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數據采集系統范文1
【關鍵詞】無線；數據采集
中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A 文章編號：1006-0278（2013）04-159-01
目前數據的傳輸基本是基于有線的網絡，如RS485，CAN等。這些有線的網絡一般具有成本比較高、維護不方便等缺點。而無線傳輸相對具有一定的優勢，如成本低、可靠性高、效率高、維護方便等，并且不受地理環境和地面狀況的影響，尤其適合在野外或者不便于鋪設線纜的地區進行數據傳輸和采集。針對這些特點，設計了一種采用無線傳輸方式的無線數據采集系統。
一、系統設計方案
本系統主要由主控機、數據采集器和現場采集終端組成。
主控機位于整個系統的最上層，負責控制和管理系統中的所有通信，并對收集到的各個現場采集終端的數據進行處理。數據采集器使用無線通信與各個現場采集終端連接，并將采集到的數據通過RS485總線傳送給PC機?，F場采集終端采用多點布置的方式，主要負責將其監測區域內的環境參數通過無線通道傳遞到數據采集器，數據采集器再將收集到的數據通過通訊總線傳送給主控機。系統采用查詢方式，由PC機發送命令查詢請求，由數據采集器將各個現場采集終端的數據收集并回送給PC機，用戶可以通過任意一臺連入In―ternet的終端訪問本地數據中心，或者向主控PC機發出指令。
二、硬件設計
文章中采用555定時器為主體的無線數據采集模塊，成本較低且適應性較強，利用通用ISM數傳頻率433MHz作為傳輸信道。
過傳感器1、傳感器2、傳感器N將工業控制現場的信號采集回來，經過由555定時器組成的多諧振蕩器，通過模擬開關選擇通路，將這些信號轉換成頻率信號，再將這些頻率信號通過高頻載波發射出去。其中調制方式采用幅移鍵控方式（ASK）調制。然后由聲表面波（SAW）振蕩產生433MHz的高頻信號載波發射。
（一）數據據采集單元
數據采集節點位于工作現場，利用C8051F330自帶的A/D轉換模塊，可實現8路模擬電壓信號的采集。C8051F330是由SiliconLab公司推出的8位SoC型單片機，其帶有10位ADC，轉換速率可以達到200kS/s，最多16個輸入通道。信號調理電路對輸入電壓進行變換，使電壓變換范圍為0～2.4V，以便進行A/D轉換。C8051F330的I/O串口與nRF905模塊的引腳直接相連，并以I/O模擬方式進行SPI通信。
（二）nRF905無線通信模塊
nRF905是Nordic公司推出的無線收發芯片。該芯片工作于433/868/915MHz這3個頻段，可自動產生前導碼和CRC校驗碼，自動完成曼徹斯特編碼/解碼，從而降低了對MCU存儲器的要求，縮短了開發時間。本系統采用的nRF905無線通信模塊，有效通信距離可達到200mm，最大速率達到100kbWs，多點通信的地址可以有232種組合，非常適合組成無線網絡。
除去電源引腳，在無線通信中被使用的nRF905模塊引腳包括：由PWR UP、TRX CE和TX EN控制位進行模式控制；由MISO、MO-SI、SCK以及CSN組成SPI接口，配置nRF905的工作參數和讀寫數據；數據就緒指示位DR作為硬件握手信號，在nRF905接收或發送數據包完畢時置位。
（三）據接收中心
LPC2104的I/O口工作電壓為3.3V，可與nRF905模塊兼容，引腳直接相連，并以I/O模擬方式進行SPI通信。數據就緒指示位DR經過反相器與/EINTo引腳相連。當接收或發送數據包完畢時，DR引腳置位（這可以當作硬件握手信號使用）。在nRF905接收數據時，使能外部中斷，/EINT0引腳下作在中斷方式；nRF905接收到正確的數據包后會將DR置位并使/EINT0引腳為低，從而觸發外部中斷，通知MCU讀取數據；當nR聊5發送數據時，禁止外部中斷，/EINT0引腳工作在查詢方式。
三、軟件設計
（一）數據采集單元程序設計
正常情況下，數據采集和發送的時間遠小于數據采集的間隔時間，在間隔時間內，將器件設置為空閑模式。單片機上電復位后，對I/O引腳、ADCO和nRF905模塊進行初始化，將nRF905設置為接收方式，進入監視狀態，而單片機則進入空閑模式。接到數據采集指令后，觸發外部中斷，將CPU激活，在中斷服務程序中完成A/D轉換并將數據發送出去。
數據接收中心和多個數據采集節點的協同工作是基于地址檢測機制運行的。通信協議給每個節點進行編號，并且也給nRF905模塊分配地址，地址格式為32位。節點發送的數據格式按照通信協議進行組織。為了提高通信的抗干擾能力，有效數據長度設計得較小。
（二）數據采集的工作流程
第一步，上位機通過串口向主節點發送數據采集命令。第二步，主節點的串口接收中斷發送郵箱消息，通知內核收到上位機指令。第三步，收到消息后，串口通信任務轉入運行狀態，查詢與從節點1對應的地址，并給從節點1發送指令，然后進入等待狀態，如果等待超時，則斷開鏈接，并向上位機報錯。第四步，從節點1被無線觸發喚醒，進行數據采集后向主節點發送數據。第五步，主節點的無線接收中斷發送郵箱消息，通知內核讀取數據。第六步，收到消息后，無線通信任務轉入運行，讀取數據并校驗后傳送給上位機，如果校驗失敗，則給從節點1發送一個“eror”標志，請求重發。第七步，上位機通過串口接收到數據，并進行處理和存儲。至此，一個從節點的數據采集流程完畢，其他從節點的數據采集流程與之相似。
