【正文】 ial control equipment, instruments, and electrical engineering integration, intelligent home and many other fields． Key words: Multichannel Data Acquisition Microcontroller XXX 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 無線 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 前言 21世紀(jì)的今天，科學(xué)技術(shù)的發(fā)展日新月異，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步同時(shí)也帶動(dòng)了測量技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代控制設(shè)備不同于以前，它們在性能和結(jié)構(gòu)發(fā)生了翻天覆地的變化。 在分析了不同類型的單片機(jī)的特點(diǎn)及單片機(jī)與 PC 機(jī)通信技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了單片機(jī)控制的采集系統(tǒng)，并通過串口通信實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與 P(：機(jī)之間的通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送并將數(shù)據(jù)在 PC機(jī)上顯示及存儲(chǔ)，完成單機(jī)的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)。XXX 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 目 錄 前言 ..................................................................... 4 1 總體方案設(shè)計(jì) .......................................................... 5 方案論證 ......................................................... 5 傳感器 ..................................................... 5 主控部分 ................................................... 5 2 硬件電路的設(shè)計(jì) ........................................................ 6 電源電路 ......................................................... 6 溫度采集電路 ..................................................... 7 DS18B20 簡介 ................................................ 7 電路設(shè)計(jì) ................................................... 9 無線傳輸電路模塊 .......................................... 10 3 無線發(fā)送與接收電路 ................................................... 11 無線發(fā)送電路 .................................................... 11 無線接收模塊 .................................................... 11 4 顯示電路 ............................................................. 12 字符型液晶顯示模塊 .............................................. 12 字符型液晶顯示模塊引腳 .......................................... 13 字符型液晶顯示模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu) ...................................... 13 5 單片機(jī) AT89S52 ........................................................ 14 AT89S52 簡介 .................................................... 14 AT89S52 引腳說明 ................................................ 15 6 軟件設(shè)計(jì) ............................................................. 17 系統(tǒng)概述 ........................................................ 17 程序設(shè)計(jì)流程圖 .................................................. 17 溫度傳感器多點(diǎn)數(shù)據(jù)采集 .......................................... 18 7 調(diào)試及結(jié)果 ........................................................... 18 測試環(huán)境及工具 .................................................. 18 測試方法 ........................................................ 18 測試結(jié)果分析 .................................................... 