基于单片机的多功能参数检测系统

基于单片机的多功能参数检测系统

国内外现状：
数据采集系统，从某种意义上来说，是用计算机控制的多路数据自动检测或循环检测的、能够对数据实行存储、处理、分析计算以及从检测的数据中提取有用的信息，并能够供显示、记录、打印功能的系统。在过去的几十年里，随着信息领域技术的发展，数据采集方面的技术也取得了很大的进步，采集数据的信息化是目前社会的发展主流方向。许多领域都用到了数据采集，在地质勘探、科学实验、工业生产过程、日常生活等领域已得到应用。
温度、压力、流量、液位是工业生产过程中常见的参数，也是数据采集系统中主要采集的物理量。
20世纪 50 年代，数据采集装置开始出现。以美国研制的数据采集测试系统为代表，该系统主要应用于军事领域。该数据采集装置在使用中不依靠相关的测试文件，可以由对该数据采集装置不是十分熟悉的人员进行操作。装置灵活性好，并且可以自动规划完成采集任务。同时使得很多传统方法无法完成的采集任务得以解决，并得到初步认可。20世纪 70 年代后期，伴随微型计算机的出现与发展，采集器和控制计算机一体化的数据采集装置也随之出现。80 年代随着计算机的普及应用，数据采集系统得到了极大的发展，开始出现了通用的数据采集与自动测试系统。20世纪 90 年代至今，在国际上技术先进的国家，数据采集技术已经广泛应用于军事、航空航天和工业领域。由于集成电路制造技术的不断提高，出现了高性能、高可靠的单片数据采集系统（DAS）。目前有的DAS产品精度已达到16位以上，采集速度每秒达到几十万次以上。数据采集系统已成为一种专门的技术，在工业领域得到了广泛的应用。

设计的目的、要求：
目的是设计一个基于单片机的多功能参数检测系统，主要是实现温度、压力、流量、液位的实时检测，并具备显示和超限报警提示功能。其基本要求如下：
1、检测功能：通过按键切换，实现手动或自动测量温度、压力、流量、液位，变送器输出信号4~20mA；
2、显示功能：单独或轮流显示上述四个参数的测量值；
3、报警功能：当实际测量值高于预设上限值或低于预设下限值时，声光报警。

调研情况：
根据课题内容与要求，利用学校图书馆的数字电子期刊资源，如中国知网、万方数据库等，主要开展了对本课题相关的资料检索、学习工作。收集、参考的主要文献如下：
张丽君、王慕坤的《智能超声波水流量计的研制》一文依据超声渡时差法测量原理，提出了一种智能超声波流量计的设计方案，采用软件校正设计和有效硬件电路设计，满足了城市供水系统中大流量计量的准确度要求。
罗文毅、俞宁的《智能化超声波液体流量计的研制》一文介绍了一种利用多单片机系统设计的时差法智能超声波液体流量计的原理，以及系统的硬件的构成和软件流程图，重点介绍了超声波换能器接收回波的判别处理方法以及时差的计量。
陈敏锐、张捷的《一种基于单片机的压力检测系统》一文给出了系统的结构。用压力传感器测量压力，并将测量的信号输入放大器，然后送至A／D转换器，A／D转换器将输入的模拟信号转换为数宇信号送至单片机。单片机根据已编制好的程序，对压阻元件非线性测量误差进行修正并对修正后的数据进行处理。同时该系统兼具有键盘输入，LED显示与超限报警功能。
陈霞、白小军的《基于单片机的液位监控系统》一文给出的设计方案是利用单片机及其相关硬件来实现的、利用传感器测量液位数据，液位低于用户设定的值时，系统自动打开泵上水；当水位到达设定值时，系统自动关闭水泵。
何凤琴的《基于单片机的陶瓷窑多点温度检测系统》一文给出了多路温度检测系统的组成。测温范围在0—1300℃内，采用K型热电偶测温，可测量16点温度。多路开关选中一路温度信号送入放大电路将信号放大，再将放大的信号送ADC0809进行A／D转换，单片机将转换好的信号送入PC机显示，同时将温度数字信号与温度的临界值进行比较，如果温度持续一段时间超过临界值则报警。
通过对参考资料的学习研究，并经过多次与指导教师沟通和到实验室做验证实验，对本课题的设计要求和设计内容有了比较充分的理解，形成了基本的设计思路。

方案设计：
该系统以单片机作为主控芯片，单片机的型号选择目前主流的8位单片机STC89C52，能够满足系统工作要求。
现场要测量的温度、压力、流量、液位等物理量均为模拟的非电量信号，因此，需要选用对应的传感变送装置，将上述非电量信号变换为4-20mA的标准电流信号，电流信号抗干扰能力强。单片机只能接收数字信号，又因为要测量的模拟量较多，所以必须有A/D转换器，并选用多模拟量输入的ADC0809芯片。ADC0809芯片只能接收电压信号，还需要先将这些电流信号经过电流电压转换电路转换为1~5V标准电压信号，然后再送给A/D转换器，再送给单片机运算处理。
测量结果需要显示，显示器件选择LCD1602控制模块。与LED显示器件相比，LCD可显示字符、数据，能够更好的区分显示的参数内容，显示内容丰富、直观，而且该方式省电。
设置手动/自动选择按键，用来选择是自动还是手动采集四个参数（键按下时为手动，否则为自动）；设置通道选择键，手动选择要采集的是温度、压力、流量、液位中的哪个参数（按键按一次时为温度采集、两次时为压力采集、三次时为流量采集、四次时为液位采集）。
同时，设置声光报警功能，当采集参数的值超过预设上限值或低于预设下限值时蜂鸣器和报警指示灯发生相应的变化，用于提示。
软件编程采用单片机C51编程语言，该语言比汇编语言编程难度低，还可以实现对硬件资源的访问，运行速度能够满足要求，是一种比较理想的方案。
系统组成框图如下：

预期成果：

1、符合课题要求的硬件电路；
2、符合课题要求的程序流程图及程序清单；
3、体现设计思路及设计过程的论文。

工作任务分解，各阶段完成的内容及时间分配：

第1-2周：根据题目、任务要求继续查阅资料，明确要求，完成开题报告；
第3-7周：方案与硬件电路设计、调试；
第8-12周：软件设计、仿真调试；
第13-14周：软、硬件综合调试；
第15-16周：撰写、修改论文、答辩准备。

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