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1、精选优质文档-倾情为你奉上毕业设计（论文） 课题基于物联网技术的数据采集终端的设计学 院电子信息工程学院专业（方向）应用电子技术班 级电子112学 号 姓 名尹露露 完成日期2013-11指导教师束慧专心-专注-专业基于物联网技术的数据采集终端的设计摘要目前，数据采集一直是工业控制设备的主要组成部分，设计高精度的AD采集终端，对系统的性能很重要，目前随着物联网技术的不断发展，为现场信号采集和传输提供了一种新的方法，本课题在于探索和研究一种基于物联网技术的数据采集终端。本系统由单片机控制模块、AD采集模块、液晶显示模块、时钟模块、温度模块、无线通讯模块等组成，可实现现场数据的实时准确采集。关键词
2、：物联网技术，高精度，数据采集，通讯 AbstractAt present,the data acquisitionis the mainpart ofindustrial control equipment. The performance of ADacquisition terminaldesign of high precisionfor the systemis very important. At present,with thecontinuous development ofthe Internet of things technology. It provides anewm
3、ethod fordata acquisitionand transmission. This paperis to exploreand studyaIOT baseddata acquisition terminal. The system is composed of MCU control module,ADdata acquisition module, LCD module,clock module,temperaturemodule,wirelesscommunication module. It can realize accuratereal-timefield data.K
4、eywords: Internet of things technology, High precision, Data acquisition, Communication目录引言对于大部分制造业企业，测量仪器的自动数据采集一直是个令人烦恼的事情，即使仪器已经具有RS232/485等接口，但仍然在使用一边测量，一边手工记录到纸张，最后再输入到PC中处理的方式，不但工作繁重，同时也无法保证数据的准确性，常常管理人员得到的数据已经是滞后了一两天的数据；而对于现场的不良产品信息及相关的产量数据，如何实现高效率、简洁、实时的数据采集更是一大难题。这就需要设计高精度的AD采集终端，而在许多应用场合，需
5、要的AD采集点多，而且分布广，如何将这些数据采集信号集中到主控，是很多系统设计中遇到的问题，以往采用的是用有线的方式来实现信息传输。在行业快速发展的今天，数据采集已经被广泛应用于互联网及分布式领域，数据采集领域已经发生了重要的变化。首先，分布式控制应用场合中的智能在国内外已经取得了长足的发展。其次，总线兼容型数据采集的数量不断增大，与兼容的的数量也在增加。国内外各种数据采集机的先后问世，将数据采集带入了一个全新的时代。又随着数字技术的飞速发展，数字化仪器已成为观测技术领域的主流仪器，因而数据采集技术也成为观测技术领域中十分重要的技术环节。任何计算机测控系统中，都是从尽量快速，尽量准确，尽量完整
6、的获得数字形式的数据开始的，因此，数据采集系统作为沟通模拟域与数字域的桥梁起着非常重要的作用。70年代初，随着计算机技术及大规模集成电路的发展，特别是微处理器及高速A/D转换器的出现，数据采集系统结构发生了重大变革。原来由小规模集成的数字逻辑电路及硬件程序控制器组成的采集系统被微处理器控制的采集系统所代替。因为由微处理器去完成程序控制，数据处理及大部分逻辑操作，使系统的灵活性和可靠性大大的提高，系统的硬件成本和系统的重建费用大大的降低。本课题在于探索和研究一种基于物联网技术的数据采集终端。重点在于通过无线通讯实现数据的实时的、准确的采集。1 物联网介绍物联网是新一代信息技术的重要组成部分。其英
7、文名称是“The Internet of things”。由此，顾名思义，“物联网就是物物相连的互联网”。这有两层意思：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信。因此，物联网的定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物体与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网是继个人计算机、互联网及移动通信网络之后的全球信息化的第三次浪潮，是传感网、互联网（移动通信）、云计算，以及智能
