单片机多路数据采集系统设计

明确数据资源的采集系统原理，是保证数据的采 集渠道得到进一步拓展的关键。从多路数据采集系统建设的角度，制订单片机的优化设计策略，是很多单 片机应用人员重点关注的问题。

单片机多路数据采集系统的结构及原理

传感器装置将按照设定的方式传递模拟电量。模拟电量的生成方式较为复杂，可以简单的按照常规电量转化的方式加以处置，也可以按照非物理量的应用特征进行设计，使单片机的多路数据采集系统可以完整结合信息资源采集应用的实际需要进行处置，为多路数据采集系统成功满足传感器装置的信息传导需求创造有利条件。设计单片机装置内部传感器装置的过程中，明确分辨率是保证多路数据采集工作顺利推进的关键，也是构成这一系统的关键性资源。采集到的信息资源通过放大后，信息资源的应用精度将得到更加完整的保障，完整控制更多的信息采集系统分辨率，为明确信息资源量程提供依据。

单片机多路数据采集系统的硬件设计

电路的设计一定要从保障基础性电能供给平衡的角度出发，全面调查、分析与系统相关的压力因素和温度因素，使硬件设计活动的实施可以满足电路设计措施的运行需求，并保证系统的硬件设计质量得到提升。设计单片机装置通用端口的过程中，必须全面加 强关注模拟信息资源，使更多的电路设计工作都能达到模拟信号的应用要求，并为明确电压值提供信息支持。从端口数据资源输入管理的角度出发，总结已经实施模拟设置的电路电压信号，使更多与电压值应用需求相关的策略都可以符合电路设计方案的构建需 要，保证在硬件资源设计的基础性端口价值得到明确的情况下处置电压因素，达到信息资源的模拟管理要求，为单片机实现内部信息转化提供帮助，为电路设计提供帮助 。电路的设计还需要从内核转换的角度出发，总结应用段码，使更多的驱动器装置在具体的驱动设计过程中，可以逐步适应单片机装置的信息模拟输入管理需要，并为更多工作电压的控制活动提供支持，使更多的模拟信息输入措施为单片机装置的数据信息维护提供帮助。

单片机的设计一定要与主控制芯片的具体应用方 式保持一致，使更多与控制器应用诉求相关的措施都可 以符合芯片资源的应用要求，为单片机合理满足主控制器装置的实际应用需求提供支持。主控制芯片的设计需 要从信息资源的串行通信角度出发，优化设计需要实施 通信管理的装置，以便主控制芯片可以达到微控制器装 置的操作与运行需要，为数字外部硬件资源满足数据资 源的采集控制需求提供帮助，进而体现数据资源的采集管理价值。设计主控制系统芯片的过程中，一定要将 模拟部件的状态作为一项关键性因素，有效显现更多数字资源的功能设计价值，保证与主控制系统芯片应用 相关的措施，能够体现数字外设功能的实际应用价值， 为主控制芯片的技术资源整合提供帮助。此外，一 定要从基础性信息的编译角度出发，结合主控制芯片 的设计特点，优化设置内部信息模块，并从数据资源 的采集和量化角度出发，实现内核模块资源的优化应 用，为主控制芯片的合理应用提供支持。

3. 显示电路的设计

显示电路进行硬件设置的过程中，一定要明确多 路数据采集过程中的信息资源移位特征，并使用寄存 器装置有效收集信息资源，为提升多路数据采集效率 和有效调动后续信息资源提供支持。寄存器的具体应 用活动需要强化重视数码显示功能，尤其加强关注寄 存器在移位管理方面的作用，使更多凭借内核完成信 息资源转化的节段码可以得到明确使用，并为显现内 核在电路设计领域的作用提供支持。研究单片机装置 的信息资源输出管理模式，使更多的移位信息可以在寄存器应用诉求明确的情况下得到使用，使显示电路可以有效按照节段码的特征制订寄存器应用方案，从而为体现单片机在数据资源传输管理过程中的作用提 供支持，实现单片机装置数据资源传输管理方案的优 化。显示电路的设计工作还需要强化重视串行数据， 尝试将 4 个字节的串行数据升级为 8 位并行的数据体 系，保证更多的 LED 数码管都可以在这一过程中有效 操作控制显示电路，体现静态显示数据的应用性价值， 使 LED 显示方式能够在显示电路的实际应用过程中发 挥更好的作用。