18 8 總結(jié) ................................................................. 19 附錄 1： 電路原理總圖 .................................................... 20 附錄 2： 發(fā)射部分主程序 .................................................. 20 附錄 3： 接收部分主程序 .................................................. 26 參考文獻(xiàn) ................................................................ 32 XXX 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 基于單片機(jī)的 無線 多路 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 摘 要 由于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的應(yīng)用范圍越來越寬、所涉及到的測量信號(hào)和信號(hào)源的類型越來越多、對測量的要求也越來越高，國內(nèi)現(xiàn)在已有不少數(shù)據(jù)測量和采集的系統(tǒng)，但很多系統(tǒng)存在功能 單一、采集通道少、采集速率低、操作復(fù)雜，并且對測試環(huán)境要求較高等問題。人們需要一種應(yīng)用范圍廣、性價(jià)比高的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 基于單片機(jī)的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是由將來自傳感器的信號(hào)通過放大、線性化、濾波、同步采樣保持等處理后，輸入 A／ D 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后由單片機(jī)采集，然后利用單片機(jī)與 PC 機(jī)的通信 將數(shù)據(jù)送到 PC 機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、后期處理與顯示，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)處理功能強(qiáng)大、顯示直觀、界面友好、性價(jià)比高、應(yīng)用廣泛的特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、儀器、儀表、機(jī)電一體化、智能家居等諸多領(lǐng)域。我們已經(jīng)進(jìn)入了高速發(fā)展的信息時(shí)代，測量技術(shù)是當(dāng)今社 會(huì)的主流，廣泛地深入到應(yīng)用工程的各個(gè)領(lǐng)域。伴隨工業(yè)科技、農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展，溫度測量需求越來越多，也越來越重要。這時(shí)就要采用無線方式對溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行采集?？紤]到許多工業(yè)環(huán)境中對多點(diǎn)溫度進(jìn)行監(jiān)控，一般需要測量幾十個(gè)點(diǎn)以上。 本設(shè)計(jì)是以 Atmel 公司的 AT89S51 單片機(jī)作為控制核心，提出以 DS18B20 的單總線分布式溫度采集與控制系統(tǒng)。控制器通過溫度傳感器實(shí)時(shí)檢測各節(jié)點(diǎn)的溫度變化，并在 LCD1602 上循環(huán)顯示各節(jié)點(diǎn)溫 度的變化。 因?yàn)?采用微型機(jī)進(jìn)行溫度檢測、數(shù)字顯示、信息存儲(chǔ)及實(shí)時(shí)控制，對于提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源等都有重要的作用 ，并且 溫度參數(shù)對工業(yè)生產(chǎn)的重要性， 所以溫度 測量系統(tǒng) 的精確度和智能化一直受到企業(yè)的重視。因此溫度測控技術(shù)是一個(gè)很實(shí)用、也很重要的技術(shù)，值得去研究掌握。因此前景是相當(dāng)?shù)目捎^。若采用一般溫度傳感器采集溫度信號(hào)，則需要設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)理電路、 A/D 轉(zhuǎn)換及相應(yīng)的接口電 路，才能把傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送到計(jì)算機(jī)去處理。 所以多點(diǎn)溫度檢測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于兩部分：溫度傳感器的選擇和主控單元的設(shè)計(jì)。 方案論證 傳感器 方案一： 采用熱敏電阻，可滿足 40 攝氏度至 90 攝氏度測量范圍，但熱敏電阻精度、重復(fù)性、可靠性較差，對于檢測 1 攝氏度的信號(hào)是不適用的。 但這些芯片輸出的都是模擬信號(hào) ， 必須經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換后才能送給計(jì)算機(jī) ， 這樣就使得測溫裝置 的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 。 即使能實(shí)現(xiàn) ，也要用到復(fù)雜的算法，一定程度上也增加了軟件實(shí)現(xiàn)的難度。便于單片機(jī)處理及控制，省去傳統(tǒng)的測溫方法的很多外圍電路。在 0~100 攝氏度時(shí)，最大線形偏差小于 1攝氏度。這樣 ， 測溫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)就比較簡單 ， 體積也不大 ， 且由于 AT89S52 可以帶多個(gè)DSB1820， 因此可以非常容易實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)測量 。 