单片机的数据采集系统设计(附件)
在现代化工业生产中，特别是在化工领域，很多场合都需要对各类数据进行采集，以达到实时监测和控制，而温度在化工行业里是一个非常重要的参数。本文介绍了基于单片机的数据采集系统的硬件设计，硬件部分以单片机STC89C52为中心控制核心，四路被测温度通过数字温度传感器DS18B20内部的模数转换，将采集到的模拟信号转换成数字信号，并将转换后的数据通过一条总线传输到单片机，最后送到LCD1602进行显示，本次设计还包含报警装置，能够对超出设定温度范围的温度进行声光报警。硬件电路部分应用Altium Designer 6开发系统，对单片机最小系统、温度采集、数据显示以及报警电路进行了设计。关键词 数据采集，STC89C52，DS18B20
目 录
1 绪论 2
1.1 课题研究背景及意义 2
1.2 国内外研究现状 3
1.3 本论文研究的对象和主要内容 3
2 单片机数据采集系统 4
2.1 数据采集技术 4
2.2 单片机数据采集系统的组成 4
2.3 系统模块介绍 5
3 系统基本硬件电路设计 8
3.1 中心控制电路设计 8
3.2 温度采集电路设计 13
3.3 显示电路设计 15
3.4 报警电路设计 17
3.5 电源电路设计 18
4 开发环境的选择 19
4.1 硬件开发工具Altium Designer 6简介 19
4.2 仿真软件PROTEUS 22
4.3 系统仿真分析 22
5 电路板焊接与调试 23
5.1 焊接的注意事项 23
5.2 焊接的顺序 23
5.3 调试过程 24
5.4 调试结果 25
结 论 26
致 谢 27
参 考 文 献 28
附录：整体电路原理图 29
1 绪论
1.1 课题研究背景及意义
自从进入21世纪以来，社会发展及其迅速，数据采集及其应 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
用越来越受到人们的重视，数据采集系统也在不断的发展进步，尤其在工业、航空、地质研究等领域发展尤为迅速。
数据采集系统最早出现在20世纪50年代，美国为了突破军事上的发展，研究了一款测试系统。该系统不需要专业人员就可以操作，减少了专业人员短缺的窘状，而且该数据采集系统比传统方法更高效，能够完成传统方法不可能完成的任务，因此，在社会上引起了人们的广泛关注，其他国家开始加大对数据采集系统的研发，到了60年代后期，国内外就出现了成套的数据采集系统设备。
70年代后期，微机技术开始兴起，诞生了一款以微机为核心，采集器和仪表辅助工作的数据采集系统。这种系统性能优良，采集速度精准、快速，远远超过传统的自动检测仪表和专用的数据采集系统，广泛被人们应用，因此获得了不可思议的发展。到了后来，数据采集系统逐渐向两个方面发展，一类是实验室数据采集系统，主要用于研究，另外一类是工业现场数据采集系统，用于工业发展。
到了80年代，计算机应用开始普及，数据采集系统又迎来一次巨大的发展，出现了一种通用的数据采集与自动测试系统。这个时候的数据采集系统分为两类：一类是仪表仪器、采集器和通用接口总线融合计算机为一体的数据采集系统，这种系统在实验室应用较多。另外一类由数据采集卡、标准总线和计算机组成，主要用于工业生产现场。80年代后期，数据采集又有了变化，将大规模集成电路和工业计算机、单片机进行组合，用软件进行管理，使得系统成本大大降低，体积大大减小，功能成倍增加，数据处理能力加强。
90年代直到目前，数据采集系统已不在局限在实验室和工业上。虽然现在以微机为中心的可编程数据采集与处理技术的发展很迅速，而且只要一块数据集成卡，将它插在微机拓展槽内并以软件控制，就可以组成一个数据采集系统，实现采集功能，但是，这对于以单片机为核心的数据采集系统来说，并没有造成丝毫影响。而且相比较于前一种系统，从成本和功能的限制来说，单片机具有功能多、效率高、性能优越、所需电压低、所耗功能低、价格低廉等优点，而且应用双单片机构成系统的话，精度更高、转换速度更快、而且能够同时进行多点采集，因此能够开发出满足应用要求、电路结构不复杂、可靠性又高的数据采集系统。因此，以单片机为核心的数据采集系统必然被应用到诸多领域。
