信息采集系统设计方案

1 信息采集系统设计 方案 1 系统的总体设计 统设计方案 方案一：采用纯硬件的闭环控制系统。该系统的优点是速度较快但可靠性较差、控制精度比较低、线路复杂、调试、安装都不方便，实现题目所有的要求难度较大。 方案二：采用单片机、安卓手机与温度传感器结合使用的方式。即使用单片机完成人机界面系统控制，实现信息数据的采集存储、分析处理，由温度传感器完成环境信息的采集与转换。这种方案克服了方案一的缺点，所以本论文的设计是基于单片机和温湿度传感器实现对温度和湿度环境信息采集显示的控制。 统设计原理 为了实现便携式环境信 息的采集，本设计采用基于安卓手机与单片机的温湿度的信息采集，根据环境数据信息的采集、发送，选用 51单片机 湿度传感器 过单片机采集完这些数据后，可通过 本论文采用将安卓手机作为信息接收的设计方案，系统主要由主控中心 (单片机 )、温度信号采集、温度信号显示及控制等功能模块组成，采用模块化设计，可根据需要设置 测温点数量，系统具有很好的灵活性和扩展性。 统设计框图 系统采集的温湿度数据需要进行处理，实 现被测数据的存储、显示以及控制，本系统釆用模块化设计思想，设计了数据采集模块，单片机控制模块，显示驱动模块和温度设置模块，驱动电路，通信模块。 系统总体设计框图如图 示 。 位电路 温湿度采集模块 键盘模块 报警模块 显示驱动模块 输出驱动模块 2 图 统总体设计框图 .1 系统的硬件设计 该系统的硬件模块由键盘、单片机 、 示、 信模块、温湿度传感器等各模块组成。 片机控制模块 本设计的硬件电路，通过单片机控制温湿度传感器，从而对温湿度实时采集和监控，并通过 时，本设计增加了报警语音模块，可根据需要设定温湿度上下限，若当时温湿度超限便会报警。接入矩阵式键盘实现人机交换功能，并用 示屏显示出来。通过矩阵键盘设置手机号码，通过 机发送一个指令，系统便会自动把当前温湿度值短信送设置的手机号码上。 性能 片机 ，器件采用 高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准 令系统 ，片内含 8k 可反复擦写的序存储器 和 256 片内置通用 8位 中央处理器 和 储单元 ， 片机在电信息行业中有着广泛推广应用。单片机 40 个 引脚， 2 个读写口线， 2 个全双工串行通信口，同时含有 2 个外中断口， 32个外部双向输入 /输出端口， 3 个 16位可编程定时计数器，它可以按常规方法进行编程，也可以进行在线编程，也可将 反复擦写的 储器能够有效降低开发成本。单片机 8 位 通用微处理器 ，采用工业标准的 主要用于会聚调整时的功能控制。功能包括对会聚主 部 寄存器 、数据 聚调整控制，会聚测试控制，红外遥控信号 接收解码和主板 信等。单片机 供以下功能： 8字节 速存储器， 256字内部 32个 I/3个 16 位定时计数器，一个 6向量两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内振荡器及时钟电路。同时， 降至 静态逻辑操作，并支持两种软件可选的节电上作模式。空闲方式停止 工作，但允许 时计数器串行通信口及中断系统继续工作1。掉电方式保存 的内容，但振荡器停止工作并禁止其它所有部件工作直到下一个硬件复位。 3 图 引脚图 0 口： 是一组 8 位开路型双向 1/O 口，即地址 /数据总线复用口。作为输出口时，每位可以吸收电流驱动 8 个 辑门电路，对端口 “ 1”时，作为高阻抗输入端用。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组端口线分时转换地址（低 8位）和数据总线复用，在访问期间激活内部上拉电阻。在 编程时， 接收指令字节，在程序校验时，输出指令字节，需要外接上拉电阻。在访问外部数据存储器或程序存储器时，这组口线分时转换地址（低 8位）和数据总线复用，访问期间会激活内部上拉电阻。 是一个带内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， 输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4 个 辑门电路。对端口写“ 1”，通过内部的上拉电阻把端口 拉到高电平，此时可作输入口。作输入 口使用时，因为内部存在上拉电阻，某个 引脚被外部信号拉低时会输出一个电流 ( 可分别作为定时 /计数器 2 的外部计数输入（ 2）和输入（ 2 程和程序校验期间， 收低 8 位地址。 ： 是一组带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口， 输出 缓冲级可驱动 4 个 辑门电路。