多通道传感器数据采集系统的设计最后改版.doc
《多通道传感器数据采集系统的设计最后改版.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《多通道传感器数据采集系统的设计最后改版.doc(48页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、教学单位 宝鸡文理学院 学生学号 编 号 本科毕业设计 题目 多通道传感器数据采集系统的设计 学生姓名 专业名称 电气工程及自动化 指导教师 2013 年 3 月 10 日多通道传感器数据采集系统的设计 摘 要 : 数据采集系统的应用范围越来越宽、所涉及到的测量信号和信号源的类型越 来越多、对测量的要求也越来越高,国内现在已有不少数据测量和采集的系统,但很多系统存在功能单一、采集通道少、采集速率低、操作复杂、并且对测试环境要求较高等问题。人们需要一种应用范围广、性价比高的数据采集系统。 本设计主要完成了基于AT89S51单片机控制的数据采集系统的硬件电路设计以及相应的软件设计。本系统的硬件设计
2、主要包括:多路转换开关及前置放大电路的设计,采样保持电路的设计,模数转换电路的设计,数模转换电路的设计。多路转换开关及前置放大电路的设计中重点介绍了多路开关的选择、AD521放大倍数的计算以及多路开关CD4051和放大器AD521硬件连接电路。采样保持电路的设计中重点介绍了采样保持电路的原理和主要参数以及采样保持器的选择和连接电路。模数转换电路的设计中重点介绍了系统A/D通道的选择和A/D转换器的各项误差分析以及A/D转换器AD574的介绍、输入方式和连接电路。数模转换电路的设计中重点介绍了D/A通道的选择,D/A转换器的选择以及D/A转换器DAC0832的介绍、连接电路和DAC0832的输出
3、方式。硬件设计中还介绍了单片机的选择,单片机AT89S51的时钟电路和复位电路。本系统的软件设计主要包括编译器的选择,各部分的流程图以及程序的设计。本设计中还分析了系统的性能及误差。本设计基本上实现了对32路的多路数据采集的设计,但是由于时间紧凑以及自己的知识水平有限等原因,没有对所设计的整个系统进行调试及仿真,因而也就没能做出实物出来;同时可能有很多问题还没有发现,希望老师和同学给予指出。关键词: 数据采集;AT89S51单片机;CD4051;DAC0832;DAC0832 Multi-channel data acquisition system based on MCU Abstract
4、 :The application rage of data acquisition system is becoming wide increasingly, the types of measurement signal and signal source are also more and more, Surveyors also require much higher measure requirements. Domestic now have a lot of date acquisition and measure systems, but there are many syst
5、ems involving these issues: single function, less collection access, low collection rate, high demands of collection test environment and so on. So people require a broad scope of application, high reliability and low-cost data acquisition system. Completed the design of the main AT89S51 Microcontro
6、ller based data acquisition system hardware design and the corresponding software design. The hardware design of the system include: multi-switch and preamplifier circuit design, sample and hold circuit, ADC circuit design, digital to analog conversion circuit. Multi-switch and preamplifier circuit
7、design highlights the choice of multi-way switch, AD521, and the calculation of the magnification CD4051 MUX hardware connection circuit and amplifier AD521. Sample and hold circuit design focuses on the principles of sample and hold circuit and the main parameters and sample and hold circuit for th