1.2 国内外研究现状
数据采集系统从20世纪中期开始，在过去的几十年里，虽然已经得到了充足的发展，但是国内外对于采集技术的研究一步也没有停止。
在国外，数据采集技术主要向三个方面发展：一使用方便，二功能多样，三体积减小。目前最好的出行信息服务系统是由美国于21世纪初开始建设的511交通信息系统，该系统以实用性为目的，通过装备在城市道路、汽车、换乘站、停车场、气象中心等的传感器和传输设备，向交通枢纽中心提供全面的交通信息。通过对信息的提取分析，向人们提供实时的道路交通信息、车辆换乘站信息和出行气象信息以及其他信息，人们可以很据这些信息做出适合自己的出行方式和出行路线。
在国内，数据采集技术还稍显不足，与国外的数据采集系统相比有一定的差距，比如由于技术方面原因，模数转换芯片的速度低，系统内存较小，信号处理功能较弱，系统的软件与人机界面水平不高，设备的操作不灵活。但随着我国技术的不断发展，差距在逐渐缩小，目前，我国研发的数字地震观测系统动态范围大、线性精度高、兼容性强、所耗功能低、可靠性高，在世界首屈一指。这种数字地震观测系统对拾震计输出的电信号进行模拟，放大后送至A/D数字化、A/D模块采用同时采样，采样数据经DSP数字滤波处理后变成数字地震信号。
1.3 本论文研究的对象和主要内容
数据采集技术在工业上运用十分广泛，特别是在化工业领域，数据采集尤为重要。总所周知，化工行业属于连续生产工种，由于化工行业的特殊性，化工生产的安全隐患较大，保证安全是安全生产的第一要素。在化工生产中，往往要对生产过程中的温度、压力、流量、液位、粉尘、有毒气体等进行检测监督，稍不注意就会造成重大事故。因此，本文的主要工作是采用一个以单片机为控制核心的数据采集系统，利用传感器采集化工反应釜内的温度，采集到的温度值通过总线送到单片机内，单片机将这份数据送到液晶屏显示，本系统还加了报警装置，能够起到警示作用。
目 录
1 绪论 2
1.1 课题研究背景及意义 2
1.2 国内外研究现状 3
1.3 本论文研究的对象和主要内容 3
2 单片机数据采集系统 4
2.1 数据采集技术 4
2.2 单片机数据采集系统的组成 4
2.3 系统模块介绍 5
3 系统基本硬件电路设计 8
3.1 中心控制电路设计 8
3.2 温度采集电路设计 13
3.3 显示电路设计 15
3.4 报警电路设计 17
3.5 电源电路设计 18
4 开发环境的选择 19
4.1 硬件开发工具Altium Designer 6简介 19
4.2 仿真软件PROTEUS 22
4.3 系统仿真分析 22
5 电路板焊接与调试 23
5.1 焊接的注意事项 23
5.2 焊接的顺序 23
5.3 调试过程 24
5.4 调试结果 25
结 论 26
致 谢 27
参 考 文 献 28
附录：整体电路原理图 29
1 绪论
1.1 课题研究背景及意义
自从进入21世纪以来，社会发展及其迅速，数据采集及其应 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
用越来越受到人们的重视，数据采集系统也在不断的发展进步，尤其在工业、航空、地质研究等领域发展尤为迅速。
数据采集系统最早出现在20世纪50年代，美国为了突破军事上的发展，研究了一款测试系统。该系统不需要专业人员就可以操作，减少了专业人员短缺的窘状，而且该数据采集系统比传统方法更高效，能够完成传统方法不可能完成的任务，因此，在社会上引起了人们的广泛关注，其他国家开始加大对数据采集系统的研发，到了60年代后期，国内外就出现了成套的数据采集系统设备。
