数据采集与分析硬件电路分析-数据采集与分析硬件电路分析实验报告
Time:2023-11-09 05:16:09
关于数据采集与分析硬件电路分析的问题，我们总结了以下几点，给你解答：
数据采集与分析硬件电路分析
安科瑞 华楠
摘要：为了能更好地掌握运动者的运动力度，尽可能地减小运动中由于运动过剧造成的损伤，设计了一种气动健身器材，通过实际的气缸压力与霍尔传感器检测出气缸活塞的位移来计算器材使用者所承受的拉力，并结合记录气缸活塞的运动次数来计算运动者消耗的热量，更直观地显示出运动者的运动情况。经过测试，霍尔传感器反应灵敏，检测结果准确，系统稳定性良好，有较高的实用性。
关键词：霍尔传感器；气动健身器材；位移；气缸
0引言
随着电子技术、计算机技术、图像分析技术等在医学领域日益广泛的应用，人们对合理精确的健身运动把握有了更高的要求，促使健身器材向着微机化、数字化、自动化、高质量和高精度的方向发展。在检测技术和控制技术高速发展的当下，传感器与单片机及显示屏构成的测控系统得到了广泛应用J，测距和测力的传感器更是在健身器材高精度方向的发展中起到了重要作用。
霍尔传感器作为一种基于霍尔效应的磁传感器，它已发展成一个品种多样的磁传感器。利用它对磁场的灵敏度，将其应用在气动健身器材中，能准确地测量出气缸活塞的运动位移和运动次数，从而更准确地控制运动量。
普通的机械性健身器材虽然能直观地显示出运动时的拉力，但若要更加精确地调整掌握运动的力度则多有不足，尤其在对要求甚高的康复器械上更是如此。本文设计的气动健身器材弥补了普通机械健身器材的一些不足，在使用者锻炼时能够精确地得知身体的受力情况，通过给气缸增减压力来调节运动者所需要的拉力，可以更准确地控制运动量而不会对使用者造成身体上的负担。
1系统整体框架与工作原理
本系统主要由霍尔传感电路、信号采集模块和微处理器(MCU)模块等组成。在该系统中，霍尔传感器通过气缸活塞上的小磁铁测出活塞的运动位移产生的电压差值信号，通过I/O端口将数字信号传送给主芯片STC89C54RD+，经过MCU进行数据处理后在液晶板上显示出运动次数与气缸活塞大体位移。在单片机的控制下，检测到的数据进行汇总计算，得出的运动消耗热量与运动拉力值并通过USB接口上传至Pc，通过Pc机的软件开发可以对采集到的数据进行显示、处理和绘图。系统结构如图1所示。
2硬件电路的设计
2．1霍尔传感器
霍尔传感器采用电磁式霍尔接近开关，这种开关能以细小的开关体积达到较大的检测距离J，它能检测磁性物体(一般为永久磁铁)，然后产生触发开关信号输出，直接输出的就是数字量。这种传感器是由于它自身的特点和优点(可以整体安装在金属中，对并排安装没有任何要求，具有价格低廉、结构简单的优点)，所以，比较符合仪器的机械设计和安装。但是缺点也比较多，如动作距离受检测体(一般为磁铁或磁钢)的磁场强度影响较大，检测体的接近方向会影响动作距离的大小，径向接近时有可能会出现2个工作点。所以，这些缺点都要在电路设计和软件编写判断时注意到。气功活塞的行程采集主要利用霍尔效应来采集，当电流通过导体时在电流垂直方向施加外磁场则在垂直于电流和磁场的方向上就会产生电动势。开关类霍尔传感器工作特性如图2所示。
当传感器感知到的感应强度B低于释放点BRP时，传感器连续输出5V高电平；当磁感应强度超过工作点B0P时，传感器由高电平跃至0V低电平并保持不变；当磁感应强度低于BRP时，传感器再次从低电平跃至高电平。(→为on曲线特性，→→为0ff曲线特性)。
因为气缸活塞是直线运动的，所以，直接将霍尔传感器固定安装在气缸外侧即可。将永磁铁安装在气缸活塞上，活塞动作时安装在气缸外侧的传感器能准确地感知磁铁的位置，霍尔传感器安装如图3所示。
2．2信号采集模块
电路中霍尔传感器只数较多，本系统采用异步并行输入/同步串行输出的八位移位寄存器CD4021来实现数据寄存采集。系统工作时，每个CIM021只能收取其中的8个开关量，单片机将脉冲信号作用给寄存器，一个脉冲数据移动一位，通过几次移位将收集到的8个开关量依次传送出去，传送到单片机进行处理。如果有多只霍尔传感器就可以用几片移位寄存器进行联级来对数据进行采集处理。硬件连接电路如图4所示。
2．3STC89C54RD+系列单片机
