PIC单片机数据采集系统设计与应用

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  摘 要:近年来,各种单片机的数据采集系统(DAS)广泛应用于工业生产、测量和工业控制技术中,但是传统的单片机数据采集系统因为其有限的功能使得整个系统的性能显得较差。而由Microchip 公司生产的MCU PIC16F877 是一款较新的中档产品,它具有高速(Harvard 结构) 、低功耗、高代码压缩率、抗干扰能力强、FLASH 存储器、开发方便以及性价比高等优点, 因此使用MCU PIC16F877 作为核心部件,在硬件方面:能够让电路的设计更为简洁、实用,既提高了整个设计的安全性和可靠性,又降低整个系统的功耗;在软件方面:使我们在程序调试、模拟运行方面更容易、更方便快捷。
  关键词:PIC单片机 A/D转换与PC通信
  
  1.要求所设计该数据数采集系统应具有如下功能:
  
  能够对模拟量和开关量进行采集;能够对所采集的数据进行基本数据处理功能;能够将所采集和处理的数据进行LCD显示;能够同上位机PC 机进行通信;具有数/ 模转换功能。
  
  2.设计系统的总体概述(硬件+中心软件)
  
  中心软件的功能
  该中心软件系统是指PC机通过串行端口而对PIC控制的程序设计部分。从PC机发出指令到PIC硬件模板应用程序,相应的其输出数据返回给PC机应用程序,并显示在PC机应用程序设计界面的输入文本框中。其系统整体构成如下:
  
  我们以MSComm控件作为底层接口,在此基础上建立了一个串行通信协议,并实现了发送和接收功能。
  硬件系统设计
  该部分的设计思路主要是利用了PIC单片机内部集成的A/D转换模块,该模块为单片CMOS器件,片内具有锁存功能的8路模拟多路开关,可对8路0~5V的输入模拟电压信号分时进行转换。因而,在该部分电路的设计中,直接利用了PIC芯片的AN0~AN78个引脚直接与外部8路模拟量输入相连,在设计中,为了确保系统性能的精确度和稳定性,加入了下拉电阻光电耦合器。
  
  应用
  在工业生产中,数据采集系统应用广泛,各类传感器、变送器与其配合使用,可同时对温度、压力、液位、流量、重量、湿度等工程参数进行测量、显示、报警、控制、变送输出等。例如在农业上为了科学地对土壤进行管理,需要经常测试土壤含水量;在水利工程中,如水文站、堤坝上也需经常测试土壤含水量,因而利用该数据采集系统与湿度传感器通过运算放大电路相连组成一个湿度检测系统,可以使繁琐的湿度测量以及相关复杂的数据处理实现自动化,解决了一大难题。下面是它的结构图。
  
  在工业中生产中,在大型企业中的生产过程自动控制中应用相当广泛,例如,化工厂利用该系统通过计算机来控制物料配比、阀门开关,炼钢厂控制炉温、冶炼等。
  随着PIC单片机的不断发展和微机技术的不断发展,特别是网络技术在测控领域的广泛应用,由PC机和多台单片机构成的测控系统已成为单片机技术发展的一个方向。它结合了单片机在实时数据采集和微机对图型处理、显示的优点。同时WINDOWS环境下后台微机在数据库管理上具有明显的优势。二者结合,使得单片机的应用已不仅仅局限于传统意义上的自动监测或控制,而形成了以网络为核心的分布式多点系统发展的趋势。
  因此,我们相信,基于PIC单片机种种优点,它的应用将会越来越广泛,利用它所设计的各种系统将有着更大的应用前景。
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