数据采集系统电子信息工程.docx
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数据采集系统电子信息工程
毕业设计(论文)
题目:
数据采集系统
学生姓名_____________________
系(部)_____________________
专业_____________________
指导教师_____________________
年月日
摘要
在工业控制领域,常常需要采集大量的现场数据,然后传输给主机进行处理。
而目前数据传输通常使用的是RS485或者是CAN等网络。
这些网络均基于有线传输,他们在使用中不仅要考虑成本因素,还要考虑数据传输中的干扰因素。
而无线传输相对具有一定的优势,成本相对低,并且传输中的干扰也较少,这也在一定程度上提高了传输的可靠性。
设计了一个基于单片机ATC89C2051无线传输模块的数据采集系统。
该实例对其他相类似的无线数据采集、无线数据传输应用具有一定的参考价值
关键字:
A/D转换单片机 数据采集 AT89C2051
Abstract
Intheindustrialcontroldomain,needstogatherthemassivefielddatafrequently,thenthetransmissioncarriesonprocessingtothemainengine.WhatbutpresentdatatransmissionusualuseisRS485orisnetworksandsoonCAN.Notonlythesenetworksbasedonthewiretransmission,theyneedtoconsiderthecostelementintheuse,butmustconsiderinthedatatransmissionthedisturbancefactor.Buttransmitswirelesshascertainsuperiorityrelatively,thecostisrelativelylow,andtransmitsthedisturbancetobealsofew,thisalsotoacertainextentenhancedthetransmissionreliability.HasdesignedonebasedonthemonolithicintegratedcircuitATC89C2051wirelesstransmissionmoduledataacquisitionsystem.Thisexampletoothersimilarwirelessdataacquisition,thewirelessdatatransmissionapplicationhascertainreferencevalue
Keywords:
A/DconverterSCMDataAcquisitionAT89C2051
引言
在工业控制现场,常常需要采集大量的现场数据,如电压、电流、温度、湿度、气压等,并将这些数据采集模块采集的数据传输到主机进行处理,由主机根据处理的结果,将控制信号传输给现场执行模块进行各种操作。
目前数据的传输基本是基于有线的网络,如RS485,CAN等。
这些有线的网络一般具有成本比较高、维护不方便等缺点。
而无线传输相对具有一定的优势,如成本低、可靠性高、维护方便等。
本文介绍一个基于AT89C2051的无线数据采集系统。
通过本系统,不仅能了解数据采集的一般过程以及一般数据采集系统的构成,还能了解LM35D温度传感器、TC14433A/D转换器、无线接收模块TX315A-R01的功能。
综合利用所学集成电路的工作原理和使用方法,在单元电路的基础上进行小型数字系统设计。
使用集成电路芯片,设计并实际组装一个十分钟内的数字计时器,可以完成0分00秒~9分59秒的计时功能,并在控制电路的作用下具有开机凊零、快速校分、整点报时及定时和动态显示的功能。
通过综合实验,加深对数字逻辑电路基本概念的理解,掌握数字电路设计的一般方法,进一步培养分析问题解决问题的能力和实际动手能力,提高设计电路和调试电路的实验技能。
第一章系统设计
如图1-1所示是一种简单数据采集无线传输系统的原理图。
传感器检测到的信号通过A/D转换后,由单片机进行采集并通过串行口TXD输出,无线发射模块进行ASK调制和发射。
无线接收模块接收和解调后,送单片机串行口RXD,从并行口输出,进行数字显示。
图1-1系统原理方框图
第二章硬件电路
第一节、数据采集与无线发射电路
如图2-1所示,是一温度遥测为例设计的数据采集与无线发射电路。
采用不同的传感器可实现不同的遥测。
图2-1数据采集与无线发射电路
一、传感器
温度传感器采用内含放大的集成温度传感器LM35D。
LM35D集成温度传感器是一种电压型集成温度传感器。
它的测温范围是4-100℃,输出电压直接与摄氏温度成正比,灵敏度为1OmV/℃。
LM35D输出电压与温度的线性关系较好,其精确度为±1℃。
电源电压为4-2OV,典型应用值为9V。
LM35D是一种内部电路已校准的集成温度传感器,其输出电压与摄氏温度成正比,线性度好,灵敏度高,精度适中。
其输出灵敏度为10.0MV/℃,精度达0.5℃。
其测量范围为-55——150℃。
在静止温度中自热效应低(0.08℃)。
工作电压较宽,可在4——20V的供电电压范围内正常工作,且耗电极省,工作电流一般小于60uA,输出阻抗低,在1MA负载为0.1Ω
二、A/D转换器TC14433
TC1433为3位半双积分式A/D转换器,与单片机接口方便,可广泛用与慢速测控系统。
