多路数据采集系统方案

`数据采集系统

1、系统方案选择和论证

1.1题目要求

1.1.1基本要求

1.1.2发挥部分

1.2系统基本方案

1.2.1各模块电路的方案选择及论证

1.2.2系统各模块的最终方案

2、系统硬件设计与实现

2.1系统硬件模块关系

2.2 主要单元电路的设计

2.2.1正弦信号发生器设计

2.2.2F/V变换部分设计

2.2.3信号采集部分处理

2.2.4通信模块部分设计

2.2.5数据地址显示电路设计

3、系统软件设计

3.1主单片机程序

3.1.1主机发送子程序

3.1.2主机数据处理子程序

3.1.3主机显示子程序

3.1.4主机主程序

3.2从单片机程序

3.2.1数据采集子程序

3.2.2从机中断接受子程序

3.2.3从机子程序

4、系统测试

附录1：产品使用说明

附录2：元件清单

参考文献

1. 系统方案选择和论证

1.1.1基本要求

设计一个八路数据采集系统，系统原理框图如下：

主控器能对50米以外的各路数据，通过串行传输线（实验中用1米线代替）进行采集的显示和显示。具体设计任务是：

（1）现场模拟信号产生器。

（2）八路数据采集器。

（3）主控器。

二、设计要求

1．基本要求

（1）现场模拟信号产生器：自制一正弦波信号发生器，利用可变电阻改变振荡频率，使频率在200Hz～2kHz范围变化，再经频率电压变换后输出相应1～5V直流电压（200Hz对应1V，2kHz对应5V）。

（2）八路数据采集器：数据采集器第1路输入自制1～5V直流电压，第2～7路分别输入来自直流源的5，4，3，2，1，0V直流电压（各路输入可由分压器产生，不要求精度），第8路备用。将各路模拟信号分别转换成8位二进制数字信号，再经并/串变换电路，用串行码送入传输线路。

（3）主控器：主控器通过串行传输线路对各路数据进行采集和显示。采集方式包括循环采集（即1路、2路……8路、……1路）和选择采集（任选一路）二种方式。显示部分能同时显示地址和相应的数据。

2．发挥部分

（1）利用电路补偿或其它方法提高可变电阻值变化与输出直流电压变化的线性关系；

（2）尽可能减少传输线数目；

（3）其它功能的改进（例如：增加传输距离，改善显示功能）。

1.2系统基本方案

根据题目要求系统模块分可以划分为：现场信号发生模块，V/F 变换模块，信号采集处理模块，通信控制模块，显示模块。系统的框图如图1.2.1 所示。为实现各模块的功能，分别做了几种不同的设计方案并进行了论证。

下图为系统基本模块图：

1.2.1各模块电路的方案选择及论证

（1）现场信号发生模块

该模块工作在远距离终端，作为模拟待采样的信号源，产生正弦波。对于该模块有以下两种方案：

方案一：采用ICL8038 集成芯片。构成三角波发生器及正弦整形电路。该IC 电路属于积分型施密特压控多谐振荡器，工作范围0.001HZ～300KHZ，完全可以达到设计要求。

方案二：由LM358 运放组成的幅值、频率可调的正弦振荡器。

图 1.2.2 所示为由 LM358 组成的正弦波发生器

A1 组成的电路相当于比例积分器，A2 所组成的电路相当于比较器。接通电源后，A2 输出为低电平（0V），而 A1 输出为高电平，由于有电容 C，则这个高电平是逐渐增长的，即随着电容 C经 RW2、R2 去路不断地充电，使 A1 的 1 脚电位逐渐增长。当其电位增长到高于 Vcc／2 时，A2 输出变为高电平。A2 的高电平使 A1 反相端为高电平，则 A1 输出力图为低电平，但由于 C 上电压不能突变，其输出端电位只能随电容 C 经 RW2、R2 支路反相充电而下降。当下降到低于 VCC／2 时，A2 输出又变成低电平。于是 A1 输出力图为高电平，C 由于上的电压不能突变，其输出端电位只能随 C 的充电逐渐上升……如此工作产生正弦波。

其具体电路图如图 1.2.2 所示。

振荡频率：f＝1/２π（RW2+R2）C。调节RW2 可改变振荡频率。

频率变化范围为：２.９～5.3KHz。输出信号的幅度调节通过改变RW1 来实现。

幅度调节范围为：2～6V。

（2）F/V 变换模块

F/V 变换模块采用模拟集成频率--电压变换器LM331。LM331 具有精度高、线形度高，温度系数低，功耗低动态范围宽等一系列优点，目前已经广泛应用于数据采集和自动控制中。

（3）信号采集处理模块

该模块功能主要是将输入过来的模拟信号转化成数字信号，实现数据的采集与处理。现在提出以下方案来完成此功能。

A/D 采集模块工作在远程数据采集端，用于将模拟信号转换成数字信号。计划采用ADC0809作为模数转换器。ADC0809 为CMOS 集成电路，属于逐位逼近比较型的转换器，分辨率为8 位，转换时间为100us，数据输出端内部具有三态输出锁存器，可以与单片机直接连接；而界具有8路模拟开关，可直接连接8 个模拟量，并可程控选择对其中一个模拟量进行转化。它与单片机连接简单，使用方便。

（4）通信控制模块

方案一：由于信号采集处理采用双单片机，即在数据采集的远端、近端均采用单片机控制，远端完成数据的采集、抽样、平滑、发送；近端完成数据的接收、校验、纠错、处理与显示等。

且由于两单片机之间的通讯距离较远，故采用RS-485 的通信标准。

方案二：可以在信号采集处理模块中采用模拟电路实现信号的串行/并行转换，而只在数