远程多参量数据采集系统的设计

1、目 录摘要1英文摘要11 引言11.1 研究背景11.2 研究意义21.3 研究现状21.3 设计要求32系统硬件设计32.1 总体设计32.2 单片机模块42.2.1 发射模块的单片机电路42.2.2 接收模块的单片机电路42.3 电压采集的设计42.3.1 直流电压的采集52.3.2 交流电压的采集52.4 温度采集模块的设计62.4.1 温度传感器DS18B2062.4.2 温度采集的设计62.5 湿度采集模块的设计72.5.1 湿度传感器HS110172.5.2 基于555振荡电路的湿度测量电路设计82.6 无线模块的设计82.6.1 无线模块的选择82.6.2 无线发射电路92.6.

2、3 无线接收电路92.7 显示模块的设计102.8 电源电路的设计102.8.1 3.3V稳压输出电路102.8.2 ±5V稳压输出电路103 系统软件设计113.1 软件主要子程123.1.1 电压采集程序123.1.2 温度采集程序143.1.3 湿度采集程序153.1.4 按键电路程序173.1.5 无线发射程序193.1.6 液晶显示程序193.1.7 无线接收程序204 系统调试204.1调试准备204.2 作品使用说明204.3 测试结果214.3.1 直流电压测试214.3.2 交流电压测试结果214.3.3 温度测试结果234.3.4 湿度测试结果244.3.5 无线

3、模块测试结果244.4 结果与设计要求相比较255结论与展望255.1 结论255.2展望26参考文献26致谢27附录28远程多参量数据采集系统的设计远程多参量数据采集系统的设计职业技术教育学院 应用电子技术教育专业 蒋慧敏（07440109）指导老师：林祝亮（副教授）摘要: 为了改善实地数据采集系统的局限性，提高工作效率和经济效益，降低工作难度和风险，本文完成了远程多参量数据采集系统的设计。该方案依靠温湿度传感器和真有效值转换芯片来完成温湿度和电压的采集，经过单片机进行数据处理并利用无线模块进行数据的传输，实现对电压、温度和湿度的远程数据采集与显示。实验结果表明，该设计方案合理，能够可靠实现

4、远程多参量数据的采集。关键词：单片机；温度传感器；湿度传感器；真有效值转换；无线传输The Design of Remote Multi-parameter Data Acquisition SystemName: Huimin JiangDirector: Zhuliang LinAbstract：In order to improve the limitations of field data acquisition system, to improve work efficiency and economic benefit, to reduce work difficulties an

5、d risks, we designed a remote parameter data acquisition system. The scheme depends on temperature and humidity sensor and true RMS conversion chip to complete temperature and humidity and the voltage of the acquisition, data processing by single-chip microcomputer and use the wireless data transmis

6、sion modules, and to realize the voltage, temperature and humidity remote data acquisition and display. Experimental results show that the design is reasonable, can be reliable to realize the remote multi-parameter data collection.Keywords: Microcontroller;Temperature sensor ;Humidity sensor;True RM

7、S conversion;Wireless transmission1 引言随着工业控制自动化技术的不断深入，数据采集的重要性是十分显著的。在实际生产中为保证设备的正常运转，需要值班人员经常巡查设备各项参数是否正常，这不仅效率低，而且会由于判断失误和管理不力造成很多严重失误。随着单片机及相关电子技术的飞速发展，以及其应用领域的不断拓展，我们利用单片机和传感器实现对各参数精确测量，不仅提高了生产的自动化程度，而且降低了成本。1.1 研究背景随着信息领域各种技术的飞速发展，在数据采集方面的技术也取得了很大的进步。目前，各种领域都用到了数据采集，如在石油勘探、地震数据采集领域已经得到了应用；在生产过

8、程中，应用这一系统可对生产现场的工艺参数进行采集，监视和记录，为提高产品质量，降低成本提供信息和手段。为了获取这些信息，必须借助传感器等外界设备。传感器是一种检测装置，能感受到被测量的信息1，并将检测感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。随着无线通信技术的广泛应用，传感器通过无线技通信术能够远距离的实时监测和采集网络分布区域内的各种检测对象的信息，并将这些信息发送到相关设备，以实现复杂的指定范围内目标检测与跟踪2，这就是远程参量的采集技术。1.2 研究意义通信技术的发展实现了远距离的数据采集，计算机可以直接控制采集

