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1、嵌入式系统数据采集系统摘要嵌入式数据采集系统是集计算机、通信及电子技术、工业控制为一体 的综合探测系统。模拟信号是人类可以直接感受到的信号，如温度、湿度、光线、声音 等都属于模拟信号。模拟信号是一种连续性的信号，对模拟信号直接处理与 传输容易失真，不容易保存。数字信号是一种非0即1的非连续性的信号， 通常有高、低两种电平。数字信号比较容易保存与处理，而且效率高，在传 输上不易失真，可以使用计算机来对数据进行处理和控制。本文是通过温度传感器DS18B20把温度信号直接转换成数字信号，输 入单片机处理，将实时温度显示在两个7段LED数码管上，并通过串口与上 位机相连，将温度在linux服务器上实时
2、显示，并保存到文件里。关键词：嵌入式，数据采集，LINUX, 51单片机，串口EMBEDDED DATA ACQUISITION SYSTEMABSTRACTEmbedded data acquisition system is a set of computer, communications and electronics, industrial control for an integrated detection system.Analog signals can be directly felt by the human signal, Such as temperature, hu
3、midity, light, sound and so on are analog signals. Analog signal is a continuous signal, analog signal processing and transmission of easy distortion directly, not easy to save. Digital signal is a non-0 or 1 non-continuous signal, there is usually high and low level. Relatively easy to save and dig
4、ital signal processing, and high efficiency in transmission distortion is not easy, you can use the computer to the data processing and control.This article is DS18B20 the temperature through the temperature sensor signals directly into digital signals, input MCU processing, real-time temperature di
5、splay in two 7-segment LED digital tube, and connected with the host computer through the serial port, the temperature in the linux server, real-time display, And save to file.KEYWORDS : Embedded , Data Acquisition, LINUX, 51SCM, Serial目录1绪论11.1课题背景11.2系统开发功能、目的和意义11.2.1 功能11.2.2目的和意义22可行性分析32.1系统整体
6、设计思想32.2技术可行性分析42.2.1系统简要描述42.2.2处理流程和数据流程42.3本章小结43需求分析63.1系统的产生和发展63.2系统的需求分析63.2.1 需求分析的意义63.2.2需求分析的任务73.2.3需求分析的过程73.2.4数据流程图83.3温度传感器83.4 本章小结 124总体设计134.1系统模块总体设计134.2系统运行平台设置134.3本章小结155详细设计175.1目标机实现及代码175.2上位机实现及代码195.3本章小结226系统测试与性能分析236.1为什么要进行系统测试236.2软件测试236.2.1测试的基本概念236.2.2测试步骤246.3嵌
7、入式系统测试256.4 本章小结 25结论26参考文献27谢辞281.1课题背景嵌入式系统是以应用为中心，以计算机技术为基础，软硬件可裁剪，适用于 应用系统，对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统。随 着信息化、智能化、网络化的发展，嵌入式系统技术也将获得广阔的发展空间。进 入20世纪90年代，嵌入式技术全面展开，目前已成为通信和消费类产品的共同发 展方向。随着计算机的普及应用，数据采集系统也得到了极大的发展，开始出现了通 用的数据采集系统。20世纪90年代之后，数据采集技术已经在军事、航空电子设 备以及宇航技术、工业等领域被广泛应用，由于集成电路制造技术的不断提高，出 现
8、了高性能、高可靠性的单片数据采集系统。一个完整的数据采集系统通常由原始信号、信号调理设备、数据采集设备和 计算机四个部分组成。有的时候自然界中的原始信号并非直接可测的电信号，所 以，我们会通过传感器将这些物理信号转换为数据采集设备可以识别的电压或电流 信号。加入信号调理设备是因为某些输入的电信号并不便于直接进行测量，因此需 要信号调理设备对它进行诸如放大、滤波、隔离等处理，使得数据采集设备更便于 对该信号进行精确的测量。数据采集设备的作用是将模拟的电信号转换为数字信号 送入计算机进行处理，或将计算机编辑好的数字信号转换为模拟信号输出。计算机 上安装了驱动和应用，方便我们与硬件交互，完成采集任务
