近年來,數(shù)據(jù)采集極其利用遭到了人們愈來愈普遍的關(guān)注,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)也有了快速的發(fā)展,它能夠廣泛的遍及各類領(lǐng)域。

帶無線通信數(shù)據(jù)采集器,它是選用數(shù)字化測量技術(shù),把持續(xù)的模仿量(直流輸入電壓)轉(zhuǎn)換成不連續(xù)、的數(shù)字方式并加以顯示的儀表。由于計算機(jī)的普及應(yīng)用,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有了很大的發(fā)展,間接出現(xiàn)了通用的數(shù)據(jù)采集與自動測試系統(tǒng)。該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有兩類,一類以儀表儀器跟采集器、通用接口總線和計算機(jī)構(gòu)成。這中系統(tǒng)有應(yīng)用于實驗室,在工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場也有一定的運用。第二類以數(shù)據(jù)采集卡、程序總線和計算機(jī)構(gòu)成,這一類在產(chǎn)業(yè)現(xiàn)場運用較多。20世紀(jì)80年代后期,數(shù)據(jù)采集進(jìn)行了很大的變化,工業(yè)計算機(jī)跟單片機(jī)和大規(guī)模集成電路的組合,用軟件管理,使系統(tǒng)的成本減低,體積變小,功能增加較大,數(shù)據(jù)處理能力加強(qiáng)很多。它研究信息數(shù)據(jù)的采集、存儲、處理等相關(guān)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集與檢測技術(shù)是對生產(chǎn)現(xiàn)場各種參數(shù)進(jìn)行采集,然后輸入計算機(jī),根據(jù)不同的需求由計算機(jī)進(jìn)行相應(yīng)的計算和處理,得到需要的數(shù)據(jù)。利用單片機(jī)、溫度傳感器跟無線模塊夠成的專用無線測溫系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、價格低廉的優(yōu)點,而得到了廣泛的運用。隨著工業(yè)的發(fā)展,對溫度測量的要求較高,而且測量的范圍也愈來愈廣,對溫度的檢測技術(shù)的要求也愈來愈高。因此,溫度測量的鉆研也是重要的研究課題?，F(xiàn)在由各種單片A/D 轉(zhuǎn)換器構(gòu)成的數(shù)字電壓表,已被廣泛運用于電子及電工檢測、工業(yè)自動化儀表、自動測試系統(tǒng)等智能化測量區(qū)域,顯示出強(qiáng)大的朝氣。同時,由DVM 擴(kuò)展而成的各種公共及專用數(shù)字儀器儀表,也把電量及非電量測量技術(shù)增加到新的水平。積分式數(shù)字電壓表是一種間接轉(zhuǎn)換方式的數(shù)字電壓表,它對輸入模擬電壓進(jìn)行了積分并轉(zhuǎn)換成中間量的時間或頻率,然后由計數(shù)器將中間量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。二. 總體方案設(shè)計2.1 系統(tǒng)原理及基本框圖如圖2.1所示,模擬電壓經(jīng)由檔位切換到不同的分壓電路衰減后,由隔離干擾送達(dá)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的過程,然后通過單片機(jī)中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。處理后的數(shù)據(jù)送到LCD中顯示,同時經(jīng)過過串行通訊與上位機(jī)通信。A/D轉(zhuǎn)換電路是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的不可缺少的一部分,也是計算機(jī)系統(tǒng)中一種重要的功能接口。目前市場上有兩種常用的A/D轉(zhuǎn)換芯片,一種是逐次逼近式的,如AD1674,他的特點是轉(zhuǎn)換速度較高,功率較低。另一種是雙積分式的,如ICL7135,他的特點是轉(zhuǎn)換精度好、抗干擾能力非常強(qiáng)。但高位數(shù)的A/D轉(zhuǎn)換器價格比較高。本文重點說明介紹的一種基于單片機(jī)的高精度、雙積分型A/D轉(zhuǎn)換電路,擁有電路體積小、成本低、性價比高、結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)試簡單和工作可靠的特點,有很好的實際運用價值。圖2.1 基本框圖雙積分式ADC的電路如圖2.2,運放A 1、R、C用來構(gòu)成積分器,運放A2成為比較器。