基于單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

摘 要：本文進(jìn)一步對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本構(gòu)成進(jìn)行總結(jié)分析，同時(shí)對(duì)其種類特點(diǎn)進(jìn)行進(jìn)一步分析，并設(shè)計(jì)開發(fā)了基于單片機(jī)51系列的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠通過溫度傳感器、濕度傳感器、煙霧傳感器對(duì)溫度、濕度、煙霧等的信息進(jìn)行采集。此外，該系統(tǒng)能通過VB可視化軟件開發(fā)平臺(tái)的人機(jī)界面實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)采集結(jié)果的及實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)通信功能的通信接口。VB促進(jìn)了良好界面設(shè)計(jì)能力的合理提供，除此之外，其在串口通信上功能性極強(qiáng)，它所提供的MSComm通信控件有強(qiáng)大的串行通信功能，這使得設(shè)計(jì)開發(fā)過程變得更容易。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；模/數(shù)轉(zhuǎn)換；串行通信接口；51單片機(jī)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.22.115

1 研究背景

就現(xiàn)在而言，數(shù)據(jù)采集技術(shù)無論是時(shí)效性還是實(shí)用性都較為強(qiáng)大。根據(jù)相關(guān)調(diào)查可知，現(xiàn)在市場(chǎng)上對(duì)數(shù)據(jù)采集器的需求量逐漸增多，由數(shù)據(jù)采集器為主體構(gòu)成原件的小系統(tǒng)得到了較為廣泛的運(yùn)用。所以，不斷促使高性能數(shù)據(jù)采集器的開發(fā)，有助于市場(chǎng)前景的開拓創(chuàng)新。本設(shè)計(jì)用于采集農(nóng)用大棚中的溫度、濕度、煙霧，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、性價(jià)比高的優(yōu)點(diǎn)。

2 研究的目標(biāo)和方法

本系統(tǒng)由單片機(jī)監(jiān)控電路、傳感器的接口電路、鍵盤、液晶顯示和串口通訊等組成。

本系統(tǒng)具體工作情況如下：傳感器在非電量信號(hào)和電壓（0-5V）或電流（4-20mA）之間扮演著中間人的角色，使其標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)的形成，利用信號(hào)調(diào)理電路，有助于模擬信號(hào)和單片機(jī)內(nèi)部的A/D 轉(zhuǎn)換器之間融為一體，對(duì)CPU來說，通過對(duì)設(shè)定采樣周期的運(yùn)用，有助于在8路通道信號(hào)中促進(jìn)循環(huán)采集的實(shí)施，而且有助于A/D 轉(zhuǎn)換器的讀取，促使其數(shù)字信號(hào)的合理轉(zhuǎn)換，通過進(jìn)一步計(jì)算分析，有利于實(shí)測(cè)值能夠在液晶指定位置上全面顯示，然后利用串行通訊，促進(jìn)ROM中的數(shù)據(jù)能最終和PC 機(jī)融為一體，通過對(duì)VB的運(yùn)用，有助于良好界面和串口通信功能的進(jìn)一步提供。

3 研究的詳細(xì)過程及階段結(jié)果

3.1 硬件設(shè)計(jì)

（1）A/D轉(zhuǎn)換器。一般來說，促進(jìn)模擬量向數(shù)字量器件的合理轉(zhuǎn)變，就叫做模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，其也叫做A/D轉(zhuǎn)換器。對(duì)逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換來說，其不僅有利于轉(zhuǎn)換速度的進(jìn)一步提升，而且精度十分顯著，所以在現(xiàn)在的工業(yè)過程控制系統(tǒng)中，運(yùn)用最為廣泛。

（2）系統(tǒng)電源電路設(shè)計(jì)。對(duì)本系統(tǒng)電源而言，外部直流變壓器在其能量的提供中扮演著十分重要的角色，一般來說，變壓器輸出+5V，其電壓主要是由直接提供給液晶顯示器的逆變器組成的工作電壓，除此之外，背光電路逆變器也在其工作電壓組成中位置突出。

（3）復(fù)位電路設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)采用外部 /RST 引腳促進(jìn)了外部電路強(qiáng)制MCU 進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。通過促進(jìn)/RST 引腳上低電平有效信號(hào)的合理添加，會(huì)加大MCU 進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)的程度。

（4）串口通信電路設(shè)計(jì)。RS-232C 標(biāo)準(zhǔn)是美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）與BELL 等公司一起開發(fā)的1969年公布的通信協(xié)議。