數據采集系統范文2
1激光測距雷達
激光雷達是激光技術與現代光電探測技術結合的先進探測設備。激光雷達由發射系統、接收系統和信息處理系統等組成。發射系統是各種形式的激光器，如二氧化碳激光器、摻釹釔鋁石榴石激光器、半導體激光器及波長可調諧的固體激光器等；接收系統采用望遠鏡和各種形式的光電探測器，如光電倍增管、半導體光電二極管、雪崩光電二極管、紅外和可見光多元探測器件等［3］。激光雷達用激光器作為發射光源，是采用光電探測技術手段的主動遙感設備。激光測量系統基本原理為由發射系統發送一激光信號，經目標反射后被接收系統收集，通過測量反射光的運行時間而確定目標的距離。至于目標的徑向速度，可以由反射光的多普勒頻移來確定，也可以測量2個或多個距離，并計算其變化率而求得速度［4］。
2數據采集系統及測試
2.1系統參數及數據簡介采用德國SICK公司的LMS221型激光雷達，其數據格式和傳統的串口一樣，每字節10位，包含1位開始位、8位數據位和1位結束位。激光雷達的報文結構如表1所示。STX即報文頭，占用8位的1個字節，以02H開頭；Adress為目標地址，占用8位的1個字節，地址為用戶地址，這些地址可以在各個測量設備的端口應用；Length即不包含校驗和的序列字節長度，占用2個字節；Command/Re⁃sponse即發送命令或是回復命令，占用1個字節；Data為發送報文的數據部分，占用N*8個字節；Checksum為對整幀數據，從STX到狀態標記字節的CRC校驗，占用戶2個字節。激光雷達的主要相關參數主要有測量距離、分辨率、角度分辨率、掃描頻率和掃描角度等。LMS221型激光雷達的測量距離范圍最大為80m，測量距離分辨率為10mm。其測量結果主要由2個字節的數據表示，高低字節值相加得到測量點的距離值，該結果乘以設定的分辨率就是目標到雷達的徑向距離。
2.2主要技術及算法1）用MSComm控件實現微機串口的數據通訊MSComm控件是Microsoft提供的簡化Win⁃dows下串行通信編程的ActiveX控件，“隱藏”了大部分串口通訊的底層運行過程和許多煩瑣的處理過程，同時支持查詢方法和事件驅動的機制，事件驅動通訊是交互方式處理串口事務的一種非常有效的方法，特別適合Windows程序的編寫。在串口通訊過程中，當發送數據、收到數據或產生傳輸錯誤時，觸發MSComm控件的OnComm事件，然后可以通過判斷CommEvent屬性值獲得事件類型，再根據事件類型進行相應數據處理。因此用其實現微機串口的數據通訊可以用較少的程序代碼輕松實現串口的訪問和數據通訊。2）采用MSComm事件驅動方式采集數據MSComm串口控件數據接收方式有2種：a.在MSComm事件中接收數據。這種方式能充分MSComm控件的特性。OnComm事件還可以檢查和處理通訊錯誤；可以通過檢查CommEvent屬性的值來查詢事件和錯誤。對于不定長數據以及對數據進行處理比較復雜的情況，此法不是很方便。b.定時器輪循法采集數據。對于數據包方式收發數據以及不需實時響應情況，用輪循法更好些。實際上輪循法最大的好處在于集中處理數據而且不太占用CPU。輪循法要注意定時采集的時間片段大小，這里用二進制收發模式，使屬性RThreshold，SThreshold為0，屏蔽OnComm事件。本實時數據采集處理程序采用MSComm事件驅動方式。MSComm_OnComm的事件處理程序只處理comEvReceive事件。3）串行數據的發送在串行接收字程序當中，首先去掉待發送數據中的空格，然后要確保待發送字節為0~F的十六進制字符。得到正確格式的發送字節后，將其送入發送緩沖區中（MSComm.Output），最后再送入LMS221。4）串行數據的接收設置MSComm控件的接收數據采用二進制，即InputMode=comInputModeBinary，但用Input屬性讀取數據時，不能直接賦值給Byte類型變量，只能通過先賦值給1個Variant類型變量，返回1個二進制數據的數組，再轉換保存到Byte類型變量中。設置MSComm控件的接收中斷觸發值為1，即Rthreshold=1。以數據采集狀態為例，當有1個串行字符進入接收緩沖區后，觸發串行中斷事件。在串行中斷程序中，先取得接收緩沖區中的數據，判斷是否為幀頭的開始，若是再取得下一字節數據，判斷是否為幀頭的第2個數據，直到找到幀頭為止。找到幀頭后，其后數據便是測量數據與幀尾，找到測量數據并將其存入數據中，送入下一步處理［5］。5）接收數據掃描繪圖將掃描得到的數據進行解析之后，得到的是極坐標的數據，將極坐標轉換為直角坐標的公式為X=Rcosθ;Y=Rsinθ（1）式中：R為由解析數據得到的測量點離原點的距離；θ為此點的掃描角度。在程序設計過程中應使掃描距離與掃描角度的值相吻合，以0.5°的角度分辨率為例：定義一個二維數組，用于暫存測量點距離和對應的角度。將每一幀數據的第1個測量點數據賦給數組第1列，再將其對應的角度賦給數組第2列相應的位置，依次把一幀數據存于這個二維數組。再將此二維數組中的數據繪制出來［6］。6）掃描數據的回放單擊上位機中“數據回放”按鍵，從PC機中加載保存的測量數據，再從保存有測量數據的txt文件中找到測量數據，然后調用掃描繪圖函數將其繪制。當數據不夠完整一幀的時候需要舍棄。掃描數據回放流程圖見圖1，回放顯示結果見圖2。