单片机多路数据采集系统的软件设计

1. 汇编语言的设计

软件的开发技术一定要与单片机的客观应用环境保持一致，使所有的新型技术都可以与传统技术实现完整对接，提高单片机装置的应用质量。软件设计工作需要从汇编语言开发这一关键性因素入手，优化、 选择编译工具。软件设计的具体操作一定要保证与主程序框架图保持完整对应，并采用模块划分的方式， 提升多路数据采集管理工作的运行水平，使程序的初始化设计可以达到单片机装置的应用要求，为提高单片机配置水平提供支持。全面加强重视数据资源集中采集管理工作，尤其要关注信息资源寄存管理措施， 使更多的模拟数据资源实现信息资源的采集控制需要， 为现有的数据采集系统满足信息资源的判断诉求提供 支持。进行单片机数据资源显示管理的过程中，必须 要重视电压运行原理的特点，以此保证单片机能够凭借精准的信息资源优化设计数据模块。电压的数据显 示要与电压的调整原理相符合，以此实现程序调用方案的优化控制，并为提高温度显示水平提供支持。

2. 参数采集软件的设计

进行参数采集软件设计的过程中，一定要从单片 机资源应用的实际特征出发，全面调查、分析软件资 源的设计和应用价值，完整显现参数采集软件设计工 作的主体价值，使单片机装置符合硬件资源的成本控 制要求，使参数采集软件可以凭借其稳定性优势，满 足参数采集软件成本控制的需求，为数据采集系统实 现优化提供帮助。

结论

明确单片机的应用原理，从数据采集系统应用的角度进一步明确单片机装置的应用策略，可以有效保证新时期单片机多路数据采集系统的应用价值得到进一步明确，并完整显现多路信息采集系统的设计价值。

基于单片机的采集与处理北斗定位信息系统

史旭涛， 宫铭举，曹丽娜

（天津理工大学 计算机与通信工程学院，天津 300384）

摘要 ：针对当代社会空巢老人的增多，突发意外时不能及时呼救的问题，设计了一款基于北斗定位系统的集应急报警与信息交互为一体的多功能报警器。该报警器采用双串口单片机为主处理器，以北斗定位模块为核心，结合GSM无线通信模块、液晶显示模块及蜂鸣器，实现快速报警并发送所在位置信息的功能。简述了硬件与软件的实施方案及定位信息采集原理，通过多方面对比北斗与GPS定位模块的速度与检测卫星数来比较二者性能，实验结果表明，该系统具有定位快速、可靠性与稳定性较高等特点。

随着社会的逐渐老龄化,当老人们外出发生意外时，周围人因不了解情况无法采取正确措施，家人因不知道事发地点无法及时营救，这已成为严重的社会问题，人们对老人呼救报警器的需求越来越高。现阶段报警器多为GSM呼救器［1］，对定位应用较少。而作为空间基础设施的卫星定位系统，可应用于老年人遇险定位。我国自主研发北斗导航定位卫星系统(BDS)［2］具有全天候快速定位、无定位盲区、高度可靠与稳定等优越性，对我国在经济、国防建设、综合国力的提高起到了促进与推动作用，北斗定位系统将成为中国导航与定位系统的趋势［3］。

本文设计一种以STC双串口单片机为主处理器，以北斗定位模块为核心,集液晶显示模块、蜂鸣器、GSM无线通信模块为一体的多功能报警器。当老人或弱势群体发生意外时，按下报警按键，蜂鸣器响起，引起周围群众的注意，液晶屏上显示重要信息，如过敏史、药品位置与家人信息等，提醒援救人员采取正确措施。北斗定位模块将定位信息传给单片机，并通过GSM无线通信模块将定位信息发送到家人手机中，使伤者得到及时营救。相较于传统通用的GPS定位系统，本设计采用北斗定位系统，具有更好的抗干扰能力、更快的定位速度。

