低功耗可编程数据采集器的研制

论文摘要

发展信息农业,用现代信息技术武装农业,加快农业信息化发展,对提高农业生产整体效益具有重要意义。数据采集技术作为信息技术的前端,是信息进行可靠传输和正确处理的基础,而农业生产的高耗低效性、野外环境的复杂性、信息的分散性,使得农业信息的采集具有一定的难度,也使得农业信息采集产品生产相对薄弱。因此,设计一款能适应农业信息采集的低功耗可编程数据采集器具有一定的研究价值和实际应用价值。本文将编译技术与单片机的软硬件设计相结合设计开发了通用的低功耗可编程数据采集存储系统。本设计以TI公司生产的MSP430F169单片机为控制中心,进行数据采集存储系统的软硬件开发设计。该系统的外围电路主要由信号处理单元、U盘存储单元、通信单元、实时时钟单元等组成:利用两个模拟前端器件AD7706芯片完成了6通道电平模拟信号的采集、放大与转换;借助西安达泰电子有限责任公司开发的USB118系列嵌入式U盘读写模块,实现了微控制器对遵循USB协议规范的移动存储器的直接读写,达到了数据海量存储的目的;通过RS232串行通信接口实现了数据采集系统与高档微型机（如PC机）的实时数据传输;由PCF8563为数据采集系统提供较为精准的实时时钟。此外利用MSP430F169单片机自带的定时器实现了数据的定时采集,采集的时间间隔可以通过软件进行修改;单片机内置的D/A转换单元可以将数字信号转换为模拟量输出。并且,在系统的设计与开发中,借鉴模块化、抗干扰、低功耗等设计理论与方法减小了系统的功耗与体积,使得系统可以在电池供电的情况下长时间稳定可靠工作。所研制的低功耗数据采集系统基本上满足了系统的设计要求,具有体积小、功耗低、可编程、容量大、通用性好等特点。本系统主要特色是以常用的U盘等遵循USB协议规范的移动存储器作为存储介质,MSP430F169微处理器可以将采集处理后的数据以文件的格式存储到移动存储器中,实现了采集数据的在线大容量存储。另一个重要尝试是将计算机高级语言编译程序的基本原理和技术应用于本系统的编译程序中,设计开发基于编译技术的可编程数据采集器的简易语言设计规则,利用C++语言编写专用的预编译程序,为用户方便使用、编程简单、稳定可靠的数据采集处理控制提供技术手段。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的及意义
• 1.2 国内外数据采集系统的研究现状
• 1.3 研究方法及研究内容
• 1.3.1 研究方法
• 1.3.2 研究内容
• 第二章 低功耗可编程数据采集器总体设计
• 2.1 农林业野外数据测量特点
• 2.2 低功耗可编程数据采集系统的设计
• 2.2.1 系统硬件结构
• 2.2.2 微控制器的选型
• 2.2.3 MSP430F169 单片机开发平台选择
• 2.3 软件设计流程
• 2.4 低功耗设计
• 2.5 抗干扰设计
• 第三章 低功耗可编程数据采集器硬件设计
• 3.1 系统电源电路设计
• 3.2 MSP430F169 微控制器外围电路
• 3.2.1 信号调理电路
• 3.2.2 MSP430F169 单片机的晶振电路
• 3.2.3 U 盘存储接口电路
• 3.2.4 串口通信电路
• 3.2.5 PCF8563 时钟电路
• 第四章 低功耗可编程数据采集器软件设计
• 4.1 功能模块程序设计
• 4.1.1 数据采集与处理模块
• 4.1.2 D/A 转换功能模块
• 4.1.3 通讯模块
• 4.1.4 U 盘存储模块
• 4.1.5 时钟模块
• 4.1.6 定时器模块
• 4.2 编程语言规则与预编译软件开发
• 4.2.1 可编程数据采集器的编程语言规则
• 4.2.2 预编译程序设计
• 第五章 低功耗可编程数据采集器的试验调试
• 5.1 设计思路及硬件的调试
• 5.2 软件功能模块调试
• 5.3 预编译程序的调试
• 5.4 系统的部分试验数据
• 第六章 总结与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录1
• 附录2
• 致谢
• 作者简介