本系统采用STC89C54RD+微处理芯片，它是宏晶科技推出的新一代高速、低功耗、超强抗干扰的单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，l2时钟／机器周期和6时钟/机器周期可以任意选择。相对52RC系列的单片机它具有更大空间的RAM和Flash存储器，能够存放更大容量的程序，且EEPROM为16kbyte，能够更高效地传输数据，使整个系统更高效精确。
2．4气缸动作行程测量流程
当系统供电、程序初始化之后，安装在气缸外侧的传感器进入工作状态。器材使用者开始运动带动气缸活塞运动时，气缸外侧的传感器电路板开始检测小磁铁的运动位置，并相应地输出方波信号。所有的霍尔开关所采集的数据经过寄存器移位寄存后，一位一位依次输入单片机的I/0端口进行分析处理。单片机接收信号后，根据信号的跳变，实时地计算出相应的拉力和运动者消耗的热量，同时，将计算结果通过USB传给上位机并在器材上的液晶显示板上实时地显示出来。
3软件程序的设计
3．1气缸活塞行程测量原理
由图3可知，气缸动作时活塞上的小磁铁依次作用于气缸外侧的霍尔传感器。霍尔传感器在磁铁未经过的时候输出为l，有磁铁经过时输出为0，因此，判断最后一个0在整个输出信号中的位置是软件设计的核心所在。以32只霍尔传感器输出为例，32只霍尔传感器的开关状态最后串行到单片机中的是32个数字序列，移位寄存器CD4021串行输出从高位输出，对霍尔传感器移动到第几只霍尔传感器的计数也是以最高位为基准进行计数的。磁铁在经过霍尔传感器时会同时导通多只霍尔传感器，计数时取最高位的0，数列出现第一个0时计数加1，如果出现几个连续的0，则计数只加1次，只有不连续的0才累加。经过32个时钟判断出最后一个0的位置，也就是磁铁的最终位置。
在主程序中，传感器信息采集是循环进行的，磁铁的位置随着拉力的变化而不断变化，输入单片机的0的个数也将不断变化，从而实时地显示出位移的变化情况。位移判断程序流程图如图5所示。
图5位移判断流程图
3．2实验结果
电路测试时，通过电路设计和软件处理能有效地隔离外界的电磁干扰信号。通过对电路的硬件和软件调试，可以将所采集到的数据传到上位机中实时显示出来，拉力和位移测量曲线如图6所示。
图6拉力与位移和时间的关系曲线
4安科瑞霍尔传感器产品选型
4.1产品介绍
霍尔电流传感器主要适用于交流、直流、脉冲等复杂信号的隔离转换，通过霍尔效应原理使变换后的信号能够直接被AD、DSP、PLC、二次仪表等各种采集装置直接采集和接受，响应时间快，电流测量范围宽精度高，过载能力强，线性好，抗干扰能力强。适用于电流监控及电池应用、逆变电源及太阳能电源管理系统、直流屏及直流马达驱动、电镀、焊接应用、变频器，UPS伺服控制等系统电流信号采集和反馈控制。
4.2产品选型
4.2.1开口式开环霍尔电流传感器
4.2.2闭口式开环霍尔电流传感器
5结束语
本系统采用小磁铁与多只霍尔传感器协同工作，利用霍尔效应原理对气缸活塞动作行程进行实时采集检测，并用51单片机对采样数据进行分析计算。经过实验，霍尔传感器反应灵敏，测量准确，并且能直观地显示运动情况。与机械健身器材相比，虽然可移动性有所下降，但具有性能稳定，运动量控制准确，能实现精确可调，更有利于运动者对自身运动量的控制。
【参考文献】
[1] 赵莹莹，余红英，刘寅，樊永生.霍尔传感器在气动健身器材中的应用
[2] 林游，张俊杰，易凡．霍尔传感器信号采集与显示系统设计[J]．现代电子技术，2009，32(4)：191-194．
[3] 安科瑞企业微电网设计与应用手册2020.06版
数据采集与分析硬件电路分析报告
用了89C51写了一个时钟显示程序,硬件电路共有4个单独的数码管显示,P1.1G至P1.7接了数码管的A、B、C、D、E、F、G P2.3接了显示时的个位数码管DP脚,P2.7、P2.6、P2.5、P2.4分别接了时的十位数码管、时的个位数码管、分的十位数码管、和分的个位数码管，硬件和软件以调试成功了。但有如下2个问题？？
1、89C2051和89C51的内部结构完全相同吗？它只少了一个计时计数器2，和少了P0和P2口。指今应该和89C51相同的
2、将时钟电路改用89C2051，P1.1到P1.7接数码管的A、B、C、D、E、F、G ,P3.7、P.6、P3.4、P3.3分别接了时的十位数码管、时的个位数码管、分的十位数
码管、和分的个位数码管，P3.2接了显示时的个位数码管DP脚,89C51程序以在接入脚位更改了,仿真调试后只有数码管的分个位和分十位显示,请问大家这是软件问题,还是硬件问题?