对 写“ 1”，通过内部的上拉电阻把端口拉到高电平，此时可作输入口，因为内部存在上拉电阻，某个引脚被外部信号拉低时会输出一个电流。在访问外部 程序存储器 或 16 位的地数据存储器（例如执行 令）时， 4 口送出高 8 位地址数据。在访问 8 位地址的外部数据 存储器 （例如执行 ， 输出 内容。 者校验时， 制信号 。 ： 是一组带有内部上拉电阻的 8 位双向 I/O 口。 输出缓冲级可驱动（吸收或输出电流） 4 个 辑门电路。对 写入“ 1”时，它们被内部上拉电阻拉高并可作为输入端口。此时，被外部拉低的 将用上拉电阻输出电流（ 除了作为一般的 I/O 口线外，更重要的用途是它的第二功能。 还接收一些用于 速存储器 编程 和程序校验的 控制信号 2。 引脚的第二功能如表 表 3 口引脚的第二功能 3 脚号 第二功能 行输入） 行输出） 部中断 0） 部中断 1） 0（定时器 0外部输入） 1（定时器 1外部输入） R（外部数据存储器写选通） D（外部数据存储读选通） 位输入。当振荡器工作时， 脚 出现两个 机器周期 以上高电平将使 单片机 复位 。 当访问外部 程序存储器 或数据存储器时， 地址锁存 允许）输出脉冲用于锁存地址的低 8 位字节 3。一般情况下， 然以时钟振荡频率的 1/6 输出固定的脉冲信 号，它可以对外输出时钟或者是在用于定时目的。当访问 外部数据 存储器时将跳过一个 冲。对 程 时，该 引脚 可以输入编程脉冲（ 还可通过对 特殊功能寄存器 区中的 8元的 止 作。该位置位后，只有一条 令才可以将 活。此外，该 引 脚 会被微弱拉高， 单片机执行外部程序时，应设置 止位无效 。 程序储存允许（ 出是外部程序 存储器 的读选通信号，当 外部 程序存储器 取指令（或数据）时，每个 机器周期 两次 效，即输出两个脉冲。在此期间，当访问 外部数据 存储器，将跳过两次 4。 5 外部访问允许。 访问外部 程序存储器 （地址为 0000H 时候， 必须保持低电平（接地）。如果加密位 编程 ，复位时内部会锁存 会执行内部 程序存储器 中的指令。 程 时，该 引脚 加 +12V 电平的编程 允许电源。 荡器反相放大器及内部时钟发生器的输入端。 荡器反相放大器的输出端。 电电压。 地。 位电路与晶振电路设计 单片机控制模块是整个设计方案的核心，它控制了温湿度的采集、处理以及显示，温度值越限时控制电路的启动。复位电路可以提供单片机复位功能，上电时可给单片机提供相应的复位电平信号电路本设计的复位电路有单片机 外围电路组成。 部有一个带反馈的线性反相放大器，用于构成振荡器，但是要形成时钟脉冲，外部需要附加电路，本设计采用内部时钟方式，利用芯片内部的振荡器，在引脚 成稳定的自激振荡器，发出的脉冲直接送入内部时钟电路，两个电容的值通常选择为 22振选择 12了减小寄生电容，更好地保证振荡器的稳定性和可靠性，振荡器电容应该安装得更加靠近引脚 部振荡器的输入和输出 接晶振和电容组成震荡器，震荡器在，由加电以后延迟一段 时间起振产生时钟， 脚 单片机内部提供时钟信号。引脚 +5V 电源，表示允许使用片内 位是系统归零调整操作。单片机 9 个脚为 脚。在工作中， 个机器周期可以产生一个复位，其中 6个时钟脉冲为 1 个机器周期。系统采用 12个时钟脉冲周期为 1/12 s，一个机器周期含有 12个时钟脉冲，即 1 s。也就是说在 脚上连接一个 2 s 的高电平脉冲即可产生一个复位动作。时钟脉冲震荡电 路的主控制器 部有晶振电路。在 脉冲振荡电路选用的振荡频率为 12足实际的温湿度数据采集的要求。 由于单片机电路是时序 数字电路 ，需要稳定的时钟信号，所以电源上电时，只有当电压超过 于 体振荡器 稳定工作时， 复位信号 才被撤除，微机电路开始正常工作 5。 按键复位原理：上电后，单片机不能复位，不能运行 作期间，按下 S， 10K 电阻上出现电压，使得单片机复位。几个毫秒 6 后，单片机进入工作状态。复位键按下以后，电容迅速放电，使 位键弹起以后，电源通过 1k 电阻对电容重新充电，引脚 出现复位正脉冲。单片机按键复位电路与晶振电路图如图 图 位电路与晶振电路设计 湿度采集模块 一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，它可应用于数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品的可靠性和长期稳定性。传感器含有一个电阻式感湿元件和一个 与一个高性能 8位单片机相连接，具有超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点 6。