数据采集系统的设计和实现毕业论文.docx

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数据采集系统的设计和实现毕业论文

摘要

数据釆集系统是集合现代数据釆集理论、方法和Java图形用户界面的智能化数据采集系统，为图形个性化学习提供“灵活、方便、科学、公平”的“个别化数据釆集服务”，图形可以随时、随地进行各种题型的数据釆集。

本文主要介绍了串口数据的温度的采集实现动态曲线，串口数据的采集是JAXA程序设计中的重要组成部分。

随着现在社会生活工作节奏越来越快，人工的做一些数据收集的事情己经不能满足社会的需要。

而串口程序的出现却很好的解决了这个问题。

一个串口，加上相应的程序，就可以对数据进行釆集、整理，以及分析。

这样，既有效的节约了成本，也很好的实现了数据的有效性，减少了错误的出现。

系统利用DS18B20数字温度传感器和Atmel公司的AT89S51单片机作为控制核心设计成智能温度釆集模块，釆集环境温度；将测得数据经串口传送给计算机。

创新之处是采用虚拟仪器技术，利用LabVIEW软件编写相应上位机软件，控制采集模块进行温度釆集，串口的数据传输，然后对数据处理和显示。

关键字：

数据采集系统，温度传感器，单片机，串口通信

ABSTRACT

Dataacquisitionsystemistheuitelligentdataacquisitionsystemforthecollectionofmoderndataacquisitiontheory，methodandtheJavagiaphicalusermteiface,graphicstoprovidepersonalizedleanuiigHflexible,convenient,scientific,fannindividualizeddataacquisitionservices役dataacquisitionpatterncanatanytime、anywherefbivarioustypesof.

Tluspapermauilymtioducestheserialdataacquisitionoftempeiaturetoacluevedynamiccurve、thesenaldataacquisitionisanlmpoitantpartoftheprogramdesignofJAVA.Nowwiththesociallifeandworkmanmcieasinglyfastpace,artificialdosomedatacollectionliasbeenunabletomeettheneedsofthesociety.Theserialpiogiamisagoodsolutiontotheproblem・Aserialport,andacoiiespondingpiogiam,youcancollect,thedata,andanalysis・So,caneffectivelysavethecost,butalsocanrealizethevalidityofdata,reduceenois・

STC89C52smglechipdigitaltempeiatuiesensorDS18B20andSTCmtothedesignofuitelligenttemperatureacquisitionmoduleusmgsystem,collectionofenvironmentaltemperature;themeasuieddataistransmittedtocomputerviasenalport・Iimovationistheuseofvinualinstillmenttechnology、thepreparationoftheconespondingcomputersoftwareusingLabVIEWsoftwaietocontroltheacquisitionmodule,tempeiatuieacquisition,datatfansmission,thenthedataprocessinganddisplay.

KeyWords:

Thedataacquisitionsystem,atempeiatuiesensor,serialport,serialportconunumcation

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：

所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。

尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而

使用过的材料。

对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

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指导教师签名：

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使用授权说明

本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）

的规定，即：

按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

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学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。

