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数据采集系统范文1
【关键词】无线；数据采集
中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1006-0278（2013）04-159-01
目前数据的传输基本是基于有线的网络，如RS485，CAN等。这些有线的网络一般具有成本比较高、维护不方便等缺点。而无线传输相对具有一定的优势，如成本低、可靠性高、效率高、维护方便等，并且不受地理环境和地面状况的影响，尤其适合在野外或者不便于铺设线缆的地区进行数据传输和采集。针对这些特点，设计了一种采用无线传输方式的无线数据采集系统。
一、系统设计方案
本系统主要由主控机、数据采集器和现场采集终端组成。
主控机位于整个系统的最上层，负责控制和管理系统中的所有通信，并对收集到的各个现场采集终端的数据进行处理。数据采集器使用无线通信与各个现场采集终端连接，并将采集到的数据通过RS485总线传送给PC机。现场采集终端采用多点布置的方式，主要负责将其监测区域内的环境参数通过无线通道传递到数据采集器，数据采集器再将收集到的数据通过通讯总线传送给主控机。系统采用查询方式，由PC机发送命令查询请求，由数据采集器将各个现场采集终端的数据收集并回送给PC机，用户可以通过任意一台连入In―ternet的终端访问本地数据中心，或者向主控PC机发出指令。
二、硬件设计
文章中采用555定时器为主体的无线数据采集模块，成本较低且适应性较强，利用通用ISM数传频率433MHz作为传输信道。
过传感器1、传感器2、传感器N将工业控制现场的信号采集回来，经过由555定时器组成的多谐振荡器，通过模拟开关选择通路，将这些信号转换成频率信号，再将这些频率信号通过高频载波发射出去。其中调制方式采用幅移键控方式（ASK）调制。然后由声表面波（SAW）振荡产生433MHz的高频信号载波发射。
（一）数据据采集单元
数据采集节点位于工作现场，利用C8051F330自带的A/D转换模块，可实现8路模拟电压信号的采集。C8051F330是由SiliconLab公司推出的8位SoC型单片机，其带有10位ADC，转换速率可以达到200kS/s，最多16个输入通道。信号调理电路对输入电压进行变换，使电压变换范围为0～2.4V，以便进行A/D转换。C8051F330的I/O串口与nRF905模块的引脚直接相连，并以I/O模拟方式进行SPI通信。
（二）nRF905无线通信模块
nRF905是Nordic公司推出的无线收发芯片。该芯片工作于433/868/915MHz这3个频段，可自动产生前导码和CRC校验码，自动完成曼彻斯特编码/解码，从而降低了对MCU存储器的要求，缩短了开发时间。本系统采用的nRF905无线通信模块，有效通信距离可达到200mm，最大速率达到100kbWs，多点通信的地址可以有232种组合，非常适合组成无线网络。
除去电源引脚，在无线通信中被使用的nRF905模块引脚包括：由PWR UP、TRX CE和TX EN控制位进行模式控制；由MISO、MO-SI、SCK以及CSN组成SPI接口，配置nRF905的工作参数和读写数据；数据就绪指示位DR作为硬件握手信号，在nRF905接收或发送数据包完毕时置位。
（三）据接收中心
LPC2104的I/O口工作电压为3.3V，可与nRF905模块兼容，引脚直接相连，并以I/O模拟方式进行SPI通信。数据就绪指示位DR经过反相器与/EINTo引脚相连。当接收或发送数据包完毕时，DR引脚置位（这可以当作硬件握手信号使用）。在nRF905接收数据时，使能外部中断，/EINT0引脚下作在中断方式；nRF905接收到正确的数据包后会将DR置位并使/EINT0引脚为低，从而触发外部中断，通知MCU读取数据；当nR聊5发送数据时，禁止外部中断，/EINT0引脚工作在查询方式。
三、软件设计
（一）数据采集单元程序设计
正常情况下，数据采集和发送的时间远小于数据采集的间隔时间，在间隔时间内，将器件设置为空闲模式。单片机上电复位后，对I/O引脚、ADCO和nRF905模块进行初始化，将nRF905设置为接收方式，进入监视状态，而单片机则进入空闲模式。接到数据采集指令后，触发外部中断，将CPU激活，在中断服务程序中完成A/D转换并将数据发送出去。
数据接收中心和多个数据采集节点的协同工作是基于地址检测机制运行的。通信协议给每个节点进行编号，并且也给nRF905模块分配地址，地址格式为32位。节点发送的数据格式按照通信协议进行组织。为了提高通信的抗干扰能力，有效数据长度设计得较小。
（二）数据采集的工作流程
第一步，上位机通过串口向主节点发送数据采集命令。第二步，主节点的串口接收中断发送邮箱消息，通知内核收到上位机指令。第三步，收到消息后，串口通信任务转入运行状态，查询与从节点1对应的地址，并给从节点1发送指令，然后进入等待状态，如果等待超时，则断开链接，并向上位机报错。第四步，从节点1被无线触发唤醒，进行数据采集后向主节点发送数据。第五步，主节点的无线接收中断发送邮箱消息，通知内核读取数据。第六步，收到消息后，无线通信任务转入运行，读取数据并校验后传送给上位机，如果校验失败，则给从节点1发送一个“eror”标志，请求重发。第七步，上位机通过串口接收到数据，并进行处理和存储。至此，一个从节点的数据采集流程完毕，其他从节点的数据采集流程与之相似。
