高速多通道同步数据采集系统的研发

论文摘要

柴油机在工业、农业、交通运输、国防建设和人民日常生活等方面应用非常的广泛。柴油机作为一种往复式动力机械,是典型的多系统、多层次的复杂系统,通过对柴油机的研究,可以推动设备监测与故障诊断技术的发展。结合柴油机分析系统的要求,监测信号的数据采集系统对于柴油机的诊断来说是不可或缺的,因此研制一套高性能的、能适应监测信号的数据采集系统是十分必要的。首先,为了满足结构振动的分析,需要进行高频采样；为了便于多种诊断信息的融合,更好的诊断柴油机的故障,需要多通道同时进行数据采集；为了满足试验现场的大数据量,需要进行高速的数据采集；其次,从节约成本考虑,要求此系统性价比高。最后,为满足部队实施车辆野战维修作业需要,要求所研发的数据采集系统便携、灵活小巧、轻便实用,这样既可以适应现代化的作战方式,又可以节省人力,提高了工作效率,争取了宝贵的作战时间。基于部队柴油军车维护与保养的需求,为加强我军武器装备建设和增强我军战斗力,提高部队技术人员的科技水平增加军事经济效益,沈阳军区某部队与东北大学设备诊断工程中心合作研究开发柴油军车性能检测、故障诊断的分析系统。本文就是这个分析系统的一个子课题——便携式高速多通道同步数据采集系统的研制。目前,国内外数据采集设备已经有了长足的进步,主要表现在功能、使用、体积等方面,但是若能完全满足上述要求并且针对性强的数据采集设备则还没有成型的产品。因此亟待自行研制满足要求的数据采集系统。针对上述所要研制的数据采集系统的特性,本课题阐述了一套基于AVR系列单片机与多通道同步模数转换器的数据采集系统的设计过程。该系统对于高速问题的解决拟采用了目前8位单片机中最高端的美国艾特梅尔公司的ATmega128,其晶体振荡器的最高频率是16MHz,相当于同频率的51单片机的12倍；对于多通道同步问题的解决拟采用美国TI公司的模数转换芯片ADS7864,其6个模拟输入通道可以同时采样与保持并且每个通道的转换时间为2μs；大容量的数据存储拟采用STC公司的存储芯片STC62WV1024;通讯部分的处理拟采用英国FTDI公司的FT232BM；对于便携问题的解决主要是高度集成,因此不仅在芯片的选型上要注意封装形式,而且还要在PCB板的布局、布线等方面要合理而又紧凑。本课题主要以这几个芯片作为核心控制部分,完成整个系统的数据采集、数据传输、数据存储以及逻辑控制等功能。此外,本系统还采用了多种具有数字接口的IC芯片,使得整个系统不但具有很高的数据传输速度,而且具有很高的通用性和灵活性。本论文的研究内容包括：1.数据采集系统整体硬件电路方案的设计。包括模拟部分、数字部分以及其它硬件接口电路等方面的设计。2.系统的原理图的设计。3.PCB板的设计,包括元器件手工布局的设计、手工布线的设计。4.系统软件的设计,包括ATmega128程序设计、AD采样部分程序的设计、串口FT232BM的通讯设计。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 数据采集系统的概述
• 1.2 数据采集系统的国内外发展现状
• 1.3 课题背景介绍
• 1.3.1 课题来源
• 1.3.2 数据采集系统的要求分析
• 1.4 课题主要研究工作
• 1.5 本章小结
• 第2章 数据采集系统总体设计
• 2.1 数据采集系统总体方案设计
• 2.2 数据采集系统构成
• 2.2.1 传感器的选型
• 2.2.2 A/D芯片的选型
• 2.2.3 主控芯片的选型
• 2.2.4 通讯芯片的选型
• 2.2.5 其它芯片的选型
• 2.3 本章小结
• 第3章 数据采集系统的硬件设计
• 3.1 数据采集系统硬件整体方案的制定
• 3.1.1 MCU与ADS7864之间的硬件接口设计
• 3.1.2 MCU与FT232BM之间的通讯设计
• 3.1.3 电源部分的设计
• 3.2 数据采集系统的PCB设计
• 3.2.1 电源设计策略
• 3.2.2 提高系统抗干扰措施的相应研究
• 3.3 本章小结
• 第4章 数据采集系统的软件设计
• 4.1 软件整体结构的设计
• 4.2 ATMEGA128程序设计
• 4.2.1 ATmega128工作原理
• 4.2.2 主程序分析及流程图
• 4.3 ADS7864采集程序设计
• 4.3.1 ADS7864工作原理
• 4.3.2 ADS7864程序设计
• 4.4 串行通讯设计
• 4.4.1 FT232BM工作原理
• 4.4.2 FT232BM数据传输设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 JTAG仿真器设计
• 5.1 JTAG的设计
• 5.2 连接JTAG ICE
• 5.3 熔丝位的配置
• 5.4 本章小结
• 第6章 数据采集系统集成及实验验证
• 6.1 系统编译开发工具及开发环境的选用
• 6.1.1 AVR编译器ICCAVR的选用
• 6.1.2 AVR集成开发环境的选取
• 6.2 系统集成过程的分析
• 6.2.1 测试内容的分析
• 6.2.2 测试过程的分析
• 6.3 系统的实验验证
• 6.3.1 标准信号采样的实验验证
• 6.3.2 信号的同步采样的实验验证
• 6.3.3 高频信号采样的实验验证
• 6.4 本章小结
• 第7章 结论和展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