2.3系統設計流程及功能本文中設計了LMS的數據采集系統，系統能設置LMS的各項參數，控制LMS的工作，并能將采集到的數據通過RS232總線采集到計算機中并保存。系統運行界面如圖3所示。1）該系統應能夠靈活選擇LMS的工作方式，設置LMS的各項參數。在數據采集軟件中應能對系統波特率、工作串口、掃描角度范圍、掃描角度分辨率等做出選擇。2）對采集到的數據進行處理分析后，能夠以掃描繪圖的形式顯示出來。上位機所采集到的數據不能夠生動形象、直觀地表現出被測物體的距離和形狀等特性，而掃描繪圖顯示部分不但能夠實時地對采集到的數據進行距離成像，而且可以直觀地反映出被測物體的主特性。3）該系統應能將LMS的數據通過RS232接口采集到計算機中并保存。采集系統采集到的是一組組動態數據流，存儲系統的目的是能以一種快速有效的格式把該數據流源源不斷地存入存儲單元中。而且要求這種存儲格式可以方便今后有需要時，隨時對采集到的數據進行調用、修改和處理。4）對采集的數據分析處理后有數據回放功能。動態采集并保存的數據反映出了掃描雷達對被測物體的掃描過程，通過對測量數據的回放可得到被測物體的運動軌跡、運動速度等有用的信息，方便用戶利用這些信息做一些有價值的判斷。
2.4系統測試在LMS221數據采集系統的調試方案中，針對系統特性，調試將分為模擬調試和上機調試2種方案。其中模擬調試是上機調試的基礎，2種調試方案都將遵循LMS從上電后的硬件復位到數據停止采集的過程進行一一調試。模擬仿真調試過程中用到了串口調試常用軟件，即串口調試助手軟件和虛擬串口軟件。上機調試將LMS221激光雷達通過RS-232串口接至上位機計算機當中，調整好24V直流電源，打開LMS221，在上位機中對LMS221進行控制與調試。
3小結
數據采集系統范文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.
關鍵詞: 數據采集；C8051F060；信號；歸一化
Key words: data acquisition；C8051F060；signal；normalized
中圖分類號：TP315文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2011）13-0164-03
1 概述
所謂數據采集（Data Acquisition）就是將被測對象（外部世界、現場）的各種參量（物理量、化學量、生物量）通過各種傳感元件轉換為電信號，再經過信號調理、采樣、量化、編碼、傳輸等步驟，送至控制器進行處理、分析或存儲記錄的過程。用于數據采集的整套設備就叫數據采集系統（Data Acquisition System），它是以傳感器的輸出信號為輸入，配以各種測量分析技術以及多樣化的顯示技術所組成的一個檢測系統，主要應用于對某一物理量進行定期巡回狀態監控或故障診斷等多種領域。它能和計算機一起組成獨立的監測、診斷、和控制系統，是計算機主要輔助診斷方式之一。
2 系統方案分析
隨著科技的進步與發展，光電等寬程信號的采集越來越受到人們的關注。這類光電信號一般是由零點幾個納安一直到毫安級，實質上光電流是有一個指數特性的。高新領域對于光電信號數據信號的采集越來越頻繁。對于這類信號的這一指數特性，人們設計出了很多的方案來采集這一類的信號。
2.1 分離式 分離式的光電信號的采集系統。前級放大、分離運放ADC以及MCU處理器。如圖1所示。ADC的選擇一般是12位的數據轉換器，電路連接相對復雜。這種數據采集系統的優點就是價格便宜，但可靠性差。各個模塊之間可能引入的噪聲就相對要多。
2.2 集成式 集成式數據采集系統是把運放和ADC轉換器集成在MCU處理器之內。如圖2所示。運用這一類高性能的IC制作的數據采集系統性能是很優越的，首先硬件電路大大簡化，再者采集的信號精度也是很高的。但是價格很高，從工業生產角度考慮，無疑提高了生產的成本。
2.3 半集成式 半集成式數據采集系統，選擇片內集成AD、運放分離的方法，如圖3所示。只需將輸入信號進行簡單的轉換，經運放調理，加入低通濾波直接接入IC即可，硬件電路相對簡單。這種方式即提高了數據采集精度又使成本降低。
采用半集成式數據采集系統。這種方式即提高了數據采集精度又使價格降低。對于IC的選型，選擇的是51系列的C8051F060，對于這一款芯片它集成的16位ADC和CPU最高頻率可以達到24MHz使系統的運行速度比傳統的MSC-51系列大幅度提高。另外，C8051F060含有豐富的器件，如DAC（Digital to Analog Converter）、UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）、SPI（Serial Peripheral Interface）等，并且具有簡單方便的C2調試接口，這樣可以簡化系統的硬件電路的設計、提高系統的可靠性、降低系統功耗、縮短研發時間、降低整體開發成本。
3 系統硬件設計