数据采集系统范文2
1激光测距雷达
激光雷达是激光技术与现代光电探测技术结合的先进探测设备。激光雷达由发射系统、接收系统和信息处理系统等组成。发射系统是各种形式的激光器，如二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、半导体激光器及波长可调谐的固体激光器等；接收系统采用望远镜和各种形式的光电探测器，如光电倍增管、半导体光电二极管、雪崩光电二极管、红外和可见光多元探测器件等［3］。激光雷达用激光器作为发射光源，是采用光电探测技术手段的主动遥感设备。激光测量系统基本原理为由发射系统发送一激光信号，经目标反射后被接收系统收集，通过测量反射光的运行时间而确定目标的距离。至于目标的径向速度，可以由反射光的多普勒频移来确定，也可以测量2个或多个距离，并计算其变化率而求得速度［4］。
2数据采集系统及测试
2.1系统参数及数据简介采用德国SICK公司的LMS221型激光雷达，其数据格式和传统的串口一样，每字节10位，包含1位开始位、8位数据位和1位结束位。激光雷达的报文结构如表1所示。STX即报文头，占用8位的1个字节，以02H开头；Adress为目标地址，占用8位的1个字节，地址为用户地址，这些地址可以在各个测量设备的端口应用；Length即不包含校验和的序列字节长度，占用2个字节；Command/Re⁃sponse即发送命令或是回复命令，占用1个字节；Data为发送报文的数据部分，占用N*8个字节；Checksum为对整帧数据，从STX到状态标记字节的CRC校验，占用户2个字节。激光雷达的主要相关参数主要有测量距离、分辨率、角度分辨率、扫描频率和扫描角度等。LMS221型激光雷达的测量距离范围最大为80m，测量距离分辨率为10mm。其测量结果主要由2个字节的数据表示，高低字节值相加得到测量点的距离值，该结果乘以设定的分辨率就是目标到雷达的径向距离。
2.2主要技术及算法1）用MSComm控件实现微机串口的数据通讯MSComm控件是Microsoft提供的简化Win⁃dows下串行通信编程的ActiveX控件，“隐藏”了大部分串口通讯的底层运行过程和许多烦琐的处理过程，同时支持查询方法和事件驱动的机制，事件驱动通讯是交互方式处理串口事务的一种非常有效的方法，特别适合Windows程序的编写。在串口通讯过程中，当发送数据、收到数据或产生传输错误时，触发MSComm控件的OnComm事件，然后可以通过判断CommEvent属性值获得事件类型，再根据事件类型进行相应数据处理。因此用其实现微机串口的数据通讯可以用较少的程序代码轻松实现串口的访问和数据通讯。2）采用MSComm事件驱动方式采集数据MSComm串口控件数据接收方式有2种：a.在MSComm事件中接收数据。这种方式能充分MSComm控件的特性。OnComm事件还可以检查和处理通讯错误；可以通过检查CommEvent属性的值来查询事件和错误。对于不定长数据以及对数据进行处理比较复杂的情况，此法不是很方便。b.定时器轮循法采集数据。对于数据包方式收发数据以及不需实时响应情况，用轮循法更好些。实际上轮循法最大的好处在于集中处理数据而且不太占用CPU。轮循法要注意定时采集的时间片段大小，这里用二进制收发模式，使属性RThreshold，SThreshold为0，屏蔽OnComm事件。本实时数据采集处理程序采用MSComm事件驱动方式。MSComm_OnComm的事件处理程序只处理comEvReceive事件。3）串行数据的发送在串行接收字程序当中，首先去掉待发送数据中的空格，然后要确保待发送字节为0~F的十六进制字符。得到正确格式的发送字节后，将其送入发送缓冲区中（MSComm.Output），最后再送入LMS221。4）串行数据的接收设置MSComm控件的接收数据采用二进制，即InputMode=comInputModeBinary，但用Input属性读取数据时，不能直接赋值给Byte类型变量，只能通过先赋值给1个Variant类型变量，返回1个二进制数据的数组，再转换保存到Byte类型变量中。设置MSComm控件的接收中断触发值为1，即Rthreshold=1。以数据采集状态为例，当有1个串行字符进入接收缓冲区后，触发串行中断事件。在串行中断程序中，先取得接收缓冲区中的数据，判断是否为帧头的开始，若是再取得下一字节数据，判断是否为帧头的第2个数据，直到找到帧头为止。找到帧头后，其后数据便是测量数据与帧尾，找到测量数据并将其存入数据中，送入下一步处理［5］。5）接收数据扫描绘图将扫描得到的数据进行解析之后，得到的是极坐标的数据，将极坐标转换为直角坐标的公式为X=Rcosθ;Y=Rsinθ（1）式中：R为由解析数据得到的测量点离原点的距离；θ为此点的扫描角度。在程序设计过程中应使扫描距离与扫描角度的值相吻合，以0.5°的角度分辨率为例：定义一个二维数组，用于暂存测量点距离和对应的角度。将每一帧数据的第1个测量点数据赋给数组第1列，再将其对应的角度赋给数组第2列相应的位置，依次把一帧数据存于这个二维数组。再将此二维数组中的数据绘制出来［6］。6）扫描数据的回放单击上位机中“数据回放”按键，从PC机中加载保存的测量数据，再从保存有测量数据的txt文件中找到测量数据，然后调用扫描绘图函数将其绘制。当数据不够完整一帧的时候需要舍弃。扫描数据回放流程图见图1，回放显示结果见图2。
