引言

在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑、冶金等行業(yè)中由于某些場所物理環(huán)境比較惡劣，不方便人工采集數(shù)據(jù)，但實(shí)際生產(chǎn)又需要實(shí)時(shí)采集處理數(shù)據(jù)以支持后面的生產(chǎn)，因此如何實(shí)現(xiàn)方便快捷的采集數(shù)據(jù)和準(zhǔn)確高效的處理數(shù)據(jù)就成為我們研究的重點(diǎn)，因此本文提出了基于Aduc845 單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

1 總體設(shè)計(jì)

Aduc845 單片數(shù)據(jù)采集最小系統(tǒng)是采集溫度、濕度、光照強(qiáng)度、CO2濃度的采集系統(tǒng)。圖中傳感器電路用來采集四路數(shù)據(jù)；單片機(jī)Ⅰ用來處理和轉(zhuǎn)換傳感器電路的信號和應(yīng)答主機(jī)發(fā)送的命令；單片機(jī)Ⅱ用來發(fā)送采集命令和處理接受的數(shù)字量， 同時(shí)與LCD 顯示電路和存儲(chǔ)器相連對各個(gè)量進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示、儲(chǔ)存并通過通信芯片和PC 機(jī)進(jìn)行通信。

2 電路設(shè)計(jì)

2.1 傳感器電路設(shè)計(jì)

傳感器電路采用TSL2561、DHT11 和基于LM393 的CO2檢測傳感器三個(gè)數(shù)字傳感器分別采集光照強(qiáng)度、溫度和濕度、CO2濃度四路數(shù)據(jù)。此三個(gè)傳感器均為數(shù)字輸出不需要D/A 轉(zhuǎn)換即可與從機(jī)相互應(yīng)答，其靈敏度高，抗干擾能力強(qiáng)，具有快速響應(yīng)的特性并且低功耗、噪音低的特點(diǎn)。因此，本設(shè)計(jì)采用此三種傳感器作為傳感器電路。電路圖如圖2:

2.2 主機(jī)與從機(jī)通信電路設(shè)計(jì)

Aduc845 具有三種串行輸入/輸出接口：通用串行異步接口、串行外設(shè)接口（SPI）和I2C 串行接口。

SPI 允許8 位數(shù)據(jù)同時(shí)同步的發(fā)送和接收，但SPI 引腳和P2 引腳復(fù)用，所以只有SPE 引腳被置位時(shí)，復(fù)用的引腳才有SPI 功能，否則，隨著SPI 被清零，這些引腳將保持標(biāo)準(zhǔn)的P2 功能。

Aduc845 也支持完全的I2C 串行接口， 此接口可配置為軟件主操作和硬件從操作模式。I2C 接口可同時(shí)用作SPI 接口，它可供用戶使用且其不與芯片上使用其它I/O 口復(fù)用， 這就意味著ADuC845 芯片上的I2C 接口和SPI 接口可同時(shí)使用。當(dāng)使用I2C 接口時(shí)，由于他們都使用同一中斷程序，在有中斷產(chǎn)生時(shí)，必須查詢接口以確定是哪一個(gè)接口觸發(fā)職斷服務(wù)程序請求。

由于只有一個(gè)從機(jī)，且P2 引腳用于顯示電路中，所以為了避免引腳復(fù)用，我們采用I2C 接口實(shí)現(xiàn)主從機(jī)的通信，電路圖如圖3:

2.3 顯示電路設(shè)計(jì)

在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中， 通常用LED 顯示器和LCD 顯示器作為顯示電路。LED 顯示器雖然顯示清晰、亮度高、適用電壓低、壽命長，但是其顯示信息簡單。LCD 顯示器體積小，重量輕、功耗低、顯示內(nèi)容豐富。

由于本設(shè)計(jì)顯示信息量較大，所以采用RT-1602C 字符型LCD 液晶顯示器作為顯示電路，電路圖如圖4:

2.4 鍵盤輸入設(shè)計(jì)

非編碼鍵盤有兩種接口方法：一種是獨(dú)立按鍵接口；另一種是矩陣式按鍵接口。

2.4.1 獨(dú)立按鍵接口

在單片機(jī)中，如果所需的按鍵較少，可采用獨(dú)立式鍵盤。每只按鍵接單片機(jī)的一條I/O 線，通過對線的查詢，即可識別各按鍵的狀態(tài)。如圖5 所示。6 只按鍵分別在單片機(jī)的P1.0~P1.3I/O 線上。無按鍵按下時(shí)，P1.0~P1.3 線上均輸入高電平。當(dāng)某按鍵按下時(shí)，與其相連的I/O 線將得到低電平輸入。

2.4.2 矩陣式按鍵接口

在單片機(jī)中需要的按鍵較多時(shí)，通常把鍵排成矩陣形式，這樣可以節(jié)省硬件資源。如對于20 只按鍵接口，如采用按鍵獨(dú)立方式，需要20 個(gè)I/O 口。如采用矩陣式按鍵方式，則只需要9 個(gè)I/O 口。如圖6 所示。單片機(jī)系統(tǒng)中的非編碼式鍵盤程序主要由判別是否有鍵按下子程序、鍵的識別子程序、找到閉合鍵后，讀入相應(yīng)的鍵值，再轉(zhuǎn)到相應(yīng)的鍵處理程序幾個(gè)部分組成。

在該系統(tǒng)中所用到的按鍵有6 個(gè)，所以采取獨(dú)立按鍵接口方式。

2.5 存儲(chǔ)電路設(shè)計(jì)

ADuC845 包含一個(gè)64K 字節(jié)閃速/電擦除程序存儲(chǔ)器， 其中低62K 字節(jié)供用戶使用，可用作程序存儲(chǔ)器或附加NV 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。由于程序存儲(chǔ)器與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器共有64K 其容量顯然對于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)太小，所以我們用兩個(gè)6264 存儲(chǔ)芯片進(jìn)行了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)擴(kuò)展開擴(kuò)大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，設(shè)計(jì)電路如下：

2.6 與PC 機(jī)的通信設(shè)計(jì)

一般的通信方式有并行通信和串行通信兩種。并行通信雖然通信速度快，但是其傳輸信號線多，傳輸距離較遠(yuǎn)時(shí)線路復(fù)雜，成本高；串行通信又分為串行異步通信和串行同步通信兩種，同步方式傳送的位數(shù)多，對發(fā)送時(shí)鐘要求較高，控制線路復(fù)雜，但傳送速度較快；異步傳送的位數(shù)較少，對發(fā)送時(shí)鐘線路和接收時(shí)鐘的要求相對不高，線路簡單，但傳送速度較慢。與我們的設(shè)計(jì)要求相比，我們選擇線路較簡單，對時(shí)鐘要求不高的串行異步傳送方式與PC 機(jī)進(jìn)行通信。電路圖如下：

3 軟件設(shè)計(jì)

整個(gè)系統(tǒng)通過單片機(jī)控制按鍵來決定所要的動(dòng)作，以期獲得所需的主要參數(shù)，系統(tǒng)流程如圖9 所示：

4 總結(jié)

該設(shè)計(jì)最終實(shí)現(xiàn)了對溫度、濕度、光照強(qiáng)度和CO2濃度的四路數(shù)據(jù)采集。該系統(tǒng)采用主從應(yīng)答式對四路數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、顯示和存儲(chǔ)，并通過串行口與PC 機(jī)進(jìn)行通信，通過PC 機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分析處理。該系統(tǒng)分辨率高，噪音低，克服了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的不足。