為了保證數據采集的準確性和可靠性，設計中采用模塊化設計，分為五大模塊：電源模塊、信號調理模塊、UART接口、按鍵接口、顯示模塊。電源模塊為整個系統運行供電，確保系統正常運行；信號調理模塊對輸入的模擬信號轉換和信號調理；UART接口，系統采集到的數據通過串口通訊顯示于上位機；按鍵接口，可以對系統的數據采集進行開關控制；顯示模塊用于將采集的數據直觀的顯示?？傮w設計框圖如圖4所示。
3.1 電源模塊 一個系統是否處于良好的工作狀態，電源的穩定性起著決定作用，使用穩壓電源或蓄電池給系統提供9~12V的直流電源。系統需要的+5V和3.3V，采用LM2937-5.0和LM2937-3.3芯片來實現。其最大輸入電流不要超過26V，最大電流為500mA。可以滿足系統電量的要求，從抗干擾方面考慮，將3.3V數字地和模擬地隔離并增加了去耦合電容。經計算輸入的電壓最適為9V，當電壓輸入過高可能引起電源芯片發熱，見圖5。
3.2 信號調理模塊設計 采用兩級放大，前級為粗調，后者為細調。輸入信號從10nA~100uA變化時，對采集的寬程小信號采用分段放大處理。見圖6。通過對A0與A1的設置，選通導通通道，可以選擇放大倍數有1、10、100、1000可選。而第二級放大用數字電位器控制其放大倍數。用I/O模擬I2C總線控制數字電位器以調節第二級的放大倍數。
3.3 UART接口 UART電路的設計參照現有的穩定的接法。（如圖7）UART即通用異步收發器，可設置成全雙工異步通訊方式，與PC等通訊；或設置成半雙工同步模式與其他周邊外設通信，如A／D或D／A。UART模塊特點如下：
①兩個接口引腳。
RXD為數據接收引腳（與PC5復用，使用RX功能時設置為輸入口）；
TXD為數據發送引腳（與PC4復用，使用TX功能時設置為輸出口）。
②提供標準的異步全雙工通信。
③可編程的波特率。
④可進行偶校驗、奇校驗或禁止校驗。
⑤停止位可設置為1位或2位。
⑥支持發送中斷。
⑦支持接收中斷。
⑧高抗噪聲能力的數據接收（接收中間連續進行3次采樣，并對結果進行多數決策）。
⑨在接收中進行幀校驗和奇偶校驗。
⑩溢出檢測。
{11}CPU工作頻率為8MHz時，波特率可在2 400～38 400bps之間編程設置。
4 系統軟件設計
4.1 總流程 系統從功能上可分為：按鍵控制程序、調理信號控制程序、AD轉換程序、顯示控制程序和數據傳輸控制程序幾部分。其流程如圖8所示。
4.2 程序設計 根據要實現的功能及要求，程序設計流程如圖9所示。
5 系統測試
系統測試需要一個小信號發生器，如圖10所示。對于小信號的產生采用吉時利（KEITHLEK）的2400 SourceMeter。直接使用信號源產生電流信號發現測試數據波動很大，嚴重影響測試結果的準確性。最終決定由2400 SourceMeter提供電壓信號，接入一電阻來實現恒定電流的輸出。
以上系統測量范圍是10nA~100uA四檔量程分為：
10nA~100nA；100nA~1uA；1uA~10uA；10uA~100uA。
在進行信號放大的時候不僅僅把需要的信號進行了放大，同時也對噪聲放大了。如果減少二級放大倍數來提高分辨率，量程也就發生了改變。因此只需改變少量的程序參數就可以得到一個量成為0.1uA~1mA的數據采集系統。
改變程序得到四檔范圍分為：
0.1uA~1uA；1uA~10uA；10uA~100uA；100uA~1mA。
按以下兩種測試方法進行數據采集：
①通過電壓值的改變可以得到電流值的變化，記錄采集數據結果。②通過給予相應電流輸入，記錄采集數據結果。
測試結果分析可知，改進的數據采集系統更加的穩定。第二級放大帶來的危害看來是很大的。經過兩級放大的噪聲對數據采集系統的影響只能盡量的減少但不能消除。分析采集數據的線性度，能夠達到要求。
6 結論
綜上所述，小信號數據采集系統采用數據采集與傳感器技術相結合的方式，調理電路主要有兩個作用：第一是放大作用，將信號放大到與數據采集板中的模擬/數字轉換器量程相匹配；第二是濾波作用，抑制噪聲干擾信號的高頻分量，將頻帶壓縮以降低采樣頻率。數據采集板主要是將輸入的模擬量信號通過AD轉換器轉換為數字信號并傳送至計算機。特點如下：①采用采用模塊化設計，可以減少系統開發的復雜度，將問題分解細化，有利于分析問題，在開發的過程中，各個模塊可以并行，加快開發速度；②增加抗干擾設計，提高系統可靠性。如去耦合、抗浪涌電壓、隔離保護等措施；③光電轉換時，當光信號由弱到強變化時，電信號變化可能會從零點幾個納安一直到毫安級，實質上光電流有一個指數特性。用C8051F060片內自帶高精度A/D的片上系統來采集這類信號。在所有信號段的分布上都獲得精確的數據采集，對信號分段并進行自動換擋處理以及數字濾波處理；④對信號進行采集后通過UART串口通訊在上位機顯示歸一化的數據；⑤為了減少計算機等線路帶來的影響，設計了直接觀察數據的液晶顯示器，對歸一化的數據進行直接顯示。
參考文獻：
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數據采集系統范文4
關鍵詞：FPGA，USB，LabVIEW，信號采集
