基于aduc70607061单片机温度压力采集系统设计

分类号：TP216+.1 U D C：D10621-408-(2017) 3382-0密 级：公 开 编 号：基于 ARM 单片机温度压力采集系统设计论文作者姓名：申请学位专业： 电子科学与技术申请学位类别： 工学学士指 导 教 师 姓 名 （ 职 称 ）：论文提交日期： 2017 年 05 月 30 日基于 ARM 单片机温度压力采集系统设计摘 要本文介绍了一种以 单片机 为核心的低功耗、高精度温度ARMDUC706压力采集系统，该系统采用 传感器作为压力采集传感器，该传感器8-PKelr 具有精度高、漂移小，耐腐蚀等特点，被广泛应用于各种极端环境的工业测试中。同时系统采用 作为温度采集传感器，该温度在软件处理时，同时被PT10用作检测压力机的工作环境的温度，以提高压力的精度，避免损坏压力计。本系统还采用了 芯片作为数据的存储芯片，可以存储 100 万组的温度压25X3力值，通过 芯片，实现了下位机和上位机软件的 通信。整套系统CH4GUSB工作稳定，通过实验室的标测，系统压力精度达到 0.0245% ，能满足大部分F的工业监控需求。关键词：ADUC7060；M25PX32；PT1000 ；KellerPA-8Design of Temperature and Pressure CollectingSystem Based on ARM Single Chip MicrocomputerAbstractA low power, high precision temperature and pressure acquisition system is designed by ARM microcontroller ADUC7060 as the core. The system uses kellerPA-8 sensor as the pressure acquisition sensor, which has the characteristics of high precision, small drift and corrosion resistance.So kellerPA-8 is widely used in various extreme environmental industrial testing. At the same time PT1000 is used as a temperature acquisition sensor in the system, the temperature in the software processing, while being used as pressure drift correction to improve the accuracy of the pressure. The M25PX32 chip is used to storage chip in system, you can store 100 million groups of temperature and pressure values, through the CH340G chip, to achieve the lower computer and host computer software USB communication. The whole system is stable, through the laboratory mapping, the system pressure accuracy of 0.0245% FS, to meet most of the industrial monitoring needs.Key words: ADUC7060; M25PX32; PT1000; kellerPA-8目 录论文总页数：22 页1 引言 .11.1 课题背景 .11.2 本课题研究的意义 .12 硬件电路的设计 .22.1 单片机介绍 .22.2 电源电路的设计 .32.3 ADC 采集电路的设计 .42.4 FLASH 存储电路设计 .52.5 串口通讯模块的硬件电路设计及说明 .62.6 主控部分电路设计 .73 软件部分的设计 .83.1 下位机的程序设计 .83.1.1 KEILVision4 软件介绍 .83.1.2 C 语言介绍 .83.1.3 数据处理 .93.1.4 下位机程序工作的流程图 .103.2 上位机程序工作的流程图设计 .103.2.1 Qt 软件介绍 .103.2.2 C+语言介绍 .113.2.3 实现方法 .113.3 ALTIUM DESIGNER 介绍 .124 数据测量与分析 .124.1 活塞压力计的介绍和使用 .124.2 数据标定 .134.3 数据测试 .144.4 数据分析 .14结 论 .15参考文献 .16致 谢 .17声 明 .18附 录 .19第 1 页 共 22 页1 引言1.1 课题背景面对当前绝大多数的油气的田录井及其他的工业领域所使用的电子压力计都使严重的依赖进口的现状。