70年代后期，微机技术开始兴起，诞生了一款以微机为核心，采集器和仪表辅助工作的数据采集系统。这种系统性能优良，采集速度精准、快速，远远超过传统的自动检测仪表和专用的数据采集系统，广泛被人们应用，因此获得了不可思议的发展。到了后来，数据采集系统逐渐向两个方面发展，一类是实验室数据采集系统，主要用于研究，另外一类是工业现场数据采集系统，用于工业发展。
到了80年代，计算机应用开始普及，数据采集系统又迎来一次巨大的发展，出现了一种通用的数据采集与自动测试系统。这个时候的数据采集系统分为两类：一类是仪表仪器、采集器和通用接口总线融合计算机为一体的数据采集系统，这种系统在实验室应用较多。另外一类由数据采集卡、标准总线和计算机组成，主要用于工业生产现场。80年代后期，数据采集又有了变化，将大规模集成电路和工业计算机、单片机进行组合，用软件进行管理，使得系统成本大大降低，体积大大减小，功能成倍增加，数据处理能力加强。
90年代直到目前，数据采集系统已不在局限在实验室和工业上。虽然现在以微机为中心的可编程数据采集与处理技术的发展很迅速，而且只要一块数据集成卡，将它插在微机拓展槽内并以软件控制，就可以组成一个数据采集系统，实现采集功能，但是，这对于以单片机为核心的数据采集系统来说，并没有造成丝毫影响。而且相比较于前一种系统，从成本和功能的限制来说，单片机具有功能多、效率高、性能优越、所需电压低、所耗功能低、价格低廉等优点，而且应用双单片机构成系统的话，精度更高、转换速度更快、而且能够同时进行多点采集，因此能够开发出满足应用要求、电路结构不复杂、可靠性又高的数据采集系统。因此，以单片机为核心的数据采集系统必然被应用到诸多领域。
1.2 国内外研究现状
数据采集系统从20世纪中期开始，在过去的几十年里，虽然已经得到了充足的发展，但是国内外对于采集技术的研究一步也没有停止。
在国外，数据采集技术主要向三个方面发展：一使用方便，二功能多样，三体积减小。目前最好的出行信息服务系统是由美国于21世纪初开始建设的511交通信息系统，该系统以实用性为目的，通过装备在城市道路、汽车、换乘站、停车场、气象中心等的传感器和传输设备，向交通枢纽中心提供全面的交通信息。通过对信息的提取分析，向人们提供实时的道路交通信息、车辆换乘站信息和出行气象信息以及其他信息，人们可以很据这些信息做出适合自己的出行方式和出行路线。
在国内，数据采集技术还稍显不足，与国外的数据采集系统相比有一定的差距，比如由于技术方面原因，模数转换芯片的速度低，系统内存较小，信号处理功能较弱，系统的软件与人机界面水平不高，设备的操作不灵活。但随着我国技术的不断发展，差距在逐渐缩小，目前，我国研发的数字地震观测系统动态范围大、线性精度高、兼容性强、所耗功能低、可靠性高，在世界首屈一指。这种数字地震观测系统对拾震计输出的电信号进行模拟，放大后送至A/D数字化、A/D模块采用同时采样，采样数据经DSP数字滤波处理后变成数字地震信号。
1.3 本论文研究的对象和主要内容
数据采集技术在工业上运用十分广泛，特别是在化工业领域，数据采集尤为重要。总所周知，化工行业属于连续生产工种，由于化工行业的特殊性，化工生产的安全隐患较大，保证安全是安全生产的第一要素。在化工生产中，往往要对生产过程中的温度、压力、流量、液位、粉尘、有毒气体等进行检测监督，稍不注意就会造成重大事故。因此，本文的主要工作是采用一个以单片机为控制核心的数据采集系统，利用传感器采集化工反应釜内的温度，采集到的温度值通过总线送到单片机内，单片机将这份数据送到液晶屏显示，本系统还加了报警装置，能够起到警示作用。
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