電路首先對未知的模擬輸入電壓U1用固定時間T1的積分,完了轉(zhuǎn)為對標(biāo)準(zhǔn)電壓U0舉行反向積分,一直到積分輸出返回起始值,反向積分時間為T0。如圖2.3,輸入電壓U1越大,繼而反向積分時間越長。整體采樣期間,積分電容C上的充電電荷和放電電荷相同,繼而有因為U0及T1均為常數(shù),所以反向積分時間T0跟輸入模擬電壓U1成正比,這段時間單片機(jī)的內(nèi)部計數(shù)器計數(shù)值與信號電壓的多少成正比,此計數(shù)值就是U1所相應(yīng)的數(shù)字量。1)硬件電路圖如圖2.4,運放電路A1、R、C構(gòu)成積分電路,C的值喂0.聚丙烯電容是22μF,R的值500kΩ左右不變,A2是電壓跟隨器,為電路提供比較穩(wěn)定的電壓,A3作為電壓比較器,保證A/D轉(zhuǎn)換電平很快的翻轉(zhuǎn),CD4051為多路選擇開關(guān),單片機(jī)P1.0、P1.1、P1.2成為輸出端口,控制他的地址選擇端A、 B、C選擇不同的通道傳到積分器A1,U為即將進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的模擬輸入電壓,Uin是積分器的輸入電壓,U0是比較電壓,U1是基準(zhǔn)電壓,是使A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果擁有更高的精度,基準(zhǔn)電路為其提供精確的電壓,建議運用精度為1%的精密電阻,單片機(jī)為89C51,其內(nèi)部定時器T0對積分電路提供精確的時間定時,計數(shù)器T1用來記憶反向積分時間,INT0用來測量比較器電平變更。對需要測量的模擬輸入信號和零點參考電壓以及基準(zhǔn)電壓接到多路選擇開關(guān)的輸入端,通過單片機(jī)中的程序控制,輪流選擇接入各路輸入信號,通過積分電路分別和固定電壓進(jìn)行定時或定值積分。積分電路的輸出信號用來比較器的輸入信號與比較電壓的比較,比較器輸出翻轉(zhuǎn)信號時,CPU計數(shù)器停止計數(shù),繼而得到零點參考電壓的計數(shù)值,對這個數(shù)據(jù)進(jìn)行處理計算后,完成A/D轉(zhuǎn)換。2)轉(zhuǎn)換過程由于要給積分電路提前積分零點,對系統(tǒng)上電階段,積分電路首要是接通GND,等到比較器輸出成為低電平時,繼而會使積分電路進(jìn)行一段時間的放電,以使得積分電容為零電荷。因此雙積分電路的工作過程可分為三大階段:(1)清零階段:當(dāng)比較器輸出為低電平的時候,積分電容上聚集了很多的電荷,必須對他進(jìn)行放電為后續(xù)的A/D轉(zhuǎn)換輸送精確的零起始點。就是對U0進(jìn)行了定值積分,因為所欲可見放電時間根據(jù)U0、U1、R、C具體值的相關(guān)數(shù)劇對其進(jìn)行鑒定。

（2）積分階段:為u模擬輸入電壓Uin進(jìn)程固定時間積分,積分時長為T1,由A/D的精度而決定,精度越高則積分時間越長,在這個階段積分器的輸出電壓為(3)比較階段:為模擬輸入電壓為定時積分,然后對零電平進(jìn)行反向積分一直到比較器的輸出發(fā)生翻轉(zhuǎn)為止,這個階段積分器的輸出電壓為所以比較器原理得U10=U1,由此可得其中T1、U0、R、C、U1都是常數(shù),反過來說零電平的積分時間T0與模擬輸入電壓U成正比,T0就是所求的值。他的轉(zhuǎn)換波形如圖2.5。2.2積分電路的設(shè)計理論為了使積分電路中積分電容在放電過程當(dāng)中盡量的放電至零,專程在LM324運放的同相輸入端接上負(fù)電壓由于在后面的過零較量器中,電容放電沒有到零,其輸出電平變會發(fā)生跳變,結(jié)合考慮,為了減小誤差,我們可以在同相輸入端接入一個-500mV電壓。輸入電路的作用有,把不同量程的被測的電壓組合到A/D轉(zhuǎn)換器需要的電壓值。智能化數(shù)字電壓表一般采用的是單片雙積分型ADC芯片ICL7135,它要求輸入電壓0-±2V。

（1）正積分:也可以稱為信號采集階段。在這些階段,經(jīng)過單片機(jī)對其開關(guān)邏輯的控制電路進(jìn)行控制。對檢測電壓Vx0或者Vx1積分。積分器的輸出電壓跟時間線性地增加成正比。正積分時間是由單片機(jī)控制,定時稱作T,由于要考慮工頻的干擾,我們通常設(shè)定充電時間T=40ms。

