基于单片机的信号采集系统的设计

信号采集设备广泛使用于机器健康诊断系统中用来记录、监视和诊断。机器情况数据经常由非便携式或者带导线的设备收集。对于一些重要的应用，比如危险或者遥远的地点，尤其是在航空上，提供可以方便地携带或者读取的设备是必要的。另外，机器健康诊断尤其是机床振动信号诊断经常处理低频信号，这值得关注。 【基于单片机的信号采集系统的设计】 信号采集系统在机器健康诊断中起着至关重要的作用，用于记录、监控和诊断设备状态。传统的信号采集设备往往体积大、需连接线缆，这在某些特殊环境（如危险或偏远地区，尤其是航空领域）中显得不便。而对低频信号的处理，例如机床振动信号的诊断，是机器健康诊断中的关键点。 本设计研究了一种基于微控制器的便携式信号采集系统，旨在降低成本并提高使用的灵活性。该系统的核心硬件包括微型计算机、基于PIC18F1320的微控制器电路板以及串行通讯设备。其中，EEPROM 24LC32A作为存储扩展，用于存储采集的数据。用户通过微型计算机界面设定采样参数，如采样间隔、次数和通道，信息通过RS-232端口传输至微控制器。微控制器根据指令执行模数转换，并将转换后的数据传回微型计算机或存储在EEPROM中。 硬件设计中，PIC18F1320微控制器具有5V电源、在线串行编程功能，最高时钟频率可达40MHz。其端口A支持双向输入/输出，模拟输入通道可通过用户选择。电路板采用24引脚插座设计，便于微控制器的插入和更换。为了适应不同电气特性的串行通信，系统中采用了工业标准级的MAX232芯片进行电平转换，确保数据的正确传输。此外，微控制器通过32K的I2C串行EEPROM进行存储扩展，数据可长期保持。 软件方面，微型计算机控制程序由用户友好的命令程序或Microsoft超级终端程序构成，两者都能与微控制器进行命令和数据交互。命令程序界面提供了通信状态、命令选项和数据展示。微控制器内部的算法则负责接收采样参数，执行模数转换，并管理数据记录。 系统软件设计包括两部分：微型计算机控制程序和微控制器算法。前者采用Visual Basic编程，提供图形化界面，用户可设置采样参数并查看采样结果。后者采用MPLAB C18或汇编语言编写，实现与微型计算机的信息交换和数据采集。MPLAB IDE 6.5用于程序验证和内存分配分析。 实验结果显示，系统能够成功采集3 kHz的复杂信号，且在重新编程微控制器后，电路板可作为独立的便携设备使用。目前，系统已应用于机床刀具振动分析，但精度还有待提高，信号数据的存储容量也需要进一步扩展。需要注意的是，测量信号需调制在+5V以内以适应系统要求。 这个基于单片机的信号采集系统为机器健康诊断提供了一种低成本、便捷的解决方案，特别是在对低频信号处理和便携性有高需求的场合，具有显著的应用价值。未来的研究方向可能集中在提高系统精度、增加数据存储能力和优化信号调理电路等方面。