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智能溫度數(shù)據(jù)采集單片機(jī)系統(tǒng)研發(fā)論文
0 引言
隨著數(shù)字信息時(shí)代的不斷發(fā)展，基于單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)憑借結(jié)構(gòu)緊湊、工作性能穩(wěn)定、可擴(kuò)展性好、功能豐富等優(yōu)點(diǎn)，得到了充分的重視和廣泛的應(yīng)用。人是恒溫動(dòng)物，人體的肝、脾、膽以及血壓、血液成分等會(huì)隨著氣溫的變化受到不同程度的影響，舒適的氣溫有利于健康。
本文針對(duì)室溫對(duì)基于單片機(jī)的智能溫度數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步分析和研究。該系統(tǒng)分為兩部分：室溫的數(shù)據(jù)采集器和監(jiān)控室內(nèi)溫度的上位PC機(jī)。采集器基于STC15F2K61S2單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)室溫的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，顯示及對(duì)相關(guān)設(shè)備進(jìn)行控制，以達(dá)到控制室溫的效果。
1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)
系統(tǒng)整個(gè)過(guò)程包括信號(hào)的采集、單片機(jī)對(duì)信號(hào)處理、采集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示、溫控設(shè)備的智能控制，最后將采集數(shù)據(jù)上傳至PC機(jī)存儲(chǔ)分析，系統(tǒng)原理如圖1所示。系統(tǒng)包括前端的溫度傳感器、單片機(jī)、按鍵、數(shù)碼管顯示、空調(diào)等溫控設(shè)備、PC機(jī)。其中，單片機(jī)是核心設(shè)備，主要完成采集信號(hào)的處理和轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)化后的數(shù)據(jù)信息顯示在數(shù)碼管上。同時(shí)，根據(jù)溫度變化自動(dòng)控制空調(diào)、風(fēng)扇、暖氣，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到上位PC 機(jī)的數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)，可顯示當(dāng)天室溫變化的情況和歷史變化趨勢(shì)曲線，空調(diào)、暖氣設(shè)備的使用狀況。
1.1單片機(jī)I/Ο口分配
對(duì)于單片機(jī)控制下的智能溫度采集系統(tǒng)而言，單片機(jī)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心部分，合理使用單片機(jī)的I/Ο口資源是系統(tǒng)設(shè)計(jì)成功與否的關(guān)鍵。本系統(tǒng)將單片機(jī)的P0,P2口分別用于控制數(shù)碼管的字位碼和字形碼，P1.0口用于將傳感器檢測(cè)的模擬信號(hào)輸入至單片機(jī)內(nèi)部的A/D轉(zhuǎn)換器，P3.0和P3.1與上位PC機(jī)實(shí)現(xiàn)串口通信，P3.2~P3.4接按鍵，P3.5~P3.7接溫控設(shè)備。
1.2 A/D轉(zhuǎn)換模塊
將溫度傳感器采樣的信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，由單片機(jī)同時(shí)觸發(fā)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換過(guò)程，轉(zhuǎn)換完畢后讀入單片機(jī)，并進(jìn)行進(jìn)一步的信號(hào)處理。本系統(tǒng)使用的ADC轉(zhuǎn)換器模塊為STC15系列單片機(jī)內(nèi)部集成的8路10位高速ADC轉(zhuǎn)換器模塊，模擬信號(hào)輸入端口設(shè)置在P1端口的8個(gè)引腳上，本系統(tǒng)僅使用P1.0作為模擬信號(hào)輸入口。ADC轉(zhuǎn)換器模塊涉及的主要寄存器有：
�。�1）ADC控制寄存器ADC_CONTR（見(jiàn)表1）。
�。�2）A/D 轉(zhuǎn)換中斷有關(guān)的寄存器 IE（見(jiàn)表 2）。
EA:總中斷允許控制位，置 1 開(kāi)總中斷。
EADC:ADC使能控制端，置1開(kāi)ADC中斷。
當(dāng)EA =1,EADC =1時(shí) ,ADC控 制 寄 存 器ADC_CONTR中的ADC_FLAG是A/D裝換結(jié)束標(biāo)志位，也是A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束的中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。
該模塊中主要包括兩部分程序：ADC初始化程序和ADC中斷服務(wù)程序。其中，初始化程序主要用于將P1口設(shè)置為ADC的輸入通道，啟動(dòng)ADC轉(zhuǎn)換器，并開(kāi)啟CPU中斷，等待A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束的中斷請(qǐng)求。程序設(shè)計(jì)流程如圖2所示。
當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，ADC轉(zhuǎn)換器工作停止，同時(shí)相應(yīng)的中斷標(biāo)志位ADC_FLAG被置為1,程序跳轉(zhuǎn)至ADC中斷服務(wù)程序入口，在ADC中斷服務(wù)程序中，主要完成的工作為清除中斷標(biāo)志位，并計(jì)算出A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字量，然后重新啟動(dòng)ADC轉(zhuǎn)換器。ADC中斷服務(wù)程序工作流程如圖3所示。
1.3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析模塊
單片機(jī)采集到室溫后，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理，需將結(jié)果上傳給PC機(jī)做數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和分析。由于上傳的數(shù)據(jù)量較小，本系統(tǒng)采用串行口通信進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。上位機(jī)接收到實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)后，需要將實(shí)時(shí)室溫存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫(kù)中，為歷史數(shù)據(jù)的管理和分析提供可靠數(shù)據(jù)支撐。
本系統(tǒng)使用的數(shù)據(jù)庫(kù)為SQL Server,通過(guò)JDBC提供的接口編寫JAVA語(yǔ)言連接數(shù)據(jù)庫(kù)并對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)流程如圖4所示。
2 結(jié)語(yǔ)
單片機(jī)的智能溫度采集與分析系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)記錄室內(nèi)溫度的變化情況，并能夠在溫度不適宜人體健康時(shí)智能控制溫控設(shè)備，調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度。
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