机务设备检修数据采集系统设计1

兰州交通大学课程设计论文目录1、概述............................................................................................................................................11.1开关量的采集..................................................................................................................11.2数字量采集与处理.........................................................................................................11.3模拟量的采集..................................................................................................................22、温度传感器的选择.....................................................................................................................33、单片机硬件电路的设计.............................................................................................................43.1AT89C51与存储器芯片的扩展........................................................................................43.1.1AT89C51芯片的性能及特点................................................................................43.1.2拓展芯片6116的性能及特点........................................................................73.1.3AT89C51与存储器芯片6116的扩展............................................................83.2多路开关选择....................................................................................................................83.3A/D转换器电路的设计.....................................................................................................93.4MAX232实现串行通信..................................................................................................94、系统软件的设计.....................................................................................................................114.1系统主程序....................................................................................................................114.2模拟量采集程序.............................................................................................................124.3开关量采集程序............................................................................................................124.4脉冲量采集程序..............................................................................................................135、小结........................................................................................................................................14参考文献：....................................................................................................................................15兰州交通大学课程设计论文1机务设备检修数据采集系统设计1、概述机务设备数据采集是机务设备数据采集与通讯系统的重要组成部分,它与系统硬件相配合,对机务段检修设备的工作进行准确的检测和数据处理,并把检测数据及时送监控计算机,进入数据库,进行统计、打印和归档,既为保证检修质量提供了可靠依据,同时也为机务段加强科学管理、提高经济效益、减少物料和工时浪费、提高检修效率提供了科学手段和工具。