首先，本次毕业设计是基于单片机测控系统的研究。介绍了以单片机为主要元器件的测控系统以及结构、设计和原理，该系统实现了自动控制，为设备的正常运行提供了条件。
其次，本次毕业设计针对系统所使用的C8051F020单片机的性能和发展情况做了一个全面的介绍；接着又对DS18B20单总线数字温度传感器做了性能方面的说明；同时关于UART0串行通信的方式和功能也进行了分析；最后，在单片机测量系统的抗干扰硬件软件的方法与设计方面也加以了论述。本次毕业设计主要应用C8051F020单片机作为核心控制元件进行分析和设计，对各部分的电路进行了介绍。并经过反复的模拟运行、调试，修改，最后形成了一套完整的程序系统。经过实践证明，本系统运行稳定，其优点是硬件电路简单，软件功能完善，控制系统可靠，性价比较高等，具有一定的实用和参考价值。
最后，在本次毕业设计过程中还使涉及到了功能强大的Protel99 SE软件的使用，并利用此软件绘制了系统原理图、印制线路板图。
数据采集与分析硬件电路分析实验报告
【篇一】实验报告心得体会
电路实验课已经结束，请按题目要求认真完成实验报告，并要仔细检查一遍，以免个突边吃倍站海退回，具体要求如下：
一、绘制电路图要工整、选取适宜比例，元件参数标注要准确、完整。
二、计算题要有计算步骤、解题过程，要代具体数据进行计算，不能只写得数。
三、实验中测试得到的数据于理言场他龙考要用黑笔誊写在实验报告表格上，铅笔字迹清楚也能够，如纸面太脏要换新实验报告纸，在319房间买，钱交给姜老师。
四来自、绘制的曲线图要和实验数据吻合，坐颤察标系要标明单位，各种特性曲线等要经过实验教师检查，有验收印章，曲线图务必经剪裁大小适宜，粘附在实验报告相应位置上。
五、思考题要有自己理解实验原理后较为详尽的语言表述，如串联谐振的判定等，能够发挥，有的要画图说明，不能过于简单，不能照抄。
六、实验报告页眉上项目如学号、实验台号、实验室房间号、实验日期等不要漏填。
七、要有个人小结，叙述透过实验有哪些提高，有哪些教训，之所以作得好和作得差，要分析一下手洞唤原因全合朝说鸡。同时提出建设性意见。
八、5月17日下午3时以前背位农深业脸务办太步班长(学委)交到综合楼323房价盟令输朝厂己青敌间。
【篇二】实验报告心得体会
一个长学期的电路高市原理，让我学到了很多东西，从最图丝升许混开始的什么都不懂，到此刻的略懂一二。
在学习知识上面，开始的晚速兴时候完全是老师讲什么就做乎重有什么，感觉速度还是比较选措最快的，跟理论也没什么差距。但杨感距是之后就觉得越来越章渐领灯季县麻烦了。从最开始的误差分析，实验报告写了很多，但是真正掌握的确不多，到最后的回转器，负阻，感觉都是理论没有很好的跟上实践，很多状况下是在实验出现象以后在去想理论。在实验这门课中给我的感受就是，必须要先弄清楚原理，在做实验，这样又快又好。
在养成习惯方面，最开始的时候我做实验都是没有什么条理，想到哪里就做到哪里。比如说测量三相电，有很多种状况，有中线，无中线，三角形接线法还是Y形接线法，在这个实验中，如果选取恰当的顺序就能够减少很多接线，做实验就应要有良好的习惯，就应在做实验之前想好这个实验要求什么，有几个步骤，就应怎样安排才最合理，其实这也映射到做事情，不管做什么事情，就应都要想想目的和过程，这样才能高效的完成。电原实验开始的几周上课时间不是很固定，实验报告也累计了很多，第一次感氧零觉有那么多实验报告要写，在交实验报告的前一天很多同学都通宵了的，这说明器让试此之读我们都没有合理的安排好自己的时间，我就应从这件事情中吸取教训，合理安排自己的时间，完成就应完成的学习任务。这背反告善服两入际含茶往学期做的一些实验都需要严谨的态度。在负阻的实验中，我和同组的同学连了两三次才把负阻链接好，又浪费时间，又没有效果，在这个实验中员喜种探排铁倒，有很多线，很容易插错，毕凯所以要个性仔细。