同时，进口的压力计不仅价格昂贵，有的还在技术上面受制于人，从而阻碍自主研发的能力。此外，国内所使用的高精度压力计还和国外所使用的压力计存在着部分的差距，这影响了社会的发展和进步。现阶段的所用的压力计精度和稳定性还没有到达顶峰，还有很大的发展空间和升级空间。然而，怎样实现压力采集技术更加智能化，更具有实用性，仍是今后压力采集技术的发展方向和前沿。同时，这也使得压力采集技术得到不断的完善并趋向于成熟。与大多数一流国家相比，当前我国所研发出的压力采集装置在稳定性和可靠性方面有了很大的提高和大幅度的改善。但是，在精度方面依旧和国际领先水平有着一定的差距。现阶段，现代化工业的标志都表现在对产品的研发和生产上面的高效率和高速度。但是，在追求效果的时候，都应该明白这些结果都是以高质量的产品为基础。同时，这也是评估一家企业是否具有了自主生产的能力的重要条件。因此，产品的高精度作为产品的高质量的一个表现形式和重要指标，虽然不是这个产品的全部，但却决定了是否能够掌握该产品的核心技术。因此，需要加大力度对其进行研究、研发和改进，使得能够越早的掌握核心竞争力。此外，由于在这些核心技术上面的缺失，使得工业发展影响了社会的经济的进步，同时社会的进步又反作用于工业的进步，这就增加了不必要的经济成本和造成的不必要的经济损失。所以，应当增强自主研发的能力，在油井测压系统的研发和研制中。这样不仅能够减少的不必要的生产成本，同时还能大幅度的提升产品的质量。1.2 本课题研究的意义在人们日常生活和工业生产中，温度在各个层面都深深的影响着的人们的生活和社会的发展。因此，对温度监控也变得越来越重要，越来越关键。在工业生产层面对温度的检测对工业生产有着十分重要的价值。同时，温度也对器件的稳定性和产品的长期使用性带来了挑战 1。所以，系统需要对温度产生的变化而做出相应的改变。这样对温度的采集就变的越来越有着实用意义。在众多的控制领域中有着许多的设备用电来加热的。由于在这些领域上面都要对温度的进行监控，而使用单片机不仅可以降低成本，同时也能达到对温度的监控的目的。所以，这就使得单片机在各个的控制层面得到广泛的应用 2。此外，单片机不仅仅对温度、压力等因素进行控制，同时它还具有控制便利、灵活性大和易维护性等一些的特点。还可以很大程度上提高产出的质量，使得整个设计系统更具有灵活性和更加可靠。在工业控制中，对压力的控制和采集也是至第 2 页 共 22 页关重要的，特别在油田或者一些油井。在工业运用中，为了使生产更加的灵活，提升生产效率和使生产更加安全，就必须能要有效的采集和控制生产过程中的一些参数，比如压强、温度等 3。2 硬件电路的设计2.1 单片机介绍单片机：把具有完整的计算机系统且同时集成在一块独立的 硅片上的器件叫做微控制器 4。随着这经济的发展，现在各种类型的单片机早已经深入到的生活中。同时，也在慢慢的改变的生活，为工业经济的发展，提供了一个有利的前提和首要的保证。现在，大多数的微控制器都具有程序进行外部存储的功能。并且，它们也集成众多的外设设备，例如通信接口、实时时钟、定时器等等常用的外设设备。此外，可以根据用户的需求修改相关的代码，然后在单片机上面运行，实现想要的功能。比如是在一些独特的功能的使用上面。本设计使用的单片机是以 ADI 公司的典型产品以 为核心的单ARM7TDI片机，它是增加了许多的功能部件后构成的。 单片机由众多模块组UC06成： 用于进行运算和控制的 CPU、用于串口和并口的 I/O、内部总线、基准电压源、可编程增益放大器（PGA）和中断系统等等模块。图 2-1 ADUC7060 单片机方块图第 3 页 共 22 页2.2 电源电路的设计此电路设计采用 ADI 的 ADP3333 芯片。相比与传统的线性稳压器的性能 ,ADP3333 选用了全新的架构，同时使用了改进的制造技术，使得 APD3333 具有更高的性能 5。同时，这使得 ADP3333 的整体的效率大幅度的提高、更加的稳定。