1系统总体设计

系统主要由双串口单片机、北斗定位UM220ⅢN模块、GSM无线通信SIM900A模块、液晶屏显示模块LCD12864和蜂鸣器组成，系统框图如图1所示。利用双串口的STC12C5A60S2单片机，一路将北斗定位模块接收的定位报文数据传送至单片机，通过单片机芯片内部预先编写好的程序对定位信息进行择优采集并解析，将其经纬度坐标转换成高斯平面坐标，最后将需要的解析完毕的信息由GSM无线通信模块SIM900A发送到预定手机号码中，用户便可得到报警人具体的地址信息。液晶显示模块负责显示报警人的重要信息，蜂鸣器引起周围群众的注意，实施救援。

2北斗定位信息格式与提取

北斗UN220Ⅲ模块上电后，会每隔一定时间返回一定格式的数据帧，因北斗定位模块采用NMEA0183传输协议［4］,所以其数据格式与全球定位系统（GPS）［5］基本相同，其数据格式为：“$——信息类型，x,x,x,x,x,x,x,x,x,x,x,x,x,x”。每帧的起始字符都是“$”，紧接着为信息类型，而后是定位参数，各信息间均以逗号分隔。一帧完整的信息格式如下所示：

$GNRMC,123400000,A,4002217821,N,11618105743,E,0026,181631, 110415,,,*CS

以上数据帧表示的意义如下：GNRMC表示推荐最小定位；123 400000表示当前时间为12时34分00秒；A表示有效定位；4 002217 821表示纬度；N表示北纬；11 618105 743表示经度；E表示东经；0026表示速率；181631表示航向，指的是偏离正北的角度；110415表示日期；*为语句结束标识符；CS表示从$开始到*之间所有ASCII码进行异或得到的16进制数。

系统设计中对数据信息进行采集与解析是通过STC12C5A60S2单片机内设程序完成的，首先通过识别帧数据的启示字符ASCII码“$”来进行数据帧信息提取，再通过信息类型的判断来选择接收，识别正确后，再通过检索“，”来确定当前北斗模块所接收的定位参数，从中提取需要的定位信息，本系统仅提取与解析GNRMC中经纬度和时间等信息。

3系统的硬件设计

STC12C5A60S2单片机是一个具有超快速度、超强抗干扰能力、低功耗等优点的双串口单片机［6］，本系统中串口1接收北斗定位模块的数据信息，并对其进行解析；串口2将解析完毕的坐标通过GSM无线通信模块发送到预定手机号码中。通过按键控制单片机P3~P7的高低电平，使蜂鸣器、液晶显示模块及北斗定位模块开始工作。

3.1北斗定位模块

北斗定位模块UM220ⅢN硬件原理如图2所示。

北斗定位采用的是UM220ⅢN模块，该模块基于双系统多频率高性能低功耗GNSS SoC芯片，该芯片可同时支持高达6路不同频率的卫星信号，涵盖北斗等4大导航系统的12个频点，可对抗数十个单音干扰，支持毫米测量精度。前段芯片采用RFIC,该芯片集成了低噪放（LNA）、混频器（MIXER）、中频放大和滤波器、数模转换器（ADC）、自动增益控制以及本振频率合成器等。综合两芯片，实现了通过外部天线对北斗定位数据的准确接收。

UM220ⅢN的串口（UART）1为主串口，支持数据传输，将串口1的TXD与单片机串口1的RXD连接，使接收的定位数据传送至单片机内。默认波特率为9 600 b/s。

3.2GMS无线通信模块

GSM无线通信模块SIM900A硬件原理框图如图3所示。

GSM模块采用SIMCOM公司的SIM900A模块［7］,其内部设有存储器、基带信号、射频，它的工作频段为EGSM 900 MHz和DCS 1 800 MHz。SIM900A支持GPRS multislot class10/class8(可选)和GPRS编码格式CS1、CS2、CS3及CS4。其外围电路由天线（进行信号的网络注册）、串口UART（通过MAX3232芯片进行电平转化）、数据输入输出端（GPIO）、音频、电源接口、信号指示灯（LCD）和SIM卡槽组成，通过AT指令集进行短信的收发及语音通话等。

通过STC12C5A60S2双串口单片机进行供电，将单片机串口2的TXD与SIM900A模块的RXD相连，串口2的RXD与SIM900A的TXD相连，使GSM无线通信模块SIM900A与单片机相通，实现定位信息的发送。

