作者：左娅
检阅教学设计
来源：《科技创新与生产力》 2012年第7期
左 娅
（太原市电子研究设计院，山西 太原 030002）
摘 要：分析工业现场LED数据显示屏主要是将各种类型传感器采集的数据，提出利用数据采集转换芯片，或者利用接口传送到LED显示屏上，进行数据的实时显示方案。 乙酸钠 关键词：LED显示屏；232接口；传感器
中图分类号：TN873 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1674-9146.2012.07.085
本项目工业现场LED数据显示屏，是将LED显示屏应用于工业现场，并且通过232接口，485接口，或者无线接口将传感器采集的数据实时传送并且显示出来，起到对工业现场环境或者设备运行状态进行监控的作用。
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在工业中引入LED数据显示屏，进行监测数据的实时显示，对于工作安全来说会起到很大的作用，此项目的应用前景很广阔。
1 工作原理和系统组成
1.1 工作原理
此系统的工作原理是利用C51系列的89S52单片机分别控制集成在一起的232串口、485总线、无线接口或者AD模数转换芯片，将连接在这些串口上的传感器设备采集的信号按客户要求显示在LED显示屏上，并且所传送的数据是实时数据[1]。
1.2 系统组成
此系统由传感器、接口电路、控制电路、LED显示屏等组成。系统的执行过程如图1。
各部分的功能如下所述：
传感器：包括温度传感器，风速传感器，速度传感器等工业现场常用的传感器，也就是数据源。
接口电路： 数据的输出输入部分， 在此系统中。
控制电路：此系统的控制电路的核心是单片机和AD转换电路，主要功能是读取传感器数据，将传感器数据的模拟信号转换成数字信号，并将转换过来的数字信号发送到LED屏上显示。
LED显示屏：显示传感器的数据。
2 工艺路线
该项目的工艺路线分为7部分：LED显示屏选型和控制，单片机选型，ADC转换芯片的选型和原理分析，数据收发模块的选型，硬件设计，单片机编程，封装。
2.1 LED显示屏选型和控制
首先我们选用的是单的LED显示屏，这种显示屏价格比较便宜，对于基本的显示要求可以满足，若需要更鲜艳的彩可以选用双或者彩显示屏[2]。其次，我们对LED点阵屏的硬件原理进行分析，对I/O口的输出状态进行监控，从而确定I/O口工作电平和控制方式。
实现对LED点阵屏的软件控制。根据对I/O口硬件分析的结果，对I/O口输出进行软件编程，使之能控制显示屏进行显示。
2.2 单片机选型
该系统核心控制芯片使用C51系列的89S52单片机。此单片机是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程 Flash 存储器。使用 Atmel 公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的 8位CPU和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案，价格便宜。
2.3 ADC转换芯片的选型和原理分析
该系统的ADC芯片使用的是MAX187芯片。ADC转换芯片是数据转换和采集的关键部分，所以要对此芯片的工作原理和时序进行细致的分析，从而才能设计硬件线路的连接。
2.4 数据收发模块的选型
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该系统数据收发模块选择CC1100收发芯片。电路主要设定为在315，433，868和915 MHz的ISM（工业、科学和医学）和SRD（短距离设备）频率波段，也可以容易地设置为300~348 MHz，400~4
64 MHz和800~928 MHz的其他频率。
RF收发器集成了一个高度可配置的调制解调器。这个调制解调器支持不同的调制格式，其数据传输率可达500 KB/s。通过开启集成在调制解调器上的前向误差校正选项，能使性能得到提升。
CC1100为数据包处理、数据缓冲、突发数据传输、清晰信道评估、连接质量指示和电磁波激发提供广泛的硬件支持。
2.5 硬件设计
根据MAX187的工作原理和管脚功能，设计电路板，使ADC芯片与单片机相互连接，这样能使用单片机控制ADC芯片的工作。
2.6 单片机编程
对单片机进行软件编程，使之能控制ADC芯片正常工作，能使I/O信号正常输出到LED上进行显示。
2.7 封装
将LED显示屏和控制电路进行封装。
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3 实验过程
该系统的研制大概经历了以下5个阶段：客户需求了解，硬件设计，软件编程，模拟信号采集调试，改进完善和编制说明书。
1）客户需求了解。先根据客户的要求功能和市场需求进行方案设计，不但可以满足客户的要求，还争取在有限的电路板上集成更多的接口，并且能进行功能扩展。
2）硬件设计。根据技术原理进行PCB板图设计，并进行电路板各部分的测试，检测是否能正常工作。
3）软件编程。根据显示屏的显示原理对单片机进行编程，控制串口的工作，数据的存储转换和显示屏的显示。软件采用功能模块化设计，主要由主程序、初始化、数据显示、A/D采样等几大模块程序组成。同时还采用了软件滤波技术，以保证则量的稳定性和正确性。初始化程序完成开机后单片机有关模式及初态的设置，主程序完成数据采集、计算，显示等功能。软件采用C语言编程，语句精练、实时性强，占用内存少，不宜出错，不宜死机，提高了系统性能。
4）模拟信号采集调试。对DC 0~10 V电压的采集是利用稳压电源进行模拟，这样可以准确的调试系数，做到准确定标的功能。
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5）改进完善和编制说明。通过调试，对系统各个部分进行改进完善，编制说明书，方便客户 使用。
4 创新点
1）工业现场LED数据显示屏被应用于工业现场的实时监测，特别是能应用在煤矿的监测系统中，丰富煤矿监测系统的内容，为安全生产起到了一定的作用，它可将地面数据或者将煤矿井下数据在井上LED显示屏上实时显示，更有利于井上人员获取井下信息[3]。
2）数据传输采用多种接口，232接口和485接口可以集成在一块电路板上，方便与常用的设备接口进行连接调试。
3）其中采用无线传输技术进行数据收发，工业现场传感器采集的数据可通过无线接口将数据传送至主节点，并显示在LED显示屏上，省去了复杂环境下布线的工序，特别节省资金，也保证安全。
参考文献：
[1] 靳桅,邬芝权,李骐.基于51系列单片机的LED显示屏开发技术[M].2版.北京:北京航空航天大学出版社,2011.
[2] 杨清德.LED工程应用技术[M].北京:人民邮电出版社,2010.
[3] 苏永道,吉爱华,赵超.LED封装技术[M].上海:上海交通大学出版社,2010.
（实习编辑 高 远）
