課程設計--機務段設備管理信息系統(tǒng)

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　一、概述1</b></p><p><b>　　1.1 組成1</b></p><p>　　1.2 系統(tǒng)設計要求1</p><p>　　1.3 任務要求2</p><p>　

2、　二、傳感器的選用2</p><p>　　2.1 鉑電阻Pt1002</p><p>　　2.2 信號調理電路2</p><p>　　三、硬件系統(tǒng)的設計3</p><p>　　3.1單片機AT89C51的性能及特點3</p><p>　　3.2擴展芯片（2764和6264）的性能及特點4</p>

3、<p>　　3.3地址鎖存器選擇5</p><p>　　3.4 開關量的輸入設計7</p><p>　　3.5 脈沖量的輸入設計7</p><p>　　3.6MAX232實現串行通信8</p><p><b>　　四．軟件設計9</b></p><p><b>

4、　　4.1主程序9</b></p><p>　　4.2 模擬量采集程序9</p><p>　　4.3開關量采集程序10</p><p>　　4.4 脈沖量采集程序11</p><p>　　4.5 A/D轉換程序及鍵盤顯示程序11</p><p><b>　　五、小結15</b&g

5、t;</p><p><b>　　參考文獻16</b></p><p><b>　　一、概述</b></p><p>　　機務段現有的檢修設備中，多數設備的電氣控制和監(jiān)控器繁瑣，不能有效地堆顯示和控制設備進行精確地操作，而且大多數設備沒有聯網?！皺C務段設備管理信息系統(tǒng)”使用的各種檢修設備進行信息化改造，對所有檢修數據進行

6、處理并發(fā)送上網，做到無紙</p><p>　　化作業(yè)，保證了檢修數據的科學性和可靠性，并實現了數據共享。改系統(tǒng)對于實機務段的科學管理、保證檢修質量、降低檢修成本都起到了關鍵的作用。</p><p><b>　　1.1 組成</b></p><p>　　設備數據采集部分要求采集的數據分三類：1.開關量的檢測（8 路）；2.脈沖量的檢</p&

7、gt;<p>　　測（1 路）；3.模擬量的檢測（8 路）。信號采集板包括CPU、RS485通訊網絡接口、RS232C通訊接口等，如圖1-1所示。信號采集板獲得開關量和經過標準化處理的傳感器信號，進行信號采集，并進行數學處理，然后進行圖文顯示、儲存和網絡通訊。RS232C通訊接口與有 RS232C通訊協議的LCD液晶漢字圖形顯示器通訊。</p><p>　　圖1.1 設備數據采集通訊顯示裝置主板的組

8、成框圖</p><p>　　1.2 系統(tǒng)設計要求</p><p>　　選用熟悉的單片機型號，組成測試，通訊系統(tǒng)；擴展數據存儲設備，用于</p><p><b>　　存儲檢測</b></p><p>　　量，中間計算結果；選用開關量輸入接口（8 路）；選用不低于十位的A/D轉換器用于模擬量的測量（8路）；脈沖量的輸入根據系

9、統(tǒng)資源情況決定。</p><p><b>　　1.3 任務要求</b></p><p>　　1.進行總體設計，明確各接口設備的地址；</p><p>　　2.畫出系統(tǒng)線路圖，打印圖并交電子文件；</p><p>　　3.編寫數據采集、轉換程序（明確各類數據存儲地址各子程序功能，處、入口參數）；</p>&l

10、t;p>　　4.在介紹總體系統(tǒng)的基礎上著重說明本部分的設計思想、器件的選用、采樣程序說明。</p><p><b>　　二、傳感器的選用</b></p><p>　　2.1 鉑電阻Pt100</p><p>　　電阻式溫度傳感器 (RTD,Resistance Temperature Detector)是一種物質材料做成的電阻,它會隨溫度

11、的上升而改變電阻值,如果它隨溫度的上升而電阻值也跟著上升就稱為正電阻系數,如果它隨溫度的上升而電阻值反而下降就稱為負電阻系數。大部分電阻式溫度傳感器是以金屬做成的,其中以白金(Pt)做成的電阻式溫度傳感器,最為穩(wěn)定，耐酸堿、不會變質、相當線性...,被工業(yè)界采用。</p><p>　　Pt100溫度傳感器是一種以白金(Pt)做成的電阻式溫度傳感器,屬于正電阻系數, 在0～630.750℃溫度范圍內，Pt100的溫