9、的数据，它大大提高了工作效率和所取得的经济效益，降低了工作难度和风险。计算机和通信紧密结合构成了灵活多样的通信控制系统，也可以构成强有力的信息处理系统,对社会的发展产生了深远的影响。远程多参数数据采集技术的应用，数据检测员不需要实时呆在一个地方进行数据采集，工作变得具有灵活性、更加轻松；在石油勘测或地震数据采集等危险地区进行检测和勘测，大大减低了工作的危险性，更能保障人民的安全，提高工作效率和经济效益。远程多参数数据采集系统具有灵活性、方便性、安全性高和更准确等特点，应用十分广泛。综上所述，研究远程多参数数据采集技术具有十分重要的现实意义。1.3 研究现状数据采集系统起始于20世纪50年代，至

10、今已将近有60年的时间。随着科学技术的发展，数据采集和通信技术都取得了很大的进步，远程多参量的数据采集系统已经普遍使用于各个领域，如在石油勘探、地震数据采集领域。在信息技术高速发展的今天，如何更方便、更准确、更快速地获取分析对象的数据一直是工程技术人员关注的问题，例如：在对工作环境要求很高条件下，工作人员需要随时知道室内的温度、湿度等等情况，故对工作环境进行远程环境监测，以便掌握情况并能及时进行调整。目前，无线通信技术已经广泛地应用于通信、计算机、自动控制/测量、遥控/遥测、医疗设备和家用电器等各个领域。文献3介绍了一些无线通信系统的设计方案，其中采用RF器件构造的无线通信系统设计方案，在方案

11、中提出了这种通信系统比分立式更省空间，而且又不失设计的灵活性。文献4采用了控制技术、干空气温湿度发生器技术、智能传感器技术等多专业技术，设计可实现温、湿度发生器、标准温度测量系统和标准湿度测量系统为一体的小型、可便携带的校准仪器，实现了可现场测量与调制。文献5介绍了一种采用了双CPU和E2PROM共享数据这一方式实现数据的传输，完成数据采集，该设计具有精度高、转换速度快并且能够对多点同时进行数据采集，而且具有通用性能适用于各种不同需求的场合。文献6采用数字温度传感DS18B20 和AT89C2051单片机进行温度数据的采集和存储,通过RS485总线进行传输。同时上位机对所测得的每个误差补偿量,

12、 依据误差回归模型的最小乘法进行参数估计。该设计可适用对工业现场进行多点温度的网络监控,其优点是成本低、功能多、可靠性和精度高。另外还有利用SHT75温湿度传感器，通过I2C总线接口与Atmega128(L)单片机普通端口的通信，来实现温湿度的测量7。使用这种方法测量时要注意传感器本身的温度，如果传感器本身温度升高将会使测量结果产生较大误差。本设计完成基于单片机的远程多参量数据采集系统的设计，利用温度传感器DS18B20和湿度传感器HS1101来完成温湿度的采集，通过AD637完成AC/DC变换，以实现交流电压信号的采集，最后通过ADC0804完成模数转换后，送入单片机进行处理，并运用无线模块

13、进行数据的传输，实现对电压、温度和湿度的远程数据采集与显示。1.3 设计要求 （1）能完成温度、湿度的采集；温度范围0-60，分辨率为0.1，精度±1；湿度范围0-60，精度5 （2）完成交直流电压的采集，交流电压的频率小于200HZ，交直流电压的幅度小于5V，电压分辨率0.01V，精度±0.05V。 （3）能完成各参量的可靠显示，无障碍传输距离不小于40米。2 系统硬件设计2.1 总体设计本设计主要功能是完成温度、湿度和交直流电压的远程采集，实现数据的可靠传输，本设计的系统原理框图如图2-1所示。由图中可知，本系统由单片机模块、温度采集模块、湿度采集模块、电压采集模块、无

