单片机数据采集系统.doc

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1、基于AT89S51单片机的多路数据采集系统设计题目：机床噪咅分析，测一处振动，一处噪咅，最高振动频率成份为4000Hz,噪咅截止频率5000Hz。采用MCS-51系列单片机为控制核心，设计数据采集系统，完成下而具体工作：1.确定数据采集系统的基本参数，包括最高采集频率、分辨率、预计采集点数（长度）、通道数等。（分辨率是信号频率的5-10倍）2.选择合适的传感器及测量装置。3.确定A/D具体参数，包括电压转换范围、位数等，选择A/D芯片型号。4.画出数裾采集系统电气原理图。5.简要整理设计说明书。一总体方案单八机控制的多路数据采集系统使用非常方便、性能优

2、越、运行可靠、广泛地应用于各行各业。本文利用AT89S51单片机没计了一个基于操作的便捷、参数敏感度、降低成本等条件，确定噪音参数、振动参数为最基本的监测参S多路数据采集系统。着重介绍该系统的特点及实现方法。本设计采用单片机作为控制来构成多路数据采集系统，并完成了软硬件的设计。系统通过多路模拟开关采集多路数据，使其通过多路模拟转换开关,把采集到的多路模拟信号经过放大、采样保持、A/D（AnalogtoDigitalConverter,模数转换器）转换电路转换成数字信号，输入单片机进行处理，处理后发出的数字信号经过D/A（DigitaltoAnalogC

3、onverter,数模转换器）转换电路转换成模拟信号显示。从而达到采集数据目的。整个系统的设计包括硬件设计和软件设计两部分。硬件设计主要完成多路数据采集整个硬件电路及T/0接口的设计：包括模拟多路开关电路、运算放大电路、采样保持电路、A/D转换电路、硬件和单片机的连接电路、数模转换电路、转换开关保护电路等组成：软件设计主要完成控制整个系统的应用程序与调试。包括主程序、A/D和D/A转换程序、多路开关控制以及1/0接口控制等程序的设计。系统总框阁如阁1所示。压电式振动传感器—►压电式传卢传感器多路模拟开关路转换开关■>―示波器閔1数据米集系统的构成二.数

4、据采集系统构成2.1确定数据采集系统的基本参数2.1.1数据釆集系统的要求分析为了更好的测一处的振动及一处的噪咅，确定系统的主要要求为：(1)等时间间隔采样等时间间隔是信号分析的基础，指的是一路信号，他们之间的间隔时间都相同，为了做傅立叶变换的需要，以便于在频域内进行分析。(2)高频采样高频振动信号的采集以便于做结构振动的分析，对于结构振动在做谱分析吋，有效成分在高频部分，因此需要进行高频采样，而针对本次设计的要求为高频采样(3)多路指多路信号的采集，以便于多种诊断信息的融合。(4)性价比高目前的数据采集领域的数据采集器，从性价比考虑皆不完全符合，因此

5、系统不仅仅在性能上完全满足要求，而且在价格上还要低廉。确定最高采集频率5000Hz、分辨率12(bits)、预计采集点数:4、通道数：1。2.2传感器的选型及测量装置传感器是新技术革命和信息社会的重要技术基础，现代科技的开路先锋。传感器技术是一项当今世界令人瞩目的迅猛发展起來的高新技术之一，也是当代科学技术发展的一个重要标志，它与通信技术、计算机技术构成信息产业的三大支柱之一。如果说计算机是人类大脑的扩展，那么传感器就是人类五官的延伸。为了不使“大脑发达、五官不灵”这种情况发生，本课题利用了多种传感器来摄取被测量的信号，以便获得更多的信息。下面将分别介

6、绍这两种传感器。CA-YD-106型压电式加速度传感器，用于振动信号的获取。此传感器当压电加速度传感器感受加速度后，即输出与加速度成正比的电荷量。压电式传感器输出的是微弱的电信号，耑要将之放大。电荷放大器是一个具有深度负反馈的高增益的放大器，它能得到与输入电荷成比例的电压输出。压电式传声器用于噪音信号的获取包含一个因机械变形而产生电压的传感器元件。在低于元件共振频率的范围内，电压与位移成正比。幅频特性平直部分的频率范围约为10Hz〜20kHz。测量方式：电测法是将机械振动、噪音参数通过传感器变为电延，然后对电量进行测定与分析，从而获得被测机械振动量、噪

7、音量的各种参数值。2.3A/D转换选型2.3.1A/D转换的基本原理在A/D转换器中，因为输入的模拟信号在时间上是连续的而输出的数字信号是离散的，所以转换只能在一系列选定的瞬间对输入的模拟信号取样，然后再把这些取样伉转换成输出的数字量。因此，A/D转换的过程是首先对输入的模拟电压信号取样，取样结束后进入保持时间，在这段时间内将取样的电压量化为数字量，并按一定的编码形式给出转换结果。然后，再开始下一次取样。2.3.2模数转换芯片选择A/D转换器是数据采集系统的关键器件，选择A/D转换器时，要根据系统采集对象的性质来选择其类型。系统A/D通道方案的确定在数

8、据采集中，要采集多个模拟信号，而且采集要求不尽相同。因此，系统的数据输入通道方案多种多样，应该