基于51单片机技术的带有无线通信的高精度电压表设计

 基于51单片机技术的带有无线通信的高精度电压表设计

摘要:随着科技和技术的进步,数据采集器的用途也越来越多,但现在多数是有线的数据采集器,但有些场所不适合有线数据采集器的使用,而无线通信数据采集器,具有受环境与地形影响小的特点。本设计介绍了一种基于51单片机技术的带有无线通信的高精度电压表,该设计采用AT89C51处理器作为整个设计的核心控制单元。由于采集到的电压信号较弱需要经运算放大器对信号进行放大,本文采用LM1358对采集到的信号进行放大,经放大处理后的信号为模拟信号不能直接被单片机识别,我们需要将放大得到的模拟信号送到A/D转换芯片 ADS1110 来进行模数转换,转化后的数字量由无线收发模块PTR2000发送和接收,最后将PTR2000接收后的数字信号送到AT89C51进行数据的处理并使用 液晶屏幕LCD1602来显示被测值。而且具有自动根据电压大小转换量程的功能。
关键字:89C51;ADS1110;PTR2000;显示电路;无线通信;
 
 
 
Data acquisition device with wireless communication
Abstract: with the progress of science and technology, data acquisition system used in more and more, but most now is wired data acquisition, but some places not suitable for the use of wired data acquisition, and data acquisition for wireless communication, with little impact on the environment and terrain characteristics. This paper introduces a high precision voltage meter with wireless communication based on 51 single-chip microcomputer technology. The design uses AT89C51 processor as the core control unit of the whole design. Due to the weak voltage signal collected by operational amplifier to amplify the signal, this paper adopts LM1358 on the collected signal amplification, the amplified signal to analog signal can not be directly identification single-chip microcomputer and need to be amplified analog voltage signal sent to analog to digital converter ADS1110 chip to the A / D conversion, converted to digital by the wireless transceiver module PTR2000 to send and receive. Finally, the PTR2000 after receiving the digital signal sent to AT89C51 for data processing and use LCD LCD1602 LCD screen to display the measured value. And has automatic range conversion function.
Key words: 89C51; ADS1110; PTR2000; display circuit;wireless communication; 
 
 
 
 
 
 
 
第一章 绪论 8
1.1带无线通信数据采集器课题的背景及意义 8
1.2带无线通信数据采集器课题研究的内容 8
第二章 带无线通信数据采集系统的总体设计 9
2.1硬件选择论证 9
2.1.1 CPU的选择 9
2.1.2无线通信模块的选择。 10
2.1.3 A/D 转换模块的选择 10
2.1.4 显示模块的选择 11
2.2系统硬件总框图 11
第三章 带无线通信数据采集硬件设计 12
3.1核心控制单元AT89C51最小系统设计 12
3.1.1 AT89C51介绍 12
3.1.2 振荡电路: 15
3.1.3复位电路: 16
3.2  ADS1110模数转换模块 16
3.2.1  ADS1110介绍 17
3.3 PTR2000无线接收模块 19
3.3.1  PTR2000介绍 19
3.4 LCD1602显示模块 22
3.4.1 LCD1602介绍 22
3.5 信号调理电路 25
3.5.1放大电路 25
3.5.2 量程选择电路 26
第四章 带无线通信数据采集软件设计 27
4.1 液晶显示软件设计 27
4.1.1 液晶显示流程图 27
4.1.2 液晶显示软件 27
4.2 A/D转换软件 27
4.2.1 A/D转换流程图 27
4.2.2 A/D转换软件 28
4.3 PRT2000接收软件 28
4.3.1 流程图 28
4.3.2 软件 29
第五章 调试 30
5.1 功能实现与调试 30
5.2 数据测量与比较 30
第六章 总结与致谢 31
6.1 总结 31
6.2致谢 32
参考文献 33
附录 34
1.原理图 34
2.总软件 35
 
 
 
