基于单片机的远程数据采集系统的设计.doc
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基于单片机的远程数据采集系统的设计.doc
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摘要
本论文提出一种利用DS18B20数字式温度传感器作为温度采集的工具,用单片机AT89C52对它进行控制,并且通过RS-485总线做远程传送将采集到的数据通过RS-232接口送入PC机测温系统的设计方法。
基于单片机的远程采集系统中,采用串行协议和RS-485总线,其中RS485总线的通信距离可以达到1000m左右;在此通信距离下,串行通信的速率最高可以达到9600bit/s。
本文论述的系统单片机的晶振采用的是12MHz的,为了减小单片机串行通信中波特率的初始值误差,采用4800bit/s的波特率。
设计采用了模块化的思想,条理清楚,主要有硬件设计与软件程序设计两部分。
本系统接口简单、使用方便、可靠性好,在温度检测中有较广泛的应用前景,具有较强的使用价值。
就其采样频率和分辨率来说属于中速类型,适合对数据采样频率要求不是特别高的应用场合。
关键词:
单片机AT89C52;温度传感器DS18B20;RS-232;总线串行通信RS-485;VB6.0
Abstract
AdesigningmethodwhichusesDS18B20digitalsensorastemperature-collectingtool,andMCUAT89C52asMicro-controllerunitisintroduced.,Itmakesalong-rangeconveyancebyusingRS-485BustosendthecollecteddatatoPCtemperature-measuringsystembyRS-232interface.Acquisitionoflong-rangeMicro-controllerunit-basedsystem,usingaserialprotocolandRS-485bus,whichbusRS485communicationsdistancecanreachabout1000meters;inthiscommunicationdistance,thehighestrateofserialcommunicationcanbeachieved9600bit/s.Inthispaper,thecrystalofMCUAT89C52systemisusedinthe12MHz,inordertoreducetheinitialvalueerroroftheMCUserialcommunicationbaudrate,thesystemuses4800bit/sbaudrate.
ThisdesignhasitsclearorderandhastwomainpartofhardwaredesignandsoftwareprocessdesignforitsModularthoughts.Thissystemhaswidelyperspectiveintemperaturemeasurementandgoodusevalueforitssimpleandconvenientinterfaces.Asfarassamplingfrequencyandresolutionratio,itbelongstomiddle-speedtype.Itispropertobeusedinapplicationoccasionwithouthighrequirementtodatasamplingfrequency.
Keywords:
MCUAT89C52;TemperatureSensorDS18B20;RS-232;BusSerialCommunicationRS-485;VB6.0
53
目录
摘要 I
Abstract II
1绪论 1
1.1课题来源 1
2.2课题意义、目的 2
2.3课题主要内容 2
2远程数据采集系统的硬件设计 3
2.1系统方案设计 3
2.2DS18B20数字式温度传感器模块的硬件电路设计 5
2.3数码管显示模块的设计 8
2.4RS-485总线及其与单片机、PC机的接口电路的设计 14
3远程数据采集系统的软件设计 20
3.1单片机的数据采集模块的程序设计 20
3.2数据采集的串口通信协议 23
3.3人机界面的设计 28
4系统仿真与分析 32
4.1单片机中测温显示模块的仿真 32
4.2串口通信仿真 32
4.3结果分析 34
5结论 35
参考文献 36
附录 38
附录1系统的整体硬件电路 38
附录2DS18B20显示模块相关程序 39
附录3串口程序 47
附录4VB控件相关程序 50
致谢 53
毕业设计(论文)
1绪论
1.1课题来源
数据采集(DataAcqusition)是获取信息的基本手段。
数据采集技术作为信息科学的一个重要分支,是以传感器、信号测量与处理、微型计算机等技术为基础而形成的一门综合应用技术。
数据采集系统是利用计算机、通信、测控等技术采集、记录和显示现场的各种物理参量,以供管理人员和现场操作者参考的系统,是现代测控系统的基础,用于获取各种现场测量数据。
远程数据采集系统,与传统的数据采集系统相比,具有不受地理环境、气候、时间的影响等优势。
而借助单片机手段的远程数据采集系统,更具有工程造价和人力资源成本低,传输数据不受地域的影响,可靠性高,免维护等优点。
通信、计算机等技术的飞速发展,特别是远程传输手段的多元化和技术水平的提高,使远程数据采集技术有了广泛的应用。
数据采集在各个测试和控制系统,数据采集系统的设计和实现包括很多方面的内容,涉及面也很广。