在電氣設備監測和微弱電信號測量中，需要對相關信號或微弱信號同步測量，以便分析信號間的相關信息得出正確的分析或控制策略。這些相關信號或是微弱電信號的分析處理，都需要大數據量的，并具有良好同步性的高性能數據采集系統為其服務。本文設計的雙通道高速同步數據采集系統采用高精度ADC實現模擬信號的高精度采集；運用FPGA將同步采集后的數據存儲至SRAM中；采用USB2．0總線與PC機實現數字信號的傳輸；利用LabVIEW的強大數據處理能力較好的實現數據分析。
1系統整體方案
雙通道高速同步數據采集系統的總體設計構成如圖1所示。該系統主要由以下各模塊組成：ADC信號采集模塊、FPGA控制模塊和LabVIEW上位機數據處理模塊。其基本工作原理為：FPGA通過高性能ADC同步采集控制，實現雙通道高速同步采集，并緩沖整理數據至SRAM中；USB經由FPGA控制讀取SRAM中數據并發送至PC中；LabVIEW實現數據運算，實現完整的信號分析過程。系統從軟硬件兩方面進行協調設計保證了整體設計的可靠性和實時性。
2系統的硬件設計
2．1FPGA控制模塊本設計采用Altera公司的EP4C22F來實現數據采集系統的硬件邏輯控制。該芯片有著近74kB的總RAM存儲空間和多達153可分配I／O管腳，為本系統搭建提供了便利。本系統中的邏輯控制主要分為：AD采樣時序控制、數據的SRAM緩沖存儲和CY7C68013發送控制。FPGA控制模塊如圖2所示。2．2A／D轉換電路的設計作為采集系統的最前端，A／D轉換器對整個系統的精度起到了決定性的作用。本系統采用AnalogDevicesInc（ADI）公司的A／D轉換芯片AD7903，構建雙通道高速同步數據采集系統的采集平臺。AD7903作為一款雙通道16bit的逐次逼近型模數轉換器（ADC），具有1MSPS的轉換速率。該芯片內部集成有兩個16－bit的高速ADC和一個多功能串行端口接口（SPI），其SPI兼容串行接口可實現多個ADC在鏈工作模式下連結到單個三線式總線上。基準電壓（VREF）由獨立于電源電壓的外部基準設定。因此，AD7903在通信系統、數據采集、醫療儀器等領域中得到了廣泛應用。為了減小開發難度、縮短研發時間，選取AD7903工作在CS模式（三線式接口且無繁忙指示）下。該模式可極大地優化編程難度，同時也可以保證數據精度。2．3USB傳輸接口硬件設計本系統采用CYPRESS公司的USB2．0控制器CY7C68013實現數據的高速傳輸。CY7C68013為一款集成了USB2．0收發器的微控制器，其內部集成了USB2．0收發器、增強型8051內核、串行接口引擎SIE、可編程I／O接口以及FIFO等功能組件。其4KB的FIFO存儲器設計專用于實現數據的高速傳輸。芯片的硬件接口模式有端口模式、SlaveFIFO模式和GPIF模式，本系統采用SlaveFIFO模式。在SlaveFIFO模式下，片內FIFO的讀寫控制與普通FIFO控制方式一致，保證了數據的高速傳輸。USB數據傳輸的高速，大數據量傳輸特性便于LabVIEW對數字信號的運算處理。
3系統的軟件設計
3．1A／D采樣時序在CS模式（三線式接口且無繁忙指示）下，CNVx上升沿觸發采樣轉換，輸出管腳SDOx強制輸出高阻態。在單次轉換過程中，時序變化無效，CNVx維持高電平至轉換完成，此后AD7903進入數據采樣輸出階段并處于關斷狀態。在采樣數據輸出階段中，CNVx保持低電平，SDOx自動輸出MSB。以完成轉換后的CNVx下降沿為觸發信號，在SCKx下降沿逐個輸出數據。完成單次的數據輸出后，CNVx變為高電平時SDOx重新返回高阻態。3．2SRAM存儲控制SRAM數據緩沖模塊，旨在與匹配A／D低速的采樣數據流和USB的高速傳輸特性，實現采樣數據的緩存和傳輸。同時，FPGA內部RAM資源的有限性，更加突出SRAM數據緩沖模塊的必要性。系統選用ISSI公司的IS64LV25616A，具有低功耗、控制簡單和能夠實現高速讀寫等特點。為了實現系統實時性的要求，選用2片SRAM交替讀寫。控制信號確保在采集過程中寫入和讀出數據操作獨立，其中一個處于寫滿狀態時，數據輸出至USB，新采集數據存入另一片。由此反復，構成一個高速FIFO，從而實現采集數據的不間斷讀寫。SRAM控制流程如圖4所示。3．3USB控制模塊設計在EZ－USB處于SlaveFIFO模式時，芯片擺脫其內部單片機的控制，僅受外部FPGA邏輯電路控制。圖給出了FPGA控制SlaveFIFO邏輯狀態機制，其描述如圖5所示。啟動：空閑，等待寫時間，跳轉狀態1；狀態1：激活FIFOADR，跳轉至狀態2；狀態2：判斷FIFO滿標志FLAGB管腳電平，若“假”則跳轉狀態3，否則等待；狀態3：驅動數據至總線，進行數據傳輸，后跳轉至狀態4；狀態4：判斷FIFO空標志FLAGA管腳電平，若“假”則跳轉狀態2，否則轉向啟動。USB固件程序為EZ－USB芯片CY7C68013的控制程序，可通過其設定芯片的傳輸方式、PID／VID、緩沖區大小、數據寬度等相關參數。固件程序的下載一般有兩種方法：①將程序存儲至片外EEPROM；②一個可自動固件加載以及設備重枚舉功能的驅動程序?？紤]到硬件資源優化和設備的可移植性，系統選擇固件程序來完成初始化及其他操作。USB主機通過檢測USB接口管腳D＋、D－電壓判斷USB設備是否連接。在USB設備連接至USB主機，主機對其上電復位，并配置USB設備地址。