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1、无线数据采集器摘要：在电子高科技技术高速发展的今天，很多电子产品应运而生。简易数字电压表是一种实时测试电压变化量的数码智能产品。该系统由 AT89C51 单片机系统、A/D转换模块、LCD 显示模块、电源模块、量程选择模块组成。该系统能完成电压量的采集、A/D转换、 自动量程切换、实时显示采集到电压量等功能。该系统成本低，功能实用，性能可靠，使用方便，功耗低，很受市场的欢迎和青睐。关键词：AT89C51 量程控制转换 液晶显示 A/D转换 GPRS1、 引言 在当今的数字时代，从大到空间雷达，地球卫星定位系统，移动通信，计算机，医用断层扫描设备，小到家用计算机，数码影像设备，数字录音笔，数码微
2、波炉等设备中，数字技术与数字电路组成的数字系统已经成为这些现代电子系统的重要组成部分。数字电压表正进入一个蓬勃发展的新时期，一方面它开拓了电子测量领域的先河，另一方面它本身正朝着高准确度、智能化、低成本的方向发展。此外，数字电压表在安装工艺、外观设计、安全性、可靠性等方面也在不断改进，日臻完善。社会科学技术高速发展，电子技术日新月异，随之而来的电子产品更是如雨后春笋，它们很好的服务于人们的生活和生产。信息化时代人们离不开电子产品，并且对电子产品的要求也越来越高。数字电压表的应用很广泛，它在水电行业，教学领域以及人日常生活中都拥有很广阔的市场。单片微型计算机是随着超大规模集成电路技术的发展而诞生
3、的，由于它具有体积小、功能强、性价比高等特点，把单片机应用于温度控制中，采用单片机做主控单元，无触点控制，可完成对电压采集和控制的要求。所以广泛应用于电子仪表、家用电器、节能装置、机器人、工业控制等诸多领域，使产品小型化、智能化，既提高了产品的功能和质量，又降低了成本，简化了设计。数据采集系统就是采集传感器输出的模拟信号并转换成计算机能识别的数字信号，然后送入计算机，根据不同的需要由计算机进行相应的计算和处理，得出所需的数据。与此同时，将计算得到的数根进行显示，以便文现对某些物理量的监视。由数据采集系统的任务可以知道，数据采集系统具有以下几方面的功能:数据采集、模拟信号处理、数字信号处理、开关
4、信号处理、屏幕显示、人机联系。 数字电压表是诸多数字化仪表的核心与基础，电压表的数字化是将连续的模拟量，如直流电压，转换成不连续的离散的数字形式，并在液晶显示器上显示出来。这有别于传统的以指针加刻度盘进行读数的方法，避免了读数的视差和视觉疲劳。目前数字万用表的内部核心部件是A/D转换器，转换器的精度很大程度上影响着数字万用表的准确度，本文A/D转换器采用ADC0809对输入模拟信号进行转换，控制核心AT89C51再对转换的结果进行运算和处理，最后驱动输出装置显示数字电压信号。本论文对无线数据采集器的主控单元进行分析与构建，为数据采集器的其它部件设计提供开发与控制平台。主控单元犹如嵌入到自动电压
5、测量系统中的微型计算机，是整个采集系统的控制与运行核心，其性能的好坏直接决定数据采集器功能的多寡和性能的优异。随之后PC时代的到来，单片机系统已经广泛地渗透到大众生活，是继IT网络技术之后，又一个新的技术发展方向。单片机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、功耗严格要求的专用计算机系统。2、方案论证21、主控制部分的选择方案一：AT89C51内部含Flash存储器,因此在系统的开发过程中可以十分容易进行程序的修改,这就大大缩短了系统的开发周期。同时，在系统工作过程中，能有效地保存一些数据信息，即使外界电源损坏也不影响到信息的保存。和80
