多路信號數(shù)據(jù)采集器設(shè)計

梁韶華（甘肅長風(fēng)電子科技有限責(zé)任公司，甘肅　蘭州730070）

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多路信號數(shù)據(jù)采集器設(shè)計

梁韶華
（甘肅長風(fēng)電子科技有限責(zé)任公司，甘肅蘭州730070）

摘要：多路信號數(shù)據(jù)采集器具有模擬量采集、模擬量輸出、數(shù)字量輸入輸出、串口數(shù)據(jù)采集功能。數(shù)據(jù)采集器用于設(shè)備的數(shù)據(jù)采集及存儲，支持?jǐn)?shù)據(jù)錄取、數(shù)據(jù)回放、數(shù)據(jù)瀏覽、數(shù)據(jù)導(dǎo)出和導(dǎo)入。

關(guān)鍵詞：采集及存儲；錄?。换胤?/p>

1　概述

數(shù)據(jù)采集器將設(shè)備的多路輸出狀態(tài)信息實時地采集到計算機中，并存儲為相應(yīng)的文件。通過察看文件中存儲的被采集信息，可以進(jìn)行設(shè)備測試數(shù)據(jù)分析和故障判斷。

2　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖1　數(shù)據(jù)采集器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)采集器系統(tǒng)包含兩個部分：信號調(diào)理接口卡和數(shù)據(jù)采集工控機。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用單機一體化結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)采集工控機為基礎(chǔ)硬件平臺，模擬量、開關(guān)量以及串口數(shù)據(jù)的采集設(shè)備均以PCI總線插卡的方式置于數(shù)采工控機的PCI插槽上。信號調(diào)理接口卡主要完成兩個功能：（1）調(diào)理設(shè)備輸入的待采集信號，使之符合數(shù)據(jù)采集工控機的輸入信號要求；（2）隔離設(shè)備與數(shù)據(jù)采集工控機。數(shù)采工控機完成模擬信號、開關(guān)量信號的采集，以及串口數(shù)據(jù)的接收與解算。

3　信號調(diào)理接口卡

目前，決大多數(shù)的數(shù)據(jù)采集卡要求對于輸入信號有以下的要求：（1）模擬輸入的電壓范圍為-10～+ 10V；（2）數(shù)字輸入符合TTL電平規(guī)范（0～5V）。由于設(shè)備的待采集信號中包含了-15～+15V的直流慢變信號和高達(dá)28.5V的開關(guān)量信號，因此，必須在信號采集前對輸入信號進(jìn)行調(diào)理。信號調(diào)理接口卡的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　信號調(diào)理接口卡結(jié)構(gòu)

所有的待采集信號必須經(jīng)過信號調(diào)理單元后，然后接入數(shù)采工控機的相應(yīng)采集通道。不同的信號采用不同的信號調(diào)理單元，模擬信號調(diào)理單元如圖3所示。通過設(shè)置不同Ra和Rb，可以完成不同的信號衰減。

開關(guān)量信號（包括TTL）采用基于光耦器件的電路進(jìn)行隔離和調(diào)理。

圖3　模擬信號調(diào)理單元

4　數(shù)據(jù)采集工控機

數(shù)據(jù)采集工控機使用便攜式一體化機箱，液晶顯示屏，并具備至少4個PCI插槽，便于以后的硬件擴充。

5　數(shù)據(jù)采集軟件

數(shù)據(jù)采集軟件是完成數(shù)據(jù)采集通道配置，數(shù)據(jù)采集任務(wù)管理和采集數(shù)據(jù)管理的一體化應(yīng)用程序，其框架結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4　數(shù)據(jù)采集軟件結(jié)構(gòu)

各個模塊的功能簡介：

“任務(wù)型教學(xué)法”（Task-based Teaching,簡稱 TBT）是從20世紀(jì)80年代在交際教學(xué)法的基礎(chǔ)上逐漸發(fā)展起來，以交際任務(wù)為核心，強調(diào)“做中學(xué)”和“以學(xué)生為主體”的教學(xué)思想。Nunan（1989）認(rèn)為，任務(wù)型教學(xué)將語言教學(xué)真實化，其主要目的是讓學(xué)生不僅在運用中學(xué)，而且為了運用而學(xué)，直接通過課堂教學(xué)讓學(xué)生去用英語完成各種情景中真實的任務(wù)，從而培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用英語的能力。

1）軟件自檢：數(shù)據(jù)采集所需的配置文件是否完整，并檢測本軟件的一個實例已經(jīng)在運行。

2）硬件檢測：檢查當(dāng)前機器上是否有完成數(shù)據(jù)采集的硬件設(shè)備（采集卡和422串口卡）。

3）應(yīng)用程序界面：完成數(shù)據(jù)采集，配置管理的應(yīng)用程序主窗口。包括軟件配置，配置通道配置，采集任務(wù)管理，采集數(shù)據(jù)管理等。