主機通過發送讀取描述符請求（GetDescription）請求獲得USB控制傳輸字節數，USB固件等待令牌包并處理相應命令。完成后，主機對USB設備進入枚舉過程。主機循環向USB設備發出讀取描述符請求（GetDescription）請求，讀取所有描述符獲得USB配置信息。主機根據設備VID及PID選擇合適驅動加載。之后主機發送請求為USB設備選擇配置，枚舉結束。為了便于控制，USB主機重新加載自定義固件程序，USB設備進行重枚舉。USB設備與上位機PC的連接中，LabVIEW提供了眾多簡便的硬件接口驅動。即使是復雜的USB接口協議，NI－VISA仍提供了完備的USB設備的硬件驅動程序。通過NI－VISA軟件，可更好的完成系統搭建，縮短開發時間。創建USB設備的驅動步驟如下：1）打開NI－VISADriverWizard，選擇USB硬件總線；2）填寫USB設備基本信息對話框，如：VID／PID，制造商等；3）填寫輸出文件文件名及保存路徑；4）將新生成的文件安裝在本地計算機；5）完成USB驅動程序安裝，在設備管理器中便可看到完成安裝后的USB設備。至此，整個USB設備在LabVIEW中完成驅動設備的安裝，可自由實現數據讀寫。3．4上位機LabVIEW軟件設計系統調用針對信號與系統分析的相關函數，實現被采信號的數據存儲、圖形顯示和傅里葉變化。LabVIEW程序前面板如圖6所示：圖6采集程序界面
4結束語
文章較完整地介紹了雙通道同步數據采集系統的組成。采用轉換性能優越，高精度的AD7903，配合USB高速傳輸特性和LabVIEW的多類型硬件接口的適配性和數據處理功能，構建具有強大數據處理功能的采集系統。根據文中所設計采集系統，用戶可擴展至多通道采集系統或多時鐘采集系統，實現更加靈活應用的目的。
參考文獻
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數據采集系統范文5
關鍵詞：數據采集；條碼識別；DNC聯網
隨著《中國制造2025》的，智能制造、數字化工廠一時成為熱門話題。而我國大部分離散型制造企業的現狀是普通加工機床與數控加工機床并存，如何幫助企業根據現有條件，穩步推進數字化改造，是需要面對的問題。下面就我院設計的某機械制造企業具體的數據采集系統實施方案，介紹一下具體的做法。該企業機械加工車間主要以盤套類、軸類、箱體類零件為主。加工設備普通機床站40%，數控機床及加工中心站60%，裝備數控化率在我國處于中上游；在信息化建設方面，該企業實施了ERP系統，主要應用在財務管理方面，對實際的生產幫助并不大。
1數據采集系統設計規劃
結合企業的現狀，并根據企業迫切希望調高產品質量，提高產量的要求，提出了數字化工廠的實施戰略：總體統一規劃，分步實施數，追求實效，以應用促建設?？傮w上劃分為生產過程可視可控化、分析應用數字化、工廠管理數字化和決策支持數字化四個層次。開始以基礎平臺搭建以及車間生產過程的可控可視化系統實施為重點，在此基礎上展開相關系統功能的研發應用，最終實現全面數字化。要想實現生產過程的可控可視，數據采集系統的建立是關鍵，它也是MES系統和ERP系統的運行基礎。數據采集系統主要針對車間生產人、機、料、法、環、測六大要素，針對六大要素的不同特點，采用不同的技術手段來實現數據的采集與反饋，從而實現生產全過程的物料跟蹤管理，并打開生產過程的“黑匣子”，為生產運營管理提供及時準確的現場信息，使整個生產過程可視、可控。數據采集系統分為三個層次，分別為信息采集層、狀態監控層、統計分析層。具體實施方案如下。為保障數據采集系統的實時性與可靠性，采用基于工業以太網的數據采集網絡，主干網絡采用100M環形以太網［1］。各種信息均通過覆蓋整個車間的信息采集網絡進行數據的傳輸。在車間設置屏蔽數據中心，用于生產數據的存儲于管理，同時用于接收研發中心傳輸過來的工藝文件，以及管理部門下發下來的生產計劃信息。數據中心設置有歷史數據庫及實時數據庫，以及用于數據管理的管理服務器，文件服務器，認證服務器等管理系統服務器。設置指揮調度中心，生產監控信息通過網絡匯入指揮調度中心監控平臺。指揮調度中心有權限調看所有監控圖像、設備運行狀態、設備能耗等信息，可對重要的信息和圖像進行備份存儲。
2數據采集系統的具體實施
2.1編碼體系建設是實現數據采集的基礎
人工手動記錄也是一種信息采集方式，因其有速度慢、可靠性低、及時性差等缺點，已不能滿足現代化生產的需要。隨著計算機及傳感器等高新技術的不斷進步自動識別技術取得了長足的發展，常用的的自動識別技術主要有：條碼識別、射頻識別、光學OCR識別、磁卡識別等。條碼技術作為一種自動識別技術，具有操作簡單、信息采集速度快、可靠性高、靈活實用、設備成本低等優點，在工程中獲得了廣泛的應用［2］。因此為了實現企業物流的實時追蹤，實現車間生產全過程的可管可控，建立企業的基礎數據編碼系統是必需的。該企業實施了ERP系統，與產品相關的編碼、人員與組織編碼、與管理活動相關的編碼、與生產經營資源相關的編碼等幾大部分已完成。
2.2系統所需采集數據的分析
生產過程中的數據涉及制造執行中的各個環節，通常包括了人員、物料、加工設備、工裝、刀具、加工過程、質量檢測等，而這些數據總體又分為靜態數據和動態數據［3］。結合需要達成的目標，需要對系統所需采集數據進行深入分析，這關系到具體實施過程中采集的設置及需要采取的采集方式。具體見表1。
