基于單片機數據采集系統

摘 要：本文進一步對數據采集系統的基本構成進行總結分析，同時對其種類特點進行進一步分析，并設計開發了基于單片機51系列的數據采集系統。該系統能夠通過溫度傳感器、濕度傳感器、煙霧傳感器對溫度、濕度、煙霧等的信息進行采集。此外，該系統能通過VB可視化軟件開發平臺的人機界面實時顯示數據采集結果的及實現與上位機通信功能的通信接口。VB促進了良好界面設計能力的合理提供，除此之外，其在串口通信上功能性極強，它所提供的MSComm通信控件有強大的串行通信功能，這使得設計開發過程變得更容易。

關鍵詞：數據采集系統；模/數轉換；串行通信接口；51單片機

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.22.115

1 研究背景

就現在而言，數據采集技術無論是時效性還是實用性都較為強大。根據相關調查可知，現在市場上對數據采集器的需求量逐漸增多，由數據采集器為主體構成原件的小系統得到了較為廣泛的運用。所以，不斷促使高性能數據采集器的開發，有助于市場前景的開拓創新。本設計用于采集農用大棚中的溫度、濕度、煙霧，具有結構簡單、操作方便、性價比高的優點。

2 研究的目標和方法

本系統由單片機監控電路、傳感器的接口電路、鍵盤、液晶顯示和串口通訊等組成。

本系統具體工作情況如下：傳感器在非電量信號和電壓（0-5V）或電流（4-20mA）之間扮演著中間人的角色，使其標準信號的形成，利用信號調理電路，有助于模擬信號和單片機內部的A/D 轉換器之間融為一體，對CPU來說，通過對設定采樣周期的運用，有助于在8路通道信號中促進循環采集的實施，而且有助于A/D 轉換器的讀取，促使其數字信號的合理轉換，通過進一步計算分析，有利于實測值能夠在液晶指定位置上全面顯示，然后利用串行通訊，促進ROM中的數據能最終和PC 機融為一體，通過對VB的運用，有助于良好界面和串口通信功能的進一步提供。

3 研究的詳細過程及階段結果

3.1 硬件設計

（1）A/D轉換器。一般來說，促進模擬量向數字量器件的合理轉變，就叫做模/數轉換器，其也叫做A/D轉換器。對逐次逼近型A/D轉換來說，其不僅有利于轉換速度的進一步提升，而且精度十分顯著，所以在現在的工業過程控制系統中，運用最為廣泛。

（2）系統電源電路設計。對本系統電源而言，外部直流變壓器在其能量的提供中扮演著十分重要的角色，一般來說，變壓器輸出+5V，其電壓主要是由直接提供給液晶顯示器的逆變器組成的工作電壓，除此之外，背光電路逆變器也在其工作電壓組成中位置突出。

（3）復位電路設計。本系統采用外部 /RST 引腳促進了外部電路強制MCU 進入復位狀態。通過促進/RST 引腳上低電平有效信號的合理添加，會加大MCU 進入復位狀態的程度。

（4）串口通信電路設計。RS-232C 標準是美國電子工業協會（EIA）與BELL 等公司一起開發的1969年公布的通信協議。

3.2 軟件設計的主要步驟

（1）促進對問題的分析，知曉各種所需解答問題的具體要求。

（2）確定算法。從問題要求和指令系統特點出發，選擇合理計算公式和計算方法的運用，這就叫做算法。算法在程序設計過程中扮演著重要角色，其對程序質量的檢測和程序正確性的強弱起著決定性作用。

（3）制定程序框圖。從自身選擇算法出發，促進對合理運算步驟順序的實施，促使運算過程能夠通過程序流程圖直觀的表現出來。

（4）促進對數據格式的確定，不斷促進工作單元的分配，使得程序框圖能夠用詳細的操作流程圖表示出來。

（5）從程序的流程圖以及指令系統出發，促進匯編語言程序的進一步編寫。

（6）程序測試。于單片機而言，由于缺少自開發功能，所以必須利用仿真器，通過仿真器運行程序的變化，促使其程序測試的進一步提升，使得程序錯誤顯著排除。

（7）程序優化。所謂程序優化，即不斷促進程序長度的減短，促使運算速度的提升以及數據存儲單元的顯著節省。可以將循環程序和子程序作為程序設計的主要形式，有助于程序步驟的減少，不斷促進算法的改進和使用指令的合理使用，有助于工作單元和執行時間的降低。

3.3 利用VB實現PC與單片機通信

對MSC-51系列單片機來說，因為其經濟性強，方便快捷，在采集和預處理上得到廣泛應用，所以無論是家電還是機電一體化，無論是智能終端還是一般工業控制，都在單片機的使用上運用甚廣。通過對VB控件的使用，有助于其和單片機通信能力的提高，促進對統一對話協議的運用，有助于促使PC機在多路單片機的實時監控中扮演著重要的角色，單片機在采集和預處理上面的過程，都必須由PC機進行收集，促進其協調性的提高。這不僅使得單片機硬件支持不夠情況缺陷減少，而且其在軟件系統上操作簡單，所以其缺陷大大降低；除此之外，因為單片機在現場數據的預處理上運用甚廣，所以使得PC機能夠接收到合理的信號，有助于其在多路現場信號的協調上作用突出。而且能夠從存儲數據信息入手，促進實施監控的形成，通過動作命令的發出，有助于現場實時性需要的合理滿足。

4 結論

本設計的目的是用于農用大棚中的監測器，對本設計作品而言，其結構簡便，操作容易，具有經濟性和實用性，性價比強，在儲存功能上的運用甚廣。既能夠降低成本又能夠發揮良好的檢測、報警作用。

本設計給出了一種基于89S52單片機在農用大棚中做監測器的設計思路。通過研究，選擇了DHT21溫濕度傳感器和QS-01空氣質量傳感器作為本設計的探測器，可以通過檢測煙霧來避免火災，還可以通過DHT21溫濕度傳感器來檢測溫濕度，有效的降低了制作成本。

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作者簡介：王宇（1984-），男，山西臨汾人，本科，初級，研究方向：數控制造。