2.3系统设计流程及功能本文中设计了LMS的数据采集系统，系统能设置LMS的各项参数，控制LMS的工作，并能将采集到的数据通过RS232总线采集到计算机中并保存。系统运行界面如图3所示。1）该系统应能够灵活选择LMS的工作方式，设置LMS的各项参数。在数据采集软件中应能对系统波特率、工作串口、扫描角度范围、扫描角度分辨率等做出选择。2）对采集到的数据进行处理分析后，能够以扫描绘图的形式显示出来。上位机所采集到的数据不能够生动形象、直观地表现出被测物体的距离和形状等特性，而扫描绘图显示部分不但能够实时地对采集到的数据进行距离成像，而且可以直观地反映出被测物体的主特性。3）该系统应能将LMS的数据通过RS232接口采集到计算机中并保存。采集系统采集到的是一组组动态数据流，存储系统的目的是能以一种快速有效的格式把该数据流源源不断地存入存储单元中。而且要求这种存储格式可以方便今后有需要时，随时对采集到的数据进行调用、修改和处理。4）对采集的数据分析处理后有数据回放功能。动态采集并保存的数据反映出了扫描雷达对被测物体的扫描过程，通过对测量数据的回放可得到被测物体的运动轨迹、运动速度等有用的信息，方便用户利用这些信息做一些有价值的判断。
2.4系统测试在LMS221数据采集系统的调试方案中，针对系统特性，调试将分为模拟调试和上机调试2种方案。其中模拟调试是上机调试的基础，2种调试方案都将遵循LMS从上电后的硬件复位到数据停止采集的过程进行一一调试。模拟仿真调试过程中用到了串口调试常用软件，即串口调试助手软件和虚拟串口软件。上机调试将LMS221激光雷达通过RS-232串口接至上位机计算机当中，调整好24V直流电源，打开LMS221，在上位机中对LMS221进行控制与调试。
3小结
数据采集系统范文3
Abstract: Based on the analysis of data acquisition system, this paper focuses on the analysis of the design of data acquisition system, also describes the importance of data acquisition system in practical applications, discusses the design process of data acquisition system and programming control for C8051F060, in detail explains the implementation of the system hardware design, gives some specific data in the testing part of the system, and reflects the importance of the practice.
关键词: 数据采集；C8051F060；信号；归一化
Key words: data acquisition；C8051F060；signal；normalized
中图分类号：TP315文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2011）13-0164-03
1 概述
所谓数据采集（Data Acquisition）就是将被测对象（外部世界、现场）的各种参量（物理量、化学量、生物量）通过各种传感元件转换为电信号，再经过信号调理、采样、量化、编码、传输等步骤，送至控制器进行处理、分析或存储记录的过程。用于数据采集的整套设备就叫数据采集系统（Data Acquisition System），它是以传感器的输出信号为输入，配以各种测量分析技术以及多样化的显示技术所组成的一个检测系统，主要应用于对某一物理量进行定期巡回状态监控或故障诊断等多种领域。它能和计算机一起组成独立的监测、诊断、和控制系统，是计算机主要辅助诊断方式之一。
2 系统方案分析
随着科技的进步与发展，光电等宽程信号的采集越来越受到人们的关注。这类光电信号一般是由零点几个纳安一直到毫安级，实质上光电流是有一个指数特性的。高新领域对于光电信号数据信号的采集越来越频繁。对于这类信号的这一指数特性，人们设计出了很多的方案来采集这一类的信号。
2.1 分离式 分离式的光电信号的采集系统。前级放大、分离运放ADC以及MCU处理器。如图1所示。ADC的选择一般是12位的数据转换器，电路连接相对复杂。这种数据采集系统的优点就是价格便宜，但可靠性差。各个模块之间可能引入的噪声就相对要多。
2.2 集成式 集成式数据采集系统是把运放和ADC转换器集成在MCU处理器之内。如图2所示。运用这一类高性能的IC制作的数据采集系统性能是很优越的，首先硬件电路大大简化，再者采集的信号精度也是很高的。但是价格很高，从工业生产角度考虑，无疑提高了生产的成本。
2.3 半集成式 半集成式数据采集系统，选择片内集成AD、运放分离的方法，如图3所示。只需将输入信号进行简单的转换，经运放调理，加入低通滤波直接接入IC即可，硬件电路相对简单。这种方式即提高了数据采集精度又使成本降低。