8、e selection and connection. Analog-digital conversion circuits focused on the design of the system A / D channel selection and A / D converter of the error analysis and A / D converter AD574 introduction, input and connection circuits. Digital-analog conversion circuit design highlights the D / A ch
9、annel selection, D / A converter selection and D / A converter DAC0832 introduction, connecting the output circuit and the DAC0832. It also describes the hardware design, the choice of microcontroller, microcontroller AT89S51 the clock circuit and reset circuit. The software design includes the choi
10、ce of compiler, various parts of the flow chart and program design. This design also analyzed the system performance and errors. The design is basically realized the design of eight-channel data acquisition, but because of tight time and limited knowledge of their own reasons, not the entire system
11、is designed for debugging and simulation, and thus have not been able to make in-kind out; the same time There may be many problems have not been found, giving hope that teachers and students. Keywords: data acquisition; AT89S51 microcontroller; CD4051; DAC0832;DAC0832 目 录1 引言11.1 多通道数据采集系统简介11.2国内外
12、数据采集器的应用现状11.3 本设计的主要任务32 系统硬件电路设计42.1 硬件设计思路42.2 系统硬件电路设计52.2.1 多路转换开关52.2.2 前置放大电路72.2.3 采样/保持电路102.2.4 模/数转换电路142.2.5 数/模转换电路182.2.6 各芯片分析及方案论证233 系统的软件设计263.1 KEILC51 编译器简介263.1.1 uVision2集成开发环境263.1.2 编辑器和调试器273.2 程序流程图283.2.1主程序流程图283.2.2 A/D转换程序的流程图和D/A转换程序的流程图293.3 系统总图294 系统可靠性措施314.1 低功耗措施
13、314.2 抗干扰措施315 结 论32致 谢33参考文献34附录1 系统硬件总图35附录2 源程序36附录3 附表391 引言1.1 多通道数据采集系统简介在工业生产和科学技术研究过程的各行业中,常常要对各种数据进行采集,随着现代化工业的发展,多通道数据采集系统成为日益重要的技术,广泛应用于工农业等行业。多通道数据采集系统通常采用的方法有,用微机控制,微机在工业领域中的一个主要应用就是与原有设备相结合,构成新的数字化、智能化的测控系统,从而提高原有设备的性能,但微机设备复杂、成本较高,使得微机控制的数据采集系统技术难度、成本都相应的提高,从而制约了微机在数据采集这方面的应用。随着单片机技术的
14、飞速发展,应用领域日益扩大,各种型号、系列的单片机不断推出,许多新技术、新工艺被采用,因而具有更高的性能价格比1。单片机控制的多通道据采集系统使用非常方便、性能优越、运行可靠、广泛地应用于各行各业。本文利用AT89S51 单片机设计了一个多通道据采集系统,着重介绍该系统的特点及实现方法。本设计采用单片机作为控制来构成多路数据采集系统,并完成了软硬件的设计。在过程控制及各种仪器表仪表中,由微型计算机进行实时控制及实时数据处理,单片机所加工的信息总是数字量。被控制或测量对象的有关参量往往是一些连续变化的模拟量,如温度、湿度、压力、流量、速度等。系统通过多路模拟开关采集多路数据,使其通过多路模拟转换
15、开关,把采集到的多路模拟信号经过放大、采样保持、A/D(Analog to Digital Converter,模数转换器)转换电路转换成数字信号,输入单片机进行处理,处理后发出的数字信号经过D/A(Digital to Analog Converter,数模转换器)2转换电路转换成模拟信号。从而达到采集数据,监控,滤波等目的。本设计的系统实现了一种高性能、高智能的实用型多通道数据采集系统,可达到对收集的数据进行监控,滤波等目的。1.2国内外数据采集器的应用现状1、国外数据采集器的现状随着国外微电子技术、计算机技术、测控技术和数字通信技术的发展,目前国外数据采集技术己经有了很大的发展。从近来国
