基于单片机的传感器数据采集系统
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第１０期李艳．基于单片机的传感器数据采集系统１３１３
基于单片机的传感器数据采集系统
李艳
（吉林化工学院，吉林吉林１３２０２２）
摘要基于Ｃ８０５１Ｆ０６０单片机内置的数模转换器设计传感器数据采集系统，应用ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ程序语
言进行上位机设计，接收单片机发送的数据，并进行波形还原，实现实时数据采集功能。
关键词数据采集系统单片机Ｖｉｓｕａｌ
Ｂａｓｉｃ波形还原
中图分类号ＴＨ８６５文献标识码Ｂ文章编号
１０００·３９３２（２０１３）１０·１３１３－０４
随着信息技术的迅速发展和普及，数据采集
技术已在通信、测控仪器、航空航天及工业自动控
制等领域被广泛应用¨ｏ。Ｃ８０５１Ｆ０６０微控制器因
具有体积小、功能强大且可靠性高等特性¨－，非常
适用于计算机控制系统中，用于对现场传感器进
行采集以及实现现场设备控制。在此，介绍一款
传感器数据采集系统的设计方法，给出其硬件结
构、工作原理、部分电路和软件代码。
１系统总体方案
笔者设计的传感器数据采集系统（图１）以单
片机Ｃ８０５１Ｆ０６０为核心，采用Ｉ／Ｏ口采集外部模
拟信号，使用微控制器内部集成的ＡＤ转换器，将
模拟量转换成数字量，并通过计算机的ＵＡＲＴ口
上传至计算机。计算机端编写接收软件接收数
据，通过软件内部控件将传感器数据还原成原始
波形，这样就实现了将传感器数据采集与波形复
原的功能。
微控制器
八
路
Ｉ：波
模
＝≥囝匝
’－１位≥
形
拟
机
还
信
原
号
图１传感器数据采集系统结构简图
传感器数据采集模块采用单片机内部的ＡＤ
转换器，在输入端采用电阻分压方式对信号幅度
进行调节，可以增大传感器信号的输入范围。
系统的电平转换芯片采用的是ＭＡＸ２３２，转换的原因是Ｃ８０５１内６０输出的信号是－Ｉ－Ｉ＇Ｌ电平，
而计算机自带的是标准串口，因此必须转换二者
之间的电气参数，只有对单片机输出的１ＴｒＬ信号
电平进行信号转换后，才能完成单片机与ＰＣ机
的数据通信。进行电压转换的芯片是ＭＡＸｌ６５８，
因为外接的供电电源是５．０Ｖ，Ｃ８０５１Ｆ０６０采用
３．３Ｖ供电，所以需要进行电压转换。传感器数据
采集系统的电路如图２所示。
２系统软件
传感器数据采集系统的软件设计主要由单片
机Ｃ８０５１Ｆ０６０端和电脑上位机端两个部分组成。
单片机Ｃ８０５１Ｆ０６０端的主要功能是实现内部
ＡＤＣ采集多个传感器数据，存人数组后通过
ＵＡＲＴ口向电脑上位机端实时上传。电脑上位机
端软件的主要功能是实现设置单片机Ｃ８０５１Ｆ０６０
的通信波特率、接收单片机Ｃ８０５１Ｆ０６０采集的传
感器数据及还原波形等功能。
２．１单片机
传感器数据采集系统以单片机为核心控制单
元，最多可采集外部八路传感器信号。该模块使
用的是单片机Ｃ８０５１Ｆ０６０内部的数字模拟转换
器ＡＤＣ２。启动ＡＤＣ２开始转换所用的方法为定
时器２溢出方式。单片机Ｃ８０５１Ｆ０６０将８个信号
通道采集上来的传感器信号统统转换成为数字信
号，在向单片机ＵＡＲＴ口发送数据之前，关闭单片
机的所有中断。等待数据全部发送结束后，打开
收稿日期：２０１３－０８－０１
万方数据１３１４
化工ｊ』］动化及仪表
第４０卷
图２传感器数据采集系统电路
单片机所有的中断，开始准备下一次对传感器进
行数据采集。传感器数据采集系统的程序流程如
图３所示。
图３传感器数据采集系统程序流程Ｃ８０５１Ｆ０６０单片机内部定时器２的中断应用
程序代码为：
ｖｏｉｄ
ＴＩＭＥＲ２一ＩＳＲ（ｖｏｉｄ）ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ５／／单片”
