论文摘要
本研究的主要对象是山东大学低速风洞的数据采集系统。原数据采集系统有较大的局限性和缺陷,因此研究的任务就是设计一个新的数据采集系统,提高采集数据准确性和可靠性。测量系统是整个风洞系统的核心部分,它的准确性直接影响着整个实验结果的可信度。在原来的数据采集系统中,测量元件(天平)输出的信号是几毫伏弱电压信号,经过较长距离的传输后,传输到工控机的数据采集卡上,从而完成数据的采集。在这个过程中,弱电压信号很容易受到外界的干扰。在这种情况下采集到的数据必定会有较大的偏差,使得实验结果并不能真实反映实际的情况。所以必须设计一个新的数据采集系统,从根本上消除干扰的影响,提高测量的准确性和可靠性。随着计算机技术及通信技术的发展,现代的数据采集系统多采用“工控机——单片机”模式。这种方式的数据采集系统具有可靠性好、精度高、操作简便等优点,更重要的它采用先进的模块式结构,根据不同的应用要求,通过简单的增加或更改模块,并结合系统编程,就可扩展或修改系统,迅速地组成一个新的系统。因此,本次研究也采用这种方式设计新的数据采集系统。单片机是整个系统的核心,选择一款好的单片机至关重要。本次设计选用的是MSP430F149单片机。它在硬件配置、运算能力、可靠性上都比较好,足以满足设计的要求。MSP430F149单片机串行通信模块功能很强,与传统的串行通信相比,它可以用低时钟频率实现高速通信。该单片机内部含有两个串行通信模块:串口0(USART0)和串口1(USART1),其串行通信模块功能很强,使用也非常灵活。在新的数据采集系统中,从天平出来的弱电压信号直接被放大成伏级,然后经过A/D转换,再送到单片机MSP430F149,通过其自带的串口把数据传送给工控机。这个过程中,弱电压信号传输的距离很短,在较长距离上传输的是串口的数字信号,原系统存在的干扰问题得到了很好的控制,数据采集系统的稳定性和准确性也得到了较好的保障。新的数据采集系统开发完成之后,还进行实际使用测试,通过实验证实了新的数据采集系统工作稳定,性能可靠,准确性好。本次设计的另外一个部分就是为新的数据采集系统硬件编写一套适合的程序,包括单片机的程序和工控机的程序。本文也对这部分内容做了详细介绍。