【正文】 15 遠(yuǎn)程傳輸模塊 ................................................................................................................ 16 電源模塊 ........................................................................................................................ 18 溫度測(cè)量模塊 ................................................................................................................ 18 A/D 轉(zhuǎn)換器 PCF8591 ............................................................................................. 19 溫度傳感器 AD590 ................................................................................................ 19 總結(jié) ................................................................................................................................. 20 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) ...................................................................................................................... 21 MAIN 函數(shù)設(shè)計(jì) ............................................................................................................... 21 I2C 發(fā)送數(shù)據(jù)函數(shù) .......................................................................................................... 22 鍵盤中斷函數(shù) ................................................................................................................ 23 鍵盤處理函數(shù) ................................................................................................................ 23 LED 顯示函數(shù) ................................................................................................................ 24 A/D 轉(zhuǎn)換函數(shù) ................................................................................................................. 24 總結(jié) ................................................................................................................................. 25 6 總結(jié)與展望 .......................................................................................................................... 26 課題總結(jié) ........................................................................................................................ 26 課題展望 ........................................................................................................................ 26 致 謝 ........................................................................................................................................ 28 參 考 文 獻(xiàn) ............................................................................................................................ 29 附 錄 Ⅰ 元器件清單 ............................................................................................................ 30 附 錄 Ⅱ 原理圖 .................................................................................................................... 31 基于 I2C 總線的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 1 1 緒論 數(shù)據(jù)采集是將被測(cè)對(duì)象 (外部世界、現(xiàn)場(chǎng) )的各種參量 (如物理量、化學(xué)量、生物量等 )通過各種傳感元件作適當(dāng)轉(zhuǎn) 換后，再經(jīng)信號(hào)調(diào)理、采樣、放大、濾波、量化、編碼，然后通過無線或有線的方式進(jìn)行傳輸?shù)炔襟E，最后送到控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理或存儲(chǔ)紀(jì)錄的過程。 在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，由于許多被測(cè)對(duì)象離主控中心距離較遠(yuǎn)或現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境不允許數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)就近放置，只能用長(zhǎng)線通過遠(yuǎn)距離傳送給主控制器，這便產(chǎn)生了遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。應(yīng)用遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的各種參數(shù)進(jìn)行采集、監(jiān)視和記錄，是提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本、增加生產(chǎn)效率和節(jié)省人力的重要手段；另外，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集是控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制的基本條件，只有準(zhǔn)確實(shí)時(shí)的獲取對(duì)象的運(yùn)行數(shù)據(jù)才能實(shí)施有 效的控制。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)經(jīng)歷了幾個(gè)發(fā)展階段。早期的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于 ISA、 PCI 總線，采集的數(shù)據(jù)是模擬量，系統(tǒng)龐大，采集后需要將模擬信號(hào)經(jīng)過放大、調(diào)理通過長(zhǎng)線傳送給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)；在長(zhǎng)線傳輸過程中信號(hào)的電磁干擾是不可避免的，信號(hào)轉(zhuǎn)換的過程也存在干擾；基于串口傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)傳輸速度慢，而且多為主從式結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)穩(wěn)定性低?