2.3數據采集點的具體設置
為提高車間數據采集的實時性與可靠性，采用工業以太網傳輸對車間進行全覆蓋，各數據采集點通過管理計算機與傳輸網絡相連。對于數控機床及加工中心實現DNC聯網，通過DNC聯網，可直接讀取數控設備加工中的數據信息，例如主軸轉速、主軸功率、進給賠率、有效加工時間、故障報警等［4］。具體做法是在數控設備旁邊設置一網管理計算機，聯網計算機與車間工業以太網連接，與生產區數據中心進行通訊，同時與數控設備進行一對一通訊，管理計算機配置一臺條碼掃描槍，用于工人工卡、物料條碼的信息錄入。對于普通機床，從事于零件的粗加工或非關鍵工序的加工工作，因此不需要提取加工過程的詳細信息。但可通過設備的電氣控制柜，提取現場觸點信號，用于判斷設備工作和閑置狀態，為生產管理提供數據。具體做法是普通機床按照車間布局，3～4臺為一組，一組設置一臺管理計算機，用于設備觸點信號的接入，操作人員可通過該計算機調取加工工藝文檔，如設備出現故障，進行人工操作報警。管理計算機配置條碼掃描槍，用于工人工卡、物料條碼的信息錄入。在各類庫房設置管理計算機、配置條碼打印機、條碼掃描槍，生產所用物料、刀具、操作臺、夾具等在進出庫時進行條碼掃描，進行相關信息錄入；并通過管理計算機接收相關生產計劃，按計劃進行物料準備及配送。在在質量檢測站設置管理計算機、配置條碼打印機、條碼掃描槍。對于自動檢測設備，如三座標測量機，通過管理計算機聯網，可實現檢測數據的自動錄入，并形成檢驗報表；對于非自動檢測設備，需手工將檢測結果錄入到系統中，形成檢驗報表，并刷卡確定。
3數據采集系統取得的實際效果
3.1提高了數控設備利用率
由于數據采集系統及時提供了設備的運行狀態，使生產安排更有針對性，生產計劃調整及時，設備日常維護安排更加合理，降低了設備故障率，使數控設備的有效工作時間得到了大幅提高達到了60%。這一數值雖然與歐美先進企業數控設備有效工作時間達到80%［5］的數值相比，還有一定差距，但與國內企業數控設備利用率普遍在40%左右的水平相比，已是難能可貴。
3.2生產管理更加科學合理
國內工廠為了提高工人的積極性，對工人的考核一般采用計件工資制。這樣做也存在一定的弊端，比如為了盡快完成任務，加大機床的進給賠率，從而造成對設備使用壽命及加工精度的損害；為了趕工，不及時更換刀具，或工作不仔細從而導致廢品的產生，使企業蒙受損失等。而在實施了數據采集系統后，機床的工作狀態能實時跟蹤，從而杜絕了工人不規范操作的問題。對于一些關鍵零件，根據系統采集的實際工作時間，在制定工時定額時，適當放寬工時定額，并同時制定相應的處罰措施，使工人在進行關鍵件加工時自覺自愿做到認真仔細，降低產品廢品率。
3.3有助于加工工藝的不斷改進
在實施了DNC系統后，可以實現數字化仿真，即模擬加工過程，驗證工藝的合理性，進行加工參數優化。另外，以前一些難以發現或解決的問題，因為現場實施數據的采集而變得簡單容易。如某箱體在加工過程中，刀具出現崩刃，最終導致斷齒，導致整個零件報廢。通過調用DNC系統主軸實施監控數據發現，某一時段主軸功率突然提高，根據相對應的時間，查找到相應的加工點，確定了斷刀點。發現該點是一個直角凸起部位，采用相同的進給速度，導致刀具受力突然增加，從而產生崩刃。找到原因后，通過更換刀具及降低該處的加工進給速度，有效解決了問題。
4結束語
數據采集系統的實施，能幫助企業實現生產全過程的可視化管理，能及時發現生產中存在的問題，不斷提升管理水平，提高設備利用率，為企業創造價值，提升企業核心競爭力。同時，它也是MES系統、ERP系統的運行基礎，為企業全面實現數字化、智能化打下堅實的基礎。
參考文獻：
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數據采集系統范文6
【關鍵詞】閥門;數據采集;無線技術;MCU
0.引言
水資源是不可替代的自然資源，是人類生存與社會發展不可缺少的物質基礎，特別是我國，水資源十分緊張，人均占有量僅為世界人均占有量的1/4。目前，全國各城市的自來水供水管網老化，跑、冒、滴、漏現象十分嚴重，直接影響著水資源的有效利用。長期以來，自來水公司的供水管網資料是以圖紙、圖表等形式記錄保存的。采用人工方法，借助圖紙、各類卡片來手工管理紛繁的供水管網數據資料，憑借圖紙、經驗和記憶來處理頻繁發生的事故，已越來越難以滿足現實需要。隨著電子設備的普及，在自來水行業引入電子設備，使用計算機系統，進行供水管網的管理和事故處理，已是勢在必行。其中閥門是供水管網中重要的組成部分，對于閥門引入電子設備，能準確、高效的采集閥門的各種信息，對于合理利用水資源，提高自來水公司管理水平，降低城市供水成本有著重大意義。
1.閥門作用及閥門數據
閥門是自來水管網系統的重要組成部分，自來水管網使用的閥門主要有閘閥、球閥、蝶閥等，閥門主要起著接通或截斷管路中水的作用。
閥門數據主要分為兩類：閥門的基本信息和對閥門的操作過程信息，其中基本信息包括閘段號、閘號、轉向、樣式、滿轉轉數、當前轉數、管徑、閘徑、閘坐標、閘屬行政區、安裝日期、生產廠家、施工單位等，操作過程信息包括操作員號、操作開始時間、操作結束時間、操作內容記錄等。
