1绪论1.1数据采集的发展情况所谓的数据采集(Data Acquisition)就是把被测对象(外面世界、现场) 的各种参量(物理量、化学量、生物量)通过各种传感器元件转换为电信号，在 经过信号调理、采样、量化、编码、传输等步骤；送至控制器进行数据分析、处 理或存储记录的过程用于数据采集的整套设备叫做数据采集系统(Data Acquisition System)，他是以传感器输出信号为输入，配以各种测量分析技术 以及多样化的显示技术所组成的检测系统，主要应用于对某一种物理量进行定期 的巡回状态监控或故障诊断等多种领域，它能和计算机一起组成独立的监测、诊 断、和控制系统，是计算机主要辅助诊断方式之一数据采集系统应用始于20世纪50年代，美国1956年开始应用与军事上的测 试系统，目的是在测试中不依靠相关的测试文档，可以由非熟悉人员操作并且 由测试设备高速自动控制完成，由于这种数据采集系统与传统的数据采集系统具 有高速性和灵活性，可以完成传统的数据采集不能完成的数据采集和测试任务, 因此得到用户的初步认可60年代中期，计算机的引入使得测量仪器的功能发 生质的变化，从特定的电量测量转变成整个测量系统的特征参数;从单纯的接收、 显示转变为计算、显示、控制、分析、处理和输出，从使用单个仪器进行测量转 变为由一个完整的测控系统进行测量和控制。
20世纪70年代中期，随着计算机技术在这个领域的渗透和发展，诞生了数 据采集终端=仪表和计算机融为一体的新型数据采集系统这种数据采集的性能 优良，超过了传统的专用数据采集系统和自动检测仪器，因此获得了快速发展 70年代后期，数据采集系统的发展逐渐分为两个分支一个是在实验室中使用 的数据采集系统，列一个是在工业现场安装的数据采集系统20世纪80年代开始，微处理器被大量应用与数据采集仪器中，数据采集系 统得到了极大的发展，开始出现通用型数据采集系统这一阶段的数据采集系统 主要有两类，一类是由仪器仪表和采集器、通用接口总线和计算机等组成例如 国际标准的ICE625,也称为通用接口总线GPIB,就是一个典型的代表在标准 情况下，一块GPIB接口可带多达14台仪器，电缆长度可达40米，这类系统主 要应用与实验室在工业现场很少应用，此类芯片在国内外少数公司能够生产， 不仅价格昂贵，而且不便购买第二类是由数据采集卡、标准总线和计算机组成, 例如国际标准的IEE961总线系统就是这一类的典型代表，它1978年最早由 ro-log公司作为工业标准开发的,IEE961的16位总线性能嵌入式和实时性应用 要求。
特别是它的小板尺寸、垂直放置无源背板的直插式结构、丰富的的工业 I/O OEM模板、低成本、低功耗、扩展的温度范围和良好的可维持性设计，使其 在空间和功耗受到严格的限制并且可靠性要求较高的工业自动化领域得到广泛 的应用IEE961在80年代前后风行一时因为很难支持32位模式以后再没 有更大的发展在这两种采集系统中，如果采集测试任务改变，只需把新的仪用 电缆接入系统，或将新卡添加到专用的机箱即可完成硬件平台的重建，很显然, 这种系统比专业系统要灵活的多20世纪80年代后期，数据采集系统发生了极 大的变化，工业计算机、单片机和大规模的集成电路结合，出现了基于PC的虚 拟仪器技术，使系统的成本降低，体积减小、功能成倍增加，数据处理能力大大 加强20世纪90年代至今，数据采集技术已在军事领域、航空电子技术领域，和 工业等领域得到了广泛的应用本次设计就数据采集在工业领路中的，电子量革 机上的数据采集的应用1.2研究背景二十世纪五十年代以来，科技日新月异，一日千里，在数据采集应用中，一 方面随着计算机技术，模拟电子、微电子技术、测量技术和传感器技术的发展, 数据采集的功能和性能有了全面性的提高；另一方面世界科技和经济的高速发 展,无论是在社会化大生产各个行业还是关系到人类生存的基础学科内的研究领 域，都对数据采集系统的测量精度提出了更高层次的要求，特别是随着微电子技 术、生物技术、和传感器技术的快速发展，电子量革机（简称量革机）是测量皮革面积和各种不规则物体面积的设备，70 年代初期，他是用分立元件组装的，体积大、元件多、故障率高。