3.2 軟件設(shè)計(jì)的主要步驟

（1）促進(jìn)對(duì)問題的分析，知曉各種所需解答問題的具體要求。

（2）確定算法。從問題要求和指令系統(tǒng)特點(diǎn)出發(fā)，選擇合理計(jì)算公式和計(jì)算方法的運(yùn)用，這就叫做算法。算法在程序設(shè)計(jì)過程中扮演著重要角色，其對(duì)程序質(zhì)量的檢測(cè)和程序正確性的強(qiáng)弱起著決定性作用。

（3）制定程序框圖。從自身選擇算法出發(fā)，促進(jìn)對(duì)合理運(yùn)算步驟順序的實(shí)施，促使運(yùn)算過程能夠通過程序流程圖直觀的表現(xiàn)出來。

（4）促進(jìn)對(duì)數(shù)據(jù)格式的確定，不斷促進(jìn)工作單元的分配，使得程序框圖能夠用詳細(xì)的操作流程圖表示出來。

（5）從程序的流程圖以及指令系統(tǒng)出發(fā)，促進(jìn)匯編語言程序的進(jìn)一步編寫。

（6）程序測(cè)試。于單片機(jī)而言，由于缺少自開發(fā)功能，所以必須利用仿真器，通過仿真器運(yùn)行程序的變化，促使其程序測(cè)試的進(jìn)一步提升，使得程序錯(cuò)誤顯著排除。

（7）程序優(yōu)化。所謂程序優(yōu)化，即不斷促進(jìn)程序長度的減短，促使運(yùn)算速度的提升以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元的顯著節(jié)省。可以將循環(huán)程序和子程序作為程序設(shè)計(jì)的主要形式，有助于程序步驟的減少，不斷促進(jìn)算法的改進(jìn)和使用指令的合理使用，有助于工作單元和執(zhí)行時(shí)間的降低。

3.3 利用VB實(shí)現(xiàn)PC與單片機(jī)通信

對(duì)MSC-51系列單片機(jī)來說，因?yàn)槠浣?jīng)濟(jì)性強(qiáng)，方便快捷，在采集和預(yù)處理上得到廣泛應(yīng)用，所以無論是家電還是機(jī)電一體化，無論是智能終端還是一般工業(yè)控制，都在單片機(jī)的使用上運(yùn)用甚廣。通過對(duì)VB控件的使用，有助于其和單片機(jī)通信能力的提高，促進(jìn)對(duì)統(tǒng)一對(duì)話協(xié)議的運(yùn)用，有助于促使PC機(jī)在多路單片機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控中扮演著重要的角色，單片機(jī)在采集和預(yù)處理上面的過程，都必須由PC機(jī)進(jìn)行收集，促進(jìn)其協(xié)調(diào)性的提高。這不僅使得單片機(jī)硬件支持不夠情況缺陷減少，而且其在軟件系統(tǒng)上操作簡(jiǎn)單，所以其缺陷大大降低；除此之外，因?yàn)閱纹瑱C(jī)在現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的預(yù)處理上運(yùn)用甚廣，所以使得PC機(jī)能夠接收到合理的信號(hào)，有助于其在多路現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的協(xié)調(diào)上作用突出。而且能夠從存儲(chǔ)數(shù)據(jù)信息入手，促進(jìn)實(shí)施監(jiān)控的形成，通過動(dòng)作命令的發(fā)出，有助于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)性需要的合理滿足。

4 結(jié)論

本設(shè)計(jì)的目的是用于農(nóng)用大棚中的監(jiān)測(cè)器，對(duì)本設(shè)計(jì)作品而言，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)便，操作容易，具有經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，性價(jià)比強(qiáng)，在儲(chǔ)存功能上的運(yùn)用甚廣。既能夠降低成本又能夠發(fā)揮良好的檢測(cè)、報(bào)警作用。

本設(shè)計(jì)給出了一種基于89S52單片機(jī)在農(nóng)用大棚中做監(jiān)測(cè)器的設(shè)計(jì)思路。通過研究，選擇了DHT21溫濕度傳感器和QS-01空氣質(zhì)量傳感器作為本設(shè)計(jì)的探測(cè)器，可以通過檢測(cè)煙霧來避免火災(zāi)，還可以通過DHT21溫濕度傳感器來檢測(cè)溫濕度，有效的降低了制作成本。

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作者簡(jiǎn)介：王宇（1984-），男，山西臨汾人，本科，初級(jí)，研究方向：數(shù)控制造。