14、线发射与接收模块及显示模块构成。图2-1 系统原理框图2.2 单片机模块由于设计任务需要进行远程通信，因此采用了两块单片机实现数据的处理和传输。发射模块的单片机主要进行数据的采集、处理和数据发射；接收模块的单片机主要是进行数据接收和显示。2.2.1 发射模块的单片机电路本模块单片机采用AT89C52，其主要作用是控制数据采集模块和无线发射模块。单片机与数据采集模块、无线发射模块完成数据的采集、处理和数据发射，单片机的最小控制单元电路原理图如图2-2所示。I/O口P1.0作为温度采集的控制端口；P3.5作为湿度采集的控制端口； P0.0-P0.7与ADC0804的DB0-DB7相连作为电压采集的

15、数据输入端口，P3.1作为片选信号与CS相连， P3.7与ADC0804的RD相连，P3.6与ADC0804的WR相连，同时将ADC的INTR转换结束输出信号连接单片机的P3.3； P1.2、P1.3、P1.5、P1.6、P1.7和P3.2这六个I/O作为无线发射电路的控制端口；P2.0、P2.1、P2.2和P2.3这四个I/O口作为按键电路的控制端口。图2-2 单片机电路原理图2.2.2 接收模块的单片机电路 该单片机的主要作用是控制显示模块和无线接收模块，单片机与显示模块、无线接收模块完成数据的实时显示，单片机的最小控制单元电路如上图2-2所示。单片机的P1.2、P1.3、P1.5、P1.

16、6、P1.7和P3.2这六个I/O作为无线接收电路的控制端口；I/O口中P2.0-P2.7、P0.4-P0.6和/EA这12个I/O口作为显示电路的控制端口。2.3 电压采集的设计电压采集模块的设计采用AD0804芯片来完成电压的采集，其最快转换时间为100us，时钟频率f=1/(C10*R20)，（C10为150PF，R20为10K，f=660KHz），可以对05V之间的电压进行转换。本设计是ADC0804的PIN6、PIN7脚（差动模拟讯号的输入端）作为信号输入端，同时将将8051中的11脚作为片选信号与CS相连，ADC的RD与8051中的17脚/RD “或非”相连，ADC的WR与0851

17、中的/WR “或非”相连，同时将ADC的INTR转换结束输出信号连接8051的/INT1中断口8。由于电压采集模块需要对交流电压、直流电压分别进行采集，故电压的输入信号有两部分。2.3.1 直流电压的采集对于直流电压信号的采集，本设计是直接将直流信号接入AD0804的电压PIN6、PIN7脚（差动模拟讯号的输入端），对直流电压进行采集，数据经AD转换后由DB0-DB7与单片机的P0.0-P0.7相连，将数据送给单片机，直流电压采集电路如图2-3所示。图2-3 直流电压采集电路2.3.2 交流电压的采集对于交流信号的采集，本模块设计采用AD637真有效值转换芯片进行交流电压的采集9，将交流电压转

18、换为直流电压，再进行电压的采集，采集过程同直流电压采集一样。AD637内部包括有源整流器（又称绝对值电路）、平方/除法器、滤波放大器、缓冲放大器和偏置电路这五个部分，工作原理是输入电压通过有源整流电器转换成单极性电流I1，加至平方/除法器的一个输入端，其输出电流为I4，利用I4驱动A4并于8脚的外接电容C11构成一个低通滤波器，Uo经外部提供一个电流I3，再通过A3返回平方/除法器，完成有效值的计算。由于AD637 是由±5V的电压供电，以保证正常工作，故在此电路中利用7805和7905设计一个±5V的电压电源输出以保证AD正常工作，交流电压采集电路如图2-4所示。图2-4

19、 交流电压采集电路2.4 温度采集模块的设计2.4.1 温度传感器DS18B20DS18B20是数字温度计，与其它温度传感器相比具有它具有结构简单，只需一根信号线与CPU相连；测温精度高，其测温范围为：一55+125，在-10+85范围内，精度为±O.5；全数字温度转换及输出，故本设计采用DS18B20温度传感器进行温度数据的采集，温度与数据的关系如表2-1所示。表2-1 温度与数据的关系温度数据输出（二进制）数据输出（十六进制）+12500000000 1111101000FA h+2500000000 001100100032 h+1/200000000 000000010001