70年代后期 产生了用中小规模集成电路组装的量革机，他在计量精度和减少故障方面显然是 要优于分立元件的微型计算机的应用在量革机上的应用，对量革机的性能有了 跨越式的提高皮革面积的测量过去一直是在一块标准的测量板上进行的，由于皮革的不规 则和测量人员的操作误差，一般精度误差在上下0.3平方市尺，量革机计量的基 本原理是将皮革微分，然后累计求和.测量原理图如下，A' a►_A• • ♦~ . -I・• •••广7, • ・ra1 瓣里原理图图i.i首先将皮革分成一个一个大小相等的的单位面积，然后利用光电转换电路将皮革 的有无转换为电平的高低（1或0）计算机在皮革沿工作台向前运动的过程中依 次队皮革进行扫描检测，记录转换电路的输出电平，送进累加器里进行求和，这 样皮革面积就变成单位面积的总和，根据一定的转换关系，就能得到皮革的实际 面积显然，单位面积划分的越小，测量的面积就越接近实际值，这就避免了人 工测量是产生的系统误差和随机误差，使量革机具有较高的测量精度1.3系统的设计思路本课题，以8051单片机为微控制器，即上传光电信号的数据，通过累加器对 采集的数据的点数进行累加汇总，本课题的的研究内容主要是对光电信号的采集 电路的设计、以及和速度同步处理的相关电路的设计。
单片机的发展历史从20世纪70年代中期就开始了由于单片机具有体积小、可 靠性高、灵活方便等优点与当今流行的ARM、DSP等微处理器比较，单片机 相对简单、价格便宜，且技术更加成熟，所以在各个领域任有广泛的应用本系统的工作原理是：开动量革机总电源，电动机启动带动传输带转动，同 时电机轴上的码盘转动产生同步脉冲,单片机一旦接受到脉冲信号就采集一次采 集杆光电对管接收管的状态，当有皮通过时，光电接收管不导通，无皮通过时, 光电接收管导通这样就采集一次光电接收管不导通的状态并保存电机再转动一圈又产生一个同步脉冲，单片机又采集一次数据当采集的数 据为零时表示此张皮革已测量完毕，然后统计所有采集的点数，通过数据变换转 换成皮革的面积在本次课题中，电子量革机的数据采集和电机转动速度的同步是重点1.4本章总结本章在对电子量革机的原理认识的前提下，对其数据采集部分和采集与电机速 度同步的部分进行了基本的认识，对整体思路的概括，本课题在单片机的基础上, 采用地址译码器，进行分配地址等；以及对数据采集发展的背景和单片机技术做 了调查总结论文的主要研究内容本文以自选题目“电子量革机的设计”为背景，针对自动化控制平台，研究 数据采集结构和显示的工作原理，分析系统的功能以及软件的需求，设计传感器 工作组，以及数据采集后的处理等程序。
主要内容包括以下内容：第一章为绪论，说明了本论文的研究背景和意义，介绍了电子量革机技术国 内外的发展现状及发展趋势第二章重点对系统总体方案进行了设计，提出了传感器的选用，报警器显示装 置电路的选用和对系统的硬件设计做了详细的解说，在这章中对所设计的电路 做必要的解说第三章系统的软件设计，主要是有语言的选择，以及程序的方案，和各模 块的的子程序的设计对系统的硬件设计做了详细的解说，在这章中对所设计的 电路做必要的解说第四章系统的调试以及性能分析，对所设计的成品做基本的调试及性能分2. 