一种基于mcu的微型数据采集系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于电力电子检测应用技术领域，尤其涉及一种基于MCU的微型数据采集系统，该采集系统采用串行接口的FLASH储存方式大幅提高读写速率，有效增加系统可靠性，降低系统体积。
【背景技术】
[0002]随着计算机的广泛应用和电子技术的发展，数字技术被广泛应用于国民经济、国防建设与科学实验等各个领域。和模拟系统相比，数字系统有精度高、稳定性好等一系列优点，但有个缺点就是其只能处理离散信号。外界各种被检测量如温度、压力、位置等，要通过各种类型传感器转换成电压、电流等物理量。因为大部分传感器输出物理量为模拟量，应而需要转换为数字信号才能被控制器处理。
[0003]随着工业现场控制对参数实时性要求的提高，人们对数据采集及存储系统的精度、容量、功耗及抗干扰性等都有了更高的要求，因此各种高性能MCU及外部存储器纷纷出现。随着SOC (system on chip)技术的发展，越来越多地要求将各种功能集于一体，一些知名厂商纷纷推出嵌入式SOC芯片。将A/D，D/A功能集成在MCU上，其最大优点是简化了系统外围电路设计，降低系统功耗，系统体积大大缩小。数据存储方式主要有并行存储和串行存储。并行存储较为简单，只是需要较多的数据线与地址线，还可能要加锁存器，使系统连线变得复杂，传输数据的各个位必须处于一个时钟周期内的相同位置，频率越高，对器件的传输性能和电路结构要求越严格，系统设计难度加大，系统成本提高，可靠性降低。现在越来越多的使用串行方式存储数据。
【实用新型内容】
[0004]针对上述现有技术存在的缺陷和不足，本实用新型的目的在于，提供一种基于MCU的微型数据采集系统，本实用新型的数据采集系统结构简单、节能低耗，采用串行接口的FLASH储存方式大幅提高读写速率，有效增加系统可靠性，降低系统体积，同时实现USB通讯和基于Labview的图形化数据显示。
[0005]为了实现上述任务，本实用新型采用如下的技术解决方案:
[0006]一种基于MCU的微型数据采集系统，其特征在于，包括信号预处理电路、电源及监测电路、A/D转换、微处理器MCU、外部存储器和数据通讯接口 ；被测信号通过信号预处理电路和A/D转换输送到微处理器MCU，所述的电源及监测电路与信号预处理电路、A/D转换和微处理器MCU相连，电源及监测电路为系统提供+3.3V稳定工作电压，所述的外部存储器与微处理器MCU相连，所述的微处理器MCU通过数据通讯接口与上位机相连；所述的微处理器MCU采用C8051F系列单片机作为核心处理器，完成对被测信号处理、转换和采集；所述的外部储存器采用带SPI接口的外部存储器。
[0007]该基于串行储存方式的微型数据采集系统中的信号预处理电路包括LM2904型双运算集成放大芯片、IkD电阻(Rl)、91kD电阻(R4)、0.0OlnF电容(C4)和10 μ F电容(C2)，所述被测信号通过IkD电阻(Rl)与运算放大器LM2904的正相输入端(4)连接，所述运算放大器LM2904的反相输入端(3)通过91k Ω电阻(R4)与运算放大器LM2904的输出端⑴相连，所述的0.0OlnF电容(C4)与91kΩ电阻(R4)并联，所述的LM2904的输出端⑴通过10 μ F电容(C2)与A/D转换接口 Vout相连。
[0008]本实用新型的有益效果是:
[0009]传感器输出的检波信号的变化量一般为1mV?50mV，在进行信号处理前必须将信号加以放大，这样才有利于进行信号处理；隔直分压电路将检波电压信号的直流分量虑去，并将信号的静态工作电平控制在2V左右，使其低于微控制器管脚所能承受的最大电压，保证处理器的正常工作。LM2904是一种双运算集成放大电路，能工作在高达32V宽电压范围，其直流电压增益为100dB，增益带宽积为1.1MHzο LM2904运算放大器采用单电源供电，VCC为电源适配器提供的15V电压，VDD是C8051F340的工作电压3.3V，Vin为检波电压的信号输入接口，Vout为经过信号预处理以后的输出信号。
[0010]信号预处理电路采用LM2904构成同相比例放大运算电路，输入电压通过电阻Rl作用于LM2904的正相输入端，故输出电压与同相。电阻R4跨接在LM2904的输出端和反相输入端，引入了电压串联负反馈。反相输入端通过电阻R3接地，R3为补偿电阻，以保证LM2904输入级差分放大电路的对称性。
[0011]微处理器MCU采用Silicon Labs公司的C8051F系列单片机作为采集电路的主要微控制器。C8051F340器件集成了全速/低速USB功能控制器，用于实现USB接口的外部设备。USB功能控制器(USBO)由串行接口引擎(SIE)、USB收发器(包括匹配电阻和可配置上拉电阻)、lkB FIFO外部存储器和时钟恢复电路组成，不需要外部元件。
[0012]该基于串行储存方式的微型数据采集系统结构简单、节能低耗，采用串行接口的FLASH储存方式大幅提高读写速率，有效增加系统可靠性，降低系统体积。
【附图说明】
[0013]以下结合附图和【具体实施方式】对本实用新型作进一步的解释说明。
[0014]图1是该微型数据采集系统结构图；
[0015]图2是该系统的微型处理器MCU硬件结构图；
[0016]图3是该系统的信号预处理电路图；
[0017]图4是该系统的软件总体流程图。
【具体实施方式】
