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首页基于单片机的小型数据采集器设计与实现
本篇文档是青岛理工大学的一份关于小型数据采集器研究的本科毕业论文,主要针对单片机技术进行深入探讨。论文的主人公在导师的指导下,针对小型数据采集器的关键技术指标,如高采样速率、高分辨率、精确度、宽广的输入电压范围以及强大的抗干扰能力提出了严格要求。研究内容主要包括数据采集系统的整体解决方案,系统由传感器、信号调理、数据采集硬件、通用计算机和配套软件组成,采用了模块化和开放性设计,以便于扩展和配置。 研究者首先在2015年4月6日至4月25日期间进行了深入的文献调研和参考资料的搜集,以理解小型数据采集器的工作原理和MCS-51系列单片机的基本结构和特性。接下来的几周,他们逐步解决了遇到的问题,构建了初步的论文框架,到5月12日至5月23日撰写了初稿。在5月24日至6月7日期间,根据教师的反馈进行了论文修订和完善,并进一步优化了系统设计。 论文不仅强调了设计的简洁性和合理性,还要求程序的清晰易读和逻辑性强。技术上,学生需掌握单片机基础,分析不同设计方案的优劣,并选择适合的方法实现小型数据采集器。此外,作者在论文中展示了对现有研究成果的吸收和创新,提出自己独特的见解,并确保了论述的条理性、论据的充分性和文本的学术规范性。 论文评审中,指导教师对学生的努力给予了高度评价,认为其查阅文献能力强,能全面收集和分析小型数据采集器的设计知识,显示出良好的研究能力和实践应用水平。这篇论文是对小型数据采集器设计技术的深入研究与实践探索,具有较高的学术价值。
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青岛理工大学毕业论文
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第 1 章 绪 论
1.1 研究的目的和意义
21 世纪的今天,科学技术的发展日新月异,科学技术的进步同时也带动了
测量技术的发展,现代控制设备不同于以前,它们在性能和结构上发生了翻天覆
地的变化。我们已经进入了高速发展的信息时代。测量技术是当今社会的主流,
广泛地深入到应用工程的各个领域。温度是工业、农业生产中常见的最基本的参
数之一,在生产过程中常需对温度进行检测和监控,采用微型机进行温度检测、
数字显示、信息存储及实时控制,对于提高生产效率和产品质量、节约能源等都
有重要的作用。伴随工业科技、农业科技的发展,温度测量需求越来越多,也越
来越重要。但是在一些特定环境温度监测环境范围大,测点距离远,布线很不方便。
这时就要采用无线方式对温度数据进行采集。
近年来,数据采集及其应用受到了人们越来越广泛的关注,数据采集系统也
有了迅速的发展,它可以广泛的应用于各种领域。
数据采集系统起始于 20 世纪 50 年代,1956 年美国首先研究了用在军事上
的测试系统,目标是测试中不依靠相关的测试文件,由非成熟人员进行操作,并
且测试任务是由测试设备高速自动控制完成的。由于该种数据采集测试系统具有
高速性和一定的灵活性,可以满足众多传统方法不能完成的数据采集和测试任务,
因而得到了初步的认可。大概在 60 年代后期,国内外就有成套的数据采集设备
和系统多属于专用的系统。
20 世纪 70 年代后期,随着微型机的发展,诞生了采集器、仪表同计算机溶
为一体的数据采集系统。由于这种数据采集系统的性能优良,超过了传统的自动
检测仪表和专用数据采集系统,因而获得了惊人的发展。从 70 年代起,数据采
集系统发展过程中逐渐分为两类,一类是实验室数据采集系统,一类是工业现场
数据采集系统。
20 世纪 80 年代随着计算机的普及应用,数据采集系统得到了很大的发展,
开始出现了通用的数据采集与自动测试系统。该阶段的数据采集系统主要有两类,
一类以仪表仪器和采集器、通用接口总线和计算机组成。这类系统主要应用于实
验室,在工业生产现场也有一定的应用。第二类以数据采集卡、标准总线和计算
机构成,这一类在工业现场应用较多。20 世纪 80 年代后期,数据采集发生了很
大的变化,工业计算机、单片机和大规模集成电路的组合,用软件管理,是系统
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的成本减低,体积变小,功能成倍增加,数据处理能力大大加强。
20 世纪 90 年代至今,在国际上技术先进的国家,数据采集系统已成功的运
用到军事、航空电子设备及宇航技术、工业等领域。由于集成电路制造技术的不
断提高,出现了高性能、高可靠的单片机数据采集系统(DAS)。数据采集技术已
经成为一种专门的技术,在工业领域得到了广泛的应用。该阶段的数据采集系统
采用模块式结构,根据不同的应用要求,通过简单的增加和更改模块,并结合系
统编程,就可扩展或修改系统,迅速组成一个新的系统。尽管现在以微机为核心
的可编程数据采集与处理采集技术的发展方向得到了迅速的发展,而且组成一个