Ｃ８０５１Ｆ０６０的内部定时器２中断
ＳＦＲＰＡＧＥ＝ＴＭＲ２一ＰＡＧＥ；
ＴＦ２：０；／／去掉中断标志ＴＦ２
ｔｏｎｇｄａｏ—ｉｎｐｕｔ＋＋；／／切换至下一路输入
ｉｆ（ｔｏｎｇｄａｏ—ｉｎｐｕｔ＝＝ｍｏｎｉ～ｉｎｐｕｔ）／／当最后一路数
锹采集完成后转到第一通道
ｔｏｎｇｄａｏ—ｉｎｐｕｔ＝０；
ＳＦＲＰＡＧＥ＝ＡＤＣ２一ＰＡＧＥ；
ＡＭＸ２ＳＬ＝ｔｏｎｇｄａｏ—ｉｎｐｕｔ；
Ｃ８０５１Ｆ０６０单片机内部ＡＤＣ２转换结束中断
应用程序代码如下：
ｖｏｉｄ
ＡＤＣ２一ＩＳＲ（ｖｏｉｄ）ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ１８／／单片机Ｃ８０５１
Ｆ０６０
的内部ＡＤＣ２转换结束中断
ｓｔａｔｉｃ
ｌｏｎｇｊｉｓｈｕｑｉ［１０］＝｛０Ｌ｝；
ｕｎｓｉｇｎｅｄｃｈａｒ
ｉ；
万方数据第ｌＯ期李艳．基于单片机的传感器数据采集系统
ｃｈａｒＳＦＲＰＡＧＥ—ＳＡＶＥ＝ＳＦＲＰＡＧＥ；／／保存目前的ＳＦＲ
配置页
ＳＦＲＰＡＧＥ＝ＡＤＣ２一ＰＡＧＥ；／／切换到ＡＤＣ２的配置页
ＡＤ２ＩＮＴ＝０；／／去掉ＡＤＣ２的转换完成标志
ｊｉｓｈｕｑｉ［ａｍｕｘ—ｃｏｎｖｅｒｔ］＝ＡＤＣ２；／／读取ＡＤＣ２内的数
值
ｉｆ（ｔｏｎｇｄａｏ—ｃｏｎｖｅｒｔ＝＝（ｍｏｎｉ—ｉｎｐｕｔ一１））
ｆｏｒ（ｉ＝０；ｉ＜ｍｏｎｉ—ｉｎｐｕｔ；ｉ＋＋）
ｒｅｓｕｌｔ［ｉ］＝ｊｉｓｈｕｑｉ［ｉ］；
ｊｉｓｈｕｑｉ［ｉ］＝０Ｌ；
｝
ＳＦＲＰＡＧＥ＝ＵＡＲＴｌ一ＰＡＧＥ；／／切换到串口配置页
ＥＡ＝０；１１关闭所有中断
ｆｏｒ（ｊ＝０；ｊ＜ｔｏｎｇｄａｏ＿ｉｎｐｕｔ；ｊ＋＋）
｛
ＳＢＵＦＩ＝２４４＋ｊ；
ｗｈｉｌｅ（！Ｔ１１）；
ＴＩＩ＝０；
ｃｅｌｉａｎｇｚｈｉ＝ｒｅｓｕｌｔ［Ｊ］｝２４３／１０２３；／／将测量值经过
计算转换为实际值
ＳＢＵＦｌ＝ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；
ｗｈｉｌｅ（！Ｔ１１）；／／等待串口发送成功标志变化
Ｔ１１＝０；
｝
ＥＡ＝１；／／重新开全局巾断
｛
ｔｏｎｇｄａｏ—ｃｏｎｖｅｒｔ＝通道一ｉｎｐｕｔ；／／当前转换路变为
ｔｏｎｇｄａｏ—ｉｎｐｕｔ
ＳＦＲＰＡＧＥ＝ＳＦＲＰＡＧＥ—ＳＡＶＥ；／／保存当前的ＳＦＲ配
置页
｝
２．２电脑上位机端软件
上位机端采用ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ编程实现数据接
收与波形还原。以下为串口配置初始化函数程序
代码：
Ｍａｉｎ．ｃｔｒＭＳＣｏｍｍ．１ｎｐｕｔＬｅｎ＝１
Ｍａｉｎ．ｃｔｒＭＳＣｏｍｍ．ＩｎｐｕｔＭｏｄｅ＝１’接收方式为二进制
数组
Ｍａｉｎ．ｃｔｒＭＳＣｏｍｍ．１ｎＢｕｆｆｅｒＳｉｚｅ＝１０２４’接收缓冲区为Ｉ
字节
Ｍａｉｎ．ｃｔｒＭＳＣｏｍｍ．ＲＴｈｒｅｓｈｏｌｄ＝１’接收缓冲区为一个
字节就触发事件
ｉｎｔＰｏｒｔ＝ｌ
ｓｔｒＳｅｔ＝”１１５２００，ｎ，８，１”ｂｌｎＡｕｔｏＳｅｎｄｎａｇ＝Ｆａｌｓｅ
ｂｌｎＲｅｃｅｉｖｅＦｌａｇ２Ｆａｌｓｅ
ｉｎｔＲｅｃｅｉｖｅＬｅｎ＝０’接收初始化
绘图部分主要调用Ｌｉｎｅ和ＰＳｅｔ两条语句。
Ｌｉｎｅ语句在图中所画线段的起点和终点分别是语
句中的两个坐标点。ＰＳｅｔ语句在制定容器内画一
个点，此容器的位置就是语句内的坐标点。Ｌｉｎｅ
与ＰＳｅｔ语句分别如下：
ｄｒａｗｌｉｎｅ．Ｌｉｎｅ（Ｘ０，Ｙ０）一（Ｘ，Ｙ）
ｄｒａｗｌｉｎｅ．ＰＳｅｔ（Ｘ，Ｙ）
图４与图５所示为用ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ¨ｏ编写的
传感器数据采集系统数据接收界面和波形还原界
面。
图４传感器数据采集系统数据接收界面