采用半集成式数据采集系统。这种方式即提高了数据采集精度又使价格降低。对于IC的选型，选择的是51系列的C8051F060，对于这一款芯片它集成的16位ADC和CPU最高频率可以达到24MHz使系统的运行速度比传统的MSC-51系列大幅度提高。另外，C8051F060含有丰富的器件，如DAC（Digital to Analog Converter）、UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）、SPI（Serial Peripheral Interface）等，并且具有简单方便的C2调试接口，这样可以简化系统的硬件电路的设计、提高系统的可靠性、降低系统功耗、缩短研发时间、降低整体开发成本。
3 系统硬件设计
为了保证数据采集的准确性和可靠性，设计中采用模块化设计，分为五大模块：电源模块、信号调理模块、UART接口、按键接口、显示模块。电源模块为整个系统运行供电，确保系统正常运行；信号调理模块对输入的模拟信号转换和信号调理；UART接口，系统采集到的数据通过串口通讯显示于上位机；按键接口，可以对系统的数据采集进行开关控制；显示模块用于将采集的数据直观的显示。总体设计框图如图4所示。
3.1 电源模块 一个系统是否处于良好的工作状态，电源的稳定性起着决定作用，使用稳压电源或蓄电池给系统提供9~12V的直流电源。系统需要的+5V和3.3V，采用LM2937-5.0和LM2937-3.3芯片来实现。其最大输入电流不要超过26V，最大电流为500mA。可以满足系统电量的要求，从抗干扰方面考虑，将3.3V数字地和模拟地隔离并增加了去耦合电容。经计算输入的电压最适为9V，当电压输入过高可能引起电源芯片发热，见图5。
3.2 信号调理模块设计 采用两级放大，前级为粗调，后者为细调。输入信号从10nA~100uA变化时，对采集的宽程小信号采用分段放大处理。见图6。通过对A0与A1的设置，选通导通通道，可以选择放大倍数有1、10、100、1000可选。而第二级放大用数字电位器控制其放大倍数。用I/O模拟I2C总线控制数字电位器以调节第二级的放大倍数。
3.3 UART接口 UART电路的设计参照现有的稳定的接法。（如图7）UART即通用异步收发器，可设置成全双工异步通讯方式，与PC等通讯；或设置成半双工同步模式与其他周边外设通信，如A／D或D／A。UART模块特点如下：
①两个接口引脚。
RXD为数据接收引脚（与PC5复用，使用RX功能时设置为输入口）；
TXD为数据发送引脚（与PC4复用，使用TX功能时设置为输出口）。
②提供标准的异步全双工通信。
③可编程的波特率。
④可进行偶校验、奇校验或禁止校验。
⑤停止位可设置为1位或2位。
⑥支持发送中断。
⑦支持接收中断。
⑧高抗噪声能力的数据接收（接收中间连续进行3次采样，并对结果进行多数决策）。
⑨在接收中进行帧校验和奇偶校验。
⑩溢出检测。
{11}CPU工作频率为8MHz时，波特率可在2 400～38 400bps之间编程设置。
4 系统软件设计
4.1 总流程 系统从功能上可分为：按键控制程序、调理信号控制程序、AD转换程序、显示控制程序和数据传输控制程序几部分。其流程如图8所示。
4.2 程序设计 根据要实现的功能及要求，程序设计流程如图9所示。
5 系统测试
系统测试需要一个小信号发生器，如图10所示。对于小信号的产生采用吉时利（KEITHLEK）的2400 SourceMeter。直接使用信号源产生电流信号发现测试数据波动很大，严重影响测试结果的准确性。最终决定由2400 SourceMeter提供电压信号，接入一电阻来实现恒定电流的输出。
以上系统测量范围是10nA~100uA四档量程分为：
10nA~100nA；100nA~1uA；1uA~10uA；10uA~100uA。
在进行信号放大的时候不仅仅把需要的信号进行了放大，同时也对噪声放大了。如果减少二级放大倍数来提高分辨率，量程也就发生了改变。因此只需改变少量的程序参数就可以得到一个量成为0.1uA~1mA的数据采集系统。
改变程序得到四档范围分为：
0.1uA~1uA；1uA~10uA；10uA~100uA；100uA~1mA。
按以下两种测试方法进行数据采集：
①通过电压值的改变可以得到电流值的变化，记录采集数据结果。②通过给予相应电流输入，记录采集数据结果。
测试结果分析可知，改进的数据采集系统更加的稳定。第二级放大带来的危害看来是很大的。经过两级放大的噪声对数据采集系统的影响只能尽量的减少但不能消除。分析采集数据的线性度，能够达到要求。
6 结论
综上所述，小信号数据采集系统采用数据采集与传感器技术相结合的方式，调理电路主要有两个作用：第一是放大作用，将信号放大到与数据采集板中的模拟/数字转换器量程相匹配；第二是滤波作用，抑制噪声干扰信号的高频分量，将频带压缩以降低采样频率。数据采集板主要是将输入的模拟量信号通过AD转换器转换为数字信号并传送至计算机。特点如下：①采用采用模块化设计，可以减少系统开发的复杂度，将问题分解细化，有利于分析问题，在开发的过程中，各个模块可以并行，加快开发速度；②增加抗干扰设计，提高系统可靠性。如去耦合、抗浪涌电压、隔离保护等措施；③光电转换时，当光信号由弱到强变化时，电信号变化可能会从零点几个纳安一直到毫安级，实质上光电流有一个指数特性。用C8051F060片内自带高精度A/D的片上系统来采集这类信号。在所有信号段的分布上都获得精确的数据采集，对信号分段并进行自动换挡处理以及数字滤波处理；④对信号进行采集后通过UART串口通讯在上位机显示归一化的数据；⑤为了减少计算机等线路带来的影响，设计了直接观察数据的液晶显示器，对归一化的数据进行直接显示。
参考文献：
