多路数据采集系统设计设计任务书1、设计任务 设计一个八路数据采集系统，系统框图如图所示现场信号1数据采集器1主控系统数据存储现场信号2数据采集器2现场信号8数据采集器8数据显示图1 八路数据采集系统框图主控系统能对100米外的各路数据采集器的数据进行巡呼接收，通过串行传输线（测试可以用100米电缆线代替）进行采集和显示具体设计任务是:（1）设计现场信号产生器（2）设计八路数据采集器（3）设计主控器，不允许使用PC机替代2、设计要求2.1、基本要求：（1）、设计一台现场信号产生器，能够产生稳定可调的0～2V直流信号，并保证输出低阻抗特性，能够在带10K电阻负载后输出无明显变化2）、设计数据采集器（不要求显示功能），能够采集自己设计的0～2V直流信号，采集精度0.5％支持与主机通讯，就能够将采集的数据上传数据传输采用串行方式，传输的电器特性自己选择系统能够容纳8台子机，实际要求制作2台子机即可，但要求2台子机能够模拟1～8号中的任意一台子机3）设计一台主控器，主控器通过串行传输线对各路数据采集器进行采集存储采集方式暴扣循环采集（即1路、2路……、8路、1路）和选择采集（任选一路）两种方式如果采用循环方式，采集8路信号的采集周期为1S。
设计主控器显示功能，要求能够显示：采集器路数1～8；能够显示各路数据0～2.000V支持手动显示和自动巡回显示4）所有电源要求自制2.2、发挥部分：（1）、提高数据采集器的采集精度到0.1％以上2）、主机具有历史数据保存功能，每10S保存1点要求煤炉可以连续保存20点，循环刷新，要求数据存储在非易失数据存储器中，人机界面支持历史数据查看3）支持8路采集器上限报警功能，上限数据可以任意设定，要求数据存储在非易失数据存储器中，掉电不丢失，要求显示界面能够清晰显示报警状态4）、其他功能的改进III多路数据采集系统摘 要本设计是一个主从系统，采用单片机控制，从机负责采集八路数据，采集精度可以达到0.1％以上，同时应答主机发送的命令，将采集的数据上传；主机进行数据处理，数据显示，键盘输入，系统报警在主机与从机的通讯中，采用国际标准的RS485差分方式接口，使通讯的速率和传输距离均大于RS232的标准接口方式，并且用线最少（只要两根）本设计通讯距离可达100米关键词 数据采集系统；单片机；RS485Multi-channel data acquisition systemABSTRACTThis design is a master and slave system, using SCM control, eight-way from the plane responsible for collecting data, the gathering precision may achieve above 0.1%, simultaneously replies the order which the main engine transmits, will gather data upload; mainframe data processing, data show , Keyboard input, alarm system. And from the host machine communication, using international standards RS485 differential way interface, so that communication and the rate of transmission distance was greater than the standard RS232 interfaces, and the use of at least (as long as two). The design of communications range of up to 100 meters.Key words Data Acquisition System;SCM;RS4855目 录设计任务书 I摘 要 IIIABSTRACT IV1、系统方案 61.1 系统概述 61.2 方案论证 61.2.1 信号源产生电路 61.2.2 A/D转换器 61.2.3 温度采集 71.2.4 通信 71.2.5 键盘与显示 71.2.6 监控 71.2.7 存储器 72、理论分析与计算 72.1 测量与控制方法 72.1.1 信号源 72.1.2 信号采集 82.1.3 通信 82.2 理论计算 92.2.1 信号源制作 92.2.2 数据采集器 93、电路与程序设计 93.1 电路设计 103.1.1 信号源 103.1.2 数据采集器 103.1.3 主机 113.1.4总体电路图 113.2 程序设计 133.2.1 程序流程图 133.2.2 主要程序分析 144、结果分析 14参考文献 16附录 171、系统方案1.1 系统概述本系统可模拟远距离多路采集的现场，实现多路模拟信号同时采样，A/D采集、主从CPU通信与数据处理、键盘控制与数据显示。
