多路数据采集系统的设计硬件子系统设计
本文基于室内环境监测系统要求通过各种传感器采集多路数据，一般传感器所输出的都是模拟量，有些单片机只能处理数字量，本系统需要模数转换器来将所采集的模拟量转换为数字量。主机与从机的通信方式采用485通信方式，只需要两根线便可以完成通信。该系统采用两个单片机，可以完成八个数据的采集、通讯、数据处理等功能。硬件部分主要包括主单片部分包括报警模块、显示模块、控制模块。从机上有数据采集模块（各类传感器）、从单片机、通信模块。主要的工作流程是，从机通过传感器采集室内温度、湿度、光照物理量，进行模数转换后，通过485通信方式传输给主机，并且要接收主单片机发出的指令；主单片机负责接收数据并给从单片机发出命令，并且能够显示所采集物理量的电压，当电压超过规定值时，发出报警。 关键词 室内环境监测，多路数据采集，单片机，485通信
目 录
1 引言 1
1.1 本课题研究背景及其意义 1
1.2 国内外研究成果 2
1.3 本课题主要研究内容 3
2 课题设计方案 4
2.1 A/D模数转换 4
2.1.1 ADC0809的内部逻辑结构 5
2.1.2 ADC0809的引脚结构 6
2.1.3 ADC0809对于数字量与模拟量的要求 7
2.2 通信方式的选择 8
3 硬件电路的设计 11
3.1 单片机的选型 11
3.2 主机模块硬件电路 13
3.2.1 电源模块 14
3.2.2 复位电路 15
3.2.3 时钟电路 15
3.2.4 LED数码管显示模块 16
3.2.5 报警电路 17
3.2.6 MAX485电路 17
3.3 从机模块硬件电路 18
3.3.1 室内温度采集模块 19
3.3.2 室内光照采集模块 21
3.3.3 湿度采集模块 22
3.4 硬件调试 24
3.4.1 硬件单独调试 24
3.4.2 软硬件联合调试 24 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
结 论 26
致 谢 27
参 考 文 献 28
附录A 29
附录B 31
1 引言
1.1 本课题研究背景及其意义
数据采集系统是计算机为核心，通过各种传感器将一系列模拟量处理转换成数字量，然后由计算机接收数据存储，再用显示单元对数据进行显示的一整套系统。
进入21世纪后，很多工厂所使用的数据采集工具基本可以分为两种，一是可携带的检测设备，二是实时在线数据采集设备，在使用的过程中人们就发现了很多问题，使用可携带检测设备具有很大的局限性，不但花费很多劳动成本，而且还不能第一时间将所检测的数据反映到工作机器上；而普通的实时数据采集设备功能比较单一，只能检测一个模拟量，虽然可以第一时间反映出采集数据，但是使用范围太小，想要大规模使用需要投入更多的资金，成本太高，不能实现收支平衡[1]；比如现在很多公司使用的大型数据采集系统，虽然功能强大，能够准确的采集数据，时效性也相对较高，但是它所需要的资金太多，只适合小部分有能力的企业使用，像那些刚起步的小企业根本谈不上。并且大型的在线数据采集系统维护成本很高，维护规则复杂，可见这种设备实在是难以推广，市场前景很不景气。作为一个合格的数据采集系统，对它最基本的要求有两个：一是速率，二是精确度。如果系统所测量的数值不准确，精度太低，那么这个系统是没有任何意义的。其次采集速度也是至关重要，虽然系统精度很高，但是采集的速度却很慢，那么该系统就会缺乏实用性，使用局限性会大大增加。
严格的来说数据采集技术属于信息技术类，数据采集技术主要是研究的方面以下四种：一是数据的采集、二是数据的存储、三是数据的处理、四是控制问题。随着计算机技术的不断提高，数据收集的研究应该更加深入。数据采集在军事、工业、农业等智能控制领域中具有重要的作用，为了方便实现，大部分都会使用单片机来进行设计。