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[2]童诗白，华成英．模拟电子技术基础[M]．高等教育出版社，2006，1：129-131．
数据采集系统范文4
关键词：FPGA，USB，LabVIEW，信号采集
在电气设备监测和微弱电信号测量中，需要对相关信号或微弱信号同步测量，以便分析信号间的相关信息得出正确的分析或控制策略。这些相关信号或是微弱电信号的分析处理，都需要大数据量的，并具有良好同步性的高性能数据采集系统为其服务。本文设计的双通道高速同步数据采集系统采用高精度ADC实现模拟信号的高精度采集；运用FPGA将同步采集后的数据存储至SRAM中；采用USB2．0总线与PC机实现数字信号的传输；利用LabVIEW的强大数据处理能力较好的实现数据分析。
1系统整体方案
双通道高速同步数据采集系统的总体设计构成如图1所示。该系统主要由以下各模块组成：ADC信号采集模块、FPGA控制模块和LabVIEW上位机数据处理模块。其基本工作原理为：FPGA通过高性能ADC同步采集控制，实现双通道高速同步采集，并缓冲整理数据至SRAM中；USB经由FPGA控制读取SRAM中数据并发送至PC中；LabVIEW实现数据运算，实现完整的信号分析过程。系统从软硬件两方面进行协调设计保证了整体设计的可靠性和实时性。
2系统的硬件设计
2．1FPGA控制模块本设计采用Altera公司的EP4C22F来实现数据采集系统的硬件逻辑控制。该芯片有着近74kB的总RAM存储空间和多达153可分配I／O管脚，为本系统搭建提供了便利。本系统中的逻辑控制主要分为：AD采样时序控制、数据的SRAM缓冲存储和CY7C68013发送控制。FPGA控制模块如图2所示。2．2A／D转换电路的设计作为采集系统的最前端，A／D转换器对整个系统的精度起到了决定性的作用。本系统采用AnalogDevicesInc（ADI）公司的A／D转换芯片AD7903，构建双通道高速同步数据采集系统的采集平台。AD7903作为一款双通道16bit的逐次逼近型模数转换器（ADC），具有1MSPS的转换速率。该芯片内部集成有两个16－bit的高速ADC和一个多功能串行端口接口（SPI），其SPI兼容串行接口可实现多个ADC在链工作模式下连结到单个三线式总线上。基准电压（VREF）由独立于电源电压的外部基准设定。因此，AD7903在通信系统、数据采集、医疗仪器等领域中得到了广泛应用。为了减小开发难度、缩短研发时间，选取AD7903工作在CS模式（三线式接口且无繁忙指示）下。该模式可极大地优化编程难度，同时也可以保证数据精度。2．3USB传输接口硬件设计本系统采用CYPRESS公司的USB2．0控制器CY7C68013实现数据的高速传输。CY7C68013为一款集成了USB2．0收发器的微控制器，其内部集成了USB2．0收发器、增强型8051内核、串行接口引擎SIE、可编程I／O接口以及FIFO等功能组件。其4KB的FIFO存储器设计专用于实现数据的高速传输。芯片的硬件接口模式有端口模式、SlaveFIFO模式和GPIF模式，本系统采用SlaveFIFO模式。在SlaveFIFO模式下，片内FIFO的读写控制与普通FIFO控制方式一致，保证了数据的高速传输。USB数据传输的高速，大数据量传输特性便于LabVIEW对数字信号的运算处理。
3系统的软件设计
3．1A／D采样时序在CS模式（三线式接口且无繁忙指示）下，CNVx上升沿触发采样转换，输出管脚SDOx强制输出高阻态。在单次转换过程中，时序变化无效，CNVx维持高电平至转换完成，此后AD7903进入数据采样输出阶段并处于关断状态。在采样数据输出阶段中，CNVx保持低电平，SDOx自动输出MSB。以完成转换后的CNVx下降沿为触发信号，在SCKx下降沿逐个输出数据。完成单次的数据输出后，CNVx变为高电平时SDOx重新返回高阻态。3．2SRAM存储控制SRAM数据缓冲模块，旨在与匹配A／D低速的采样数据流和USB的高速传输特性，实现采样数据的缓存和传输。同时，FPGA内部RAM资源的有限性，更加突出SRAM数据缓冲模块的必要性。系统选用ISSI公司的IS64LV25616A，具有低功耗、控制简单和能够实现高速读写等特点。为了实现系统实时性的要求，选用2片SRAM交替读写。控制信号确保在采集过程中写入和读出数据操作独立，其中一个处于写满状态时，数据输出至USB，新采集数据存入另一片。由此反复，构成一个高速FIFO，从而实现采集数据的不间断读写。SRAM控制流程如图4所示。3．3USB控制模块设计在EZ－USB处于SlaveFIFO模式时，芯片摆脱其内部单片机的控制，仅受外部FPGA逻辑电路控制。图给出了FPGA控制SlaveFIFO逻辑状态机制，其描述如图5所示。启动：空闲，等待写时间，跳转状态1；状态1：激活FIFOADR，跳转至状态2；状态2：判断FIFO满标志FLAGB管脚电平，若“假”则跳转状态3，否则等待；状态3：驱动数据至总线，进行数据传输，后跳转至状态4；状态4：判断FIFO空标志FLAGA管脚电平，若“假”则跳转状态2，否则转向启动。USB固件程序为EZ－USB芯片CY7C68013的控制程序，可通过其设定芯片的传输方式、PID／VID、缓冲区大小、数据宽度等相关参数。固件程序的下载一般有两种方法：①将程序存储至片外EEPROM；②一个可自动固件加载以及设备重枚举功能的驱动程序。