系统结构框图如图1-1-1所示：现场数据A/D从机RS485接口主机键盘与显示存储器监控温度图1-1-1 系统结构框图[1]1.2 方案论证1.2.1 信号源产生电路方案一、制作一个稳压直流电源，在输出端通过电位器分压获得0～2V连续可调的直流信号，此方法简便易行，缺点是通过电位器分压输出，输出阻抗较大，带负载能力弱，并且不能得到0V电压方案二、通过基准源获得稳定的电压，再经运算放大器反相，最后再在输出端采用运放跟随输出，这样经反相既可以获得0V电压输出，采用运放跟随输出又保证了低输出阻抗的特点考虑到设计任务中要求信号源低输出阻抗，并且要求包括0～2V可调输出，故本设计采用方案二1.2.2 A/D转换器方案一、采用MC14433（国产5G14433）位（BCD码）单片双积分式A/D转换器，模拟输入电压范围为0～1.999V或0～199.9mV，因为它有一个超量程标志，所以可以认为当显示超量程标志位时为2.000V缺点是不能测量超过1.999V的电压[2]方案二、采用位A/D，ICL7135，测量精度可达0.005％，可以轻松满足测量精度0.1％以上的要求，具有精度高和价格低的特点本设计采用方案二。
1.2.3 温度采集方案一、采用一线式数字温度传感器DS18B20，由于只有一根线控制，可节省大量的引线和逻辑电路，但也正是由于只有一根线控制，对它进行操作不允许被打断，同时占用的机时较长方案二、采用LM71集成温度传感器，功耗低，具有三线串行接口SPI总线，在操作过程中不受中断影响，因此使用更为方便故本设计采用方案二1.2.4 通信方案一、采用RS232通信，但RS232的可靠通信距离仅为15米方案二、采用RS485总线，它采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复由于本设计要求主控器能对100米以外的数据采集器的数据进行采集和控制，故本设计采用RS485总线1.2.5 键盘与显示由于本设计要显示的内容较多，LED已不能胜任，故采用图形液晶显示模块12864，显示分辨率为128×64点由于功能按键数量较少，故直接使用I/O口控制1.2.6 监控方案一、对MCU采用手动复位，此方法电路简单，但需要操作者每时每刻注意MCU的工作状态，很不方便方案二、采用监控电路MAX813L，可以对电源电压及MCU工作状态进行监控，当电源电压降低或工作状态不正常时，便会输出一个复位信号，使MCU复位，此方法大大增加系统可靠性。
本设计采用方案二1.2.7 存储器方案一、采用EEPROM 24C256，存储空间有256K，足以满足每路每10S存一点，一共存20点的要求，但是读写速度较慢方案二、使用X5045，看门狗芯片X5045内部有512字节的存储空间，每一路存20点，一共8路，需要存储160点，每一点需要2个字节，所需内存为320字节所以本设计采用方案二，并且X5045的读写速度较快2、理论分析与计算2.1 测量与控制方法2.1.1 信号源信号源要求能够产生稳定可调的0～2V直流信号，并保证输出低阻抗特性首先信号源必须涵盖0V和2V这两个临界值,所以可以用运放将信号反相，得到负值，再将输出信号通过一级运放跟随，便可以得到0～2V的低输出阻抗的信号源由于电源的电压波动较大，故不能直接用来作为运放的输入，这时就需要用到基准源芯片它能在负载电流、温度和时间变化时电压保持稳定不变2.1.2 信号采集信号采集主要通过ICL7135将输入模拟量转换成数字量，芯片的积分过程包括了对测量信号的积分阶段及对基准电压的放电阶段，对测量信号积分时间固定为10000个时钟周期，而对基准放电的时间计数就是A/D转换结果只要对BUSY信号的高电平进行时钟同步计数，再减掉10000就能够得到A/D结果。
具体的设计是使用单片机T0计数，INT0接BUSY做门控，同时使用INT0的后沿中断获得A/D转换结果接口及BUSY信号波形参见图2-1-1：图2-1-1 ICL7135管脚排列、接口及积分波形图2.1.3 通信RS-485是一种应用十分广泛的通信协议其显著特点是信号采用“差分”的方式传输，因此抗干扰能力很强，通信距离也比RS-232远得多RS-485通信一般是半双工的，仅需要2根信号线，也可以是全双工的，需要4根信号线在RS-485通信中，发送过程主要采取了总线仲裁机制：在向485总线写数据时，主设备先写一字节的地址请求，所有的从设备均会收到，只有地址与之相等的从设备端口打开，其他设备全部关闭这样，主设备与从设备之间的通信就是点对点的每一个从设备均有一根请求线与主设备相连，若从设备需要与主设备通信时，先通过请求线进行请求，当请求成功后，从设备应能检测到总线上的地址与自身地址相同，从设备才能打开发送中断，才能发送消息，发送完之后必须关闭发送中断，释放总线，以保证其他从设备这段时间能与主设备正常通信，提高通信效率数据接收时，采用中断方式，当有数据来到的时候该任务会立刻自动响应，提高系统的实时性。
接收方判断开始485通信帧的条件是，设备不报告接收错误的情况下，接收到结束标志之后的第一个非结束标志判断帧结束的条件是，帧接收已经开始，遇到第一个尾标志字符当链路层的通信帧接收已经开始的情况下，设备报告字符接收错误，此时应当丢弃本帧，结束帧的接收，重新开始搜索下一帧长度字段后面的字节个数不等于长度字段指示，并且也不等于长度字段加2时，指示长度错误，作无效帧帧长度小于帧头的长度的帧视为无效帧当接收的字符个数超过最大的485通信帧字节数——262时，也认为接收错误，重新开始搜索头标志，检出下一帧数据超时保护：如果接收收方在接收一帧数据时，在未接收完一帧时，超过20ms（2个Ticks）仍未有数据到达，则认为本帧数据接收结束，并将其丢弃2.2 理论计算2.2.1 信号源制作信号源输出要求0～2V稳定的电压，所以不能用电源直接提供基准电压，。