数据采集电路PCB设计与制作

基于 C51 的数据采集电路 PCB 的设计与制作摘 要“基于 C51 的数据采集电路 PCB 的设计与制作”是针对现代水利行业水情数据采集而设计制作的电路 PCB。同时，也是为了响应国家提出的数字水利这样一个大背景下，把水利信息化尽快的实现、完善、壮大起来。本设计讲述了电子电路设计软件 Protle99 的基本功能，而后逐一介绍开发数据采集系统的步骤：需求分析、系统分析、系统设计、系统实现、系统维护。需求分析介绍了针对水利行业而进行了本系统的设计，在系统分析中分析了电子电路设计功能的各种元气件功能和各种连线要完成的功能，以及整个要完成的功能。在系统的设计中，详细的展现了系统的各个功能模块、原理图绘制、PCB 的完成所需的准备步骤。在系统的实现中，给出了一个满足系统功能的完整 PCB。通过反复的测试，我们得出结果，整个系统的设计是成功的，可以应用到所有的水利行业，进行数据的采集。关键字：PCB；数据采集；电子电路；数字水利The Design and Implementation of Data Acquisition Circuit Based on C51Abstract“The design and implementation of data acquisition circuit based on C51” is the circuit PCB designed and implemented according to data of water situation of modern conservancy industry. At the same time, in order to response to the digital conservancy raised by our country, it makes the conservancy informationization implement, perfect and grow. This paper discusses the basic function of electronic circuit design software-Protle99. It takes this system for example to introduce the development steps of this system one by one: demand analysis, system analysis, system design, system implementation and system maintenance. Demand analysis introduces the design of this system focusing on conservancy industry. It analyses functions of various components and various connections of electronic circuit design in system analysis, as well as the function of completion. In the design of this system, it shows the preparing steps of every functional module, drawing of principle chart, and completion of PBC of this system. In the implementation of this system, it gives a complete PBC matched for the function of the system. After repeated tests, the result is that the design of this system is successful and it can be applied to all conservancy industries to collect data.Key words：PCB; data collection; electronic circuit; digital conservancy目 录1 引言 .12 开发概述 .12.1 数据采集系统概述 .12.2 目前水利现状分析 .23 需求分析 .33.1 需求调研 .33.2 组织结构的分析 .33.3 系统功能特点 .43.4 开发运行环境 .43.5 新数据采集系统设计加防雷特性： .54 系统设计 .54.1 Protel99 简介 .54.1.1 Protel99 的组成 .54.1.2 原理图设计系统 .54.1.3 Protel99 主要特色 .64.1.4 Protel99 主要特性 .64.2 数据采集系统电路原理图 .74.3 原理图工作过程及主要元气件介绍 .84.3.1 MAX813L 芯片 .84.3.2 MC1403 芯片 .94.3.3 HCNR201 芯片 .104.3.4 MAX1659 芯片 .114.3.5 AT89C51 芯片 .124.3.6 AD1705 芯片 .134.4 新特性防雷设计介绍 .154.5 主要元气件封装形式 .174.6 元件布局 .184.7 元件布线 .194.8 生成的 PCB 图 .195 系统测试 .205.1 搭建测试环境 .205.2 得到结果 .20结 论 .20参考文献 .21致 谢 .22第 1 页 共 23 页1 引言水利行业在我国有着悠久的历史，随着国民经济的迅猛发展，水利工程在国民经济中所起的作用越来越大，防汛更是直接影响国民经济发展的一个重要方面。目前，国家提出了建设“数字水利”的目标。全面实施大型水库远程视频实时监控系统建设。防汛抗洪工作逐步从被动抗洪向主动防汛转变。为进一步提高防汛抗洪决策的有效性和可靠性，实施防汛远程视频实时监控系统建设，可及时对可能或正在发生的汛情、险情、灾情进行动态监视，随时了解现场情况，以便采取相应的预防和补救措施确保水库安全运行。对领导决策和减少洪水灾害，缓解城市的防洪压力，保障人民生命财产的安全具有重要作用。信息化是当今世界经济和社会发展的大趋势。水利信息化是水利现代化的基础和重要标志。在水利现代化建设中，要大力推进水利信息化进程，利用水利信息化推动水利现代化。