12、度-電阻特性：</p><p>　　Rt = R0（1+at+bt ）</p><p>　　式中：a=3.96847 X 10-3 /℃； b=-5.847 X 10-7 /℃；</p><p>　　Rt為在溫度T下的電阻值；R0為在0℃時的電阻值。</p><p>　　基于以上的分析，故該設計采用性能穩(wěn)定、抗氧化性能強和測量精度高的Pt10

13、0鉑電阻，來實現對工業(yè)現場測點較為準確的測溫。</p><p>　　2.2 信號調理電路</p><p>　　所謂信號調理就是將傳感器（或變速器）所輸出的電信號進行放大、隔離、濾波等，以便數據采集模塊實現對數據的采集。其中傳感器是將被測量（通常為非電量）轉換成電信號的信號轉換元件，然而由于傳感器的電氣特性，其產生的電信號一般不可能直接接入至PC，必須進行調理才能被數據采集設備精確、可靠的采

14、集。一般而言，信號調理是基于PC機的通用數據采集系統(tǒng)不可或缺的組成部分。</p><p>　　圖1.2 0℃~500℃溫度測量電路</p><p><b>　　三、硬件系統(tǒng)的設計</b></p><p>　　3.1單片機AT89C51的性能及特點</p><p>　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存

15、儲器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。AT89C51的邏輯電

16、路如圖3.1所示。</p><p><b>　　1．主要特性：</b></p><p>　　與MCS-51 兼容</p><p>　　4K字節(jié)可編程閃爍存儲器</p><p>　　壽命：1000寫/擦循環(huán)</p><p>　　數據保留時間：10年</p><p>　　全靜態(tài)

17、工作：0Hz-24Hz</p><p>　　三級程序存儲器鎖定 128*8位內部RAM </p><p>　　兩個16位定時器/計數器 可編程串行通道</p><p>　　圖3.1 AT89C51的邏輯電</p><p>　　5個中斷源 低功耗的閑置和掉電模式

18、 片內振蕩器和時鐘電路 </p><p><b>　　2管腳說明：</b></p><p>　　VCC：供電電壓。GND：接地。</p><p>　　P0口：P0口為一個8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數據存儲器，它可以被定義為數據/地址的第八位。在

19、FIASH編程時，P0 口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。    P1口：P1口是一個內部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。    

20、; P2口：P2口為一個內部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內部上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內部上拉的緣故。P2口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數據存儲器進行存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內容<

21、;/p><p>　　P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下所示：P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4 T0（記時器0外部輸入）P3.5 T1（記時器1外部輸入）P3.6 /WR（外部數據存儲器寫選通）P3.7 /RD（外部數據存儲器讀選通）P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。&

22、lt;/p><p>　　3.2擴展芯片（2764和6264）的性能及特點</p><p>　　讀方式是 2764A 通常使用的方式，此時兩個電源引腳VCC 和VPP 都接至+5 V，PGM接至高電平，當從2764A的某個單元讀數據時，先通過地址引腳接收來自CPU的地址信號， 然后使控制信號和CE、OE 都有效，于是經過一個時間間隔，指定單元的內容即可讀到數據總線上。下圖3.2是2764ROM電

23、路連接原理圖。</p><p>　　圖3.2 2764連接原理圖</p><p>　　6264的容量為8KB，是28引腳雙列直插式芯片，采用CMOS工藝制造。</p><p>　　A12～A0（address inputs）：地址線，可尋址8KB的存儲空間。</p><p>　　D7～D0（data bus）：數據線，雙向，三態(tài)</p

24、><p>　　（output enable）：讀出允許信號，輸入，低電平有效。</p><p>　?。╳rite enable）：寫允許信號，輸入，低電平有效。</p><p>　?。╟hip enable）：片選信號1，輸入，在讀/寫方式時為低電平。</p><p>　　CE2（chip enable）：片選信號2，輸入，在讀/寫方式時為高電平

25、。</p><p>　　VCC：+5V工作電壓。</p><p><b>　　GND：信號地。</b></p><p>　　3.3地址鎖存器選擇</p><p>　　選用74LS373鎖存器，373 的輸出端 O0~O7 可直接與總線相連。當三態(tài)允許控制端OE 為低電平時，O0~O7 為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅動負載或總線

26、。當 OE 為高電平時，O0~O7 呈高阻態(tài)，即不驅動總線，也不為總線的負載，但鎖存器內部的邏輯操作不受影響。當鎖存允許端 LE 為高電平時，O 隨數據 D 而變。當 LE 為低電平時，O 被鎖存在已建立的數據電平。當 LE 端施密特觸發(fā)器的輸入滯后作用，使交流和直流噪聲抗擾度被改善 400mV。</p><p>　　圖3.3 74LS373 管腳圖</p><p><b>　