[0018]图1是该微型数据采集系统结构图，基于串行储存方式的微型数据采集系统包括信号预处理电路、电源及监测电路、A/D转换、微处理器MCU、外部存储器和数据通讯接口 ；所述的被测信号通过信号预处理电路和A/D转换输送到微处理器MCU，所述的电源及监测电路与信号预处理电路、A/D转换和微处理器MCU相连，电源及监测电路为系统提供+3.3V稳定工作电压，所述的外部存储器与微处理器MCU相连，所述的微处理器MCU通过数据通讯接口与上位机相连；所述的微处理器MCU采用C8051F系列单片机作为核心处理器，完成对被测信号处理、转换和采集；所述的外部储存器采用带SPI接口的外部存储器。
[0019]图2是该系统的微型处理器MCU硬件结构图，系统选择Silicon Labs公司的C8051F系列单片机作为采集电路的主要微控制器。C8051F系列单片机是集成的混合信号片上系统，具有与MCS-51内核及指令集完全兼容的微控制器，除了具有标准8051的数字外设部件外，片内还集成了数据采集和控制系统中常用的模拟部件和其他数字外设及功能部件。C8051F系列单片机的功能部件包括模拟多路选择器、可编程增益放大器、ADC、DAC、电压比较器、电压基准、温度传感器、SMBus/I2C、UART, SP1、可编程计数器/定时器阵列(PCA)、定时器、数字I/O 口、电源监视器、看门狗电路WDT和时钟振荡器。这种芯片先进的数一模混合信号处理的IC工艺，显著地提高了信号处理速度和精度，其系列产品的高性能让使用者更灵活地对芯片编程。该系列单片机是真正能独立工作的片上系统。CPU有效地管理模拟和数字外设，可以关闭单个或全部外设以节省功耗。
[0020]图3是该系统的信号预处理电路图，信号预处理电路包括LM2904型双运算集成放大芯片、IkQ电阻(Rl)、91kQ电阻(R4)、0.0OlnF电容(C4)和1yF电容(C2)，所述被测信号通过IkQ电阻(Rl)与运算放大器LM2904的正相输入端(4)连接，所述运算放大器LM2904的反相输入端(3)通过91k Ω电阻(R4)与运算放大器LM2904的输出端⑴相连，所述的0.0OlnF电容(C4)与91k Ω电阻(R4)并联，所述的LM2904的输出端(I)通过10 μ F电容(C2)与A/D转换接P Vout相连。
[0021]图4是该系统的软件总体流程图，本数据采集装置的软件工作过程是:首先是上电开机，单片机发送采集指令后启动A/D转换程序对检波电压进行数据采集，同时将采集数据存储在FLASH中，采集完成后调用USB接口程序将检波电压上传至PC终端，LabVIEW终端处理程序通过读取USB接口数据实现存储和波形显示。
[0022]除了上述以外本实用新型所属技术领域的普通技术人员也都能理解到，在此说明和图示的具体实施例都可以进一步变动结合。例如，可以将C8051F系列微控制器MCU更换为其它类型的如英飞凌XD512系列MCU。
[0023]虽然本实用新型是就其较佳实施例予以示图说明的，但是熟悉本技术的人都可理解到，在所述权利要求书中所限定的本实用新型的精神和范围内，还可对本实用新型作出种种改动和变动。
【主权项】
1.一种基于MCU的微型数据采集系统，其特征在于，包括信号预处理电路、电源及监测电路、A/D转换、微处理器MCU、外部存储器和数据通讯接口 ；被测信号通过信号预处理电路和A/D转换输送到微处理器MCU，所述的电源及监测电路与信号预处理电路、A/D转换和微处理器MCU相连，电源及监测电路为系统提供+3.3V稳定工作电压，所述的外部存储器与微处理器MCU相连，所述的微处理器MCU通过数据通讯接口与上位机相连；所述的微处理器MCU采用C8051F系列单片机作为核心处理器，完成对被测信号处理、转换和采集；所述的外部储存器采用带SPI接口的外部存储器。
2.如权利要求1所述的一种基于MCU的微型数据采集系统，其特征在于，所述的信号预处理电路包括LM2904型双运算集成放大芯片、IkD电阻(Rl)、91kD电阻(R4)、0.0OlnF电容(C4)和10 μ F电容(C2)，所述被测信号通过IkD电阻(Rl)与运算放大器LM2904的正相输入端(4)连接，所述运算放大器LM2904的反相输入端(3)通过91kQ电阻(R4)与运算放大器LM2904的输出端⑴相连，所述的0.0OlnF电容(C4)与91kΩ电阻(R4)并联，所述的LM2904的输出端⑴通过10 yF电容(C2)与A/D转换接口 Vout相连。
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于MCU的微型数据采集系统，包括信号预处理电路、A/D转换电路、电源及监测电路、微处理器MCU、外部存储器和数据通讯接口；被测信号通过信号预处理电路输送到微型数据采集系统；所述的上位机通过数据通讯接口与微处理器MCU相连，完成数据的进一步处理和显示；所述的信号预处理电路采用基于LM2904芯片的双运算集成放大电路。该基于串行储存方式的微型数据采集系统结构简单、节能低耗，采用串行接口的FLASH储存方式大幅提高读写速率，有效增加系统可靠性，降低系统体积。
【IPC分类】G05B19-042, G06F17-40
【公开号】CN204463120
【申请号】CN201520024368
【发明人】高飞, 邓柳于勤, 管建娜, 辛策, 苏煜
【申请人】高飞
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年1月14日