除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。

本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。

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日期：

年月日

学位论文版权使用授权书

本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

本人授权大学可以将本学位论文

的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

涉密论文按学校规定处理。

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导师签名：

日期：

年月日

第i章引言1

l.i系统的概述1

l.i.i选题的背景1

1.1.2目的和意义1

1.2研究理论基础2

1.2.1java技术介绍2

1.2.2数字温度传感器3

1.2.3单片机4

1.3本章小结5

第2章可行性研究6

2.1可行性分析6

2.2可行性研究的结果6

2.3本章小结7

第3章需求分析8

3.1需求分析概述8

3.2具体功能8

3.3系统流程图8

3.4系统功能图11

3.5本章小结12

第4章总体设计13

4.1总体设计的任务13

4.2硬件设计14

4.2.1电源电路14

4.2.2温度釆集电路15

4.2.3电路设计16

424系统组成16

4.2.5温度测量单元硬件18

43软件设计18

4.3.1系统概述18

4.3.2下位机软件19

4.3.3上位机软件19

4.4程序的启动20

4.4.1理论原理20

4.4.2实现代码20

4.5数据采集实时显示程序设计24

4.6本章小结28

第5章详细设计29

5.1注册模块的设计29

5.2用户登录模块设计30

5.4实时曲线的生成33

5.5本章小结34

第6章系统的测试35

6.1系统测试的基本概念35

6.2测试环境及方法35

621测试环境35

622测试方法36

6.3测试内容36

6.3.1温度信号采集36

6.3.2串口调试37

6.4本章小结37

第7章总结38

参考文献39

致谢40

附录41

第1章引言

1.1系统的概述

1.1.1选题的背景

随着计算机技术的飞速发展，新形势的得到來，信息和改变了我们这个社会。

企业在数据的釆集、分析各个方面也在悄悄的改变。

一个企业的数据釆集分析将是一个很大的工程。

如果之使用人工來完成，这将会消耗巨大的资金和时间。

但是，如果将这些交给计算机來完成，无疑将会更快捷，更方便，更安全。

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，它们在性能和结构发生了翻天覆地的变化。

我们己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、农业生产中常见的和最基本的参数之一，在生产过程中常需对温度进行检测和监控，釆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，也越來越重要。

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。

这时就要釆用无线方式对温度数据进行采集。

1.1.2目的和意义

为了实现计算机对生产过程及对象的控制，需要将对象的各种测量参数按照要求转换成数字信号送入计算机。

经计算机运算处理后再再转换成适合于对生产过程进行控制的量。

所以在危机和生产过程之间，必须设置信息的变换和传递通道。

而我们所做的模拟输入通道，主要功能就是随时间变化的模拟输入信号变成数字信号送入计算机，主要有多路转换器，釆样保持器和A/D转换器等组成。

该系统主要用于温度检测，实现温度信号的釆集，是一个状态反馈系统，并非动态控制系统。

他可以利用放大器实现多个点的温度巡回检测，并在LED上显示当前的温度值和通道号。

当温度信号改变时，LED显示的值也随之改变。

1•2研究理论基础

1.2.1java技术介绍

1.java起源

Java來自于1991年Sun公司的一个叫Green的项目，其原先的目的是为家用消费电子产品开发一个分布式代码系统，可以吧E-mail发给冰箱、电视机等家用电器，对它们经行控制。

开始，准备釆用C++,但C卄太复杂，安全性差，最后基于C卄开发了一种新的语言OaK（Java的前身）,OaK是一种用于网络的精巧而安全的语言。

1994年下半年，Internet的快速语言发展，促进了Java语言研制的进展，Gieen项目组成员用Java编制了HotJava浏览器，触发了Java进军Internet上受欢迎的开发与编程语言，现己发展成为一种重要的Intemet平台。

2.java的特点

简单性：

Jaw语言是一种面向对象的语言，它通过提供最基本的方法来完成指定的任务，程序开发者只需对基本的概念有个初步了解，即可用其编写出适合于各种情况的应用程序。

安全性：

程序运行时，内存由操作系统分配，这样就避免了病毒通过指针侵入系统。

Java对程序提供了安全管理器，互联网程序是不能随意访问客户端的资源的，这样可防止病毒的侵入和程序的非法访问。

平台无关性：

Java的平台无关性是指可以在不同的平台上运行。

Java引进了虚拟机原理，Java虚拟机是建立在硬件和操作系统之上的，可以对Java中的二进制代码进行解释执行，使得Java可以运行在安装了Java运行环境的操作系统上，也就真正实现了”一次编译，到处运行”的特点。

可移植性：

指编写的程序可以同时在不同的平台上运行。

使用Java语言编写的程序，只要做较少的修改，其至有时根本不修改就可以在不同平台上运行。

面向对象语言：

Jaw语言是一种纯面向对象的语言，它的设计集中于对象及其接口，对象中封装了它的状态变量和相应的方法，实现了模块化和信息的隐藏;而类的封装性、继承性等特性，使程序代码只需一次编译，就可以通过上述特性被反复利用。