27、　引出端符號：</b></p><p>　　D0～D7 數據輸入端</p><p>　　OE 三態(tài)允許控制端（低電平有效）</p><p><b>　　LE 鎖存允許端</b></p><p><b>　　O0～O7 輸出端</b></p><p>　　3.3 A

28、/D 轉換器選擇</p><p>　　AD574A是美國模擬數字公司（Analog）推出的單片高速12位逐次比較型A/D轉換器，內置雙極性電路構成的混合集成轉換顯片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特點，并且具有自動校零和自動極性轉換功能，只需外接少量的阻容件即可構成一個完整的A/D轉換器，其主要功能特性如下：</p><p><b>　　分辨率：12位</b><

29、;/p><p>　　非線性誤差：小于±1/2LBS或±1LBS</p><p><b>　　轉換速率：25us</b></p><p>　　模擬電壓輸入范圍：0—10V和0—20V，0—±5V和0—±10V兩檔四種</p><p>　　電源電壓：±15V和5V</p&g

30、t;<p>　　數據輸出格式：12位/8位</p><p>　　芯片工作模式：全速工作模式和單一工作模式</p><p>　　AD574A的引腳說明： </p><p>　　圖3.4 AD574A 引腳圖</p><p>　　AD574A的接口電路下圖3.

31、5是8051單片機與AD574A的接口電路，其中還使用了三態(tài)鎖存器74LS373和74LS00與非門電路，邏輯控制信號由(、和A0)有8051的數據口P0發(fā)出，并由三態(tài)鎖存器74LS373鎖存到輸出端Q0、Q1和Q2上，用于控制AD574A的工作過程。AD轉換器的數據輸出也通過P0數據總線連至8051，由于我們只使用了8位數據口，12位數據分兩次讀進8051，所以接地。當8051的p3.0查詢到STS端轉換結束信號后，先將轉換后的12位

32、A/D數據的高8位讀進8051，然后再將低4位讀進8051。這里不管AD574A是處在啟動、轉換和輸出結果，使能端CE都必須為1，因此將8051的寫控制線和讀控制線通過與非門74LS00與AD574A的使能端CE相連。</p><p>　　圖3.5 8051單片機與AD574A的接口電路圖</p><p>　　3.4 開關量的輸入設計</p><p>　　對開關

33、量的采集電路相對比較簡單，因為開關量的狀態(tài)只有0和１兩種，所以只要用一個單片機的并口就可以了，這里用的是P1口。 </p><p>　　3.5 脈沖量的輸入設計</p><p>　　脈沖量經光電耦合器去除干擾后送入AT89C51單片機。脈沖量的輸入電路如圖3.6所示：</p><p>　　圖3.6 脈沖量的輸入電</p><p>　　3.6M

34、AX232實現串行通信</p><p>　　此本系統(tǒng)采用美國電子工業(yè)協會EIA制定的串行總線的物理接口標準RS-232-C，其邏輯電平對地是對稱的，采用負邏輯。完全與TTIMOS電平不同。邏輯0電平規(guī)定為+5V～+15V之間，邏輯1規(guī)定為-5V～-15V之間，因此RS -232C驅動器與T'IZ,電平連接必須經過電平轉換。該標準最大傳輸率是20Kb/s，最大傳輸距離為1 s/m。</p>

35、<p>　　此本系統(tǒng)采用MAX232芯片進行RS-232-C和TTL之間的電平轉換。MAX232線路驅動器接收器適用于噪聲嚴重環(huán)境下的RS-232通信，它有2個驅動器和2個接收器，每個發(fā)送器的輸入和接收器的輸入無需封閉均可抗士15kV的靜電放電沖擊。通訊電路。其“R1 OUT”和“T l IN”分別接在AT89C51的RXD和TXD腳上。</p><p>　　圖3.7 MAX232的接線圖</p&

36、gt;<p>　　圖3.7 MAX232的接線圖。</p><p><b>　　四．軟件設計</b></p><p><b>　　4.1主程序</b></p><p>　　圖4.1 主程序流程圖</p><p>　　4.2 模擬量采集程序</p><p>　　8

37、路的模擬量采集系統(tǒng)，由單片機AT89C51，8路模擬開關DG508、模數轉換器AD1674完成數據的采集及轉換。模擬量的采集流程圖如圖4-2所示。</p><p>　　圖4.2 模擬量的采集流程圖</p><p>　　4.3開關量采集程序</p><p>　　開關量的采集流程圖如圖4-3所示：</p><p>　　圖4. 3 開關量的采集流

