基于单片机的电压数据采集系统设计

申报序号：

大学生创新研究训练项目

立项申报书

项目名称：基于单片机的电压数据采集系统设计

大学生创新研究训练项目立项申请表

一、项目背景、研究意义、基本内容和实现目标

项目背景：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，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。

研究意义：无线温度采集系统可被广泛应用于温度测量或相应的可转换为温度量或供电故障监控的工业、农业、环保、服务业、安全监控等工程中，例如：城市路灯故障检测和供电线路防盗监视、城市居民小区供热检测、大型仓库温度检测、工业生产测控、农业生产温度测控、环保工程、故障监控工程等。

基本内容：本设计的外围电路包括：电源电路、温度采集、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。以Atmel公司的AT89S51单片机作为控制核心，提出以DS18B20的单总线分布式温度采集与控制系统。温度传感节点通过单总线与单片机相连形成分布式系统。控制器通过温度传感器实时检测温度变化，并在LCD1602上显示温度的变化。通过串口将检测到的温度信息回馈到上位机（PC机），从而远程实现对整个系统的检测。

实现目标：本设计是以Atmel公司的AT89S51单片机作为控制核心，提出以DS18B20的单总线分布式温度采集与控制系统。温度传感节点通过单总线与单片机相连形成分布式系统。控制器通过温度传感器实时检测温度变化，并在LCD1602上显示温度的变化。通过串口将检测到的温度信息回馈到上位机（PC机），从而远程实现对整个系统的检测。

二、项目的研究思路和方法，采取的技术路线，工作流程方框图（可另附页作详细说明）

2.2 方案论证

2.2.1 A/D模数转换的选择

A/D转换器的种类很多，就位数来说，可以分为8位、10位、12位和16位等。位数越高其分辨率就越高，价格也就越贵。A/D转换器型号很多，而其转换时间和转换误差也各不相同。

(1)逐渐逼近式A/D转换器：它是一种速度快、精度较高、成本较低的直接式转换器，其转换时间在几微秒到几百微秒之间。

(2)双积分A/D转换器：它是一种间接式的A/D转换器，优点是抗干扰能力强，精度比较高，缺点是数度很慢，适用于对转换数度要求不高的系统。

(3)并行式A/D转换器：它又被称为flash（快速）型，它的转换数度很高，但她采用了很多个比较器，而n位的转换就需要2n-1个比较器，因此电路规模也极大，价格也很贵，只适用于视频A/D转换器等数度特别高的领域。

鉴于上面三种方案，在价格、转换速度等多种标准考量下，在本设计选用的是逐渐逼近式A/D转换器——ADC0809.

2.2.2单片机的选择

单片机是一种面向大规模的集成电路芯片，是微型计算机中的一个重要的分支。此系统是由CPU、随即存取数据存储器、只读程序存储器、输入输出电路（I/O口），还有可能包括定时/计数器、串行通信口、显示驱动电路（LCD和LED驱动电路）、脉宽调制电路、模拟多路转换器及A/D转换器等电路集成到一个单块芯片上，构成了一个最小但完善的计算机任务。单片机要使用特定的组译和编译软件编译程序，在用keiluvision2把程序下载到单片机内。

而本设计选用的是AT89C52.

2.2.3 串行口的选择

该串行口我选用了标准RS-232C接口，它是电平与TTL电平转换驱动电路。常用的芯片是MAX232，MAX232的优点是：

（1）一片芯片可以完成发送转换和接收转换的双重功能。

（2）单一电源+5V供电

（3）它的电路设计与连接比较简单而且功能齐全。

2.2.4 显示部分

LED数码显示管是一种由LED发光二极管组合显示字符的显示器件。它使用了8个LED显示管，其中7个用于显示字符，1个用来显示小数点，故通常称之为八段发光二极管数码显示器。对LED数码显示器的控制可以采用按时间向它提供具有一定驱动能力的位选和段选信号。LED数码显示有动态扫描显示法和静态显示。在单片机中，为了节省硬件资源，多采用动态扫描显示法。

2.2.5 按键

键盘是一种常见的输入设备，用户可以向计算机输入数据或命令。根据案件的识别方法分类，有编码键盘和非编码键盘两种。通过硬件识别的键盘称编码键盘；通过软件识别的键盘成为非编码键盘。非编码键盘有两种接口方法：一种是独立按键接口；另一种是矩阵式按键接口。

1、独立按键接口

在单片机中，如果所需的按键较少，可采用独立式键盘。每只按键接单片机的一条I/O线，通过对线的查询，即可识别各按键的状态。如图2.2所示。4只按键分别宇单片机的P1.0~P1.3I/O线上。无按键按下时，P1.0~P1.3线上均输入高电平。当某按键按下时，与其相连的I/O线将得到低电平输入。

图2.2 独立按键接口图

2.矩阵式按键接口

在单片机中需要的按键较多时，通常把键排成矩阵形式，这样可以节省硬件资源。如对于20只按键接口，如采用按键独立方式，需要20个I/O口。如采用矩阵式按键方式，则只需要9个I/O 口。如图2.3所示。单片机系统中的非编码式键盘程序主要由判别是否有键按下子程序、键的识别子程序、找到闭合键后，读入相应的键值，再转到相应的键处理程序几个部分组成。

图2.3 矩阵式按键接口图

在该系统中所用到的按键有9个，所以采取矩阵式按键接口方式。

第三章硬件部分

3.1 主机部分

该系统是一个主从式多路数据采集系统，主机和从机均用单片机实现，它的主机部分负责数据处理和显示，主机和从机之间用RS-232进行通信。它由AT89S52、MAX232、LED数码显示器组成。

3.1.1 主机部分原理图设计

由于主机要对从机有一个命令，所以用到按键，将按键接到单片机AT89C52的P3.4的端口上，按键的一端接地，当P3.4这条I/O线是一个低电平时，则表示按键按下。主