8051单片机机车试验设备数据采集系统的设计+电路图+程序(2)
2.4.3 键盘和显示的设计 21
2.4.4 数据通信 24
3 软件设计 26
3.1 主流程图 26
3.2 模数转换的流程图 27
3.3 温度测试的流程图 28
3.4 时间量测试的流程图 28
3.5 各电参量测试的流程图 29
3.6 通信协议设计及相应的流程图 30
3.7 显示子流程图 30
4 论文总结和展望 32
致 谢 33
参考文献 34
附录I 硬件电路原理图 35
附录II 元器件清单表 38
附录III 部分软件程序清单 41
1 绪论
1.1 研究背景
在铁路发展日益迅速的今天，铁路安全已成为全民最为关注的话题之一。为了保证铁路运输过程中机车设备的安全，需要通过机车试验设备进行安全检测。根据规程定期地对设备的数据进行测量、传输以及处理，能够准确地反映机车设备的定量信息[1]。
纵观检测技术的发展过程，可以发现，最初是利用人工数据采集与计算，这种方法有很多局限性，例如在高温、高压环境下往往无法直接获取参数，只能凭借经验进行估算，从而无法确保其准确性，并且工作量大，效率低。之后在电子技术出现后，人们通过各种检测仪器和仪表记录数据，虽精度大大提高，但仍需人为操作。后来又随数字电子、单片机、通信、计算机等技术的发展，摆脱了人为操作的弊端，可以远程操作，不仅操作便捷，也提高了其准确度。现在可以采用虚拟仪器进行参数的测量，它将计算机技术、模块化数据采集调理电路以及数据总线等相融合，使用者无需了解其复杂的内部线路，而且编程简单，功能强大，不仅能数据采集、分析和处理，还能实现对被控对象的实时监控。但是对于机车设备来说，若使用虚拟仪器，昂贵的价格，是有些浪费的。本论文从经济性和可靠性的角度，基于单片机的特性，设计一个可以精确地对现场的数据测量并处理的数据采集系统。单片机是按工业测控环境要求设计的，具有良好的抗干扰特性,而且其系统软件固化于ROM，不易受病毒破坏，从而保证了其高可靠性。此外，单片机还具有便于扩展、控制能力强、低电压、低功耗、体积小、质量轻和性价比高等优点[2]。
1.2 相关概念阐释
1.2.1 机车试验设备
机车试验设备是指在机车投入运行前，对其质量或性能按设计要求进行验证的设备，例如光电传感器微机试验设备，是用于检测机车各种光电速度传感器的设备；机车重联线检测试验设备，是用于快速检测电力机车的各种规格的重联线，此外还有耐压试验设备，自动开关试验设备和轮对磨合试验设备等[1]。
1.2.2 数据采集
数据采集是指先经传感器将非电的物理量（例如温度、位移、压力等）转换为能模拟上述物理量的电信号即模拟电信号，然后经信号处理转换为计算机能够识别的数字量，最后传给计算机的过程[3]。
在设计数据采集器时要考虑到两个关键问题，分别是采集速度和采集精度。采集速度表征着工作效率与其应用范围，它主要由采样频率和A/D转换速度等因素决定；而采集精度是为了保证测试的意义，它主要由A/D转换器的位数决定[2]。所以模数转换器的选择十分重要，它将影响数据采集系统的质量和效率[4]。
数据采集系统的控制器一般是微机，由微机对其进行控制和数据的处理。它能够将微机与外界物质世界相关联，从中获得所需的数据，并进行数据分析。数据采集技术的应用十分广泛，例如工业生产、医疗、现代化铁路等等。