38、程圖</p><p>　　CJKGL: NOP ;延時</p><p>　　CLR EA ;關中斷</p><p>　　MOV DPTR,#BF00H ；數據指針指向BF00H</p><p>　　CLR C ;計數

39、器置0</p><p>　　MOVX A, @DPTR ;DPTR所指地址中的數送A中</p><p>　　MOV 03H, A ;A中的數放入內部RAM中</p><p>　　RLC A ;循環(huán)左移，</p><p>　　JC PDIKG

40、 ;有進位則到PDIKG</p><p>　　PDIKG: RLC A </p><p>　　JC PDIKG </p><p>　　SETB 03H </p><p>　　LJMP PDIKG </

41、p><p>　　4.4 脈沖量采集程序</p><p>　　由于脈沖量可以直接被單片機識別，所以不需要任何轉換環(huán)節(jié)，僅需要進簡單的隔離處理即可進入單片機。其處理程序如下，</p><p>　　PAUSEE0:JNB P3.2, PAUSE0 ; 若=0,往下執(zhí)行；</p><p>　　PAUSE1:JB P3.2,PAUSE

42、 ; 若=1,不往下執(zhí)行；</p><p>　　RET ; 返回主程序執(zhí)行下一條指令；</p><p>　　4.5 A/D轉換程序及鍵盤顯示程序</p><p>　?。?） A/D轉換程序</p><p>　　ORG 0000H

43、 </p><p>　　SJMP MAIN</p><p>　　MAIN: MOV A,#00H</p><p>　　MOV 40H,A</p><p>　　MOV 41H,A</p><p>　　MOV 42H,A</p><p>　　START: LCALL AD

44、</p><p>　　LCALL DISP</p><p>　　SJMP START</p><p>　　AD: MOV R0，#0FCH</p><p>　　MOVX @R0，A</p><p>　　WAI0： JB P2.3，WAI0</p><p><b&g

45、t;　　INC R0</b></p><p><b>　　INC R0</b></p><p>　　MOVX A,@R0</p><p>　　MOV 30H,A</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　DISP: MO

46、V DPTR,#TAB</p><p>　　MOV A,30H</p><p>　　ANL A,#0F0H</p><p><b>　　SWAP A</b></p><p>　　MOV 42H,A</p><p>　　MOV A,30H</p><p&

47、gt;　　ANL A,#0F0H</p><p>　　MOV 41H,A</p><p>　　MOV A,32H</p><p>　　ANL A,#0F0H</p><p><b>　　SWAP A</b></p><p>　　MOV 40H,A</p>&l

48、t;p>　　D3: A,42H</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p><p>　　MOV P1,A</p><p>　　CLR P3.3</p><p><b>　?。?） 鍵盤程序</b></p><p>　　KST：MOV DPTR，#0040H

49、 </p><p>　　MOV A，#00H</p><p>　　MOVX @DPTR,A</p><p>　　MOV DPTR,#0041H </p><p>　　MOVX A,@DPTR</p><p><b>　　CPL A</b></p>

50、<p>　　ANL A,#0FH</p><p>　　DELAY1: MOV R0,#3</p><p>　　D1: MOV R1,#255</p><p>　　DJNZ R1,$</p><p>　　DJNZ R0,D1</p><p><b>　　RET</b>

51、;</p><p>　　DELAY2: MOV R0,#3</p><p>　　D2: MOV R1,#128</p><p>　　DJNZ R1,$</p><p>　　DJNZ R0,D2</p><p>　　KEY1: ACALL KS1</p><p><b&g

52、t;　　JNZ LK1</b></p><p>　　ACALL DELAY1</p><p>　　AJMP KEY1</p><p><b>　　JNZ LK2</b></p><p>　　ACALL DELAY2</p><p>　　AJMP KEY1<

53、/p><p>　　LK4: MOV DPTR,#0041H</p><p>　　MOV A,R2</p><p><b>　?。?） 顯示器程序</b></p><p>　　DIR: MOV DPTR,#0040H</p><p>　　MOV A,#4EH</p>&

54、lt;p>　　MOVX @DPTR,A</p><p>　　MOV R0，#DISBUF</p><p>　　MOV R5，#0FEH</p><p>　　MOV R4，#4</p><p>　　DIR1：MOV A,#40H</p><p>　　MOV DPTR,#0403H</p