图５传感器数据采集系统波形还原界面
３系统测试
在任意一路模拟信号端连接信号发生器，对
数据进行采集，并将波：嘭还啄，再与用示波器捕捉
到的信号发生器的波形进行比较。示波器捕捉到
的频率为３０Ｈｚ的三角波与正弦波截图如燃６、７
所示。图８、９为用传感器数据采集系统采集到数
据并进行波形还原后，在计算机上显示的波形图。
可以看出，传感器数据采集系统采集到的波形发
生器的波形与示波器捕捉到的信号发生器的波形
基本一致。
万方数据１３１６
化工自动化及仪表第４０卷
图６示波器捕捉到的三角波
图８传感器数据采集系统所采集数据
还原后的三角波
４结束语
笔者设计的基于Ｃ８０５１Ｆ０６０单片机的传感
器数据采集系统，可对八路模拟量数据进行采集，
并能实时传输到ＰＣ机，可以实时显示所采集数
据与模拟量的波形。该系统成本低廉，结构简单，
其应用前景非常广泛。［２］
［３］图７示波器捕捉到的正弦波
图９传感器数据采集系统所采集数据
还原后的正弦波
参考
文献
高帅，左信，田刚．安全仪表系统现场可靠性数据收
集及处理方法［Ｊ］．石油化工自动化，２０１２，４８（３）：
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Ｍｕｌｔｉ－ｃｈａｎｎｅｌ
Ｄａｔａ
Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ
ＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄ
ｏｎＭＣＵ
ＬＩＹａｎ
（Ｊｉｌｉｎ
ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｈｅｍｉｃａｌ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｊｉｌｉｎ１３２０２２，Ｃｈｉｎａ）
ＡｂｓｔｒａｃｔＢａｓｅｄ
ｏｎｔｈｅｉｎｂｕｉｈ
Ｄ／Ａ
ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｉｎＣ８０５
１Ｆ０６０
ＭＣＵ，ａｄａｔａ
ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｉｎ
ｗｈｉｃｈ，ｔｈｅｈｏｓｔ
ｃｏｍｐｕｔｅｒｅｍｐｌｏｙｓｔｈｅＶｉｓｕａｌ
Ｂａｓｉｃａｎｄ
ｒｅｃｅｉｖｅｓｔｈｅｄａｔａｆｒｏｍＭＣＵａｎｄ
ｒｅｓｔｏｒｅｓｗａｖｅｆｏｒｍ
ｒｅ—
ｄｕｃｔｉｏｎ
ＳＯａｓｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｒｅａｌ—ｔｉｍｅｄａｔａ
ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓｄａｔａ
ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ，ＭＣＵ，ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ，ｗａｖｅｆｏｒｍｒｅｄｕｃｔｉｏｎ
２０１３年第１７届乌克兰国际石油、天然气展览会
时间：２０１３年１０月２２—２４日地点：乌克兰基辅
展品范围：油气工程机械设备、仪器仪表、海上及陆地油气工程技术服务、其他
大会招展中国指定方：中国国际船舶工业协会、广州搏毅展览有限公司
地址：广东省广州市海珠区新港东路１０２２号保利世界贸易中心Ｅ座３３０８、３３０９室
联系人：辛喜（１５６０２３２４８３２）
电话：０２０－６６３１９０２５传真：０２０－６２２０９２５８
ＱＱ：２９２６５８５７３ｌ
邮箱：ｘｉｎｘｉ＠ｇｚｂｏｙｉ．ＣＯＢ
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