考虑到硬件资源优化和设备的可移植性，系统选择固件程序来完成初始化及其他操作。USB主机通过检测USB接口管脚D＋、D－电压判断USB设备是否连接。在USB设备连接至USB主机，主机对其上电复位，并配置USB设备地址。主机通过发送读取描述符请求（GetDescription）请求获得USB控制传输字节数，USB固件等待令牌包并处理相应命令。完成后，主机对USB设备进入枚举过程。主机循环向USB设备发出读取描述符请求（GetDescription）请求，读取所有描述符获得USB配置信息。主机根据设备VID及PID选择合适驱动加载。之后主机发送请求为USB设备选择配置，枚举结束。为了便于控制，USB主机重新加载自定义固件程序，USB设备进行重枚举。USB设备与上位机PC的连接中，LabVIEW提供了众多简便的硬件接口驱动。即使是复杂的USB接口协议，NI－VISA仍提供了完备的USB设备的硬件驱动程序。通过NI－VISA软件，可更好的完成系统搭建，缩短开发时间。创建USB设备的驱动步骤如下：1）打开NI－VISADriverWizard，选择USB硬件总线；2）填写USB设备基本信息对话框，如：VID／PID，制造商等；3）填写输出文件文件名及保存路径；4）将新生成的文件安装在本地计算机；5）完成USB驱动程序安装，在设备管理器中便可看到完成安装后的USB设备。至此，整个USB设备在LabVIEW中完成驱动设备的安装，可自由实现数据读写。3．4上位机LabVIEW软件设计系统调用针对信号与系统分析的相关函数，实现被采信号的数据存储、图形显示和傅里叶变化。LabVIEW程序前面板如图6所示：图6采集程序界面
4结束语
文章较完整地介绍了双通道同步数据采集系统的组成。采用转换性能优越，高精度的AD7903，配合USB高速传输特性和LabVIEW的多类型硬件接口的适配性和数据处理功能，构建具有强大数据处理功能的采集系统。根据文中所设计采集系统，用户可扩展至多通道采集系统或多时钟采集系统，实现更加灵活应用的目的。
参考文献
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数据采集系统范文5
关键词：数据采集；条码识别；DNC联网
随着《中国制造2025》的，智能制造、数字化工厂一时成为热门话题。而我国大部分离散型制造企业的现状是普通加工机床与数控加工机床并存，如何帮助企业根据现有条件，稳步推进数字化改造，是需要面对的问题。下面就我院设计的某机械制造企业具体的数据采集系统实施方案，介绍一下具体的做法。该企业机械加工车间主要以盘套类、轴类、箱体类零件为主。加工设备普通机床站40%，数控机床及加工中心站60%，装备数控化率在我国处于中上游；在信息化建设方面，该企业实施了ERP系统，主要应用在财务管理方面，对实际的生产帮助并不大。
1数据采集系统设计规划
结合企业的现状，并根据企业迫切希望调高产品质量，提高产量的要求，提出了数字化工厂的实施战略：总体统一规划，分步实施数，追求实效，以应用促建设。总体上划分为生产过程可视可控化、分析应用数字化、工厂管理数字化和决策支持数字化四个层次。开始以基础平台搭建以及车间生产过程的可控可视化系统实施为重点，在此基础上展开相关系统功能的研发应用，最终实现全面数字化。要想实现生产过程的可控可视，数据采集系统的建立是关键，它也是MES系统和ERP系统的运行基础。数据采集系统主要针对车间生产人、机、料、法、环、测六大要素，针对六大要素的不同特点，采用不同的技术手段来实现数据的采集与反馈，从而实现生产全过程的物料跟踪管理，并打开生产过程的“黑匣子”，为生产运营管理提供及时准确的现场信息，使整个生产过程可视、可控。数据采集系统分为三个层次，分别为信息采集层、状态监控层、统计分析层。具体实施方案如下。为保障数据采集系统的实时性与可靠性，采用基于工业以太网的数据采集网络，主干网络采用100M环形以太网［1］。各种信息均通过覆盖整个车间的信息采集网络进行数据的传输。在车间设置屏蔽数据中心，用于生产数据的存储于管理，同时用于接收研发中心传输过来的工艺文件，以及管理部门下发下来的生产计划信息。数据中心设置有历史数据库及实时数据库，以及用于数据管理的管理服务器，文件服务器，认证服务器等管理系统服务器。设置指挥调度中心，生产监控信息通过网络汇入指挥调度中心监控平台。指挥调度中心有权限调看所有监控图像、设备运行状态、设备能耗等信息，可对重要的信息和图像进行备份存储。
2数据采集系统的具体实施
2.1编码体系建设是实现数据采集的基础
人工手动记录也是一种信息采集方式，因其有速度慢、可靠性低、及时性差等缺点，已不能满足现代化生产的需要。随着计算机及传感器等高新技术的不断进步自动识别技术取得了长足的发展，常用的的自动识别技术主要有：条码识别、射频识别、光学OCR识别、磁卡识别等。条码技术作为一种自动识别技术，具有操作简单、信息采集速度快、可靠性高、灵活实用、设备成本低等优点，在工程中获得了广泛的应用［2］。因此为了实现企业物流的实时追踪，实现车间生产全过程的可管可控，建立企业的基础数据编码系统是必需的。该企业实施了ERP系统，与产品相关的编码、人员与组织编码、与管理活动相关的编码、与生产经营资源相关的编码等几大部分已完成。
2.2系统所需采集数据的分析
生产过程中的数据涉及制造执行中的各个环节，通常包括了人员、物料、加工设备、工装、刀具、加工过程、质量检测等，而这些数据总体又分为静态数据和动态数据［3］。结合需要达成的目标，需要对系统所需采集数据进行深入分析，这关系到具体实施过程中采集的设置及需要采取的采集方式。具体见表1。