2.閥門數據采集系統功能
閥門數據采集系統主要實現將存儲在閥門部分的閥門數據采集到設備中，同時將相關數據通過顯示單元顯示給操作人員，提供正確的閥門信息，供操作人員使用。同時，該系統還可以將操作人員對閥門的操作內容信息寫入到閥門數據的存儲介質中，保證閥門數據和閥門正確對應。該系統通過對身份卡的識別來識別操作人員，來保證授權的操作。同時，該系統還具有聲光提醒功能，數據存儲功能，低功耗管理功能，設備充電功能，與計算機系統通訊的功能等。
3.閥門數據采集系統硬件組成
3.1系統框圖
3.2MCU
MCU是閥門數據采集系統硬件的核心部分，負責所有其他功能單元的控制。MCU采用PHILIPS公司的低功耗芯片P89C51RD2微處理器，其內部有1k字節的RAM空間和64k字節的Flash空間，完全可以滿足系統需求。同時，P89C51RD2還內置硬件看門狗定時器，可以省去外接看門狗，降低硬件成本；內置可在線燒錄ISP（In System Programming）功能，可在系統電路板上輕松實現對單片機芯片內固化程序的升級；具有兩種低功耗休眠模式，IDLE和POWER DOWN模式，從而能可以在系統不工作時節省電池耗電。
3.3射頻識別
本系統使用射頻識別技術對操作人員的身份卡和閥門數據存儲單元內的數據進行識別。身份卡數據和閥門數據分別存儲在Philips Mifare One卡片中，該卡片內容量為8K位EEPROM，分為16個扇區，每個扇區有獨立的一組密碼及訪問控制；每張卡有唯一序列號，為32位；無電源，自帶天線，內含加密控制邏輯和通訊邏輯電路；數據保存期為10年，可改寫10萬次，讀無限次。
Mifare One卡片采用Philips的MF1 IC S50芯片。該芯片是采用最新Mifare技術設計的微型嵌入式、非接觸式IC卡讀寫芯片，內嵌ISO14443 Type A協議解釋器,并具有射頻驅動及接收功能,,讀寫距離最大可達100mm(與卡片及天線設計有關)。該芯片射頻部分工作頻率：13.56MHZ，通信速率：106 KBPS。
本系統射頻識別單元采用Philips的MF RC500芯片，對身份卡和閥門數據存儲單元進行數據讀寫操作。該芯片利用先進的調制和解調概念，完全集成了在13.56MHz下所有類型的被動非接觸式通信方式和協議。MF RC500支持ISO14443A所有的層，內部的發送器部分不需要增加有源電路就能夠直接驅動操作近距離的天線（可達100mm）；接收器部分提供一個堅固而有效的解調和解碼電路，用于ISO14443兼容的應答器信號；數字部分處理ISO14443A幀和錯誤檢測（奇偶&CRC）。此外， MF RC500可方便的用于各種基于ISO/IEC 14443A標準并且要求低成本、小尺寸、高性能以及單電源的非接觸式通信的應用場合。
3.4顯示單元
本系統顯示單元采用液晶顯示屏，為適合室外使用，特意選擇大屏幕液晶，支持128X64點顯示，能夠顯示字母、數字、漢字及各種圖形，同時液晶顯示屏自帶中文字庫，可以快速更改顯示內容，滿足現場需要。另外，液晶顯示屏還增加了背光功能，可以保證夜間施工的需要。
3.5聲光單元
為了避免設備使用過程中對閥門造成損壞，系統硬件設計了聲光單元，用于操作到達參數臨界值時對操作人員進行提醒。聲音部分采用了大功率的蜂鳴器，使用P89C51RD2的PWM管腳驅動，產生不同頻率的聲音提示不同情況下的注意事項。光部分采用對人眼敏感的紅色光，通過閃爍方式配合聲音一起提醒操作人員注意。
3.6存儲單元
存儲單元采用FM24C256芯片，P89C51RD2通過IIC協議將閥門數據信息存儲到FM24C256芯片的FRAM（鐵電隨機存儲器）中，芯片掉電數據可保存10年，FRAM可實現100億次讀寫操作。保證數據存儲的可靠性。保存閥門數據不少于200條。同時，可以增加FM24C256芯片來增加閥門數據存儲量。
3.7時鐘單元
時鐘單元采用PCF8563芯片，外接32.768kHz晶振，為系統提供時間，保證閥門數據產生時間和北京時間一致。，方便后期對數據的分析處理。
3.8通訊接口單元
通訊接口負責將存儲在存儲單元內的閥門的基本信息和對閥門的操作過程信息傳輸給計算機系統，計算機系統可以對這些數據進行分析處理，建立自來水管網系統閥門數據庫及對操作人員的工作進行統計考核。該接口數據傳輸速率為9600b/s。
3.9電源單元
閥門數據采集系統使用鋰離子電池供電，同時使用MAX770芯片將鋰離子電池的電壓升壓到5V電壓，供系統各部分使用。另外，P89C51RD2通過控制MOS管NDS336P來控制各單元電源的接通和關閉，在不需要時使系統保持在最低耗電狀態，延長系統待機時間。
3.10充電管理單元
充電管理單元主要負責給鋰離子電池進行充電，保證鋰離子電池不被過沖電，進而避免電池損壞，影響系統性能。
4.結論
本文詳述了閥門數據采集系統的硬件組成，并給出了系統組成框圖，同時詳述了各部分的設計思路和方案。系統采用了目前先進的射頻識別技術。通過在實際中的應用，顯著提供了閥門數據的準確性，大幅度降低了閥門數據的管理成本，取得了很好的應用價值。
【參考文獻】
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