因此，本设计采用 过内部电路进行模数转换，将模拟信号转换成数字信号送到单片机进行数据分析处理并且进行显示。温湿度模块的实 物图如图 7 图 湿度采集模块实物图 数字传感器 电电压 :C；输出：单总线数字信号；测量范围：湿度 20H，温度 0测量精度：湿度 +H,温度 +分 辨 率：湿度 1%度 1互换性：可完全互换；长期稳定性： #; _;_;_;_; ; /标记 收数组 5=0; /断接收数组 ; /管脚定义， ; /管脚定义， 1602液晶 ; /管脚定义， 1602液晶 W/ ; /管脚定义， 1602液晶 1 = ; 2 = ; 3 = ; 4 = ; ; /蜂鸣器 =0,1,2,3,4,5,6,7,8,9; = 6 = 6 ,; ,; ; /声明 ; /声明 晶显示函数； ; /声明 收数据函数； 31 ; X(); ; ; ; /主函数 ; ; ) ; ; ; (0) ; if(0) ; 0)= 0) ; if(0) ; 0) ; 32 if(0) ; 0)= 0) ; if(0) ; /* /延时函数 /* i ; i=0;i250;i+); /* /延时函数 /* ; 33 /* /蜂鸣器响一声 /* y; y=0;y180;y+) /反 000); ; /关闭蜂鸣器 /* /延时 10* i; /*主机发出开始信号 */ /请结合时序图分析 ; ; ; 00); /保持电平时间大于 18; ; /延迟等待 20; 34 ; ; ; ; /* /* i,; i=0;i8;i+) ; !&);/等待 50电平结束 ; ; 1) ; ; &); if(1) if(1) =1; /* / 35 /* ; /主机发出开始信号 ; /拉高等待 /从机发出响应信号 2; !& ); /判断从机是否发出 80低电平响应信号是否结束 2; & ); /判断从机是否发出 80高电平，若发出则开始采集数据 ; /采集湿度整数部分 ; /采集湿度小数部分 ; /采集温度整数部分 ; /采集温度小数部分 ; /采集校验位 1; /* /按键控制温度湿度上限 /* X() 000); ; 10) 36 ; ; 000); ; 000); ; 10) ; ; 37 000); ; /* /写指令数据到 S=L,E=高脉冲 ,令码 /* 0; 0; 1; 0; ); /* /写显示数据到 S=H， ， E=高脉冲， 据 /* 1; 0; 1; 38 0; ); /* / /* ; /使 能低电平 0; ); /清除 显示内容 /16*2 显示， 5*7 点阵， 8 位数据 ); ); ); /开显示，不显示光标 ); /清除 显示内容 ); /* /1602 液晶显示 /* (2); T);/); e);/); m);/); :);/); 39 0);/);/输出温度的十位 0);/);/输出温度的个位 (2); /输出 (2); (2); (2); (2); ;/); ;/); (2 /输出 (2); /液晶第二行：湿度显示； (2); H);/); u);/); m);/); :);/); 0);/); /输出湿度的十位 0);/); /输出湿度的个位 %);/); (2); (2); (2); ;/); ;/); %);/); /* /注意，无论接收到信号还是发送完信号，都会进中断服务程序的初始化程序（必须使用，否则无法收发），次程序将会使用定时器 /* （必须使用，否则无法收发） 40 # /在这里根据晶振大小设置不同的数值初始化串口 /装入初值，波特率 2400 # ，波特率 9600 #;/打开定时器 ;/设置串行通讯工作模式 ; /(同上 )在此模式下，定时器溢出一次就发送一个位的数据 ; /串行接收允许位（要先设置 开串行允许） ; /开总中断 ; /开串行口中断 /* /串行通讯中断，收发完成将进入该中断 /* I) 0; /清除串行接受标志位 /从串口缓冲区取得数据 / /接受到 1，第一个 /接受到 2，第二个 / /接受到 3，第三个 / /接受到 4，第四个 / /接受到 5，第五个 / /接受到 5，第六个 ; /接受到 5，第七个 / /接受到 5，第八个 /接受到 其它数据，蜂鸣器响 41 c) c; （ ）出现 ; /* /串行口连续发送 到终止号 /0将停止 /* 0) /等待发送完成信号（ ）出现 ; ; /* /延时函数大概是 1s 钟，不过延时大的话不准 /* i , j= 0; i=0; ii+) j=0; j65535; j+) 42 /* /短信发送温度 /* rn); );/延时大约 3 秒 rn); );/延时 3 秒 rn); );/延时 3 秒 7,167,0,25rn); );/延时 3 秒