采用溫度芯片 DS18B20 測量溫度，可以體現(xiàn)系統(tǒng)芯片化這個(gè)趨勢。而且，集成塊的使用，有效地避免外界的干擾，提高測量電路的精確度。本方案應(yīng)用這一溫度芯片，也是順應(yīng)這一趨勢。單片機(jī)軟件編程的自由度大，可通過編程實(shí)現(xiàn)各種各樣的算術(shù)算法和邏輯控制。既可以XXX 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 單獨(dú)對多 DS18B20 控制工作，還可以與 PC 機(jī)通信 .運(yùn)用主從分布式思想，由一臺(tái)上位機(jī)（ PC 微型計(jì)算機(jī)），下位機(jī)（單片機(jī)）多點(diǎn)溫度數(shù)據(jù)采集，組成兩級(jí)分布式多點(diǎn)溫度測量的巡回檢測系統(tǒng) ,實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。 方案二：使用 MSP430 作控制器， 德州儀器 (TI) 的超低功率 16 位 RISC 混合信號(hào)處 理器 MSP430 產(chǎn)品系列為電池供電測量應(yīng)用提供了最終解決方案。 但在溫度采集和實(shí)施控制這個(gè)重要的場合低功耗相對來說顯得就不是那么重要了，而應(yīng)該考慮它的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性，同時(shí)對比 AT89S52 能夠在性能和資源都可以到達(dá)一個(gè)最佳的狀態(tài)，可以避免用 MSP430 的不必要的資源浪費(fèi)。系統(tǒng)框圖如 下 圖 。下面將依次對各個(gè)模塊進(jìn)行說明。交流電經(jīng)過二極管整流之后，方向單一了，但是電流強(qiáng)度大小還是處在不斷地變化之中。XXX 大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 由于此脈動(dòng)的直流電壓還含有較大的紋波，必須通過濾波電路加以濾除，從而得到平滑的直流電壓。但這樣的電壓還隨電網(wǎng)電壓波動(dòng)，一般有 177。 穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)，負(fù)載和溫度變化時(shí)，維持輸出直流電壓穩(wěn)定。 9V 直流電出來后再經(jīng)過三端穩(wěn)壓器 LM7805 穩(wěn)壓成為穩(wěn)定的 5V 電源，其中 7805 的 Vin 腳是輸入腳，接 9V 直流電源正極， GND 是接地腳，接 9V 直流電源負(fù)極， Vout 為輸出腳，它和接地腳的電壓就是 +5V 了。同時(shí)在 5V 穩(wěn)壓電源加上一個(gè) 10K 的電阻和一個(gè)紅色發(fā)光二極管，當(dāng)上電后，紅色發(fā)光二極管點(diǎn)亮，表示電源工作正常。電源原理 圖如圖 所示 。測溫分辨率可達(dá) ℃ ，被測溫度用符號(hào)擴(kuò)展的 16 位數(shù)字量方式串行輸出?！?。 CPU 只需一根端口線就能與諸多 DS18B20 通信，占用微處理器 的端口較少，可節(jié)省大量的引線和邏輯電路。這允許許多不同地方放置溫度靈敏器件。 DS18B20 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 如圖 。 64位激光 ROM 從高位到低位依次為 8 位 CRC、 48位序列號(hào)和 8位家族代碼 (28H)組成。 C、 非易失性溫度報(bào)警觸發(fā)器 TH和 TL。 D、 配置寄存器。 其中 R0、 R1：溫度計(jì)分辨率設(shè)置位，其對應(yīng)四種 分 辨率如 下 表所列，出廠時(shí) R0、 R1 置為缺省值： R0=1，R1=1（即 12位分辨率），用戶可根據(jù)需要改寫配置寄存器以獲得合適的分辨率。當(dāng)溫度轉(zhuǎn)換命令發(fā)布后 ， 經(jīng)轉(zhuǎn)換所得的溫度值以二字節(jié)補(bǔ)碼形式存放在高速暫存存儲(chǔ)器的第 0和第 1個(gè)字節(jié)。對應(yīng)的溫度計(jì)算：當(dāng)符號(hào)位 S=0 時(shí)，直接將二進(jìn)制位轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制；當(dāng) S=1 時(shí)，先將補(bǔ)碼變?yōu)樵a，再計(jì)算十進(jìn)制值。 DS18B20 采用外部供電方式，理論上可以在一根數(shù)據(jù)總線上掛 256 個(gè) DS18B20，但時(shí)間應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，如果掛接 25個(gè)以上的 DS18B20 仍舊有可能產(chǎn)生功耗問題。在這種情況下我們可以采用分組的方式，用單片機(jī)的多個(gè) I/O 來驅(qū)動(dòng)多路 DS18B20。電路如圖。編制程序時(shí)必須嚴(yán)格按芯片數(shù)據(jù)手冊提供的有關(guān)操作順序進(jìn)行，讀、寫時(shí)間片程序要嚴(yán)格按要求編寫。 B、 有多個(gè)測溫點(diǎn)時(shí)，應(yīng)考慮系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)傳感器出錯(cuò)自動(dòng)指示，進(jìn)行自動(dòng) DS18B20 序列號(hào)和自動(dòng)排序，以減少調(diào)試和維護(hù)工作量。 DS18B20 在三線制應(yīng)用時(shí)，應(yīng)將其三線焊接牢固；在兩線應(yīng)用時(shí)，應(yīng)將 VCC與 GND接在一起，焊接牢固。 D、 實(shí)際應(yīng)用時(shí)，要注意單線的驅(qū)動(dòng)能力，不能掛接過多的 DS18B20，同時(shí)還應(yīng)注意最遠(yuǎn)接線距離。 無線傳輸電路模塊 無線傳輸模塊 ， 采用集成芯片 PT2262和 PT2272來構(gòu)建收發(fā)電路 。 編碼芯片 PT2262 發(fā)出的編碼信號(hào)由：地址碼、數(shù)據(jù)碼、同步碼組成一個(gè)完整的碼字，解碼芯片 PT2272 接收到信號(hào)后，其地址碼經(jīng)過兩次比較核對后， VT 腳才輸出高電平，與此同時(shí)相應(yīng)的數(shù)據(jù)腳也輸出高電