引言
在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑、冶金等行業(yè)中由于某些場所物理環(huán)境比較惡劣,不方便人工采集數(shù)據(jù),但實際生產(chǎn)又需要實時采集處理數(shù)據(jù)以支持后面的生產(chǎn),因此如何實現(xiàn)方便快捷的采集數(shù)據(jù)和準確高效的處理數(shù)據(jù)就成為我們研究的重點,因此本文提出了基于Aduc845 單片機的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計。
1 總體設(shè)計
Aduc845 單片數(shù)據(jù)采集最小系統(tǒng)是采集溫度、濕度、光照強度、CO2濃度的采集系統(tǒng)。圖中傳感器電路用來采集四路數(shù)據(jù);單片機Ⅰ用來處理和轉(zhuǎn)換傳感器電路的信號和應(yīng)答主機發(fā)送的命令;單片機Ⅱ用來發(fā)送采集命令和處理接受的數(shù)字量, 同時與LCD 顯示電路和存儲器相連對各個量進行實時顯示、儲存并通過通信芯片和PC 機進行通信。
2.1 傳感器電路設(shè)計
傳感器電路采用TSL2561、DHT11 和基于LM393 的CO2檢測傳感器三個數(shù)字傳感器分別采集光照強度、溫度和濕度、CO2濃度四路數(shù)據(jù)。此三個傳感器均為數(shù)字輸出不需要D/A 轉(zhuǎn)換即可與從機相互應(yīng)答,其靈敏度高,抗干擾能力強,具有快速響應(yīng)的特性并且低功耗、噪音低的特點。因此,本設(shè)計采用此三種傳感器作為傳感器電路。電路圖如圖2:
2.2 主機與從機通信電路設(shè)計
Aduc845 具有三種串行輸入/輸出接口:通用串行異步接口、串行外設(shè)接口(SPI)和I2C 串行接口。
SPI 允許8 位數(shù)據(jù)同時同步的發(fā)送和接收,但SPI 引腳和P2 引腳復用,所以只有SPE 引腳被置位時,復用的引腳才有SPI 功能,否則,隨著SPI 被清零,這些引腳將保持標準的P2 功能。
Aduc845 也支持完全的I2C 串行接口, 此接口可配置為軟件主操作和硬件從操作模式。I2C 接口可同時用作SPI 接口,它可供用戶使用且其不與芯片上使用其它I/O 口復用, 這就意味著ADuC845 芯片上的I2C 接口和SPI 接口可同時使用。當使用I2C 接口時,由于他們都使用同一中斷程序,在有中斷產(chǎn)生時,必須查詢接口以確定是哪一個接口觸發(fā)職斷服務(wù)程序請求。
由于只有一個從機,且P2 引腳用于顯示電路中,所以為了避免引腳復用,我們采用I2C 接口實現(xiàn)主從機的通信,電路圖如圖3:
2.3 顯示電路設(shè)計
在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中, 通常用LED 顯示器和LCD 顯示器作為顯示電路。LED 顯示器雖然顯示清晰、亮度高、適用電壓低、壽命長,但是其顯示信息簡單。LCD 顯示器體積小,重量輕、功耗低、顯示內(nèi)容豐富。
由于本設(shè)計顯示信息量較大,所以采用RT-1602C 字符型LCD 液晶顯示器作為顯示電路,電路圖如圖4:
2.4 鍵盤輸入設(shè)計
非編碼鍵盤有兩種接口方法:一種是獨立按鍵接口;另一種是矩陣式按鍵接口。
2.4.1 獨立按鍵接口
在單片機中,如果所需的按鍵較少,可采用獨立式鍵盤。每只按鍵接單片機的一條I/O 線,通過對線的查詢,即可識別各按鍵的狀態(tài)。如圖5 所示。6 只按鍵分別在單片機的P1.0~P1.3I/O 線上。無按鍵按下時,P1.0~P1.3 線上均輸入高電平。當某按鍵按下時,與其相連的I/O 線將得到低電平輸入。
2.4.2 矩陣式按鍵接口
在單片機中需要的按鍵較多時,通常把鍵排成矩陣形式,這樣可以節(jié)省硬件資源。如對于20 只按鍵接口,如采用按鍵獨立方式,需要20 個I/O 口。如采用矩陣式按鍵方式,則只需要9 個I/O 口。如圖6 所示。單片機系統(tǒng)中的非編碼式鍵盤程序主要由判別是否有鍵按下子程序、鍵的識別子程序、找到閉合鍵后,讀入相應(yīng)的鍵值,再轉(zhuǎn)到相應(yīng)的鍵處理程序幾個部分組成。
在該系統(tǒng)中所用到的按鍵有6 個,所以采取獨立按鍵接口方式。
2.5 存儲電路設(shè)計
ADuC845 包含一個64K 字節(jié)閃速/電擦除程序存儲器, 其中低62K 字節(jié)供用戶使用,可用作程序存儲器或附加NV 數(shù)據(jù)存儲器。由于程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器共有64K 其容量顯然對于存儲數(shù)據(jù)太小,所以我們用兩個6264 存儲芯片進行了數(shù)據(jù)存儲擴展開擴大數(shù)據(jù)存儲空間,設(shè)計電路如下:
2.6 與PC 機的通信設(shè)計
一般的通信方式有并行通信和串行通信兩種。并行通信雖然通信速度快,但是其傳輸信號線多,傳輸距離較遠時線路復雜,成本高;串行通信又分為串行異步通信和串行同步通信兩種,同步方式傳送的位數(shù)多,對發(fā)送時鐘要求較高,控制線路復雜,但傳送速度較快;異步傳送的位數(shù)較少,對發(fā)送時鐘線路和接收時鐘的要求相對不高,線路簡單,但傳送速度較慢。與我們的設(shè)計要求相比,我們選擇線路較簡單,對時鐘要求不高的串行異步傳送方式與PC 機進行通信。電路圖如下:
3 軟件設(shè)計
整個系統(tǒng)通過單片機控制按鍵來決定所要的動作,以期獲得所需的主要參數(shù),系統(tǒng)流程如圖9 所示:
4 總結(jié)
該設(shè)計最終實現(xiàn)了對溫度、濕度、光照強度和CO2濃度的四路數(shù)據(jù)采集。該系統(tǒng)采用主從應(yīng)答式對四路數(shù)據(jù)進行實時采集、顯示和存儲,并通過串行口與PC 機進行通信,通過PC 機對數(shù)據(jù)進行進一步分析處理。該系統(tǒng)分辨率高,噪音低,克服了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的不足。
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