 
第一章 绪论
1.1带无线通信数据采集器课题的背景及意义
    带无线通信的数据采集器在现在有好市场前景。现在的科技和工业的发展越来越快,其中数据采集器的使用在其中起到非常重要的作用。早起的数据采集器是从美国最先开始兴起的,那时的采集器只是开始,随着科技的进步,集成电路的发展,使得元器件的体积越来越小,致使了模块体积的减少,使得现在的电子元器件的体积越来越小。但是一开始,数据采集器都是有线的,这是一个很大的弊端,这使它在有些地方和场合与环境中,让它的功能实现不了。例如环境恶劣的地方。还有当距离很远时,使用有线会大大的增加成本,这时带无线通信的数据采集器就会体现它的好处。无线传输数据使它在环境恶劣的地方也可以工作,而且大大的减少了布线的成本和线的维护成本。
    随着科技、计算机、通信速度的发展,带无线通信的数据采集的应用会越来越广泛,特别是现在,工厂的机械自动化生产,无线通信数据采集器的应用更多。例如我现在所在的公司苏州三星公司,采集的数据很多,有电压、气压、在工、产品的ID等,这些数据都是时时采集,一旦有数据问题设备立刻停止运行。这样会减少事故发生的次数,或减小事故发生时产生的危害,使公司的损失减少到最小,而且保证了我们的人身安全。
其中电压是其中最重要的之一,电压的变化的危害很大。它不仅会使我们的产品损坏,使我们的设备烧毁,而且对我们的人身安全也是极大的安全隐患。而随着单片机、芯片的模块化,现在的带无线通信的数据采集也越来越受到人们的喜爱,数据的高精度测量和无线传输会大大提高生产自动化的产品质量和产品效率,而且成本不高,有利于产品的推广。我将采用16位的数模转换,使其采集的数据具有高精度,使数据精准度大大提高。采用无线接收模块使其具有无线通信的功能,使数据可以无线传输。采用液晶显示器显示采集到的数据,使使用人更直观的看到采集到的数据。这样的产品减少劳动者的工作量,使劳动者工作更快、更省事。
1.2带无线通信数据采集器课题研究的内容
主要研究的内容:
   (1)采集电压信号,测量范围:1mV~2V
(2)量程:200mV,2V
(3)采用液晶,显示范围:十进制数0~19999
(4)测量分辨率:0.1mV(2V档)
(5)测量误差:≤±0.05%±5个字
(6)具有自动校零功能
(7)具有自动量程转换功能
(8)无线通信
我的课题是带无线通信数据采集。该设计采用AT89C51微处理器作为整个设计的核心单元。数据采集的是电压,而且要求精度很高,测量分辨率在2V档时为0.1mV,因此我采用16位A/D转换器ADS1110,A/D转换器与单片机相连,实现电压的转化,满足高精度的要求。无线通信模块是最重要的,我将采用PTR2000模块作为数据的传送和接收,该器件采用抗干扰能力较强的FSK调制/解调方式,所需要的构成电路的元器件较少,方便我们的设计。这个模块集成了很多的功能,功耗极低,有高频接收,能更好的接收数据,这些优点使得PTR200模块非常适合本次的毕业设计。它能较好的发送A/D转换后的数字量和接收它发送的数字量。PTR2000接收到的数字信号由AT89C51处理后,最后由显示器LCD1602显示数据。
 
第二章 带无线通信数据采集系统的总体设计
2.1硬件选择论证  
2.1.1 CPU的选择
选择一:AT89C51,它是美国公司生产的8位单片机,在学校学习时,就有专门学习它的课程,大二时我们学习了单片机应用基础。它是最基础的单片机,其具有低功耗、廉价、功能稳定、结构简单等优点。而且由于8位单片机在速度和功能上可以挑战16位单片机,非常适合本次设计。
选择二:MSP430,MSP430单片机是美国德州仪器(TI)20世纪末开始生产的单片机,其在51单片机的基础上具有更加强大的功能,它是16位单片机。其具有超低功耗、接口更多、功能强大、处理速度快等特点,但其价格较高,我们不仅要从零学习其的使用,它的结构很复杂,学习起来较慢,而且其强大的功能在这里使用有很大浪费。
综上所述:我选择AT89C51作为本次设计的核心控制单元。
2.1.2无线通信模块的选择。
选择一:基于PTR2000的模块
其是收发一体的模块,它的工作频率为433MHZ,它的工作电压是2.7V,有时电流仅为8uA,这使它的功率很小。采用了低发射,使其传输距离远、该器件采用FSK调制/解调方式,使其抗干扰能力较强,具有这些优点的PTR200非常适合于本次带无线通信的数据采集器的产品的设计。
选择二:基于cc2540的模块
它是美国德州仪器生产的低功耗蓝牙,具有 USB 的蓝牙智能无线 MCU。其具有超低功耗,可以工作一年以上。还有完整的无线射频功能,而且是领先的无线射频效能,最高达+97dB,使其传输距离在100m以内,工作频率是2.4G。
综上所述:我选择基于PTR2000的模块。
参考文献
[1] 王静霞 单片机应用技术[M]北京:电子工业出版社,2014.5
[2] 胡宴如 模拟电子技术[M]北京:高等教育出版社,2013.7
[3] 彭伟.单片机C语言程序设计实训100例.电子工业出版社,2009
[4] 赵建领.51单片机开发与应用技术详解[M]北京.电子工业出版社,2009。
 

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