16、外公司展示的新产品可以看出,主要的发展可以概括为体积小、功能多样和使用方便等三个方面。此外,数据采集器的应用特点还反映在如下几个方面: (1)它既是一台数据采集器,又是一台功能较全的机器状态分析仪,不仅有常用的时域分析和频域FIT分析,而且还可以做倒谱、细化、包络谱和时频域分析等功能;(2)它既是采集器,又可以兼做其它仪器来用。如法国迈威公司的MOVILOG数据采集器,就可作为一台动平衡仪来用,它不但可以做单一平面的动平衡,还可以做六个平面的动平衡;(3)储存量大,从低频到高频频率测量范围宽,能适应机器从低速到高速的各种监测范围需要;(4)可利用振动传感器或过程传感器或电量传感器等输入多种物理
17、量,如振动加速度、位移、相位、转速、温度、压力、流量、电压、电流和功率等,形成多参数监测系统;(5)数据采集器配套的软件是以通用窗口的软件为基础,功能较强。一套软件可同时支持数种不同型号与不同档次的数据采集器;(6)数据采集器已经安装了LCD背光显示屏,并尽量减少了操作键,元器件高度集成化,并减轻了机器的重量,采用防水防撞击的密封外壳,能适应恶劣的工业环境。2、国内数据采集器的现状 上世纪80年代末到90年代初,我国一些仪器厂已研制出了多种数据采集器,其中单通道的有SP201,SC247型,双通道的有EG3300,YE5938型,超小型的有911,902和921型。具有采集静态信号的有SMC-
18、9012型。所配套的软件包基本上包括了设备维修管理和基本频谱分析两大部分,能够适应机器设备的一般状况监测和故障诊断,基本己经达到了国外数据采集器的初期水平。但是,国内数据采集器与目前国外数据采集器相比,在技术上仍然存在着一定的差距,主要表现在:(1)由于受国内振动等传感器水平的限制,分析频率范围不宽,给一些高速的机器或轴承的诊断等带来了一定的困难;(2)由于数据采集器的内存不大,数据采集器本身的信号处理功能不强,在现场只能做一些简单诊断,精密诊断需要离线到计算机上去做,现场精密诊断功能较弱;(3)设备的软件水平仍在设备维修管理和基本频谱分析上徘徊,机器故障诊断专家系统还需完善,软件人机界面有待
19、改进。数据采集是整个工厂自动化的最前端,测试精度、速度与实现该功能的成本是数据采集三个重要因素,数据采集也正朝着这几个方向发展。高速、实时数据采集在运动控制、爆炸检测、医疗设备、快速生产过程(如石油化工过程)和变电站自动化等领域都有非常重要的应用例,这些行业中,对高速数据采集的需求远远超过目前实际可以实现的程度。用户的需求促进了技术的发展和新产品的出现,因此,数据采集仍然会有长足的发展。1.3 本设计的主要任务本设计用单片机控制多通道数据采集系统,本文着重介绍该系统的工作原理及硬件与软件设计,本设计的主要组成如下:(1)多通道数据输入单元。(2)采样保持电路的A/D转换单元。(3)硬件和单片机
20、的连接电路。(4)单片机输出的数据锁存和D/A转换单元。多通道数据采集系统的方案及总体设计,包括主体电路的设计和单片机控制电路的设计(要用到单片机的控制整个系统),因此要完成单片机应用系统的硬、软件设计并完成软件调试,以满足整个系统的要求。整个系统的设计包括硬件设计和软件设计两部分。硬件设计主要完成多路数据采集整个硬件电路及I/O接口的设计:包括模拟多路开关电路、运算放大电路、采样保持电路、模数转换电路、硬件和单片机的连接电路、数模转换电路、转换开关保护电路等组成;软件设计主要完成控制整个系统的应用程序与调试,包括主程序、A/D和D/A转换程序、多路开关控制以及I/O接口控制等程序的设计。系统
21、总框图如图1所示。数据器传感器传感器 多 路 模 拟 开 关 前 置 放 大单片机数 模 转 换执 行 机 构模 数 转 换采 样 保 持传感器 图1 系统总框图2 系统硬件电路设计2.1 硬件设计思路 多通道数据采集系统的正常运行依赖于整个系统硬件设备的科学设计。根据课题设计任务的要求,结合软件的设计,选择合适的电路元件,设计合理的接口电路以便能够高效率、稳定合理、方便的实现多路数据采集。多通道数据采集系统的硬件部分分为多路数据输入部分,采样保持部分,A/D转换部分,硬件和单片机的连接电路部分,D/A转换部分。(1)多通道数据输入部分在不要求高速采样的场合,一般采用共享的A/D转换通道,分时
22、对各路模拟量进行模/数转换,目的是简化电路,降低成本。用模拟多路开关来轮流切换模拟量与A/D转换器间的通道,使得在一个特定的时间内,只允许一路模拟信号输入到A/D转换器,从而实现分时转换的目的。一般模拟多路开关有2N个模拟输入端,N个通道选择端,由N个选通信号控制选择其中一个开关闭合,使对应的模拟输入端与多路开关的输出端接通,让该路模拟信号通过。有规律地周期性改变N个选通信号,可以按固定的序列周期性闭合各个开关,构成一个周期性分组的分时复用输出信号,由后面的A/D转换器分时复用对各通道模拟信号进行周期性的转换。在数据采集时,来自传感器的模拟信号,一般都是比较弱的电平信号,因此需要放大电路把输入
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 通道 传感器 数据 采集 系统 设计 最后 改版
链接地址:https://www.31ppt.com/p-4141693.html