多线程：

Java的主要目标之一就是使程序开发者可以交互程序，对一个问题可以分解成多个任务來执行。

健壮性:

Java语言在伪编译时，做了许多早期潜在问题的检查，并且在运行时乂做了一些相应的检查，它的这种“防患于未然”的手段将许多程序中的错误扼杀在摇篮之中。

3java的开发工具

JBuilder：

JBuildei'是Borland公司开发的针对Java的开发工具，JBuilder的核心有一部分釆用了VCL技术，使得程序的条理非常清晰。

JBuildei另一个特点是简化了团队合作。

Jbuilder支持最新的Java技术，包括Applets>JSP/ServIets、JavaBean以及EJB（EnteipnseJavaBeans）的应用。

Eclipse:

中文的翻译为“帕斯菲达，是一种可扩展的开放源代码IDEc集成开发环境（IDE）经常将其应用范围限定在“开发、构建和调试”的周期之中。

Eclipse允许在同一IDE中集成來自不同供应商的工具，并实现了工具之间的互操作性，从而显著改变了项目工作流程，使开发者可以专注在实际的嵌入式目标上。

JCreatoi:

Jcieator是一个用于Java程序设计的集成开发环境，具有编辑、调试、运行Java程序的功能，是Java语言编程开发人员的IDE工具。

它为使用者提供了大量强劲的功能，例如：

项目管理、工程模板、代码完成、调试接口、高亮语法编辑、使用向导以及完全可自定义的用户界面。

第一次启动时提示设置JavaJDK主目录及JDKJavaDoc目录，软件自动设置好类路径、编译器及解释器路径，还可以在帮助菜单中使用JDKHelpo可无限撤销、代码缩进、自动类库方法提示、按所选智能定位查阅JavaAPI文档等功能。

采用仿VS2005界面设计，体验感觉更快更好更易用。

支持JSP、Ant、CVSo小巧、易用、美观，是Java初级程序员的理想IDE。

IiiteilliJIDEA:

IDEA全称hitelliJIDEA,是Java语言开发的集成环境，IntelliJ在业界被公认为最好的java开发工具之一，尤其在智能代码助手、代码自动提示、重构、J2EE支持、Ant、JUmt>CVS整合、代码审查、仓U新的GUI设计等方面的功能可以说是超常的。

1.2.2数字温度传感器

DS18B20数字温度传感器：

DS18B20是DALLAS公司生产的单线数字温度传感器，他具有独特的单线总线接口方式。

文章详细的介绍了单线数字温度传感器DS18B20的测量原理、特性以及在温度测量中的硬件和软件设计，具有接口简单、精度高、抗干扰能力强、工作稳定可靠等特点。

图1-1DS1SB20方框图

采用数字温度传感器DS18B20测量温度，输出信号全数字化。

便于单片机处理及控制，省去传统的测温方法的很多外围电路。

且该芯片的物理化学性很稳定,它能用做工业测温元件，此元件线性度较好。

在0〜100摄氏度时，最大线形偏差小于1摄氏度。

DS18B20的最大特点之一釆用了单总线的数据传输，由数字温度计DS1820和微控制器AT89S52构成的温度测量装置，它直接输出温度的数字信号，可直接与计算机连接。

这样，测温系统的结构就比较简单，体积也不大，且由于AT89S52可以带多个DSB1820,因此可以非常容易实现多点测量。

轻松的组建传感器网络。

釆用温度芯片DS18B20测量温度，可以体现系统芯片化这个趋势。

部分功能电路的集成，使总体电路更简洁，搭建电路和焊接电路时更快。

而且，集成块的使用，有效地避免外界的干扰，提高测量电路的精确度。

所以集成芯片的使用将成为电路发展的一种趋势。

本方案应用这一温度芯片，也是顺应这一趋势。

1.2.3单片机

AT89S52单片机:

AT89S52单片机片内的Flash可允许在线重新编程，也可用通用非易失性存储编程器编程；片内数据存储器内含128字节的RAM：

有40个引脚，32个外部双

向输入/输出（"O）端口;具有两个16位可编程定时器；中断系统是具有6个中断源、5个中断矢量、2级中断优先级的中断结构；震荡器频率0到33MHZ,因此我们在此选用12MHZ的晶振是比较合理的；具有片内看门狗定时器；具有断电标志POF等等。

AT89S51具有PDIP、TQFP和PLCC三种封装形式。

1.3本章小结

本章主要介绍了数据采集系统的开发背景和开发工具。

通过本章知识的学习,使大家对数据釆集系统有了初步的了解。

第2章可行性研究

2.1可行性分析

原理：

读串口数据的原理是，只要当有数据向串口发数据來时，计算机就会自动将其数据写到一个特定的缓冲区，我们只要写程序去读那个特定的缓冲区就可以了。

有数据向串口发过來时，程序可以将数据接收到，接收的数据是字符型的，那么将数据转化为数字型的，再将这个数据的大小作为画图的某一个点的纵坐标，横坐标为数据的序号.将这些点用线连起來就是一个曲线图了，这个就是图形显示基本原理。

查看原來的数据的原理也是这样的，不同的地方就是，数据是从文件中来，同样的也是将多个数据分成一个一个的,然后这一个数据的大小就是画图的某一个点的纵坐标，横坐标同样为数据的序号，再将这些点用线连起来就是曲线图。

图形能移动的原理，是我们首先改变的只是数据，图形并没有变，但图形的形式是由这些数据來确定的，当数据发生变化后，我们通过刷新显示区來变化的。

可行性分析：

现在，计算机己经十分普及价格低廉性能很好，本系统的开发可以为代替人工进行许多繁杂的工作，节约资源提高数据管理的工作效率，同时具有较高的安全性。

本系统所耗资源小，企业的电脑能够满足，所以本系统在运行上是可行的。

在技术上，运用Java技术，在后台数据库方面采用本地记事本作为数据库的方式,本系统依靠当前技术完全能够实现。

2.2可行性研究的结果

技术可行性：

在硬件方面，则选择空间较大，只要是PentiumIV系列及以上的计算机都可以，内存在1G以上，硬盘在80G以上能，都可以满足系统的开发需要！

当然，硬件的配置越高，系统的开发与运行会更流畅。

考虑到如今的家用或

商用电脑硬件的整体配置水平，系统在硬件方面是可行的。

运行可行性：

该系统需要搭建JVM即JAVA虚拟机，在此环境下，并且在正确连接数据库后可以正常运行。

法律可行性：

该平台是作为毕业设计与商业无关，又因为是自主开发设计，因此不会构成侵权，在法律上可行的。

通过以上的可行性分析，本系统采用java技术.