4）系統(tǒng)配置信息：（1）設(shè)置采集數(shù)據(jù)的存儲目錄；（2）設(shè)置采集數(shù)據(jù)文件的命名規(guī)則及存儲方式。

5）采集通道參數(shù)配置管理：（1）通道管理。對于AD采集端口，包括采樣速率（10～100Hz），電壓范圍，增益等參數(shù)。對于DI采集端口，采樣速率（10～ 100Hz）等。

對于串行端口，包括串口類型，波特率，數(shù)據(jù)位，停止位，解算方式等；（2）通道組管理。本數(shù)據(jù)采集器的數(shù)據(jù)采集方式是基于采集通道組的，一個采集通道組至少包含任一AD端口或DI端口或串行端口。此外，為了保持靈活性，通道配置是基于組的，即對應(yīng)于不同的組，采集通道可以允許不同的配置。

6）采集任務(wù)管理：（1）根據(jù)采集組創(chuàng)建采集任務(wù)，其相應(yīng)的信息包括，任務(wù)名，采集組名，起止時間，輸出文件目錄等；（2）手動啟動采集任務(wù)，手動中止正在運行的采集任務(wù)；（3）創(chuàng)建連續(xù)的采集任務(wù)；（4）刪除采集任務(wù)；（7）采集數(shù)據(jù)管理：本軟件可以對已經(jīng)完成的采集任務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，并對采集的數(shù)據(jù)文件進(jìn)行查看（使用記事本程序）。

8）退出應(yīng)用程序：在采集任務(wù)正在進(jìn)行時，必須首先結(jié)束正在進(jìn)行的采集任務(wù)，然后才能采集應(yīng)用程序。

6　采樣數(shù)據(jù)實時顯示

本數(shù)據(jù)采集器支持采樣數(shù)據(jù)的實時顯示功能。在啟動采集任務(wù)時，軟件界面將提示用戶是否需要啟動數(shù)據(jù)實時顯示的功能。用戶可以選擇不啟動，則數(shù)據(jù)存儲在后臺進(jìn)行；否則，可以設(shè)置以下參數(shù)來配置實時數(shù)據(jù)顯示。如該任務(wù)曾經(jīng)啟動過，軟件界面將顯示上次配置的參數(shù)，供用戶修改。

1）實時顯示的數(shù)據(jù)通道；

2）顯示和回訪的分辨率（最高10ms最低100ms）；

在采樣數(shù)據(jù)實時顯示的過程中，用戶可以完成以下的操作；

3）放大（復(fù)原）曲線?？梢詫⒛硹l曲線放大至全屏，或恢復(fù)至顯示所有曲線的界面；

4）刪除曲線，即從實時數(shù)據(jù)顯示界面中刪除某采樣數(shù)據(jù)曲線；

5）增加曲線，在不超出總顯示曲線限制的前提下，從當(dāng)前任務(wù)中動態(tài)增加顯示某采樣數(shù)據(jù)曲線；

6）轉(zhuǎn)后臺存儲，關(guān)閉實時數(shù)據(jù)顯示界面，轉(zhuǎn)后臺存儲；

7）結(jié)束采樣任務(wù)。

7　采樣數(shù)據(jù)回放

本數(shù)據(jù)采集器支持采樣數(shù)據(jù)的回訪功能。數(shù)據(jù)回訪功能界面與數(shù)據(jù)實時顯示功能的界面類似。不同之處在于，數(shù)據(jù)回訪是從本地的硬盤讀取采樣數(shù)據(jù)而已。數(shù)據(jù)回訪軟件界面中，可以完成以下的操作。

1）放大（復(fù)原）曲線?？梢詫⒛硹l曲線放大至全屏，或恢復(fù)至顯示所有曲線的界面。

2）刪除曲線，即從實時數(shù)據(jù)顯示界面中刪除某采樣數(shù)據(jù)曲線。

3）增加曲線，在不超出總顯示曲線限制的前提下，從當(dāng)前任務(wù)中動態(tài)增加顯示某采樣數(shù)據(jù)曲線。

4）結(jié)束數(shù)據(jù)回放。

8　采集數(shù)據(jù)格式

針對每一個采集任務(wù)，其采集的數(shù)據(jù)放在一個與采集任務(wù)對應(yīng)的目錄下。數(shù)據(jù)采集文件為txt或dat文件，里面包含時間和對應(yīng)于該時間的采樣值或數(shù)據(jù)。這樣，可以非常方便地使用第三方工具（如ORIGIN）來完成事后的數(shù)據(jù)分析。

中圖分類號：G633.7