2.3数据采集点的具体设置
为提高车间数据采集的实时性与可靠性，采用工业以太网传输对车间进行全覆盖，各数据采集点通过管理计算机与传输网络相连。对于数控机床及加工中心实现DNC联网，通过DNC联网，可直接读取数控设备加工中的数据信息，例如主轴转速、主轴功率、进给赔率、有效加工时间、故障报警等［4］。具体做法是在数控设备旁边设置一网管理计算机，联网计算机与车间工业以太网连接，与生产区数据中心进行通讯，同时与数控设备进行一对一通讯，管理计算机配置一台条码扫描枪，用于工人工卡、物料条码的信息录入。对于普通机床，从事于零件的粗加工或非关键工序的加工工作，因此不需要提取加工过程的详细信息。但可通过设备的电气控制柜，提取现场触点信号，用于判断设备工作和闲置状态，为生产管理提供数据。具体做法是普通机床按照车间布局，3～4台为一组，一组设置一台管理计算机，用于设备触点信号的接入，操作人员可通过该计算机调取加工工艺文档，如设备出现故障，进行人工操作报警。管理计算机配置条码扫描枪，用于工人工卡、物料条码的信息录入。在各类库房设置管理计算机、配置条码打印机、条码扫描枪，生产所用物料、刀具、操作台、夹具等在进出库时进行条码扫描，进行相关信息录入；并通过管理计算机接收相关生产计划，按计划进行物料准备及配送。在在质量检测站设置管理计算机、配置条码打印机、条码扫描枪。对于自动检测设备，如三座标测量机，通过管理计算机联网，可实现检测数据的自动录入，并形成检验报表；对于非自动检测设备，需手工将检测结果录入到系统中，形成检验报表，并刷卡确定。
3数据采集系统取得的实际效果
3.1提高了数控设备利用率
由于数据采集系统及时提供了设备的运行状态，使生产安排更有针对性，生产计划调整及时，设备日常维护安排更加合理，降低了设备故障率，使数控设备的有效工作时间得到了大幅提高达到了60%。这一数值虽然与欧美先进企业数控设备有效工作时间达到80%［5］的数值相比，还有一定差距，但与国内企业数控设备利用率普遍在40%左右的水平相比，已是难能可贵。
3.2生产管理更加科学合理
国内工厂为了提高工人的积极性，对工人的考核一般采用计件工资制。这样做也存在一定的弊端，比如为了尽快完成任务，加大机床的进给赔率，从而造成对设备使用寿命及加工精度的损害；为了赶工，不及时更换刀具，或工作不仔细从而导致废品的产生，使企业蒙受损失等。而在实施了数据采集系统后，机床的工作状态能实时跟踪，从而杜绝了工人不规范操作的问题。对于一些关键零件，根据系统采集的实际工作时间，在制定工时定额时，适当放宽工时定额，并同时制定相应的处罚措施，使工人在进行关键件加工时自觉自愿做到认真仔细，降低产品废品率。
3.3有助于加工工艺的不断改进
在实施了DNC系统后，可以实现数字化仿真，即模拟加工过程，验证工艺的合理性，进行加工参数优化。另外，以前一些难以发现或解决的问题，因为现场实施数据的采集而变得简单容易。如某箱体在加工过程中，刀具出现崩刃，最终导致断齿，导致整个零件报废。通过调用DNC系统主轴实施监控数据发现，某一时段主轴功率突然提高，根据相对应的时间，查找到相应的加工点，确定了断刀点。发现该点是一个直角凸起部位，采用相同的进给速度，导致刀具受力突然增加，从而产生崩刃。找到原因后，通过更换刀具及降低该处的加工进给速度，有效解决了问题。
4结束语
数据采集系统的实施，能帮助企业实现生产全过程的可视化管理，能及时发现生产中存在的问题，不断提升管理水平，提高设备利用率，为企业创造价值，提升企业核心竞争力。同时，它也是MES系统、ERP系统的运行基础，为企业全面实现数字化、智能化打下坚实的基础。
参考文献：
［1］王华忠.监控与数据采集（SCADA）系统及其应用［M］.北京：电子工业出版社，2012.
［2］马国星.制造执行系统中生产过程跟踪技术的研究［D］.哈尔滨：哈尔滨理工大学，2011.
［3］王聪.制造业数据采集技术解析［Z］.e-works，2011.
［4］朱铎先.数字化车间的基础-DNC机床联网系统［J］.新技术新工艺，2011（8）：8-12.
数据采集系统范文6
【关键词】阀门;数据采集;无线技术;MCU
0.引言
水资源是不可替代的自然资源，是人类生存与社会发展不可缺少的物质基础，特别是我国，水资源十分紧张，人均占有量仅为世界人均占有量的1/4。目前，全国各城市的自来水供水管网老化，跑、冒、滴、漏现象十分严重，直接影响着水资源的有效利用。长期以来，自来水公司的供水管网资料是以图纸、图表等形式记录保存的。采用人工方法，借助图纸、各类卡片来手工管理纷繁的供水管网数据资料，凭借图纸、经验和记忆来处理频繁发生的事故，已越来越难以满足现实需要。随着电子设备的普及，在自来水行业引入电子设备，使用计算机系统，进行供水管网的管理和事故处理，已是势在必行。其中阀门是供水管网中重要的组成部分，对于阀门引入电子设备，能准确、高效的采集阀门的各种信息，对于合理利用水资源，提高自来水公司管理水平，降低城市供水成本有着重大意义。
1.阀门作用及阀门数据
阀门是自来水管网系统的重要组成部分，自来水管网使用的阀门主要有闸阀、球阀、蝶阀等，阀门主要起着接通或截断管路中水的作用。
阀门数据主要分为两类：阀门的基本信息和对阀门的操作过程信息，其中基本信息包括闸段号、闸号、转向、样式、满转转数、当前转数、管径、闸径、闸坐标、闸属行政区、安装日期、生产厂家、施工单位等，操作过程信息包括操作员号、操作开始时间、操作结束时间、操作内容记录等。