8、信息处理等信息技术发展到一定阶段，在应用需求和供给创新的双轮驱动下，通过水平分层与垂直整合技术脉络与产业链条而形成的全球性信息系统。1.1 物联网的原理物联网是在计算机互联网的基础上，利用RFID、无线数据通信等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的“InternetofThings”。在这个网络中，物品能够彼此进行“交流”，而无需人的干预。其实质是利用射频自动识别（RFID）技术，通过计算机互联网实现物品的自动识别和信息的互联与共享。而RFID，正是能够让物品“开口说话”的一种技术。在“物联网”的构想中，RFID标签中存储着规范而具有互用性的信息，通过无线数据通信网络把它们自动采集到中央信息系统
9、，实现物品的识别，进而通过开放新的计算机网络实现信息交换和共享，实现对物品的“透明”管理。“物联网”概念的问世，打破了之前的传统思维。过去的思路一直是将物理基础设施和IT基础设施分开：一方面是机场、公路、建筑物，而令一方面是数据中心，个人电脑、宽带等。而在“物联网”时代，钢筋混凝土、电缆将与芯片、宽带整合为统一的基础设施，在此意义上，基础设施更像是一块新的地球工地，世界的运转就在它上面进行，其中包括经济管理、生产运行、社会管理乃至个人生活。1.2 物联网技术的应用物联网可以以电子标签和EPC（ElectronicProductCode,产品电子代码）码为基础，建立在计算机互联网基础上形成实物互
10、联网络，其宗旨是实现全球物品信息的实时共享和互通。物联网的系统结构由信息采集系统、PML信息服务器、产品命名服务器(ONS)和应用管理系统四部分组成。本系统主要研究信息采集系统。信息采集系统包括产品电子标签、读写器、驻留有信息采集软件的上位机组成，主要完成产品的识别和产品EPC码的采集和处理。存储有EPC码的电子标签在经过读写器的感应区域时，产品EPC码会自动被读写器捕获，从而实现自动化EPC信息采集，采集的数据将交由上位机信息采集软件进行进一步的处理，如数据校对、数据过滤、数据完整性检查等，这些经过整理的数据可以为上层应用管理系统使用。本系统就是基于物联网进行数据实时检测，并在检测模块中进行
11、数据处理后再与网络进行数据的交换，来实现数据的实时采集、实时更新，从这些数据的反馈中，我们可以实行自动的控制功能，大大的减少了人力在本系统中的占用量。2 系统的组成2.1 系统的总体结构基于物联网技术的数据采集终端系统的总体结构如图1 所示，整个数据采集系统我们总共将其分为了六个模块：单片机控制模块、AD采集模块、液晶显示模块、时钟模块、温度模块、无线通讯模块。这六个模块通过物联网技术进行信息交换，实现通信。图2-1 系统框图2.2 系统参照标准针对物联网系统的特殊性，确保系统的开放性、可扩展性和灵活性，在设计中参照以下标准。GB8566-88计算机软件开发规范GB8567-88计算机产品开发
12、文件编制指南DL476-92实时数据通信应用层协议GB/T13729-92远动终端通用技术条件3 数据采集终端的硬件设计3.1 CPU芯片的选择本系统选用宏晶科技公司的1T单片机STC12C5A32S2，该单片机在传统的8051单片机的基础上开发出来的一代高速、超强抗干扰新型单片机，指令代码完全兼容传统51单片机，具有48K程序存储器；1280个字节RAM；3个时钟输出口；2路PWM；2个串口，很容易实现单片机之间的通信，有内部AD模块，并且可拓展接口，解决的本系统I/O口不够用的问题。其原理图如图3-1所示。图3-1 STC12C5A32S2最小系统图3.2 液晶显示模块为了有更好的视觉效果
13、，显示清晰，为了有更好的视觉效果，显示清晰，我们选用KGA液晶显示屏，可以不单独提供背光电源,仅使用逻辑电源点亮背光。可显示内容多，从“感官上”提升视角区间。原理图如图3-2所示：图3-2 液晶显示3.3 AD采集模块为了保证采集数据的精确性，我们采用了ADS1212U芯片作为AD转换芯片。ADS12X具有22位分辨率，是高精度、大动态范围的S-D型A/D转换器。其差分输入适合直接与传感器或小电压信号相连。S-D结构用于保证宽动态范围和22位不失真编码。在10HZ转换速率时，用低噪的输入放大器可获得20位的有效分辨率。在10HZ转换速率时，用独特的增强模式可获得16位的有效分辨率。应用增益可编
14、程的放大器大大增强了转换器动态范围，增益范围为1，2，4，8，16。转换器包括一个灵活的异步串行接口，该接口是SPI兼容的，其原理图如图3-3所示：图3-3 AD模块原理图另外由于ADS1212U是高精度的AD芯片，为了采集到的数据准确无误，要给AD芯片提供稳定的电源，如图3-4所示：图3-4 电源电路(AD电源)3.4 DS1302时钟模块本系统以分钟、时、日等单位进行数据实时采集并保存，每条记录中都具有时间戳，为此采用时钟芯片DS1302来计时。DS1302 是DALLAS 公司推出的涓流充电时钟芯片内含有一个实时时钟/日历和31 字节静态RAM 通过简单的串行接口与单片机进行通信实时时钟
15、/日历电路提供秒、分、时、日、日期、月、年的信息，每月的天数和闰年的天数可自动调整时钟操作。原理图3-5所示。可通过AM/PM 指示决定采用24或12小时格式，DS1302 与单片机之间能简单地采用同步串行的方式进行通信仅需用到三个口线1 RES 复位2 I/O 数据线3 SCLK串行时钟/RAM 的读/写数据以一个字节或多达31 个字节的字符组方式通信DS1302 工作时功耗很低保持数据和时钟信息时功率小于1mW。DS1302 的管脚排列及描述如表3-1所示。图3-5 时钟电路表3-1 DS1302引脚介绍管脚功能X1 X232.768KHz 晶振管脚GND地RST复位脚I/O数据输入/输出引脚SCL