在当今技术飞速发展的今天。 计算机技术在计算机方面取得了长足的进步，终端数据采集卡可以满足数据采集的要求，这就代表数据采集系统只需要一个计算机，一个数据采集卡、和一些可以编写程序的软件就可以了。数据采集卡虽然使用方便，但是用单片机所组成的数据采集系统也有自身的优势[2]。一是价格比数据采集卡低，二是单片机的局限性小，可扩展多个端口，单片机凭借它自身的优点完全能够满足数据采集的各种要求。并且在通信发达的今天，多个单片机可以通过多种通信方式进行数据通信，这样就大大加快了信号的传输速率，精度在传输过程中也相对变高。而且单片机结构简单，电路容易设计，开发周期短，实用性很高也特别灵活，可以根据实际环境因素来随意改变所采集的模拟量，对于那些小企业来说，基于单片机的数据采集系统才是性价比最高的数据采集系统，单片机的价格很低，基本不需要去维护系统，基于单片机的数据采集系统完美的展现了以低成本也可以高效的获取实时数据，并且精度和速度也不会因此而降低。由此可见以单片机为核心的数据采集系统有很好的发展前景。
1.2 国内外研究成果
数据采集最早开始于第三次工业革命，那时候计算机技术开始迅速的发展，自那以后计算机技术和通信技术也有了起色。在这期间，数据采集技术也从起步时的稚嫩发展到如今，数据采集技术也慢慢趋于成熟，数据采集的数字化时如今数据采集技术发展的潮流，数据采集技术已经深入到了很多地方，比如说气象数据采集、地质勘探、太空环境监控、车间设备检测等很多领域。
在冷战结束后，国外技术发达的国家在数据采集技术上取得了突破性的成就，比如说美国就在数据采集技术上取得了长足的进步，美国首先把数据采集技术应用到了军事上，就拿美国大兵的一套装备来说，微型摄像头，生化武器检测装备、夜视仪等等，美国大兵身体上几乎布满了各种传感器，要是没有先进的数据采集技术，这些几乎是天方夜谭。如今的最新的技术一般都是先运用于军事上，等技术较为成熟就会在工业上使用。今天，数据采集技术已被广泛应用于各行各业，因为每个工厂所要采集的数据是不同的，这就要求人们要根据不同的要求来单独定制对应的数据采集系统，单片机就可以满足这样的要求，他只需要改变各种模块就可以实现各种不同的功能，再通过软件的编程，软硬件结合便可以设计出一个全新的数据采集系统。单片机实现的数据采集系统具有很多优点，如系统更智能，可以实时反映采集的数据，也可以报警，其次是单片机电路布线简单灵活。 微控制器之间的数据传输速度很快[3~5]。 该系列的优点使微控制器在许多应用中得到了广泛应用。工业是一个国家的命脉，工业大国一般都是世界强国。不过在工业中存在着太多的信息量了。这些信息完全影响到了工厂的产能，因此能够采集多路数据的系统至关重要。它不但能通过所采集的数据来提高生产的质量，还能降低生产所需要的维护成本。
目 录
1 引言 1
1.1 本课题研究背景及其意义 1
1.2 国内外研究成果 2
1.3 本课题主要研究内容 3
2 课题设计方案 4
2.1 A/D模数转换 4
2.1.1 ADC0809的内部逻辑结构 5
2.1.2 ADC0809的引脚结构 6
2.1.3 ADC0809对于数字量与模拟量的要求 7
2.2 通信方式的选择 8
3 硬件电路的设计 11
3.1 单片机的选型 11
3.2 主机模块硬件电路 13
3.2.1 电源模块 14
3.2.2 复位电路 15
3.2.3 时钟电路 15
3.2.4 LED数码管显示模块 16
3.2.5 报警电路 17
3.2.6 MAX485电路 17
3.3 从机模块硬件电路 18
3.3.1 室内温度采集模块 19
3.3.2 室内光照采集模块 21
3.3.3 湿度采集模块 22
3.4 硬件调试 24
3.4.1 硬件单独调试 24
3.4.2 软硬件联合调试 24 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
结 论 26
致 谢 27
参 考 文 献 28
附录A 29
附录B 31
1 引言
1.1 本课题研究背景及其意义
数据采集系统是计算机为核心，通过各种传感器将一系列模拟量处理转换成数字量，然后由计算机接收数据存储，再用显示单元对数据进行显示的一整套系统。