2.阀门数据采集系统功能
阀门数据采集系统主要实现将存储在阀门部分的阀门数据采集到设备中，同时将相关数据通过显示单元显示给操作人员，提供正确的阀门信息，供操作人员使用。同时，该系统还可以将操作人员对阀门的操作内容信息写入到阀门数据的存储介质中，保证阀门数据和阀门正确对应。该系统通过对身份卡的识别来识别操作人员，来保证授权的操作。同时，该系统还具有声光提醒功能，数据存储功能，低功耗管理功能，设备充电功能，与计算机系统通讯的功能等。
3.阀门数据采集系统硬件组成
3.1系统框图
3.2MCU
MCU是阀门数据采集系统硬件的核心部分，负责所有其他功能单元的控制。MCU采用PHILIPS公司的低功耗芯片P89C51RD2微处理器，其内部有1k字节的RAM空间和64k字节的Flash空间，完全可以满足系统需求。同时，P89C51RD2还内置硬件看门狗定时器，可以省去外接看门狗，降低硬件成本；内置可在线烧录ISP（In System Programming）功能，可在系统电路板上轻松实现对单片机芯片内固化程序的升级；具有两种低功耗休眠模式，IDLE和POWER DOWN模式，从而能可以在系统不工作时节省电池耗电。
3.3射频识别
本系统使用射频识别技术对操作人员的身份卡和阀门数据存储单元内的数据进行识别。身份卡数据和阀门数据分别存储在Philips Mifare One卡片中，该卡片内容量为8K位EEPROM，分为16个扇区，每个扇区有独立的一组密码及访问控制；每张卡有唯一序列号，为32位；无电源，自带天线，内含加密控制逻辑和通讯逻辑电路；数据保存期为10年，可改写10万次，读无限次。
Mifare One卡片采用Philips的MF1 IC S50芯片。该芯片是采用最新Mifare技术设计的微型嵌入式、非接触式IC卡读写芯片，内嵌ISO14443 Type A协议解释器,并具有射频驱动及接收功能,,读写距离最大可达100mm(与卡片及天线设计有关)。该芯片射频部分工作频率：13.56MHZ，通信速率：106 KBPS。
本系统射频识别单元采用Philips的MF RC500芯片，对身份卡和阀门数据存储单元进行数据读写操作。该芯片利用先进的调制和解调概念，完全集成了在13.56MHz下所有类型的被动非接触式通信方式和协议。MF RC500支持ISO14443A所有的层，内部的发送器部分不需要增加有源电路就能够直接驱动操作近距离的天线（可达100mm）；接收器部分提供一个坚固而有效的解调和解码电路，用于ISO14443兼容的应答器信号；数字部分处理ISO14443A帧和错误检测（奇偶&CRC）。此外， MF RC500可方便的用于各种基于ISO/IEC 14443A标准并且要求低成本、小尺寸、高性能以及单电源的非接触式通信的应用场合。
3.4显示单元
本系统显示单元采用液晶显示屏，为适合室外使用，特意选择大屏幕液晶，支持128X64点显示，能够显示字母、数字、汉字及各种图形，同时液晶显示屏自带中文字库，可以快速更改显示内容，满足现场需要。另外，液晶显示屏还增加了背光功能，可以保证夜间施工的需要。
3.5声光单元
为了避免设备使用过程中对阀门造成损坏，系统硬件设计了声光单元，用于操作到达参数临界值时对操作人员进行提醒。声音部分采用了大功率的蜂鸣器，使用P89C51RD2的PWM管脚驱动，产生不同频率的声音提示不同情况下的注意事项。光部分采用对人眼敏感的红色光，通过闪烁方式配合声音一起提醒操作人员注意。
3.6存储单元
存储单元采用FM24C256芯片，P89C51RD2通过IIC协议将阀门数据信息存储到FM24C256芯片的FRAM（铁电随机存储器）中，芯片掉电数据可保存10年，FRAM可实现100亿次读写操作。保证数据存储的可靠性。保存阀门数据不少于200条。同时，可以增加FM24C256芯片来增加阀门数据存储量。
3.7时钟单元
时钟单元采用PCF8563芯片，外接32.768kHz晶振，为系统提供时间，保证阀门数据产生时间和北京时间一致。，方便后期对数据的分析处理。
3.8通讯接口单元
通讯接口负责将存储在存储单元内的阀门的基本信息和对阀门的操作过程信息传输给计算机系统，计算机系统可以对这些数据进行分析处理，建立自来水管网系统阀门数据库及对操作人员的工作进行统计考核。该接口数据传输速率为9600b/s。
3.9电源单元
阀门数据采集系统使用锂离子电池供电，同时使用MAX770芯片将锂离子电池的电压升压到5V电压，供系统各部分使用。另外，P89C51RD2通过控制MOS管NDS336P来控制各单元电源的接通和关闭，在不需要时使系统保持在最低耗电状态，延长系统待机时间。
3.10充电管理单元
充电管理单元主要负责给锂离子电池进行充电，保证锂离子电池不被过冲电，进而避免电池损坏，影响系统性能。
4.结论
本文详述了阀门数据采集系统的硬件组成，并给出了系统组成框图，同时详述了各部分的设计思路和方案。系统采用了目前先进的射频识别技术。通过在实际中的应用，显著提供了阀门数据的准确性，大幅度降低了阀门数据的管理成本，取得了很好的应用价值。
【参考文献】
［1］何维华.供水管网常用管材和阀门.中国建筑工业出版社.2011,(1).
［2］陈吉宁，赵冬泉.城市排水管网数字化管理的理论与应用.中国建筑工业出版社.2010,(1).