要充分利用科学技术发展创造的有利条件，坚持用高新技术对水利传统行业进行技术改造，特别要注意采用计算机技术、微电子技术、现代通信技术、遥感技术、地理信息系统(GIS)、全球定位系统及自动化技术等，实现水利信息化。小结:通过以上的背景意义,我们根据当今水利行业的现状,认真分析了我们选题的重要性,所以我们力争开发出一个最好的数据采集系统,让它为水利部门提供最好、最稳定的系统。2 开发概述2.1 数据采集系统数据采集是“数字水利”的重要基础。无论如何理解“数字水利” ，数据采集都是“数字水利”得以实现的基础。水利工作的基础信息以十分复杂的方式分布在流域空间中，目前采集的数据无论在时空分布上，还是在要素类型上，都十分不足。因此，应用和发展以“高新”技术为主体的数据采集技术，是十分重要和必要的。另外，流域内信息种类繁多，必须弄清相互关系，分清采集责任，进行多行业协作。水文信息、工情信息、水环境信息等水利专业数据的采集是“数字水利”的建设内容，而基础地理数据则通过数据交换从测绘部门获得。数据采集系统是一个连续工作的不间断系统，其建设和运行维护费用均很高，但又是不可缺少的重要基础。因此，如何保障这一系统的可持续发展，将影响“数字水利”的成败。过去水利系统也建设过一些当时处于先进水平的信息系统，最终大多没有发挥应有的作用，主要原因是信息的严重不足。近年来，在国家防汛指挥系统规划设计和建设中，均优先考虑了水情等信息采集系统的第 2 页 共 23 页建设，并将极其有限的资金主要投入到水情采集示范区的建设中，说明数据采集的基础地位已经在水利行业得到应有的认识和足够的重视。同样， “数字水利”建设必须将数据采集系统的建设置于优先考虑的基础地位。 2.2 目前水利现状分析水利部委员会提出“数字水利” ， “数字水利”是水利行业发展的战略导向，充分反映了信息时代对水利行业发展的要求，也是水利行业发展现代化的必由之路，从空间方面看， “数字水利” 涉及到水利行业工作的各个方面，从时间角度看， “数字水利”是一个不断发展的历史过程。因此，不能用传统水利工程建设的方法来规划和设计“数字水利” 。鉴于“数字水利”发展的战略性和整体性，必须先行研究制定其发展的总体战略及阶段发展规划，而不是总体建设规划。在“数字水利”发展规划的基础上，再制定专项建设规划，并采用“急用先建，基础先行，应用驱动，逐步发展”的发展策略，把“数字水利”与水利行业信息化有机地结合起来。狭义地说，水利工作的任何方面应用了数字技术，其应用都是“数字水利”的组成部分，如果在水利工作的所有方面或主要方面都广泛而有效地应用了数字技术，则标志着“数字水利”这一历史过程在技术层面的完成。 “数字水利”的发展结果是生产力的发展，必然引发与生产关系的矛盾，因此，协调生产力与生产关系的矛盾必然成为“数字水利”的另一个重要方面，从某种意义上可认为是“数字水利”成败的关键。所以， “数字水利”只能是发展战略，是多方面高度关联的系统工程，而不是单一的工程建设。从信息技术的角度看，应用是不断发展变化的，而数据是相对稳定的，因此，以应用为先导建设的种种信息系统，必须将数据从应用中剥离出来，才能保障系统的可持续发展。所有水利信息系统应用所剥离出来的数据，构成“数字水利”的数据基础，也是“数字水利”存在的基本条件。 如果不站在发展战略和系统工程的高度来理解和建设“数字水利” ，必然将“数字水利”等同于基于目前信息技术的各类水利信息系统建设的组合，难免陷入难以把握、难以推进、难以协调，从而难以持续发展的境地。从技术层面看， “数字水利”所面临的主要问题包括数字化程度不高,导致的信息资源严重不足，非统一规划和建设导致的有限的信息资源却形成了一个个的“信息孤岛” ，各式各样的专业应用带来大量的重复建设，并形成事实上的“资源壁垒” ，从而导致信息资源开发困难，系统整体水平不高。概括起来，主要是资源严重不足、资源共享困难和资源开发利用水平不高。为了解决上述问题，需要尽快从根源做起，抓住规划这一龙头，尽快编制“数字水利”发展规划及“数字水利”建设项目建议书。第 3 页 共 23 页小结：先说明数据采集对当今水利行业的重要性，然后再把数字信息化采集在水利行业的重要性加入进去，最后分析目前我国的水利行业对信息化建设的迫切要求的现状，更体现出有一套完善的水利行业信息化建设特别是信息化数据采集的重要性。3 需求分析3.1 需求调研假设以某某水利部门为例。该水利部门是一个大型的水电站，同时还有很多下属的小水电站，这些水电站承担着这个地区的灾情预报，关系着整个地区广大人民的切身利益，是人民生活中不可缺少的重要组成部分。下面简单地介绍一下该水利部门的现状：（下图是该水利部门的各个组成部门,一些系统未涉及的部门没有包括在内）水利部门（中心站）Internet水电站 1 水电站 2 水电站 N水情 工情 水情 工情 水情 工情图 3-1 水利部门组成略图这个水利部门的工作主要是由各个水电站负责水情、雨量数据信息的采集，随时关注数据信息的更新和当前数据最新数据的分析、处理，做到确保对数据采集、分析、整理、精确度方面更高质量的要求。3.2 组织结构的分析下图是水电站需完成任务组成结构：第 4 页 共 23 页图 3-2 水电站组织图3.3 系统功能特点分为以下几个方面： 采用 485 总线可同时支持两路水位信号（或其他信号）的采集，每路信号可单独控制 可支持雨量信号的采集 采用 124 大屏幕中文液晶显示屏，中文菜单，独特背光设计，直观易读，操着方便 可就地和远程修正/设置水位流量对应关系、起始高程、采数间隔、北京时间等，并可显示包括电池电压在内的上述各种参数 市电(或太阳能)和蓄电池双备份供电功能。低功耗设计，无市电时6V12AH 蓄电池可用 3 个月以上，休眠时工作电流可降至 1mA 以下 对系统的运行故障(如传感器损坏)能自动向中心站和管理人员报警 可存储一年以上的水情或雨量数据。并具有掉电保护功能 具有 1 路报警输出接口 采用 uC/OS-II 操作系统证 采用 64K 的 I2C 存储器，增加了数据的安全性金 大部分元件改用贴片元件，增加了系统的可靠性，降低了生产成本 3.4 开发运行环境开发此系统电脑所需的基本软、硬件环境为： Windows9X、 Windows2000 或 WindowsNT/2003/XP Protel99 Pentium100 及以上档次的 IBM PC 及其兼容机 128M 以上内存水 电 站W 物业公司物业公司水电站 1 数据采集水电站 2 数据采集水电站 3 数据采集水电站 N 数据采集第 5 页 共 23 页 5000M 以上可用硬盘空间 高密软盘驱动器 VGA 显示器此系统在 WindowsXP 操作系统下