总体方案的设计2.1设计任务单片机目前在工业、服务业及制造业都有着广泛的应用，采用单片机实现数 据采集具有成本低、开发周期短、易于实现和扩展功能的优点由于单片机本身 具有很强大的数字量处理能力，因此本系统的设计可以为后续的数据采集环节提 供服务基本要求：1、 测量宽度：1~3.2米；2、 测量速度：5~25米/分钟；3、 测量精度：不大于0.1平方米；在本次设计中以单片机为核心完成实时光电信号采集功能,其实现的主要功能如 下：1完成至少二路光电对管的数据采集；2能实时显示各路皮革的面积点数值；3可以自行设定皮革的张数；4具有采集数据和速度的同步处理；5硬件原理图，软件实现方案及系统编程2. 2电子量革机的主板的原理框图图2. 1电子量革机的主板工作原理框图通过光电对管传感器，把通过光电对管的皮革采集到低电平，表示这个地方 有皮革通过，把所以采集到的点，通过信号调理，再经过锁存器锁存。
由于单片 机的内部存储器比较小所以在外面扩展一个RAM,根据需要选择存储的空间的 大小单片机把采集到的数据送到片外存储器中，通过中断来控制下一次采集 再由片外存储器中数据的读取，来选择工作组进行数据采集在本次设计中根据指导老师给的任务，我需要做该设计中的关于数据采集部分, 其它的在通过自己的在对电子量革机的原理认识的基础上，做到掌握首先对 电子量革机的工作原理做一个简单的原理框图；图2.2电子量革机的工作原理图2.3立式电子量革机电机上装上一个相对的光电管，在电机的转盘上打一个小孔，电机的转盘是实心 的，盘的一边放一个发光管，另外的一边放置一个接收管，当电机在转动时，因 为电机是基本是稳定的，(即电机的转速是已知的)那么在每次对准孔的时候， 接收管就接到一个数据，那么送到控制装置去，同时在以上的图像中，传送带上, 放置的一排光电传感器，在传送带带着皮革进过光电传感器时，对有皮革的部分 采集到一个低电平信号，传送到控制装置中进行累加，一直到一张皮革被测量 完，那么在采集到点数对标准的面积所包含的点数进行换算，最后得出皮革的面 积2. 3单片机的选择在对电气控制方式设计时考虑到单片机［4］具有以下突出特点：⑴集成度高。
单片机尽可能把实际应用所需要的CPU、RAM、ROM. I/O 口 及定时器/计数器都集成在一块芯片内，使之成为名副其实的单片机内部采用 总线结构，减少了各芯片之间的连接，大大提高了单片机的可靠性与抗干扰能力 与常规的计算机系统相比，具有体积小、集成度高的特点2) 存储容量大采用了 16位地址总线的8位单片机8051可寻址外部64KB数 据存储器和64KB程序存储器有的单片机为了提高速度和执行效率，采用了 RISC流水线和DSP的设计技术，使单片机的性能明显优于同类微处理器，单 片机的寻址已突破64KB的限制，8位和16位单片机寻址可达1MB和16MB3) 外部扩展能力强在单片机内部的各种功能部分不能满足应用需求时，均可 在外部进行扩展(如扩展ROM、RAM. I/O 口、定时/计数器，中断系统等)，给 应用系统设计带来极大的方便和灵活性4) 控制功能强采用面向控制的指令系统，能针对性地解决从简单到复杂的各 类控制任务为满足控制的需要，单片机有很强的逻辑控制能力，特别是具有很 强的位处理能力单片机的逻辑控制功能及运行速度均高于同一档次的微型计算 机可以方便地实现多机和分布式控制，使整个控制系统的效率和可靠性大为提(5) 低电压、低功耗。
单片机大量应用于便携式产品和家用电器产品，低电压和 低功耗的特性尤为重要采用CHMOS制造工艺，集HMOS的高速、高集成度和CMOS的低功耗技术于一体，使单片机的功耗进一步降低，适应电压范围更 宽(2.6 〜6V)6) 性能价格比高。