进入21世纪后，很多工厂所使用的数据采集工具基本可以分为两种，一是可携带的检测设备，二是实时在线数据采集设备，在使用的过程中人们就发现了很多问题，使用可携带检测设备具有很大的局限性，不但花费很多劳动成本，而且还不能第一时间将所检测的数据反映到工作机器上；而普通的实时数据采集设备功能比较单一，只能检测一个模拟量，虽然可以第一时间反映出采集数据，但是使用范围太小，想要大规模使用需要投入更多的资金，成本太高，不能实现收支平衡[1]；比如现在很多公司使用的大型数据采集系统，虽然功能强大，能够准确的采集数据，时效性也相对较高，但是它所需要的资金太多，只适合小部分有能力的企业使用，像那些刚起步的小企业根本谈不上。并且大型的在线数据采集系统维护成本很高，维护规则复杂，可见这种设备实在是难以推广，市场前景很不景气。作为一个合格的数据采集系统，对它最基本的要求有两个：一是速率，二是精确度。如果系统所测量的数值不准确，精度太低，那么这个系统是没有任何意义的。其次采集速度也是至关重要，虽然系统精度很高，但是采集的速度却很慢，那么该系统就会缺乏实用性，使用局限性会大大增加。
严格的来说数据采集技术属于信息技术类，数据采集技术主要是研究的方面以下四种：一是数据的采集、二是数据的存储、三是数据的处理、四是控制问题。随着计算机技术的不断提高，数据收集的研究应该更加深入。数据采集在军事、工业、农业等智能控制领域中具有重要的作用，为了方便实现，大部分都会使用单片机来进行设计。
在当今技术飞速发展的今天。 计算机技术在计算机方面取得了长足的进步，终端数据采集卡可以满足数据采集的要求，这就代表数据采集系统只需要一个计算机，一个数据采集卡、和一些可以编写程序的软件就可以了。数据采集卡虽然使用方便，但是用单片机所组成的数据采集系统也有自身的优势[2]。一是价格比数据采集卡低，二是单片机的局限性小，可扩展多个端口，单片机凭借它自身的优点完全能够满足数据采集的各种要求。并且在通信发达的今天，多个单片机可以通过多种通信方式进行数据通信，这样就大大加快了信号的传输速率，精度在传输过程中也相对变高。而且单片机结构简单，电路容易设计，开发周期短，实用性很高也特别灵活，可以根据实际环境因素来随意改变所采集的模拟量，对于那些小企业来说，基于单片机的数据采集系统才是性价比最高的数据采集系统，单片机的价格很低，基本不需要去维护系统，基于单片机的数据采集系统完美的展现了以低成本也可以高效的获取实时数据，并且精度和速度也不会因此而降低。由此可见以单片机为核心的数据采集系统有很好的发展前景。
1.2 国内外研究成果
数据采集最早开始于第三次工业革命，那时候计算机技术开始迅速的发展，自那以后计算机技术和通信技术也有了起色。在这期间，数据采集技术也从起步时的稚嫩发展到如今，数据采集技术也慢慢趋于成熟，数据采集的数字化时如今数据采集技术发展的潮流，数据采集技术已经深入到了很多地方，比如说气象数据采集、地质勘探、太空环境监控、车间设备检测等很多领域。
在冷战结束后，国外技术发达的国家在数据采集技术上取得了突破性的成就，比如说美国就在数据采集技术上取得了长足的进步，美国首先把数据采集技术应用到了军事上，就拿美国大兵的一套装备来说，微型摄像头，生化武器检测装备、夜视仪等等，美国大兵身体上几乎布满了各种传感器，要是没有先进的数据采集技术，这些几乎是天方夜谭。如今的最新的技术一般都是先运用于军事上，等技术较为成熟就会在工业上使用。今天，数据采集技术已被广泛应用于各行各业，因为每个工厂所要采集的数据是不同的，这就要求人们要根据不同的要求来单独定制对应的数据采集系统，单片机就可以满足这样的要求，他只需要改变各种模块就可以实现各种不同的功能，再通过软件的编程，软硬件结合便可以设计出一个全新的数据采集系统。单片机实现的数据采集系统具有很多优点，如系统更智能，可以实时反映采集的数据，也可以报警，其次是单片机电路布线简单灵活。 微控制器之间的数据传输速度很快[3~5]。 该系列的优点使微控制器在许多应用中得到了广泛应用。工业是一个国家的命脉，工业大国一般都是世界强国。不过在工业中存在着太多的信息量了。这些信息完全影响到了工厂的产能，因此能够采集多路数据的系统至关重要。它不但能通过所采集的数据来提高生产的质量，还能降低生产所需要的维护成本。
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