20、 h000000000 000000000000 h-1/211111111 11111111FFFF h-2511111111 11001110FFCE h-5511111111 10010010FF92 h2.4.2 温度采集的设计DS18B20数字温度计是单总线器件，具有线路简单，体积小的特点，CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，可节省大量的引线和逻辑电路10。在本模块设计中将DS18B20的DQ接在单片机P1.0口上，由I/O口P1.0来控制整个测温系统，温度采集电路如图2-5所示。图2-5 温度采集电路2.5 湿度采集模块的设计2.5.1 湿度传感器HS1101湿度传感

21、器HS1101是基于独特工艺设计的电容元件，可以用于办公室自动化，家电，工业控制系统等。与其它湿度传感器相比较，它具有全互换性，在标准环境下不需校正；高可靠性与长时间稳定性；可用于线性电压或频率输出回路；快速反应时间等优点。故在本设计中的湿度采集模块中采用HS1101湿敏芯片作为前端器件进行湿度数据采集，频率输出典型参数如表2-2所示。表2-2 频率输出典型参数（参考6660HZ为55RH/25）RH0102030405060708090100Fr73517224710069766853672866006468633061866033HS1101的特性曲线图如图2-6所示，测量温度Ta =25

22、，测量时HSll01工作频率为10KHz。图2-6 HS1101特性曲线 从特性曲线曲线图上可以看出，HSll01它具有极好的线性输出。可以近似看成相对湿度值与电容值成比例。因此在测量过程中，采集电容值即可。湿度与频率的关系式如式2-1所示。Fmes(Hz)=F55(Hz)(1.1038-1.9368*10-3*RH+ 3.0114*10-6*RH2-3.4403*10-8*RH3) （2-1）2.5.2 基于555振荡电路的湿度测量电路设计HS1101电容传感器，在电路构成中等效于一个电容器件，其电容量随着所测空气湿度的增大而增大。本模块设计是将HS1101置于555振荡电路中，将电容值的变

23、化转为与之呈反比的电压频率信号，可直接被计算机所采集11。湿度数据采集的设计方案中555对湿度数据的采集起着重要的作用。NE555电路功能:当6端和2端同时输入为“1”时,3端输出为“0”；当6端和2端同时输入为“0”时,3端输出为“1”。其工作循环中的充电时间为=0.7(R5+R6)C1；放电时间为 = 0.7R6*C1（C1即为HS1101的大小）； 输出脉冲占空比为q (R5+R6)/( R5+2R6),为了使输出脉冲占空比接近50，R5应远远小于R6。当外界湿度发生变化时,HS1101 两端电容值也发生改变,从而改变定时电路的输出频率。因此只要测出555的输出频率,并根据湿度与输出频率

24、的关系,即可求得环境的湿度12。湿度采集电路如图2-7所示，图中的排针就是接HS1101。图2-7 湿度采集电路2.6 无线模块的设计2.6.1 无线模块的选择在本设计中要求实现传输距离不小于40m，射频收发芯片CC1100是一种低成本真正单片的UHF收发器，为低功耗无线应用而设计。与其它无线芯片相比，CC1100具有高灵敏度（1.2kbps下-110dDm，0.1数据包误码率）；最高工作速率500kbps，支持2-FSK、GFSK和MSK调制方式；传输距离远（300500米，视具体环境而定）等特点，故本模块设计采用此芯片13。由于其工作电压为1.8V3.6V， 推荐使用3.3V，与其它芯片的

25、工作电压不同，无法用同一电源供电，故在无线模块中设计了一个三端可调稳压器集成电路使输出电压为3.3V，使CC1100能正常工作。2.6.2 无线发射电路本模块设计的主要功能是将计算机已经处理好的数据通过无线芯片CC1100发送给另一块单片机进行显示13。由于设计需要对温度、湿度 、电压的采集，故有三组数据，因此在设计电路时在电路中添加了四个按键，由此来控制发送数据的类别。四个按键中其中一个是复位键，其余三个分别代表温度、湿度和电压。无线发送电路如图2-8所示。图2-8 无线发送电路 由图可知I/O口P2.0控制复位键，P2.1控制电压发送键，P2.2控制湿度发送键，P2.3控制温度发送键。2.