（2）反積分:也稱為計數(shù)階段。這個階段,經(jīng)過單片機(jī),對開關(guān)邏輯進(jìn)行控制。電路的控制跟基準(zhǔn)電壓Vf積分(3)自動回零:也稱為復(fù)位階段。在該階段因為反積分,使得比較器輸出由高電平變成了低電平,再經(jīng)過單片機(jī)控制開關(guān)對邏輯控制電路動作,使得積分電容上的電荷充分釋放,輸出電壓降到零下圖為積分器和比較器的輸出波形:圖2.6 積分器和比較器的輸出波形圖三.硬件設(shè)計3.1 單片機(jī)的選擇及介紹方案一:52單片機(jī)。優(yōu)點是學(xué)習(xí)型單片機(jī),控制簡單,價格低。缺點是處理速度慢。方案二:PIC單片機(jī)。優(yōu)點是其大部分指令都是單周期指令,軟件計時精度高,性能穩(wěn)定。缺點是基于上述的比較分析,雖然PIC單片機(jī)也能實現(xiàn)題目要求的基本功能,但對于本設(shè)計,使用52單片機(jī),資源可以得到充分運用,性價比較高,所以采用方案一。單片機(jī)采用MCS-51系列單片機(jī)。由ATMEL公司生產(chǎn)的AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造,與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。在單芯片上,擁有靈巧的8 位CPU 和在線系統(tǒng)可編程Flash,使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能: 8k字節(jié)Flash,256字節(jié)RAM,32 位I/O 口線,看門狗定時器,2 個數(shù)據(jù)指針,三個16 位定時器/計數(shù)器,一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu),全雙工串行口,片內(nèi)晶振及時鐘電路。空閑模式下,CPU停止工作,允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下,RAM內(nèi)容被保存,振蕩器被凍結(jié),單片機(jī)一切工作停止,直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。而且,它還具有一個看門狗(WDT)定時/計數(shù)器,如果程序沒有正常工作,就會強(qiáng)制整個系統(tǒng)復(fù)位,還可以在程序陷入死循環(huán)的時候,讓單片機(jī)復(fù)位而不用整個系統(tǒng)斷電,從而保護(hù)你的硬件電路。3.2顯示方法:在該單片機(jī)系統(tǒng)中,使用7段LED顯示器構(gòu)成8位顯示器,段選線控制顯示的字符,位選線控制顯示位的亮或暗。方案一:靜態(tài)顯示靜態(tài)顯示,顯示驅(qū)動電路具有輸出鎖存功能,單片機(jī)將所要顯示的數(shù)據(jù)送出后就不用再管,直到下一次顯示數(shù)據(jù)需要更新時再傳送一次數(shù)據(jù)。編程容易,管理簡單,顯示亮度高,顯示數(shù)據(jù)穩(wěn)定,占用很少的CPU時間。但引線多,線路復(fù)雜,硬件成本高。方案二:動態(tài)顯示動態(tài)顯示需要CPU時刻對顯示器件進(jìn)行數(shù)據(jù)刷新,顯示數(shù)據(jù)會有閃爍感,占用的CPU時間多。我采用第二方案,因為這兩種顯示方式各有利弊;靜態(tài)顯示雖然數(shù)據(jù)穩(wěn)定,占用很少的CPU時間,但每個顯示單元都需要單獨的顯示驅(qū)動電路,使用的硬件較多;動態(tài)顯示雖然有閃爍感,占用的CPU時間多,但使用的硬件少,能節(jié)省線路板空間。當(dāng)顯示裝置中有多個多段LED時,通常采用動態(tài)掃描驅(qū)動電路,節(jié)省開銷。所以我采用第二方案。3.2 液晶顯示部分顯示接口用來顯示系統(tǒng)的狀態(tài),命令或采集的電壓數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)顯示部分用的是LCD液晶模塊,采用一個16×1的字符型液晶顯示模塊,點陣圖形式液晶由 M 行×N 列個顯示單元組成,假設(shè) LCD 顯示屏有64行,每行有 128列,每 8列對應(yīng) 1 個字節(jié)的 8 個位,每行由 16 字節(jié),共 16×8=128個點組成,屏上 64×16 個顯示單元和顯示 RAM 區(qū) 1024 個字節(jié)相對應(yīng),每一字節(jié)的內(nèi)容和屏上相應(yīng)位置的亮暗對應(yīng)。一個字符由 6×8 或 8×8點陣組成,即要找到和屏上某幾個位置對應(yīng)的顯示 RAM區(qū)的 8 個字節(jié),并且要使每個字節(jié)的不同的位為‘1’,其它的為‘0’,為‘1’的點亮,為‘0’的點暗,這樣一來就組成某個字符。但對于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來說,顯示字符就比較簡單了,可讓控制器工作在文本方式,根據(jù)在LCD 上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)找出顯示 RAM對應(yīng)的地址,設(shè)立光標(biāo),在此送上該字符對應(yīng)的代碼即可。