2.3本章小结

本章主要介绍了可行性研究果，并从技术可行性、运行可行性、法律可行性上对可行性研究结果进行了具体分析。

第3章需求分析

3.1需求分析概述

为了实现本系统，必须对整个系统的全面功能做出详细的分析。

系统需求分析是软件系统开发中最重要的一个阶段，直接决定着系统的开发质量和成败。

本章对基于数据釆集系统的设计以及实现做出具体的分析。

需求分析是指开发人员要准确理解用户的要求，进行细致的调查分析，将用户非形式的需求转化为完整的需求定义，再由需求定义转换到相应的需求规格说明的过程。

需求分析虽处于软件开发过程的开始阶段，但它对于整个软件开发过程及软件产品质量是至关重要的。

需求分析是基本任务是要准确地定义新系统的目标，回答系统必须“做什么”的问题。

系统要达到的目的：

界面友好、易于操作；

完成数据的釆集和分析，并提交数据库保存。

包括：

串口数据的釆集，数据的分析等；

实现数据的安全性，实现数据的分开管理，数据满足条件就储存；

实现信息发布与查询。

3.2具体功能

数据信息管理系统由数据管理、数据分析、数据储存等模块组成。

数据管理模块：

本模块包括串口设置、数据分析等组成。

数据储存模块：

主要实现数据的本地储存。

3.3系统流程图

根据需求分析得程序流程图如图3-1、图3-2所示，系统流程图，如图3-3所

［采集、如扇匿］

［釆乘B点温度|

［来隼U点混廉］

［分别发身寸岀去

图3-1发射流程图

图3-2接收流程图

图3-2系统流程图

3.4系统功能图

功能图对整个系统各个模块作出言简意赅的说明，使得整个系统模块间的关

系一目了然，如图3-2所示：

3.5本章小结

本章主要介绍系统需求分析以及具体功能介绍。

第4章总体设计

4.1总体设计的任务

传感器：

采用单片模拟量的温度传感器，比如AD590.LM35等。

但这些芯片输出的都是模拟信号，必须经过A/D转换后才能送给计算机，这样就使得测温装置的结构较复杂。

另外，这种测温装置的一根线上只能挂一个传感器，不能进行多点测量。

即使能实现，也要用到复杂的算法，一定程度上也增加了软件实现的难度。

主控部分：

采用AT89S52A位单片机实现。

单片机软件编程的自由度大，可通过编程实现各种各样的算术算法和逻辑控制。

而且体积小，硬件实现简单，安装方便。

既可以单独对多DS18B20控制工作，还可以与PC机通信.运用主从分布式思想，由一台上位机（PC微型计算机），下位机（单片机）多点温度数据采集，组成两级分布式多点温度测量的巡回检测系统,实现远程控制。

另外AT89C51在工业控制上也有着广泛的应用，编程技术及外围功能电路的配合使用都很成熟。

系统框图如下：

图4-1发射电路系统框图

图4-2接收电路系统框图

4.2硬件设计

该温度测量系统是由上位机和温度测量单元组成。

上位机即计算机，实现对温度测量单元控制，通过串口程序发送命令、接收测量数据，对测量数据处理显示。

温度测量单元，接收上位机命令，按照命令进行温度测量和数据传输等操作。

本课题所设计的外围电路包括：

电源电路、温度釆集、时钟电路、存储电路、报警电路、模拟控制电路、按键电路、显示电路以及串口等电路。

下面将依次对各个模块进行说明。

4.2.1电源电路

电源变压器是将交流电网220V的电压变为所需要的电压值。

交流电经过二极管整流之后，方向单一了，但是电流强度大小还是处在不断地变化之中。

这种脉动直流一般是不能直接用来给集成电路供电的，而要通过整流电路将交流电变成脉动的直流电压。

由于此脉动的直流电压还含有较大的纹波，必须通过滤波电路加以滤除，从而得到平滑的直流电压。

滤波的任务，就是把整流器输出电压中的波动成分尽可能地减小，改造成接近稳恒的直流电。

但这样的电压还随电网电压波动，一般有±10%左右的波动，负载和温度的变化而变化，因而在整流、滤波电路之后，还需要接稳压电路。

pi

图4-3电源原理图

4.2.2温度采集电路

DS18B20有4个主要的数据部件：

A、64位激光ROMo64位激光ROM从高位到低位依次为8位CRC、48位序列号和8位家族代码（28H）组成。

B、温度灵敏元件。

C、非易失性温度报警触发器TH和TL。

可通过软件写入用户报警上下限值。

D、配置寄存器。

配置寄存器为高速暂存存储器中的第五个字节。

其中RO、R1：

温度计分辨率设置位，其对应四种分辨率如下表所列，出厂时RO、R1置为缺省值:

R0=l,Rl=l（即12位分辨率），用户可根据需要改写配置寄存器以获得合适的分辨率。

R0

R1

分辨率/bit

最大转换时间/us

0

0

9

93.75

0

1

10

187.5

1

0

11

375

1

1

12

750

图4-3分辨率关系

高速暂