26、6.3 无线接收电路本模块设计的主要功能是对你无线芯片CC1100发送过来的数据进行接收，再送给单片机进行处理与储存14。无线接收电路如图2-9所示。图2-9 无线接收电路2.7 显示模块的设计 显示电路的设计有两种方案，一种是选择数码管显示，另一种是选用液晶显示。液晶显示与数码管显示相比具有位数多、显示内容丰富、程序简单等优点，故本设计我选择采用液晶1602来显示15，显示电路如图2-10所示。图2-10 显示电路图2.8 电源电路的设计由于在交流电压采集电路中AD637需要±5V的电压和射频芯片CC1100只需要3.3V电压以保证正常工作，但所需电压与其他芯片工作电压不符，不能同

27、一电源进行供电，故在设计中设计了两个电源电路，一个输出3.3V的电压，另一个输出±5V的电压。2.8.1 3.3V稳压输出电路该电源电路采用LM117芯片，LM117是三端可调正稳压器集成电路，其出电压范围是1.2V至37V，负载电流最大为1.5A，且使用非常简单，仅需两个外接电容来设置输出电压。3.3V稳压输出电路如图2-11所示。图2-11 3.3V稳压输出电路2.8.2 ±5V稳压输出电路该电源电路采用LM7805和LM7905芯片，78/79系列三端稳压IC所设计的稳压电源所需的外围元件极少，电路内部具有过流、过热及调整管的保护电路。±5V稳压输出电路如图

28、2-12所示。图2-12 ±5V稳压输出电路图3 系统软件设计系统软件的设计从根本上讲一旦硬件设计出来了，那么软件设计的大概框图也就形成了。软件是整个设计的灵魂，在整个设计中起着重要的作用。由于本设计采用两块单片机，故有两个总系统流程图。第一块单片机也就是发射模块电路的核心，本系统的软件系统主要分为主程序、电压采集程序、温度采集程序、湿度采集程序、按键控制程序。本系统主程序模块主要完成的工作是对系统初始化以后的相关操作，其软件流程图如图3-1所示。主程序初始化以后，调用电压、温度和湿度采集程序，单片机对数据进行处理，然后调用按键程序发送数据。N开始初始化无线数据是否收到判断接收数据的

29、类别液晶显示相应的参数结束Y 图3-1 发射模块电路的软件总流程图 图3-2 接收模块电路的软件总流程图第二块单片机也就是接收模块电路的核心，本系统软件系统主要分为主程序、液晶显示程序。主程序模块主要完成的工作是对系统初始化以后的相关操作, 其软件流程图如图3-2所示。主程序初始化以后，判别数据是否接收到以及数据的类别，然后调用液晶显示程序，对数据进行实时显示。3.1 软件主要子程3.1.1 电压采集程序电压采集程序设计中，每采10个点之后求平均值来减小误差。电压采集程序流程图如3-3所示。图3-3 电压采集程序流程图电压采集的部分程序如下： INT8U adc0804( void ) INT

30、8U addata,i; rd=1;wr=1;int1=1; P0=0xff; cs=0;wr=0;wr=1; while(int1=1); rd=0; i=i; i=i; addata=P0;rd=1;cs=1;return(addata);INT16U datpro(void) INT8U x; INT16U dianyah,dianyal;INT16U dianya=0; for(x=0;x<10;x+) dianya=adc0804()+dianya; dianya=dianya/10;dianyah=dianya&0xf0;dianyah=dianyah>>

31、4; dianyal=dianya&0x0f; dianya=dianyal*20+dianyah*320; return(dianya);3.1.2 温度采集程序DS18B20的线路简单，只要由P1.0就可以控制整个温度采集模块，在软件的设计，单片机对采集到的数据进行读取（需判断是否读取到）并进行储存，温度采集程序流程图如3-4所示。温度采集程序中写命令程序如下：void write_byte(INT8U val)INT8U i;for (i=8; i>0; i-)DQ=1;_nop_();_nop_(); DQ = 0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop

32、_();_nop_();DQ = val&0x01; delay2(6); val=val/2; DQ = 1;delay2(1); 图3-4 温度采集程序流程图3.1.3 湿度采集程序HS1101进行湿度数据采集，单片机读取数据并计算频率，判别湿度的大小并进行处理、储存，湿度采集程序流程图如图3-5所示。图3-5 湿度采集电路流程图湿度采集程序的湿度计算程序如下：void tran()INT8U i,k;f=tem1;f=(f<<8)|tem0;f=f*20;if( 5623 <= f) && ( f<= 6852) ) if( 6734 &l

33、t; f) && ( f <= 6852) ) temp0 = 0; temp1 =(6852 - f)*10/118; if( (6618 < f) && ( f <= 6734) ) temp0 = 1; temp1 =(6734 - f)*10/116; if( (6503 < f) && ( f <= 6618 ) ) temp0 = 2; temp1 =(6618 - f)*10/115; if( (6388 < f) && ( f <= 6503 ) ) temp0 = 3;

34、temp1 =(6503 - f)*10/115; if( (6271 < f) && ( f <= 6388 ) ) temp0 = 4; temp1 =(6388 - f)*10/117; if( (6152 < f) && ( f <= 6271 ) ) temp0 = 5; temp1 =(6271 - f)*10/119; if( (6029 < f) && ( f <= 6152 ) ) temp0 = 6; temp1 =(6152 - f)*10/123; if( (5901 < f) &

35、amp;& ( f <= 6029 ) ) temp0 = 7;temp1 =(6029 - f)*10/128; if( (5766 < f) && ( f <= 5901 ) temp0 = 8; temp1 =(5901 - f)*10/135; if( (5623 < f) && (f <= 5766) temp0 = 9; temp1 =(5766 - f)*10/143; else temp0 = 0; temp1 = 0; 3.1.4 按键电路程序按键电路程序的主要功能就是通过按键获取发送数据的类别。在设计中检

36、测按键是否按下，判别各标志物的参数，发送相应的数据，按键电路程序流程图如图3-6所示。图3-6 按键电路流程图按键电路（其中一个按键）的程序如下：void Key_Scan_0(void )#define keypad_0 Key0static uchar mKey0SwapTask=0;switch(mKey0SwapTask)case 0:if(keypad_0=0)mKey0SwapTask=1;break;case 1:mKey0SwapTask=2;break;case 2:if(keypad_0=0)volt_flag=1;temperature_flag=0;shidu_flag

37、=0;mKey0SwapTask=3;else mKey0SwapTask=0;break;case 3:if(keypad_0=1)mKey0SwapTask=4;break; case 4: mKey0SwapTask=5; break; case 5: if(keypad_0=1) mKey0SwapTask=0; else mKey0SwapTask=3; break;mKey0SwapTask = 0; 3.1.5 无线发射程序CC1100这个无线模块已有相应的发送子程序，在实际使用的时候，只要调用相应的子程序就能完成数据的无线发送了。具体子程序见附录里面的无线发送的CC1101头文

38、件程序。3.1.6 液晶显示程序液晶显示程序的主要功能就是对单片机接收到的数据进行实时显示，LCD1602程序流程图如图3-7所示。图3-7 LCD1602程序流程图液晶1602的部分程序如下：void LCM_Init(void)LCM_Data = 0;LCM_WriteCommand(0x38,0);Delay5Ms();LCM_WriteCommand(0x38,0);Delay5Ms();LCM_WriteCommand(0x38,0);Delay5Ms(); LCM_WriteCommand(0x38,1);LCM_WriteCommand(0x08,1);LCM_WriteCom

39、mand(0x01,1);LCM_WriteCommand(0x06,1);LCM_WriteCommand(0x0C,1); void DisplayOneChar(INT8U X, INT8U Y, INT8U DData)Y &= 0x1;X &= 0xF;if (Y) X |= 0x40;X |= 0x80;LCM_WriteCommand(X, 0);LCM_WriteData(DData);3.1.7 无线接收程序CC1100这个无线模块已有相应的接收子程序，在实际使用的时候，只要调用相应的子程序就能完成数据的无线接收了。具体子程序见附录里面的无线接收的CC1101