；趩纹瑱C(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)利用數(shù)字傳感器直接輸出數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過總線的傳輸直接送給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，操作方便，無需信號(hào)轉(zhuǎn)換。 I2C總線及優(yōu)點(diǎn) I2C（ Inter－ Integrated Circuit）總線是一種由 PHILIPS 公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設(shè)備，是微電子通信控制領(lǐng)域廣泛采用的一種總線標(biāo)準(zhǔn)。它是同步通信的一種特殊形式，具有接口線少，控制方式簡(jiǎn)單，器件封裝形式小，通信速率較高等優(yōu)點(diǎn)。在主從通信中，可以有多個(gè) I2C 總線器件同時(shí)連接到 I2C 總線上，所有I2C 兼容的器件都具有標(biāo)準(zhǔn)的接口，通過地址來識(shí)別通信對(duì)象，使他們可以經(jīng)由 I2C 總線互相通信。 I2C 總線很大程度上減輕了系統(tǒng)對(duì) I/O 口需求的壓力，彌補(bǔ)了系統(tǒng)主處理芯片 I/O口的不足，通過擴(kuò)展芯片總線的傳 輸長(zhǎng)度可高達(dá) 1000米，并且能夠以最高以 的最大傳輸速率支持 40個(gè)組件。 I2C 總線是由數(shù)據(jù)線 SDA 和時(shí)鐘線 SCL 構(gòu)成的串行總線，可發(fā)送和接受數(shù)據(jù)。在CPU與被控 IC 之間， IC 和 IC 之間進(jìn)行雙向傳送， 各種被控電路均并聯(lián)在這條總線上，每個(gè)電路都有唯一的地址。在信息傳輸過程中， I2C 總線上并聯(lián)的每一個(gè)模塊電路既是被控器（或是主控器），又是發(fā)生器（或是接收器），這取決與它所要完成的功能。 CPU陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書） 2 發(fā)出的控制信號(hào)分為地址碼和數(shù)據(jù)碼兩部分：地址碼用來選址，及接通需要控制的電路；數(shù)據(jù)碼是通信的內(nèi)容，這樣各控制電 路雖然掛在同一條總線上，卻彼此獨(dú)立。 利用 I2C 總線實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集不但布線方便，傳輸速度快，操作方便，節(jié)省 I/O資源，多主式的結(jié)構(gòu)更增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 基于 I2C 總線的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 3 2 系統(tǒng)方案 系統(tǒng)方案簡(jiǎn)介 該系統(tǒng)設(shè)計(jì)是利用 LPC900 系列單片機(jī)，通過 I2C 總線，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的溫度采集。基于 I2C 的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由主控制模塊和數(shù)據(jù)采集模塊兩大部分構(gòu)成。主控制模塊以LPC900 系列單片機(jī)為核心控制器，集成了鍵盤操作功能。溫度傳感器 AD590 測(cè)得溫度后轉(zhuǎn)換為電信號(hào)經(jīng)過放大和信號(hào)調(diào)理送入 A/D 轉(zhuǎn)換器 PCF8591 實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，再通過由擴(kuò)展芯片 P82B96 擴(kuò)展后的 I2C 總線實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。顯示模塊利用 I2C 總線可以并聯(lián)多個(gè) I2C 接口器件的特性，使用 ZLG7290 作為 LED 驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示。系統(tǒng)方案如下： L92復(fù)位電路晶振電路共陰數(shù)碼管鍵盤電路P82B96P82B96A/DPCF8591ADS590SDASLSDASDASCLSCLSCL SDALED驅(qū)動(dòng)器7290SCLSDA段輸出 圖 21 系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 系統(tǒng)總體方案的確定 主控制器方案的選型 方案一：常用的 51 單片機(jī) 89C51 89C51 無硬件 I2C，需用軟件模擬 I2C 時(shí)序，操作繁瑣，調(diào)試麻煩，內(nèi)部資源不充足，且 5V工作電壓功耗高、 速度低，用于該課題無明顯優(yōu)勢(shì)。 方案二： LPC900 系列單片機(jī) LPC900 系列單片機(jī)具有體積小、有 I2C 引腳、超低的功耗（完全掉電時(shí)電流低至1181。A，工作電壓低至 ～ ）、 6 倍速于 80C5工業(yè)級(jí)芯片、可靠性高、增強(qiáng)型 I/O口、豐富的片內(nèi)資源和 ICP 在線編程方便快捷等優(yōu)勢(shì)。 用 LPC93X 系列單片機(jī)能滿足要求但資源浪費(fèi)，價(jià)格高，故最終確定選用 LPC922單片機(jī)。 陜西科技大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書） 4 I2C擴(kuò)展芯片的選型 I2C 的傳輸距離有限。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，必須擴(kuò)展 I2C 通信距離。 P82B715 和 P82B96是 Philips 研制的應(yīng)用于遠(yuǎn)距離通信的 I2C 擴(kuò)展器。 P82B715 只有 3000pF 的輸出容性負(fù)載，且不可電平轉(zhuǎn)換，而 P82B96 的最大輸出容性負(fù)載高達(dá) 4000pF，支持電平轉(zhuǎn)換，還可以作為通用的準(zhǔn)雙向總線緩沖器。當(dāng)通信速率為 31KHz可達(dá)到 1000 米。因此在這個(gè)系統(tǒng)里選用 P82B96。 溫度傳感器的選型 方案一：熱電偶傳感器 熱電偶傳感器的原理是將溫度變化轉(zhuǎn)換為電勢(shì)的變化。它是利用兩種不同材料的金屬連接在一起，構(gòu)成的具有熱點(diǎn)效應(yīng)原理的一種感溫元件。其優(yōu)點(diǎn)為精確 度高、測(cè)溫范圍廣、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、型號(hào)種類比較多且技術(shù)成熟。目前廣泛應(yīng)用于工業(yè)和民用產(chǎn)品中。熱電偶傳感器的種類很多，在選擇時(shí)必須考慮其靈敏度、可靠性、穩(wěn)定性等條件。 方案二：熱電阻傳感器 熱電阻傳感器的原理是將溫度變化轉(zhuǎn)換為電阻值的變化。熱電阻傳感器是中低溫區(qū)最常用的一種溫度傳感器。它的主要特點(diǎn)是：測(cè)量精度高，性能穩(wěn)定、其中鉑電阻的測(cè)量精度是最高的，被制作成標(biāo)準(zhǔn)的基準(zhǔn)儀。從熱電阻的測(cè)溫原理可以知道，被測(cè)溫度的變化是直接通過熱電阻阻值的變化來變現(xiàn)的。因此，熱電阻的引出線的電阻的變化會(huì)給測(cè)溫 帶來影響。為了消除引線電阻的影響，一般采用三線制或四線制。 方案三：半導(dǎo)體集成模擬溫度傳感器 半導(dǎo)體 IC 溫度傳感器是利用半導(dǎo)體 PN 結(jié)的電流、電壓與溫度變換關(guān)系來測(cè)溫的一種感溫元件。這種傳感器輸出線性好、精度高，而且可以把傳感器驅(qū)動(dòng)電路、信號(hào)處理電路等與溫度傳感器部分集成在同一硅片，體積小，使用方便，應(yīng)用比較廣泛的有AD590 等。 IC 溫度傳感器在微型計(jì)算機(jī)控制體系中，通常用于室溫的測(cè)量，以便微型計(jì)算機(jī)對(duì)溫度測(cè)量值進(jìn)行補(bǔ)償。 方案四：半導(dǎo)體集成數(shù)字溫度傳感器 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn) 步和發(fā)展，新型溫度傳感器的種類繁多，應(yīng)用逐漸廣泛，并且開始由模擬式向著數(shù)字式、單總線式、雙總線式、多總線式發(fā)展。數(shù)字溫度傳感器更適合與各種微處