信息科学与工程毕业设计-1.7万字基于MCS-51单片机数据采集控制系统.docx

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1、学号：08446333常州大学毕业设计（论文）（2022届）题目基于MCS-51单片机数据采集控制系统学生李闪学院信息科学与工程学院专业班级电子（怀）081校内指导教师徐权专业技术职务讲师校外指导老师薛泽宇专业技术职务电子工程师二。一二年四月基于MCS-51单片机数据采集控制系统摘要：随着电子技术的飞速发展，数据采集系统的应用越来越广泛，在工农业生产中，经常要对一些温度、湿度、电压、电流等参数进行采集，再利用采集的数据进行分析，以实现更好的控制。因此，数据采集系统的研究很重要。本文介绍了一种基于单片机的温度数据采集系统，利用单片机和多路温度传感器进行分散式数据采集，并将采集到的温度通过液晶显示

2、器显示，同时可以利用按键设置异常温度值，当测量的温度超出这个异常值时，系统可以启动蜂鸣器报警提示。本文提出的设计方法电路简单易懂、成本低廉、测量结果准确、稳定性高。关键词X单片机、数据采集、DS18B20液晶显示器。BasedontheMCS-51single-chipmicrocomputerdataacquisitioncontrolsystemAbstract:Withtherapiddevelopmentofelectronictechnology,theapplicationofdataacquisitionsystemismoreandmorewidely,intheindustr

3、ialandagriculturalproduction,thetemperature,humidity,voltage,current,parametersarecollected,andanalyzetheaccumulateddata,inordertoachievebettercontrol.So,datacollectionsystemstudyisveryimportant.Thispaperintroducesakindofbasedonsinglechipmicrocomputertemperaturedataacquisitionsystem,usingsingle-chip

4、microcomputerandtemperaturesensorfordistributedmulti-channeldatacollection,andthecollectedtemperatureareshownthroughliquidcrystal,alsocanusethebuttonstosetthevalueoftheabnormaltemperature,whenmeasuringtemperaturebeyondthisunusualvaluecanstartabuzzeralarmprompt.Thispaperputsforwardthedesignmethodofth

5、ecircuitissimpletounderstand,lowcost,measurementresultsareaccurate,highstability.Keywords:Single-chipmicrocomputer;DS18B20;Temperaturesensor;LCDmonitor摘要I目次IlI术语表（如有）IV1引言（或绪论）11.1题名11. 1.1题名12题名32. 1题名52.1.1题名105结论35参考文献38致谢40附录A41附录B421引言1.1 选题目的及意义随着电子技术和计算机技术的飞速发展，数据采集系统在很多领域都有广泛的应用，包括工农业生产过程中的控

6、制系统、医药、化工、食品加工等的生产过程中，往往需要检测生产环节中的温度、湿度、压力、流量等各种参数，同时将参数提取出来经过数据转换后输入至计算机，对数据进行比较、分析，以便做出正确的决策，调整方案，提高生产效率。单片机是把组成微计算机的个功能部件如中央处理器CPU、随机存取存储器RAM、只读存储器Re）M、I/O接口电路、定时器/计数器以及串行通信接口等部件制作在一块集成芯片中，构成一个完整的微型计算机。单片机的单芯片的微小体积和极低的成本，使其可以广泛的嵌入到玩具、家用电器、机器人、仪器仪表、汽车电子系统、工业控制单元、办公自动化设备、金融电子系统、舰船、个人信息终端以及通信产品中，成为现

7、代电子系统中最重要的智能化配件。单片机的应用是现代计算机、电子技术的新兴领域，无论是单片机本身还是单片机应用系统设计方法都会随时代不断发生变化，各种产品一旦用上了单片机，就能起到使产品升级换代的功效，而且单片机可以通过串口与PC机相连实现通信，这样可以将采集到的数据上传至计算机中，实现数据的各种分析等功能，还能实现数据的远程传输于监控。因此，利用单片机来设计多路数据采集意义重大。1.2 技术发展概况数据采集，又称为数据获取，是指从传感器和其他待测设备等模拟和数字被侧单元中自动采集信息的过程。数据采集系统是结合基于极端及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

8、电压、电流、温度、压力或声音等物理现象，可以是物理量，也可以是数字量，采集一般是采样方式，即隔一定时间对同一点数据重复采集网。采集的数据大多是瞬时值，也可以是某段时间内的一个特征值。准确的数据测量是数据采集的基础。数据测量方法有接触式、非接触式，检测元件多种多样，不论哪种方法或者元件，均以不影响被测对象状态和测量环境为前提，以保证数据的这个正确性1旬。数据采集含义很广，在计算机辅助制图、测图、设计中，对图形或者图像的数字化过程也可以称为数据采集，此时被采集的是几何量数据。基于PC的数据采集，通过模块化硬件、应用软件和计算机的结合，进行测量。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

9、系统采集、分析和显示信息的目的却都相同。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。在互联网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数据采集系统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插件的数量不断增大，与个人计算机兼容的数据采集系统的数量也在增加。国内外各种数据采集机先后问世，将数据采集带入了一个全新的时代。数据采集系统的机构多种多样，常见的分类有以下几种：按照功能分为数据收集和数据分配；按照数据采集系统适应环境分为隔离型和非隔离型，集中式和分布式，高速、中速