9、，并对采集到的数据进 行后续分析和处理。在这样的背景下，嵌入式系统数据采集系统将是一个大的研究方向，尤其在 实时监控领域，通过嵌入式系统对模拟信号，如温度、湿度、光线、声音等的采 集，并与上位机进行数据的传输，在上位机上实时监控，并保存数据。1.2系统开发功能、目的和意义1.2.1 功能主要功能：通过嵌入式系统实现对温度的的采集，实时监控、显示，并通过 串口将采集到的数据发送出去。上位机是linux系统的PC机。通过串口连接嵌入 式系统与上位机，并且实现数据由嵌入式系统传送到上位机，在上位机上实时显示 监控到的数据，并保存成文件。1.2.2目的和意义毕业设计不仅是对学习期间的总结，同时也是自己
10、综合运用所学知识解决实 际问题的一次锻炼。在此行业背景下，嵌入式系统数据采集系统，是一个在军事、商业、医疗、 家庭等各个领域都是有很多实际应用的。数据采集，是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集 信息的过程。嵌入式数据采集系统是结合基于ARM处理器、51单片机的测量软硬 件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。数据采集的目的是为了测量电压、电流、温度、压力或声音等物理现象。基 于ARM. 51单片机的数据采集系统，通过模块化硬件、应用软件和计算机的结合， 进行采集、显示以及保存。尽管数据采集系统根据不同的应用需求有不同的定义， 但各个系统采集、分析和显示信息的目的却都相同。
11、数据采集系统整合了信号、传 感器、激励器、信号调理、数据采集设备和应用软件。2可行性分析2.1系统整体设计思想(1) 嵌入式系统：嵌入式系统是以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应 应用系统，对功能、可靠性、成本、体积、功耗有严格要求的专用计算机系统，它 将操作系统和功能软件集成于计算机硬件系统之中，简而言之就是系统的应用软件 与系统的硬件一体化，类似于BIOS的工作方式，具有软件代码小，高度自动化， 响应速度快等特点。特别适合于要求实时和多任务的体系。嵌入式系统是将先进的 计算机技术、半导体技术、电子技术和各个行业实际应用相结合的产物。嵌入式系 统的结构由两大模块组成：硬件平
12、台和软件平台。(2) 数据采集系统：数据采集系统的采集任务在现场完成。采集系统设计为分布式的控制系统， 系统上位机与现场检测下位机之间的通信基于串口。正常运行时，现场下位检测控 制器完成数据采集、数据处理、数据存储、数据发送等多种任务。系统具有一定的 自检测、自校正能力，能将异常情况传给PC机，以便维护。为了适应各种不同情 况对焊缝自动检测的要求，整个检测系统采用模块化结构设计，可应用不同的模块 组合成不同的应用系统。(3 )嵌入式软件开发的特点： 人机交互界面。嵌入式系统和通用计算机之间的最大区别在与人机交互界 面。嵌入式系统可能根本就不存在键盘、显示器等设备，它所完成的事情也可能只 是监视
13、网络情况或者传感器的变化情况，并按照事先规定好的过程及时完成相应的 处理任务。 有限的功能。嵌入式系统的功能在设计时已经定制好，在开发完成投入使 用之后就不再变化，系统将反复执行这些预定好的任务，而不象通用计算机那样随 时可以运行新任务。当然，使用嵌入式操作系统的嵌入式系统可以添加新的任务， 删除旧的任务；但这样的变化对嵌入式系统而言是关键性的变化，有可能会对整个 系统产生影响。 时间关键性和稳定性。嵌入式系统可能要求实时响应，具有严格的时序 性。同时，嵌入式系统还要求有非常可靠的稳定性。其工作环境可能非常恶劣，如 高温、高压、低温、潮湿等。这就要求在设计时考虑目标系统的工作环境，合理选 择硬
14、件和保护措施。软件稳定也是一个重要特征。软件系统需要经过无数次反复测 试，达到预先规定的要求才能真正投入使用。正是由于嵌入式系统具有以上的各种特性，所以在各个领域的应用都是很广泛 的，具有实际应用价值。在嵌入式系统数据采集系统的设计中，系统的整体设计都 是离不开系统本身具有的特性的。2.2技术可行性分析2.2.1系统简要描述嵌入式系统是面向用户、面向产品、面向应用的，它必须与具体应用相结合 才会具有生命力、才更具有优势。因此可以理解嵌入式系统是与应用紧密结合的， 它具有很强的专用性，必须结合实际系统需求进行合理的裁减利用。嵌入式系统是将先进的计算机技术、半导体技术和电子技术和各个行业的具 体应
15、用相结合后的产物，这一点就决定了它必然是一个技术密集、资金密集、高度 分散、不断创新的知识集成系统。所以，介入嵌入式系统行业，必须有一个正确 的定位。例如Palm之所以在PDA领域占有70%以上的市场，就是因为其立足于 个人 电子消费品，着重发展图形界面和多任务管理；而风河的Vxworks之所以在 火星车上得以应用，则是因为其高实时性和高可靠性。嵌入式系统必须根据应用需求对软硬件进行裁剪，满足应用系统的功能、可 靠性、成本、体积等要求。所以，如果能建立相对通用的软硬件基础，然后在其上 开发出适应各种需要的系统，是一个比较好的发展模式。目前的嵌入式系统的核心 往往是一个只有几K到几十K微内核，需要根据实际的使用进行功能扩展或者裁 减，但是由于微内核的存在，使得这种扩展能够非常顺利的进行。2.2.2处理流程和数据流程嵌入式系统数据采集系统是通过温度传感器DS18B20把温度信号直接转换成 数字信号，输入单片机处理，将实时温度显示在两个7段LED数码管上，并通过 串口与上位机相连，将温度在linux服务器上实时显示，并保存到文件里。2.3 本章小结可行性研究是确定建设项目前具有决定性意义的工作，是在投资决策之前， 对拟建项目进行全面技术经济分析的科学论证，在投资管理中，可行性研究是指对 拟建项目有关的自然、社会、经济、技术等进行调研、分析比较以及预测建成后的 社会经济效