6、C51插座兼容，AT89C51单片机的引脚是和80C51一样的，所以，当用AT89C51单片机取代80C51时，可以直接进行代换。这时，不管采用40引脚亦或44引脚的产品，只要用相同引脚的89系列单片机取代80C51的单片机即可。AT89C51单片机采用静态时钟方式，所以可以节省电能，这对于降低便携式产品的功耗十分有用。错误编程亦无废品产生，一般的OTP产品，一旦错误编程就成了废品。而AT89C51单片机内部采用了Flash存储器，所以，错误编程之后仍可以重新编程，直到正确为止，故不存在废品。可进行反复系统试验用AT89C51单片机设计的系统，可以反复进行系统试验；每次试验可以编入不同的程序，
7、这样可以保证用户的系统设计达到最优。而且随用户的需要和发展，还可以进行修改，使系统不断能追随用户的最新要求。方案二：应用 ICL7107 集成芯片制作的方案。ICL7107 是一块应用非常广泛的集成电 路。它包含 3 1/2 位数字 A/D 转换器，可直接驱动 LED 数码管，内部设有参考电压、独立模 拟开关、逻辑控制、显示驱动、自动调零功能等。ICL7107 是一种制作数字电压表典型的应 用电路。由于该集成芯片在使用上有一定的局限性，不可编程故不能实现功能拓展，无法满 足作品的设计要求。综合以上二种方案分析，采用 AT89C51作为主控制系统，其性价比最高。2.2、 显示器的选择方案一：采用
8、LED数码管显示。采用ZLG7289接口接LED显示更方便、可靠，但是设计要求能显示输出信号的类型、测量值，这样用LED显示就显得不是那么直观，不具有现实应用仪表的那种人性化界面，而且LED数码管功耗较大，不符合仪器仪表节能的要求。方案二：采用LCD显示。即液晶显示器，是一种数字显示技术，可以通过液晶和彩色过滤器过滤光源，在平面面板上产生图象。对于相同尺寸的显示器来说，液晶显示器的可视面积要更大一些，而且液晶显示器更容易在小面积屏幕上实现高分辨率，液晶显示器通过显示屏上的电极控制液晶分子状态来达到显示目的，即使屏幕加大，它的体积也不会成正比的增加，而且在重量上比相同显示面积的传统显示器要轻得多
9、。LCD占用空间小，低功耗，低辐射，无闪烁，应用范围广，画面效果好，显示质量高，降低视觉疲劳，而且液晶显示器都是数字式的接口，体积小，应用方便，显示内容的范围广，完全可以满足我们人性化界面显示的要求，而且有很大的发挥余地。综合考虑两种方案，方案二结构简单，更符合仪器制作的要求，使用非常的方便，所以采用方案二。2.3、直流稳压源的选择方案一：采用串联型稳压电路。其具有稳压性能好，输出纹波电压小，成本低等优点，并且其性能安全可靠，维护简单，适用于小功率电源中，当前正被广泛采用。方案二：采用开关型稳压电源。开关电源是通过改变开关调整管的导通时间与导通截止变化周期的比值来调整输出电压的，具有效率高、体
10、积小、重量轻的优点。在但在实际应用中也还存在一些问题，不能十分令人满意。这暴露出开关稳压电源的又一个缺点，那就是电路结构复杂，故障率高，维修麻烦。对此，如果设计者和制造者不予以充分重视，则它将直接影响到开关稳压电源的推广应用。当今，开关稳压电源推广应用比较困难的主要原因就是它的制作技术难度大、维修麻烦和造价成本较高。综上所述，方案一电路结构简单，容易实现，适用于小功率电源中，因此采用方案一。2.4、 按键方案的选择方案一：采用独立式按键电路，每个按键单独占有一根I/O接口线,每个I/O口的工作状态互不影响，此类键盘采用端口直接扫描方式。优点为电路设计简单，且编程极其容易，缺点为当按键较多时，I
11、/O口线浪费较大。方案二：采用矩阵式键盘，此类键盘采用矩阵式行列扫描方式，缺点为电路复杂编程难，优点是当按键较多时可降低占用单片机的I/O口数目，节省硬件资源。综合考虑这二种方案及题目要求，故选择方案一。2.5、量程转换控制的选择方案一：CD4051是单8通道数字控制模拟电子开关，有三个二进控制输入端A、B、C和INH输入，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流。幅值为4.520V的数字信号可控制峰值至20V的模拟信号。CD4051相当于一个单刀八掷开关，开关接通哪一通道，由输入的3位地址码ABC来决定，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流。方案二：CD4052是一个差分4通道数字控制模拟开关，有A、B