55、><p>　　MOVX @DPTR,A</p><p>　　DIR0: MOV A,@R0</p><p>　　MOV DPTR,#TAB</p><p>　　MOVC A,@A+DPTR</p><p>　　MOV DPTR,#0402H</p><p>　　MOVX @

56、DPTR,A</p><p><b>　　RL A</b></p><p>　　MOV R5，A</p><p>　　LCALL DELAY</p><p><b>　　INC R0</b></p><p>　　DJNZ R4，DIR0</p>

57、<p><b>　　RET</b></p><p>　　DELAY: MOV R7,#3</p><p>　　DELAY1: MOV R6,#255</p><p>　　DJNZ R6,$</p><p>　　DJNZ R7,DELAY1</p><p><b

58、>　　RET</b></p><p>　　TAB: DB 3FH, 06H, 5BH, 4FH</p><p>　　DB 66H, 6DH, 7DH, 07H</p><p>　　DB 7FH, 6FH, 77H, 7CH</p><p>　　DB 39H, 5EH, 79H, 71H</p>

59、<p>　?。?） PC機與單片機AT89C51的串行通信初始化程序</p><p>　　ORG 0000H</p><p>　　AJMP START</p><p>　　ORG 0023H</p><p>　　LJMP S&R</p><p>　　ORG 0100H</p

60、><p>　　START: MOV TMOD,#20H</p><p>　　MOV PCON,#00H</p><p>　　MOV TL1，#0FDH</p><p>　　MOV TH1，#0FDH</p><p><b>　　SETB EA</b></p><

61、p><b>　　CLR TI</b></p><p><b>　　SETB ES</b></p><p>　　MOV SCON,#50H</p><p><b>　　SJMP $</b></p><p>　　S&R: MOVC RI</p

62、><p><b>　　JCREIVE</b></p><p><b>　　SJMP SE</b></p><p><b>　　五、小結</b></p><p>　　從前面的設計說明書中，我們得到了如何從進行數據采集和監(jiān)控計算機通訊模塊設計，然后通過傳感器和K 型熱電偶的放大再將

63、其輸入A／D 轉換器中，經過系統(tǒng)內部的處理最終得到結果。在設計的過程中我們需要處理模擬量、數字量和脈沖量以及它們的編程，數據處理和串口通訊的設計。</p><p>　　經過一段時間的課程設計，雖然這次是一個子系統(tǒng)的課程設計，由于本人在做的時候是本著對自己有實際應用價值的角度考慮的，所以其中也涉及到一些系統(tǒng)以外的設計，我只是想學一門真正能用到實處的課程，卻意外的收獲到如此多的東西。通過本次設計，讓我很好的鍛煉了理論

64、聯系實際，與具體項目、課題相結合開發(fā)、設計產品的能力。既讓我們懂得了怎樣把理論應用于實際，又讓我們懂得了在實踐中遇到的問題怎樣</p><p>　　用理論去解決。在本次設計中，我們還需要大量的以前沒有學到過的知識，于是圖書館成了我們很好的助手。在查閱資料的過程中，我們要判斷優(yōu)劣、取舍相關知識，不知不覺中我們查閱資料的能力也得到了很好的鍛煉。我們學習的知識是有限的，在以后的工作中我們肯定會遇到許多未知的領域，這方面

65、的能力便會使我們受益非淺。在設計過程中，總是遇到這樣或那樣的問題。有時發(fā)現一個問題的時候，需要做大量的工作，花大量的時間才能解決。自然而然，我的耐心便在其中建立起來了，為以后的工作積累了經驗，增強了信心。</p><p>　　再次感謝耐心指導的老師和積極幫助的同學們，感謝大家！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　

66、[1] 蔣兆遠,衛(wèi)曉娟等.新型高速單片機原理及其應用系統(tǒng)設計.北京:中國鐵道出版社,2004</p><p>　　[2] 羅映紅，陳小強, 封志宏.數字集成電路.蘭州:蘭州大學出版社,2004</p><p>　　[3] 郁有文,常建,程繼紅.傳感器原理及工程應用(二).西安:西安電子科技大學出版社,2000</p><p>　　[4] 張金敏.董海棠.高博.衛(wèi)曉娟

67、.單片機原理與應用系統(tǒng)設計.成都:西南交通大學出版社,2010.8</p><p>　　[5] 張國雄.測控電路.北京:機械工業(yè)出版社,2006</p><p>　　[6] 顧升路,官英雙,楊超.Protel DXP2004電路板設計實例與操作.北京:航空工業(yè)出版社.2011.6</p><p>　　[7] 彭虎,周佩玲,傅忠謙.微機原理與接口技術.北京:電子工業(yè)出