数据采集系统只需要一块数据采集卡,把它插在微机的扩展槽内并辅以应用软件,
就能实现数据采集功能,但这并不会对基于单片机为核心的数据采集系统产生影
响。相较于数据采集板卡成本和功能的限制,单片机具多功能、高效率、高性能、
低电压、低功耗、低价格等优点,而双单片机又具有精度较高、转换速度快、能
够对多点同时进行采集,因此能够开发出能满足实际应用要求的、电路结构简单
的、可靠性高的数据采集系统。这就使得以单片机为核心的数据采集系统在许多
领域得到了广泛的应用。
1.2 当前国内外数据采集器的现状
数据采集技术是一种使用且流行的电子技术。它广泛应用于信号检测、信
号处理、仪器仪表等领域。随着数字技术的不断发展,数据采集技术也呈现出了
速度快、通道多、数据量大的特点。
数据采集是为了温度、压力、流量、速度、位移、光速度、声音等物理量进
行在线测量个控制,通过传感器把是上述物理量转换成模拟物理量的电信号,然
后将模拟电信号经过处理并转换成计算机能识别的数字量,送到计算机进行处理、
存储、传输和显示。数据采集技术在自动测试、自动控制等领域得到广泛的应用。
例如数据遥测系统、自动测试系统、数据采样控制系统、视频信号处理系统等等。
数据采集器是 80 年代中期出现的先进技术,是一种具有现场记录和离线分
析机器设备状态数据功能的便携式分析仪器。它把安装在设备上的震动传感器和
过程传感器所测得物理量作为输入,配合各种测量分析技术以及多样化的显示格
式组成一个监测系统,应用于对机器设备进行定期巡回状态监测和故障诊断。它
能和计算机结合在一起成为独立的监测分析系统,是现代机器设备的计算机辅助
诊断手段之一。这类技术在我国推广以后,已取得了良好的效果。据不完全统计,
全国目前生产数据采集器的厂已有 11 家,应用进口或国产数据采集器记性设备
监测和诊断的企业已有数百家。短短几年,我国的数据采集技术已从无到有发展
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到一定水平。
便携式条码数据采集器(Bar-code Hand Terminal),是将条码扫描装置与数
据终端一体化,带有电池可离线操作的终端电脑设备。其具有一体性、机动性、
体积小、重量轻、高性能,并适于手持等特点。
目前国内外通用的做法都是用嵌入式架构来做便携式数据采集器,采集器内
装有嵌入式操作系统(各个生产厂家独立研制开发,互不兼容),如 WINCE、
windows mobile 或 andrios 操作系统,应用程序需要在操作系统上独立开发。因
而每个客户的流程都要用嵌入式编程手法去写应用软件,工作量和维护量大,成
本也就偏高。无法进行当前电脑应用软件的直接移值。
如果能有一款设备,使用与桌面计算机同样的操作系统,如 windows、linux
等,则很多应用软件不需要作 PC 软件和嵌入式软件的转换,直接利用现有社会
软件资源,就能够大大节省社会劳动力。基于这样的出发点,旭龙条码整合多年
的自主开发的经验,同时联合内外部资源,开发出了 XL828 这款便携式数据采集
终端产品。这款产品的问世,和现有嵌入式采集器拉开距离,避开了同质化竞争,
PC 软件工程师不象嵌入式软件工程师这么难找,客户能够很容易找到 PC 软件工
程师,迅速进行应用软件开发,十分有利于大规模的应用推广。
1.3 本设计主要研究内容
本设计是一种基于单片机的 AT89S52 芯片的数据采集系统。是以 AT89S52 作
为控制芯片的硬件实现方法,然后建立系统的硬件部分对数据进行采集。
本设计采用 AT89S52 单片机作为数据采集系统的控制核心,系统分为数据采
集模块、系统控制模块、显示模块等几部分。 系统通过 AT89S52ATMEGA16 对多
通道的数据流进行控制,经过处理后在 LCD12864 上进行显示。本设计在此基础
上设计了系统的总体方案,最后通过硬件和软件实现了各个功能模块。相关部分
附有硬件电路图,程序流程图。经实验证明,这套系统软硬件设计合理,各项性
能良好,经过系统扩展与升级,可以有效的满足各种数据采集的需要。
AT89S52 是一种低功耗、高性能 CMOS 8 位微控制器,具有 8K 在系统可编程
Flash 存储器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造,与工业 80C51
产品指令和引脚完全兼容。片上 Flash 允许程序存储器在系统可编程,亦适于常
规编程器。在单芯片上,拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash,使得
AT89S52 在众多嵌入式控制应用系统中得到广泛应用。
在计算机广泛应用的今天,数据采集的重要性是十分显著的。它是计算机与
外部物理世界连接的桥梁。它在现代信息领域发挥着重要作用,是信息产品不可
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