10、和低速型；按照控制的功能分为智能化数据采集系统、非智能化采集系统；按照模拟信号的性质分为电压信号、电流信号，高电平信号、低电平信号、单端输入、差动输入，单极性、双极性；按照信号通道的结构方式分为单通道方式和多通道方式。数据采集系统的发展趋势：微电子技术的一系列成就和微型计算机的广泛应用，不仅为数据采集系统的应用开拓了广阔前景，也对数据采集技术方面产生了非常大的影响网。数据采集系统的发展趋势主要体现在以下几个方面：1、新型快速、高分辨率的数据转换器件不断出现，在很大程度上提高了数据采集系统的性能；2、高性能的单片机的问世和各种数字信号处理器的涌现，推动了数据采集系统的广泛应用；3、智能化传感器的

11、发展对今后数据采集系统的发展也会产生很大的影响；4、与微型机配套的数据采集器件大量问世，大大方便了数据采集系统在各个领域的应用，并有利于促进数据采集系统技术的进一步发展；5、分布式数据采集是数据采集系统发展的一个重要趋势。2方案设计2.1 方案比较与选择2.1.1 温度传感器选择目前测量温度主要是通过以下几种方式：热电偶、热电阻、热敏电阻和数字式温度传感器，下面对这几种方式作以分析比较。方案一：热电偶式温度传感器。热电偶式温度传感器测量特点是测量精度高，结构简单，测量范围广，价格便宜，但热电转换灵敏性差，对放大电路要求高。方案二：热电阻温度传感器。它的优点是线性度好，测量准确，有较大的测量范围

12、，但灵敏度低，价格较高。方案三：热敏电阻。热敏电阻是利用半导体的电阻值随温度的变化而显著变化的特性实现测温的，半导体热敏电阻有很高的电阻温度系数，其灵敏度比热电阻高得多。热敏电阻的缺点是互换性较差，另外其热电特性是非线性的。方案四：数字式温度传感器DS18B20。DS18B20是美国DalIaS半导体公司的产品，它采用I-Wire总线技术，将地址线、数据线、控制线合为1根信号线，允许在这根信号线上挂接多个I-Wire总线器件。I-Wire总线技术具有节省I/O资源、结果简单、成本低廉、便于总线扩展和维护等特点。DSl8B20采用特有的温度测量技术，可提供912位（二进制）数据来指示传感器温度，

13、数据信息与DS18B20之间只需一根数据线（和地线）连接即可。综上所述，选用DS18B20作为温度传感器为最佳方案。2.1.2 单片机选择方案一：Intel公司推出的MCS-48系列单片机，被称为第一代单片机。由于8048硬件结构相对简单，寻址能力也较弱，仅适用于一些简单实时控制场合。方案二：MCS-51系列单片机称为第二代单片机，与8048相比，51系列单片的硬件结构和指令系统均有很大改进，51系列在片内存储器容量、I/O口的功能以及指令系统功能等方面，都大大地得到加强，如支持更大的存储空间，很强的外部扩展功能，速度提高了2-5倍，可完成布尔运算等。51系列特别适用于实时控制、只能仪表等领域

14、，是控制应用领域中最理想的8位机。方案三：近年来，又出现了十六位单片机，即MCS-96系列,8096、8098是先进的十六位“片上计算机”，芯片内含有2（X）0个以上晶体管，速度快，集成度高，适合于I/O密集场合的实时控制，但是设计过程较复杂，价格较高。根据上述比较可看出，MCS-51单片机在I/O功能、种类、数量级系统扩展和CPU处理上都有较高性能，可谓是性价比最佳的8位单片机。因而本系统采用AT89C52单片机作为控制器。2.2 设计方案本设计用AT89C52单片机作为主控制器件，测温传感器则采用新型单线数字温度传感器DS18B20,实现温度的测量与显示，由于DS18B20的输出即为数字信

15、号，所以可以直接接单片机引脚进行数据通信。显示单元采用液晶显示器进行显示。使用人员可以根据实际需要通过按键设定温度值范围，当测量温度超出所设定的温度范围值时，启动蜂鸣器报警。本设计共采集了2个点的温度。系统设计框图如图2-1所示。图2-1系统设计框图3系统硬件设计3.1Protel简介本设计硬件电路是在ProteI电子设计软件环境下进行设计的，系统整体电路原理图见附录。Protel电子线路设计软件是在TANGO基础上改进的电路CAD软件，它在原理图文件格式、印制板文件格式、原理图器件库文件格式、印制板封装库文件格式、原理图编译和网络表转换与检查等方面保持了与TANGo版本一致或兼容的前提下,对

16、原TANGo版本做了一些改动。Protel电子线路设计软件由原理图编辑、印制板设计、原理图输出、印制板输出、原理图器件库编辑和其他应用程序组成。电路原理图的设计是印制电路板设计中的第一步，也是非常重要的一步。电路原理图设计得好坏将直接影响到后面的工作。首先，原理图的正确性是最基本的要求，因为在一个错误的基础上所进行的工作是没有意义的；其次，原理图应该布局合理，这样不仅可以尽量避免出错，也便于读图、便于查找和纠正错误；最后，在满足正确性和布局合理的前提下应力求原理图的美观。电路原理图的设计过程可分为以下几个步骤：1、设置电路图纸参数及相关信息根据电路图的复杂程度设置图纸的格式、尺寸、方向等参数以及与设计有关的信息，为以后的设计工作建立一个合适的工作