本次课程设计的主要内容在于进行机务设备检修数据处理功能模块的设计，其主要功能在于数据采集，包括8路开关量、8路模拟量、1路脉冲量的数据采集。设计原理：根据任务书中提供的数据进行分析和计算，选择合适的单片机芯片组成测试、通讯系统，选用A/D转换器、信号调理电路、锁存器、多路开关选择器等元件。模拟量的采集需要用传感器对实际物理量进行采集，转换成相关的电压或者电流，经过A/D转换器后输出对应数字量，进入单片机处理并保存在扩展的存储器中；数字量的采集需进行隔离放大之后将信号输入单片机处理并保存；脉冲量的采集需对信号进行防抖、放大处理，使输入信号转换成相应的TTL电平。根据连接成型的硬件元件图进行软件设计，分配口地址并给出每个功能模块相应的程序段。1.1开关量的采集开关量采集包括事件顺序记录（SOE）型开关量和普通型开关量两种。SOE型开关量信号指事故信号、断路器分合及重要继电保护的动作信号。监控系统采用中断方式迅速响应这些信号并进行记录优先传递。普通型开关量信号是指除SOE型开关量信号以外的那部分开关量信号，包括各类故障信号、隔离开关的位置信号、设备运行状态信号、手动自动方式选择的位置信号等。监控系统对这些信号的采集为扫查方式。对开关量信号的处理包括光电隔离、硬件及软件滤波、基准时间补偿、数据有效性合理性判断、启支相关量处理功能（如启支事件顺序记录、发事故报警、画面自支推出以及自支停机等），最后经格式经处理后存入实时数据库。1.2数字量采集与处理数字量信号主要指水位等BCD码输入量。采用多点开关量并行采集，兰州交通大学课程设计论文2然后转换为相应模拟量数值。对数字量的处理包括光电隔离、数字滤波、码制变换、数据有效性合理性判断、标度变换等，以格式化处理后存入实时数据库。1.3模拟量的采集模拟量分为电气模拟量、非电气模拟量及温度量。对模拟量信号的处理包括回路断线检测、数字滤波、误差补偿、数据有效性合理性判断、标度换算、梯度计算、越复限判断及越限报警，最后经格式化处理后存入实时数据库。数据采集系统一般由数据输入通道、数据存储与管理、数据处理、数据输出及显示这五个部分组成。输入通道要实现对被测对象的检测、采样和信号转换等工作。数据存储与管理要用存储器把采集到的数据存储起来，建立相应的数据库，并进行管理和调用。数据处理就是从采集到的原始数据中，删除干扰噪声、无关信息和不必要的信息，提取出反映被测对象特征的重要信息。另外，就是对数据进行统计分析，以便于检索；或者把数据恢复成原来的物理量形式，以可输出的形态在输出设备上输出，如打印、显示、绘图等。在这个过程中主要用到信息采集板，信息采集板包括CPU、RS232讯通接口、RS485通讯网络接口等，信号采集获得开关量和经过标准化处理的传感器信号，进行信号采集，并经过数学处理，然后进行图文显示、储存和网络通讯。系统硬件总体框图如图1所示：图1系统硬件总体框图AT89C51并行接口芯片隔离电路脉冲量开关量A/D转换多路开关传感器信号调理LED显示器矩阵键盘兰州交通大学课程设计论文32、温度传感器的选择传感器是感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用于输出的信号的器件或装置实现测量和控制的首要环节，是测控系统的关键部件。如果没有传感器对原始被测信号进行可靠的捕捉和转换，测量和控制的任务都无法实现，因此我们需要对传感器和信号处理电路有一个比较清楚的认识，并掌握传感器的使用和信号调理电路。在这个模块设计过程中，选择K型热电偶传感器来测量温度，K型热电偶作为一种温度传感器，K型热电偶通常和显示仪表，记录仪表和电子调节器配套使用。K型热电偶可以直接测量各种生产中从0℃到1300℃范围的液体蒸汽和气体介质以及固体的表面温度。K型热电偶通常由感温元件、安装固定装置和接线盒等主要部件组成。k型热电偶是目前用量最大的廉金属热电偶，其用量为其他热电偶的总和。K型热电偶丝直径一般为1.2～4.0mm。正极（KP）的名义化学成分为：Ni：Cr=92：12，负极（KN）的名义化学成分为：Ni：Si=99：3，其使用温度为-200~1300℃。K型热电偶不能直接在高温下用于硫，还原性或还原，氧化交替的气氛中和真空中，一般不用于弱氧化气氛。热电偶测温必须由热电偶、连接导线及显示仪表三部分组成。图2是最简单的热电偶测温示意图。图2热电偶温度计示意图按图2组成的热电偶蕊及测温电偶丝1，如果将热电偶的热端加热，使得冷、热两端的温度不同，则在该热电偶回路中就会产生热电势，这种物理现象就称为热电现象(即热电效应)。在热电偶回路中产生的电势由温差电势和相接触电势两部分组成接触电势：它是两种电子密度不同的导体相互接触时产生的一种热电势。当两种不同的导体A和B相接触时，假设导体A和B的电子密度分别为Na和Nb并且NaNb，则在两导体的接触面上，电子在两个方向的扩散率就不相同，由导体A扩散到导体B的电子数比从B兰州交通大学课程设计论文4扩散到A的电子数要多。导体A失去电子而显正电，导体B获很电子而显负电。因此，在A、B两导体的接触面上便形成一个由A到B的静电场，这个电场将阻碍扩散运动的继续进行，同时加速电子向相反方向运动，使从B到A的电子数增多，最后达到动态平衡状态。此时A、B之间也形成一电位差，这个电位差称为接触电势。此电势只与两种导体的性质相接触点的温度有关，当两种导体的材料一定，接触电势仅与其接点温度有关。温度越高，导体中的电子就越活跃，由A导体扩散到B导体的电子就越多，致使接触面处所产生的电场强度越高，因而接触电势也就越大。这样将1产生的温差热电势通过连接导线2在显示仪表3中显示出来。3、单片机硬件电路的设计3.1AT89C51与存储器芯片的扩展3.1.1AT89C51芯片的性能及特点该系统采用的是AT89C51，