在最后的综合实验中，劳意养征或她手攻油尽我更是受益匪浅。完整的做出了一未个红外测量角度的仪器，虽然不是个性准确。我和我组员分工合作，各自完成自己的模块。我负责的是单片机，和数码显示电路。这两块都是比较简单的，但是数码显示个性需要细致，由于我自己是一个粗心的人，所以数码管我检查了很多遍，做了很多无用功。
【篇三】实验报告心得体会
在分子生物学实验室为期两个月的实习使我受益匪浅，我不仅仅学习到了专业知识，更重要的是收获了经验与体会，这些使我一生受用不尽，记下来与大家共勉：
1、手脚勤快，热心帮忙他人。初来匝道，不管是不是自己的份内之事，都就应用心去完成，也许自己累点，但你会收获很多，无论是知识与经验还是别人的称赞与认可。
2、多学多问，学会他人技能。学问学问，无问不成学。知识和经验的收获能够说与勤学好问是成正比的，要记住知识总是垂青那些善于提问的人。
3、善于思考，真正消化知识。有知到识，永远不是那么简单的事，当你真正学会去思考时，他人的知识才能变成你自己的东西。
4、前人铺路，后人修路。墨守陈规永远不会有新的建树，前人的道路固然重要，但是学会另辟蹊径更为重要。
5、独立而不孤立。学会独立思考，独立实验，但要记住与他人的交流也是十分重要的，实验和实验事永远不是你自己的。
6、实事求是做实验。不骗自己更不要骗他人。
7、认真仔细地做好实验纪录。不要当你真正用到它时才知它的重要所在。
【篇四】实验报告心得体会
高校实验室是培养高层次人才和开展科学研究的重要基地。在西方发达国家，学校对培养学生的动手潜力是十分重视的，这一问题近年来也越来越受到我国教育界人士的广泛重视。为了提高学生的'动手潜力，让学生做相关实训并完成单片机实验报告，在实验的形式上注重培养学生的实验技能和动手潜力。从单片机实验心得中学生就能够总结出超多的经验以适应当代社会的发展。
学习单片机这门课程，要掌握单片机指令系统中汇编语言各种基本语句的好处及汇编语言程序设计的基本知识和方法，以及单片机与其他设备相连接的输入输出中断等接口-技术。使学生从硬件软件的结合上理论联系实际，提高动手潜力，从而全面掌握单片机的应用。
实验教学的全过程包括认识、基储综合3个阶段。以往的单片机实验是进行软件的编制和调试，与实际应用中的硬件电路相脱节。使学生缺乏硬件设计及调试分析潜力，对单片机如何构成一个单片机最小应用系统，缺乏认识。发布的单片机实验板，透过计算机连接仿真器在实验板上把硬件和软件结合起来一齐调试，
【篇五】实验报告心得体会
一、认真学习，不断提高
今年，实验人员认真学习了《山西省中学理科教学仪器设备配备目录》和《山西省中小学标准化实验室建设标准》，认真做好实验室的日常管理工作，制订好实验室工作规划和实验教学计划，制订好仪器设备和药品的订购工作，确保实验的正常进行，认真准备好每一个演示实验和学生实验，确保实验开设率达100%，认真管理好每一件仪器和设备，努力提高仪器设备的利用率，认真做好实验室的清洁卫生工作，确保师生有一个良好的实验环境，认真收集和整理实验室资料，把实验室工作推向了一个新水平。
二、服务教学，加强管理，钻研业务，不断创新
以教学为中心，以提高教学质量为目的，加强实验教学环节。今年，我们在实验教室少的情况下，充分利用现有设备和资源，保证了实验教学的顺利进行，参与实验教学，不断提高学生的操作技能，使实验室管理步入了科学化、现代化、信息化管理的轨道。
要生存，要发展，就要不断创新。为此，我们十分注重自身素质和业务能力的提高，平时加强对教育教学理论的学习和研究，积极自制教具。并吸取外校实验工作的优点不断提高自身水平，保证了实验室的稳步发展。
三、紧跟时代发展，参与学校建设
为了学校实验室使用、管理更加规范，积极参与学校实验室的设计，从总体规划到水电布局、实验室的布局等都提供了很多有价值的方案并被采纳，尽早保证实验的顺利开展。并一直在思考我校实验室在哪些方面搞特色，是否可行，如何实施等问题
四、存在的不足
1、创新意识不高，跟不上形势的发展，科研能力有待提高。
2、随着实验教学改革的不断深入，现有实验室已很难满足教学的需要，未来的实验室如何管理，合理、充分的使用是我们深思的问题，也是需要学习与探索的过程。