的电量信号。

传感器的品种繁多，就其感知外界信息的原理来讲，可分为：

（1）、物理类：

基于力、热、光、电、磁和声等物理效应；

（2）、化学类：

基于化学反应的原理；（3）、生物类：

基于酶、抗体和激素等分子识别功能。

通常据基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、湿敏元件、声敏元件、放射线敏元件、色敏元件和味敏元件等十大类。

2.2.3A/D转换模块结构介绍

由于本数据采集系统采用的核心处理器为MSP430F449，该器件集成了12位精度的模数转换模块ADC12。

这样使对系统A/D转换模块的结构设计变得非常简单。

由于A/D转换的基准为电压，所以，如果传感器获得的为电流信号，则只需要将电流转换为电压即可；若传感器获得的为电压信号，则可直接利用。

这里只对A/D转换与其原理作简单介绍。

在MSP430的实时控制和只能仪表等应用系统中，控制或测量对象的有关变量，往往是一些连续变化的模拟量，如温度、压力、流量、速度等物理量。

利用传感器把各种物理量测量出来，转换位电信号，经过模数转换（ADC）变成数字量，这样模拟量才能被MSP430处理和控制。

分析或设计MSP430ADC相关应用时都会设计到有关性能指标的术语，弄清这些术语对理解应用ADC模块是很重要的。

ADC模块常用性能指标有如下几个：

（1）分辨率。

分辨率