单片机的多参数实时采集与处理系统设计毕业设计.doc

单片机的多参数实时采集与处理系统设计 1 绪论 1.1 课题研究背景和意义 在现代工业控制系统中，多参数实时采集对监控设备正常运行有着十分重要的作用。多参数信号采集能将监控现场的物理量、化学量、或生物量通过相应的传感器和调理电路把模拟量转化为易于采集、处理的电压信号，经单片机的处理，一方面反馈给控制部件对监控对象进行控制调整，另一方面送给显示单元，实时显示采集的信号数据。在航空、汽车、通信、园林等控制领域，多参数实时采集与处理是自动控制系统的核心。随着计算机技术的发展，数据采集与处理系统的应用越来越广泛，不仅应用于新的工程项目，而且还广泛应用于国内许多旧有仪器设备的改造中[1]。 数据采集技术是信息科学的一个重要分支，与传感器技术、信号处理技术、计算机技术共同构成了现代检测技术的基础。而数据采集技术正是这些技术的前端，也是信息进行可靠传输和正确处理的基础。 数据采集是指将温度、压力、流量、位移等模拟量采集、转换成数字量后，再由计算机进行存储、处理、显示或打印的过程。在生产过程中，可对生产现场的工艺参数进行采集、监视和记录，为提高产品的质量、降低成本提供信息和手段。在科学研究中，可对应用数据进行采集，从而获得大量的动态信息，是研究瞬间物理过程的有力工具，也是获取科学奥秘的重要手段之一。 随着现代电子技术的飞速发展，数据采集技术也日新月异，特别是小型化、便携式解决方案在数据采集中开始占据越来越大的比重，并越来越多地倾向于低电压、低功耗、微型化设计，有的小型数据采集器甚至小到可以放进衬衫口袋里。目前一些市场上出售的小型数据采集器实际上就是全功能的计算机。它们功能强大，具有现场实时数据采集、处理功能的自动化设备，具备实时采集、自动存储、即时显示、即时反馈、自动处理、自动传输功能；为现场数据的真实性、有效性、实时性、可用性提供了保证，并能方便输入计算机，已广泛应用在工业、农业、商业、交通、物流、仓储等行业。因此，根据当前数据采集发展的实际情况，研制开发符合生产需要的多功能智能化的数据采集器具有现实意义[2]。 1.2 国内外研究现状 数据采集系统的应用非常广泛，是目前工业控制中应用较多的一类产品，国内外许多科研单位和技术公司都在积极研制，国外的数据采集器的研制已经相当成熟，而且种类不断增多，性能越来越好，功能越来越强大。以数据采集行业的佼佼者NI公司为例，NI6115同步多功能数据采集卡（DAQ），是基于PCI的4路差分输入，模拟输入最高10M/s，12位同步采样。DAQ-2005是4路500kS/s 16bit同步数据采集卡，带2路1M/s D/A输出，24路DIO。又如美国福禄克（Fluke）公司的262XA系列是一种小型，便携，操作简单，使用灵活的数据采集器。它可以单独使用，也可以和计算机连接使用。它具有多种测量功能，多种数据存储方式和多种控制方式。具有21路模拟输入通道，12路数字通道；RS232接口和数据记录，前面板锁定：防止其它人员意外触动前面板按键。 在国内，也有不少的大学、科研机关、公司从事数据采集器的研制，由于数据采集技术不断发展，市场上出现了各种新型的数据采集器。如北京中泰研创科技有限公司，利用DAS制作的数据采集系统PCI-8344B，它具有16Bit A/D，8通道并行同时转换，8KFIFO，0～10V、±5V双端输入，每个通道的转换速率都可达100KHz。四川拓普数字设备有限公司的PCI-10016具有4通道模拟量输入，最高采样率：100Ksps，16BitA/D。北京华控技术有限责任公司的通用数据采集控制板HK—6060C/HK—6070C，具有如下性能：输入通道数：单端16路，分辨率：12Bit，输入电压范围：±5V,±2.5V,0～5V，模拟电压输出部分，输出通道数：1路，分辨率：12Bit，8路数字量输入通道，8路数字量输出通道，输出电压范围：±5V,±2.5V,0～10V,0～5V；北京康泰电子有限公司的DAQ-1602/PCI 16位PCI总线数据采集板，具有16bit,250kHz和500kHz A/D输入，可编程增益选择:1,2,4,8， 8CH差分或16CH单端输入，2048字节的数据Buffer。经过对国内外现有数据采集行业产品的性能、价格、功能的了解，其概况如下： （1）国外的数据采集器精度高、采样速度快、功能较全，但价格较为昂贵。 （2）体积较大、操作复杂。 （3）采样频率和采样精度两者不能很好的统一。 （4）国内的数据采集器与国外的相比其精度和速度有一定的距离[2]。 2 系统方案设计 数据采集系统包括模拟信号的输人转换及处理。模拟信号以电压形式输送给A/D转换器，经模数转换后转换为数字信号，将数字信号送入单片机进行相应的处理及控制，输送给显示装置，最后显示出来，也可以将数