40、头文件程序。4 系统调试根据系统设计方案，本系统的调试共分三大部分：硬件调试、软件调试和软硬件联调。系统设计中多采用模块化设计，所以方便了对各电路功能模块的逐级测试，本设计制作成两块板子有利于模块化调试。4.1 调试准备根据设计任务书的要求逐一测试各项性能指标，并进行记录，给出测试结论。调试所用到的仪器如表4-1所示。表41 测试仪器清单编 号名 称型 号1数字万用表HONGDADT92042信号发生器GFG-8255A3双路跟踪稳压稳流电源DH1718E-54双信道数字示波器Tektronix TDS1002 60Mhz5温度计普通水银温度计4.2 作品使用说明本设计题目是远程多参量数据采集

41、系统的设计，根据设计要求本作品完成了 对温度、湿度和电压的远程采集和显示。作品操作步骤为接通电源，以保证电路的正常工作，接下来选择按键，通过按键来控制发送数据的类别，最后在液晶上显示相应的数据。例如，按下电压控制按键，液晶上就显示当前的电压值。4.3 测试结果4.3.1 直流电压测试直流电压采集测试中利用万用表和本系统同时测量被测电压，时刻观察输入电压与液晶显示测量电压之间的误差，实际测试如图4-1所示，直流电压的测试结果如表4-2所示。图4-1 输入直流电压与测量电压表4-2 直流电压测试结果（电压单位：V）123456789101112输入值1.3761.441.511.7651.861.

42、942.22.503.074.074.285显示值1.391.431.531.771.902.02.232.533.14.14.3054.3.2 交流电压测试结果交流电压采集测试中利用万用表、示波器和本系统同时测量被测电压，时刻观察输入交流电压的波形、AD637转换输出电压及液晶显示电压之间的误差。输入交流电压的频率在50HZ，VP-P为7.32V,输入电压波形如图4-2所示，液晶显示的电压如图4-3所示，AD637转换后输出电压如图4-4所示，交流电压测试结果如图表4-3所示。图4-2 输入电压波形图4-3 液晶显示电压图4-4 AD637转换输出电压表4-3 交流电压测试结果输入 Vp-p

43、(V)计算出有效值(V)AD637输出电压值(V)液晶显示值（有效值）(V)1.241.762.043.163.884.044.44.524.665.066.387.320.4380.6620.7211.1171.3721.4281.5551.601.6471.7892.2552.5800.430.650.7011.0821.3511.3931.5321.5651.6251,762.232.510.480.660.711.131.411.431.591.611.701.832.272.574.3.3 温度测试结果温度测试时利用普通的水银式温度计与本系统同时测量被测温度，本系统温度测量值如图4-

44、5所示，温度计测量值如图4-6所示。图4-5 温度测量值图4-6 温度计测量值温度测试结果如表4-4所示（温度单位：）,普通的水银式温度计的最新分辨率为1，所以表4-4中水银温度计显示温度为22.5为估算值。表4-4 寝室温度测试结果测量时间显示温度水银温度计显示温度晚上8点23.524晚上9点23.024早上7点16.017早上7：3018.018早上8：:3022.022.5早上9点22.523早上9:3023.524中午12：3026.8274.3.4 湿度测试结果湿度测试结果结果如表4-5所示，由于实验室没有相关的湿度计，因此我没有对实际湿度与测量所得的湿度做比较，以及计算湿度精度。表

45、4-5 寝室湿度测试结果（湿度单位：RH）测量时间显示湿度晚上8点57晚上9点58早上7点59早上7：3059早上8：:3057早上9点56早上9:3055早上10点554.3.5 无线模块测试结果在无线测试时，请了同学帮忙在学校操场上进行测试，测试距离单位：m，测试结果如表4-6所示。表4-6 无线传输距离测试结果测试距离是否有信号显示1m有10m有20m有30m有40m有60m有100m有150m有200m无4.4 结果与设计要求相比较 电压采集的设计要求是完成交直流电压的采集，交流电压的频率小于200HZ，交直流电压的幅度小于5V，电压分辨率0.01V，精度±0.05V，测试结