所以，这使得 ADP3333 在与相关的竞争产品上面更具性能优势，具有更高的性价比。此外，ADP3333 使用了全新的专利设计，输出端仅仅需一个 1.0 的瓷片电容作为输出电容即可保证输出电压稳定，这样大大的简化了外围电F路，可以使得 ADP3333 得到更加广泛的运用。图 2-2 3.3V 稳压部分在电源的 端，添加了一个 10 的电解电容，用于过滤较高频率的信VCuf号和存储能量，使输入更加的稳定 6。在输出端，添加了一个 的电解电容，10uf一个 560 和一个红色的 LED。其中，560 欧姆的电阻与红色 LED 相连，起到一个限流的作用，避免 LED 烧坏。红色的 LED 用于判断 ADP3333-3.3V 是否有电压输出。这里将 APD3333-3.3V 的输入端和主动低关断引脚相连，避免主动低关断引脚接地，使得输出无效。由于 单片机的单电源的电压是 到 。因此，使用ADUC7062.375V.62ADP3333-2.5 给单片机供电。在输入端设置一个 0 欧姆和 的瓷片电容，可1uf用于过滤电源的低频纹波。输出部分的电路设计和上面稳压 输出的方式一.3致，都是用于显示是否有电压输出，同时稳定输出电压。第 4 页 共 22 页图 2-3 2.5V 稳压部分2.3 ADC 采集电路的设计本系统主要采集设计是由压力采集部分、温度采集部分共同构成。其中，压力模块主要负责对压力的采集,并将采集到的压力的模拟信号通过一个抗混叠低通滤波器过滤掉高频信号，使得采集信号更加稳定，再将低频的电压信号输入到 ADUC7060 单片机，转换成 ADUC7060 能够直接使用的数字信号。然后，再 ADUC7060 单片机中进行数据的分析和数据的处理 4。在压力采集的部分中使用的由瑞士的 公司生产的 8 系列的 传感器进行采集。KELR8-kelrPA由于瑞士的 公司所生产的产品稳定性好，且性能较为优异，所以得到广泛的运用。在本设计中使用的是 生产的 8 系列的压力传感器。瑞士的公司所生产的 8 系列的压力传感器具有很高的稳定性，即使在变化非EL常迅速的峰值压力中，其性能也能够正常的工作和使用。同时，此传感器也特别适用于测量高压环境。其中，在这个传感器中有一个压阻式硅片作为敏感器件用作检测压力变化。瑞士的 公司 8 系列的 拥有一个膜片KELR8-kelrPA密封的外壳，这个外壳能够使壳体里面的原器件可以不受外界的环境的影响，从而有效的使压力计里面的芯片不被损坏。在温度采集部分中，使用的德国贺利氏所生产的 级温度传感器温度传感器，此温度传感器的温度误差仅仅只有正负 。同时，德PT10 0.15国贺利氏公司生产的该温度传感器具有较好可靠性和良好的稳定性。该能够在工作 1000 小时后，它的零点电阻的阻值的变化仅仅小于等于第 5 页 共 22 页0.04%。这些性能都为此系统能够在高温的油井中工作提供了重要的保证和前提。(2-1)*2/()0.1/(*4)()(*4 ARrtdABTrtd其中， 为 0.0038623139728， 为-0.00000065314932626， 为 PT1000 的ARrtd电阻， 为系统的温度。 t在此系统的采样电路中，所采集的信号都是低速变化的低频信号。因此，在采集的输入设计了一个由 10k 的贴片电阻和 106 的贴片瓷片电容组成的一个抗混叠的低通滤波器。将其截止频率设置为 1.6hz，而单片机的采样频率为4hz，这样符合奈奎斯特采样定理的条件。此外，在此采样系统中，因为将截止频率设置为 1.6hz，所以高于 1.6hz 的高频信号及噪声都会被过滤掉，这样就能够使输出的信号更加的稳定和更加的可靠。图 2-4 压力采集部分和温度采集部分2.4 FLASH 存储电路设计是 闪存的英文全称，同时一般简称为 。它MemoryFLASHFLASHFLASH可用于在设备断电的时候保存原来的数据。在此系统中，采用 M25PX32FLASH 作为存储芯片。 存储M25PX3芯片是由世界著名的芯片供应商 ST 发布的一款新的 8 兆存储芯片，芯片的存储段和子存储段可被擦除的串口 一系列产品的S25PX3FL 第一款产品。现阶段，使用的 芯片采用 协议传输数据。并SH25PX3FLAI且，使用了 的存储芯片在管脚上面也仅仅使用四根线，这不仅使此类芯片I在使用上方便，灵活。同时，也能够因此能够 上面变得简单、可靠。正是CB因为这简单易使用特点，使得此类芯片得到普遍的使用。同时，M25PX32FLASH 存储芯片采用 2.5V 至 3.6V 单电源供电，所以能够在众多的领第 6 页 共 22 页域使用。此外，