在日常生活及工农业生产中经常要用到温度的检测及控制,能独立工作的温度检测系统已广泛应用于诸多的领域。
于是本文采用温度检测作为引子来模拟远程数据采集系统的设计。
传统的温度检测大多以热敏电阻或热电偶为传感器,它们测出的一般都是电压,再通过相应的A/D转换,转换成对应的温度,这种结构需要比较多的外部硬件支持,硬件电路复杂,软件调试复杂,制作成本高。
在一些测量与控制系统的应用场合中,数据采集点与控制点通常有一定的距离,因此需要将采集的数据从采集现场进行远程传输,而传统的串口通信传输的最大的距离只有15m,因此相要完成远距离的传输,就应对系统的数据传输问题采取新的方法。
为了简化电路,降低成本,提高性价比,增强抗干扰能力和扩大传输距离和使用的灵活性,研究一种新的温度数据远程采集系统也就很有必要。
本设计提出一种利用DS18B20数字式温度传感器作为温度采集的工具,用单片机对它进行控制,并且通过RS-485总线做远程传送将采集到的数据通过RS-232接口送入PC机测温系统的设计方法。
系统上位机由一台微机构成,软件采用VisualBasic编程,做出十分直观的人机界面,由单片机构成的测温模块检测到的温度数据分别显示在单片机的显示模块和通过串口通信显示在PC机上。
本系统设计完成了对温度数据的采集、数码管显示以及PC机的用户程序界面。
设计采用了模块化的思想,条理清楚,主要有硬件设计与软件程序设计两部分。
本设计接口简单、使用方便、可靠性好,在温度检测中有较广泛的应用前景,具有较强的使用价值。
就其采样频率和分辨率来说属于中速类型,适合对数据采样频率要求不是特别高的应用场合。
2.2课题意义、目的
基于单片机的远程数据采集应用范围十分广泛,意义重大。
随着社会的发展,各行各业都在向信息化和自动化方向发展。
远程数据采集在电力电子系统信息自动化、远程控制监测、远程医疗、远程信息管理等领域发挥着不可替代的作用。
远程数据采集系统与传统的数据采集系统相比具有不受地理环境、气候、时间的影响等优点,己经广泛用于石油、电力、水利、公安、交通和安防等行业。
随着通信技术、微电子技术的进步和智能化建设的发展,越来越多的设备如家电、电表、工业终端等都有了需要进行远程数据采集的需求,并且有大量的数据需要远距离传输,那么设计出功能齐全的、智能化水平较高的、能够实时传输数据的基于单片机的远程数据采集系统是本论文研究的目的。
2.3课题主要内容
本课题通过学习数据采集系统的设计,结合单片机的理论知识,构成建立主站计算机与远程微处理器之间的通信,通过计算机的串口接受微处理器所发来的数据,而微处理器通过数据采集的芯片来获得现场的运行数据。
因此课题的主要内容为
(1)设计单片机与底层数据采集系统的接口电路。
(2)选择合适的通信方式实现单片与PC之间的通信。
并在通过几种方案的比较上,通讯方式上选择了利用单片机并且通过RS-485总线做远程传送将采集到的数据通过RS-232接口送入PC机测温系统的设计方法[1][2]。
(3)编制相关的程序,包括数据采集子程序,PC应用程序界面等。
2远程数据采集系统的硬件设计
2.1系统方案设计
目前常用的远程数据采集解决方案有
(1)GSM/GPRS无线网络,它利用GSM/GPRS的话音信道或者短消息来进行信息传递,一般仅适用于移动应用场合,如车辆的监控调度系统,但其终端设备成本和运行费用都较高。
远程无线数据采集系统基于GPRS技术实现远程数据通信,GPRS业务具有接入迅速、永远在线、流量计费等特点,在远程突发性数据实时传输中有不可比拟的优势;既具有有线方式的效率高,实时性好、成本低的优点,同时安装方便、可维护性好、易实现网络化管理。
利用现有的GPRS网络资源,发挥网络覆盖率高、传输特性好等优势,为现有数据采集系统提供一种便捷的无线数据传输方式,代表着工业控制及现场监测等领域的一个发展方向。
在远程数据采集系统的前端,由于测量终端数量较多,为每个测量终端都配置GPRS模块,势必造成成本很大,因此在测量现场对测量终端数据进行初步的集中成为必要。
在测量终端较集中的现场和Internet能够覆盖到的地方,通常都采用有线连接的数据通信方式。
然而在许多特殊工作场合,由于现场环境的制约,有线的连接方式已经不能满足数据采集系统的参量要求。
如对于分散测控系统,由于测量点比较分散,线路铺设及维护均需较高的代价;对于运动构件上的传感器信号的采集,由于传感器空间位置不固定,使得通过电缆引出信号变得不可靠、甚至不可能,在环境恶劣、危险性大、对人体有危害的场合,操作者希望可以远离被测控对象,进行数据的采集和控制。
但无线传输的费用过高,对于工业数据采集系统,采用无线数传技术进行短距离小规模的数据通讯很难应用。
(2)无线电台数字通讯,适用于偏远地区无人值守的场合,其最大的缺点是设备复杂,维护和运行成本很高,而且覆盖范围小。
(3)电话MODEM。
Modem的状态可以分为命令状态和在线状态。
除了拨号占据短暂的时间之外,Modem总是处于一种状态。
当Modem启动后,首先处于命令状态,连接后进入在线状态。
在命令状态下Modem命令形式接受命令,例如指示Modem去拨号或当电话响铃时给予自动应答。
在在线状态下,Modem与远端系统通信,这时Modem不再尝试对发送给它的数据进行解释,而是直接将其发送出去。
几种状态之间可以相互转换。
当前应用较为广泛的一种远程数据采集解决方案,它通过电话的话音信道来进行数据传输。
该方式适用于点对点大量的实时数据传输应用场合,对一些数据量少的多点数据采集场合其并不适用。
(4)电力线载波,该方式由
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- 关 键 词:
- 基于 单片机 远程 数据 采集 系统 设计