46、果表明电压分辨率0.01V，直流电压的平均误差为0.025V；交流电压的平均误差为0.016V，均符合设计要求。对温度采集的设计要求是完成温度采集，温度测量范围0-60，分辨率为0.1，精度±1，测得的数据与温度计的温度相比较，平均误差为0.62，符合设计要求；由于实验室没有相关的湿度计，所以对湿度测试结果没有做相关的精度计算；测量无线模块的测试时，无障碍物时传输距离在150m-200m之间，能完成各参量的可靠显示，符合设计要求。5 结论与展望5.1 结论本设计是基于单片机的远程多参量数据采集系统的设计，利用温度传感器DS18B20和湿度传感器HS1101来完成温湿度的采集，通过AD

47、637完成AC/DC变换，以实现交流电压信号的采集，最后通过ADC0804完成模数转换后，送入单片机进行处理，并运用无线模块进行数据的传输，实现对电压、温度和湿度的远程数据采集与显示。本设计的特点：在本系统中，采用了模块化、层次化设计。通过计算机对各种信息进行采集、处理并将存储大量的数据供有关工作人员进行浏览、查询和控制。利用无线通信对这些数据进行实时发送、显示，实现了实时监控，在一些危险的场合，大大降低了工作的危险系数。使用STC89C52单片机作为核心电路，使得系统设计简单，实用性强，可大量开发应用。从选题到方案设计、到最后的系统实现，在这个过程中本人学到了不少的知识，也累积很多经验。本设

48、计还存在这一些不足之处，如数据发送未能实现自动发送、测量到的数据精度不是很高。5.2 展望本设计在功能上讲已经达到了设计任务的要求，但是，从作品的实用性上讲还是存在着一些问题。如在交流电压采集中，采集精度不高，误差还是较大，不适合在对精度要求很高的场合进行采集；在数据发送方面上，我是以按键的方式控制发送数据的类别，每次只能发送一个数据，而CC1101完全可以胜任增加很多个数据量的传送。参考文献 1 周旭.现代传感器技术M.北京：国防工业出版社,2007.2 李文元.无线通信技术概论M.北京:国防工业出版社,2006.3 黄志伟.无线发射与接收电路设计M.北京:北京航空航天大学出版社,2007.

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51、gJ. Applied Energy,2009,86:26512660.15 傅勤毅,李海浪.单片机与液晶显示器的接口J.电子世界,2005,7:2728.致 谢本科四年生活即将结束，毕业设计是对于知识运用能力的一次全面的考核，也是对我们进行科学研究基本功的训练培养我们综合运用所学知识独立地分析问题和解决问题的能力，为以后撰写专业学术论文和工作打下良好的基础。 首先要感谢我的母校浙江师范大学，给我提供了广阔的平台，在大学四年的学习、生活、培训使我不断地吸收专业知识，不断地提高自己的知识面。我要衷心的感谢我的导师林祝亮副教授，整个毕业设计都是在林老师的悉心指导下完成的，导师严谨的治学态度、广博的

52、学识和对新知识孜孜以求的探索精神对我的学习乃至日后的生活、工作都有莫大的启迪和帮助。论文的写作是枯燥艰辛而又富有挑战的，从论文的选题、文献的采集、框架的设计、结构的布局到最终的论文定稿，从内容到格式，从标题到标点，他都费尽心血。没有林老师的辛勤栽培、孜孜教诲，就没有我论文的顺利完成。同时我也要感谢我的同门师兄刘德宝、李成中，在我的毕业设计技术工程中给予我很大的帮助和鼓励，并给予很多有参考性的意见。感谢姚杰、李迪、王莹美、章近杰、汪洋、吉卫香对我的关心和支持。 感谢我的室友们，从遥远的家来到这个陌生的城市里，是你们和我共同维系着彼此之间亲如姐妹的感情，维系着寝室那份家的融洽，给了我家的温暖，给了我一个很好的学习氛围。 感谢我