三、数据采集与并/串转换电路
AT89C2051是一种高性能价格比单片机,仅有P1口和P3口,体积小,特别适合数字测量或遥测系统。
每次转换结束,TC14433的EOC输出的数据锁存信号经VT4反相后,作用于AT89C2051的外部0输入端P3.2请求中断,AT89C2051的P1口进行数据采集,存入指定单元,由串行口TXD发送。
四、无线发射模块TX315A-T01
该模块采用ASK调制方式,载波频率为315MHZ,工作电压为3~~12V,与无线接收模块TX315A-R01配合使用,传输距离为几米到几十米。
第二节、无线接收与数据显示电路
无线接收与数据显示电路如图2-2所示。
1、TX315A-R01是与TX315A-T01配套使用的无线接收模块,为超外差接受方式。
它只有电源,解调输出和无线几根引线。
解调输出的串行数据经VT1放大提高逻辑摆幅后送单片机串行口RXD
2、数据接受与串/并转换电路
AT89C2051将接受的数据存入暂存单元。
四位全部接收完毕,送显示缓冲区。
P1口的低字节输出BCD码,高字节输出显示位扫描信号。
3、译码与显示电路
该电路采用CD4511将BCD码译为7段显示杩,驱动LED数码显示器,简化了程序。
最高位只接不b,c段,负号由g段显示,显示千位时,若P1.2为0,则表示数据为负值,VT2截止,g段亮。
该系统中,由于传感器与放大器输出模拟信号代表的温度灵敏度为10MV/,故小数点点在十位上,显示分辨率为0.1
图2-2无线接收与数据显示电路
第三节、AT89C205芯片简介
AT89C2051内部结构与功能:
一、AT89C2051主要性能
AT89C2051是ATMEL公司生产的带2K字节闪速可编程可擦除只读存储器(EEPROM)的8位单片机,它具有如下主要特性:
•和MCS-51产品的兼容
•2K字节可重编程闪速存储器
•耐久性:
1,000写/擦除周期
•2.7V~6V的操作范围
•全静态操作:
0Hz~24MHz
•两级加密程序存储器
•128×8位内部RAM
•15根可编程I/O引线
•两个16位定时器/计数器
•六个中断源
•可编程串行UART通道
•直接LED驱动输出
•片内模拟比较器
•低功耗空载和掉电方式
图2-3:
AT89C2051内部结构图
二、AT89C2051的结构框图
AT89C2051是一带有2K字节闪速可编程可擦除只读存储体(EEPROM)的低电压,高性能8位CMOS微型计算机。
如图2-4所示。
它采用ATMEL的高密非易失存储技术制造并和工业标准MCS—51指令集和引脚结构兼容。
通过在单块芯片上组合通用的CPL1和闪速存储器,ATMELAT89C2051是一强劲的微型计算机,它对许多嵌入式控制应用提供一高度灵活和成本低的解决办法。
图2-4AT89C2051的结构框图
此外,从AT89C2051内部结构图也可看出,其内部结构与8051内部结构基本一致(除模拟比较器外),引脚RST、XTAL1、XTAL2的特性和外部连接电路也完全与51系列单片机相应引脚一致,但P1口、P3口有其独特之处。
三、AT89C2051的引脚说明
AT89C2051是一个有20个引脚的芯片,引脚如图10.1所示,与8051内部结构进行对比可发现,AT89C2051减少了两个对外端口(即P0、P2口),使它最大可能地减少了对外引脚,因而芯片尺寸有所减少。
AT89C2051芯片的20个引脚功能为:
1、Vcc:
电源电压。
2、GND:
地。
3、P1口:
P1口是一8位双向I/O口。
口引脚P1.2~P1.7提供内部上拉电阻。
P1.0和P1.1要求外部上拉电阻。
P1.0和P1.1还分别作为片内精密模拟比较器的同相输入(AIN0)和反相输入(AIN1)。
P1口输出缓冲器可吸收20mA电流并能直接驱动LED显示。
当P1口引脚写入“1”时,其可用作输入端。
当引脚P1.2~P1.7用作输入并被外部拉低时,它们将因内部的上拉电阻而流出电流(IIL)。
P1口还在闪速编程和程序校验期间接收代码数据。
4、P3口:
P3口的P3.0~P3.5、P3.7是带有内部上拉电阻的七个双向I/0引脚。
P3.6用于固定输入片内比较器的输出信号并且它作为一通用I/O引脚而不可访问。
P3口缓冲器可吸收20mA电流。
当P3口引脚写入“1”时,它们被内部上拉电阻拉高并可用作输入端。
用作输入时,被外部拉低的P3口引脚将用上拉电阻而流出电流(IIL)。
P3口还用于实现AT89C2051的各种功能,如下表10-1所示。
P3口还接收一些用于闪速存储器编程和程序校验的控制信号。
5、RST:
复位输入。
RST一旦变成高电平,所有的I/O引脚就复位到“1”。
当振荡器正在运行时,持续给出RST引脚两个机器周期的高电平便可完成复位。
每一个机器周期需12个振荡器或时钟周期。
6、XTAL1:
作为振荡器反相放大器的输入和内部时钟发生器的输入。
7、XTAL2:
作为振荡器反相放大器的输出。
表2-1P3口的功能
P3口引脚
功能
P3.0
RXD(串行输入端口)
P3.1
TXD(串行输出端口)
P3.2
INT0(外中断0)
P3.3
INT1(外中断1)
P3.4
TO(定时器0外部输入)
P3.5
T1(定时器1外部输入)
P3口引脚功能
P3.0RXD(串行输入端口)
P3.1TXD(串行输出端口)
P3.2INT0(外中断0)
P3.3INT1(外中断1)
P3.4TO(定时器0外部输入)
P3.5T1(定时器1外部输入)
从上述引脚说明可看出,AT89C2051没有提供外部扩展存储器与I
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