12、两个二进制控制输入端和INH输入，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流。幅值为4.520V的数字信号可控制峰峰值至20V的模拟信号。二位二进制输入信号选通4对通道中的一通道，可连接该输入至输出。综合两种方案考虑，方案一是单8通道数字控制模拟电子开关，更加符合本设计，故采用方案一。2.6、A/D转换器的选择方案一：采用双积分 A/D 转换器 MC14433，它有多路调制的 BCD 码输出端和超量程输出端，采用动态扫描显示，便于实现自动控制。但芯片只能完成 A/D 转换功能，要实现显示功能还需配合其它驱动芯片等，使得整部分硬件电路板布线复杂，加重了电路设计和实际焊接的工作。方案二：采用 A/D 转换芯
13、片ADC0809。ADC0809 是一块 8 路 8 位模数转换芯片，将模拟电路和数字电路集成在一个有 28 个功能端的电路内，包含了A/D转换,逻辑控制, 译码驱动等电路，其转换时间为 100S 左右，符合作品8路采集要求且电路设计简单，电路板布线不复杂，便于焊接、调试。综上所述，故采用方案二。2.7、无线通信模块选择方案一：DTD433M既可以实现点对点通信，也适合于点对多点而且分散不便于挖沟布线等应用场合，不需要编写程序，不需要布线。DTD433M不仅能与PLC、DCS、智能仪表及传感器等设备组成无线测控系统，同时能与组态软件、人机界面、触摸屏、测控终端等工控产品实现自由协议、PPI协议
14、、MODBUS协议的组态，为工业测控领域提供了中短距离无线通信的低成本解决方案。方案二： 内嵌TCP/IP协议的GPRS模块LT8030，在8位微控制器AT89C51上实现了对LT8030的控制，并实现了基于GPRS的SOCKET通信功能，具有外围器件少、电路简单、系统成本低等优点。根据实际情况采用方案二。根据以上分析，我们确定了本系统的结构框图。它有数控部分、键盘控制和LCD显示模块、电压采集部分、GPRS部分、AD转换部分、量程选择部分以及稳压电源模块等部分组成。被测电压无线输出键盘控制电路LCD显示电路单片机A/D转换器输入电路电源电路图1 主要单元电路的设计电路中，电压通过输入电路经过
15、量程转换，模拟电压信号从ADC0809的IN0（第26脚）输入，采用AT89C51的P0口读取A/D转换数据，LCD液晶显示用动态显示连接，通过总线用P0口控制显示数据，用P1.5、P1.6、P1.7分别作为LCD的E、R/W、RS。其中E是下降沿触发的片选信号，R/W是读写信号，RS是寄存器选择信号。P2.4P2.7控制一个四个按键的独立键盘，而RXD/P3.0与TXD/P3.1分别接串行通信MAX232的R1OUT与T1IN，而R1IN与T1OUT接GPRS模块，经过转换后的电压信号通过GPRS模块发射至PC机从而实现本设计。3、硬件设计3.3.1、主控制部分：数控部分主要由数字电路组成，
16、它要完成键盘控制、液晶显示控制、量程转换等相应功能。AT89C51单片机最小系统包括了时钟电路、复位电路、片外数据存储器RAM62256、地址锁存器74LS573等。系统提供了键盘控制电路、液晶显示模块、AD转换等众多外围器件和设备接口。在AT89C51引脚X1和X2跨接晶振Y1和微调电容C3、C2构成了时钟电路。默认值是12MHz。系统时钟的脉冲有它提供。系统板采用上电自动复位和按键手动复位方式。上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作。手动复位要求在接通电源的条件下，在单片机运行期间，用按钮开关操作 使单片机复位，上电自动复位通过外部复位电容C3充电来实现。按键手动复位是通过复位端经复位电阻和VCC接通而实现的。