4系统的软件设计

本系统的软件部分主要完成北斗定位信息的采集、单片机对定位信息提取与解析、定位信息通过GSM发送并通过液晶显示模块显示。上电后，首先对各个模块进行初始化，通过按键控制使蜂鸣器响起，液晶显示屏开始显示，与此同时北斗定位模块通过天线接收定位帧信息，接收正确后进入数据处理流程，单片机通过识别起始符“$”对定位信息类型GNRMC进行判断，若正确则进行该信息帧的接收与解析，否则继续进行数据接收，解析完成后将得到的高斯平面坐标发送给GSM模块，最终由GSM模块转发给相关用户。软件编程采用C语言，语法灵活，运行速度快，实行效率高。程序流程图如图4所示。

5北斗与GPS模块接收定位数据实验研究

在对北斗定位系统与GPS定位系统接收定位数据对比的实验研究中，北斗与GPS定位系统分别采用UM220ⅢN模块和UBLOXGPS模块，在多功能报警器的样机上进行实验。实验时间为5月份（夏季），地点在北纬N 3904′1927″,东经11 707′3184″附近,对时间的定时采用秒表计算,对卫星数的测量采用ucenter软件进行检测。

5.1不同时间段的实验研究

对于不同时间段的UM220ⅢN模块与UBLOXGPS模块的对比实验研究，一天中天气无明显差异（相对湿度平均为30%），结果如表1所示。

分析：测试结果显示，在无明显天气变化的一天中，午间与傍晚定位速度较快，夜间则较慢。总体来说，北斗UN220ⅢN要比UBLOXGPS定位时间快，检测卫星数多。反映出北斗的性能要优于GPS。

5.2不同天气的实验研究

对于不同天气情况的UM220ⅢN模块与UBLOXGPS模块的对比实验研究中，晴天的相对湿度为26%，小雨天的相对湿度为55%，阴天的相对湿度为43%，大风天的相对湿度为32%。结果如表2所示。

分析：测试结果显示，不同的天气情况对于信号与卫星的接收有较小的影响，对于UM220ⅢN来说，定位时间与检测卫星数有微小的变化，但对于UBLOXGPS来说，雨天对于定位时间有较大的影响，定位时间明显加长。总体对比来说，针对不同天气情况的外界因素，北斗模块具有较好的抗干扰能力。

5.3不同位置的实验研究

对于不同位置的UM220ⅢN模块与UBLOXGPS模块的对比实验研究中，对不同位置的实验所选时间一致，天气情况（或相对湿度28%）基本相同。结果如表3所示。

分析：根据测试结果显示，北斗定位UM220ⅢN模块和GPS 定位UBLOXGPS模块均在不同的地理位置对于信号接收速度与卫星检测数量上有较大影响，在室外空旷地带定位速度快，检测卫星数较多，而在楼道或室内则效果较差，随着位置地点的优化，定位时间随之减少，检测卫星数增加。

总结：不同时间、不同天气情况、不同地点都会对北斗与GPS的定位数据有一定的影响，而不同位置情况影响较为显著。但总体来说，北斗的UM220ⅢN对比与UBLOXGPS定位速度很快，检测卫星数较多，具有较好的调节作用。

6结论

本文采用单片机控制技术，设计实现了基于北斗卫星定位信息采集与处理终端接收北斗定位信息，通过GSM无线通信模块SIM900A发送地址信息和液晶屏显示重要信息的多功能报警器，并对其硬件与软件进行了深入讨论。该报警器简单、便捷，为广大的普通老年百姓独自出行发生意外提供了报警系统，保障生命安全。本系统以我国自主研发的北斗定位系统的UM220ⅢN为核心，通过实验研究中北斗定位UM220ⅢN模块与GPS定位UBLOXGPS模块在各个方面的对比，可以清晰地看出北斗定位系统具有更快的定位速度、更高的稳定性。

参考文献

［1］ 吴青，仵博.基于TC35i的GSM报警器的设计与实现［J］.微计算机信息，2009，25（2）：306307.

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分两步:一、自己做一个基于单片机的数据采集系统。二、把你制作的东西,分功能概述、硬件系统、软件系统、展望等几章来讲解。把你做的东西写清楚,就可以了...

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