多路數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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摘 要：在實(shí)際生產(chǎn)中，往往有對(duì)多路數(shù)據(jù)進(jìn)行不間斷集中監(jiān)測(cè)的情況發(fā)生，這就需要設(shè)計(jì)一個(gè)多路數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集系統(tǒng)。本文介紹了一個(gè)可同時(shí)對(duì)多個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取的主—從機(jī)體多路無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的自動(dòng)化分析，而且系統(tǒng)可靠性較高，成本較低，數(shù)據(jù)分析及時(shí)。

關(guān)鍵詞：多路無線數(shù)據(jù)；采集系統(tǒng)；數(shù)據(jù)傳輸；數(shù)據(jù)接收

引言

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)多路無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為數(shù)據(jù)采集端設(shè)計(jì)、無線數(shù)據(jù)的傳輸以及數(shù)據(jù)接收端的設(shè)計(jì)三大塊。數(shù)據(jù)采集端主要對(duì)環(huán)境的物理參量進(jìn)行多路采集，然后以無線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，并傳至數(shù)據(jù)接收端進(jìn)行數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單處理，最終展現(xiàn)在用戶面前。

1數(shù)據(jù)采集端設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集端主要用于獲取各種現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量數(shù)據(jù)。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)信息管理系統(tǒng)中，需要采集各種信息并將其送入計(jì)算機(jī)內(nèi)部進(jìn)行處理。主要包含有壓力傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換器件、單片機(jī)及無線收發(fā)模塊。

系統(tǒng)中的壓力傳感器為壓阻式傳感器，主要作用是把外部壓力的變化轉(zhuǎn)化為4～20mA的電信號(hào)，方便計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息處理。壓力傳感器的下級(jí)單元為放大器，主要功能是將壓力傳感器轉(zhuǎn)化而來的較小的電信號(hào)進(jìn)行放大處理，從而獲得易于識(shí)別和靈敏度較高的信號(hào)源。經(jīng)過放大的電信號(hào)通過A/D轉(zhuǎn)換器件，將由放大得來的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為便于計(jì)算機(jī)識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。之后，該數(shù)字信號(hào)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部傳輸，并最終交由系統(tǒng)中的單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。采集系統(tǒng)中還有一路溫度采集電路，主要是采集現(xiàn)場(chǎng)溫度場(chǎng)的變化傳輸?shù)絾纹瑱C(jī)進(jìn)行綜合分析。無線收發(fā)模塊是采集系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸模塊，是把系統(tǒng)的壓力數(shù)據(jù)以無線方式發(fā)送給數(shù)據(jù)接收端。主要設(shè)計(jì)線路如圖1所示。

2無線數(shù)據(jù)傳輸模塊設(shè)計(jì)

短距離無線通信具有不受地理?xiàng)l件限制，抗干擾能力強(qiáng)，安全性好，安裝工藝簡(jiǎn)易，而且可靠性較高等優(yōu)點(diǎn)。目前應(yīng)用較為廣泛的短距離無線通信技術(shù)包括無線局域網(wǎng)、藍(lán)牙及紅外數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。短距離無線通信是現(xiàn)代科技應(yīng)用的重點(diǎn)，同時(shí)也是本系統(tǒng)傳輸模塊的核心與難點(diǎn)。本系統(tǒng)無線數(shù)據(jù)傳輸模塊中的收發(fā)芯片選用的是nRF401芯片。

該傳輸系統(tǒng)可以以單工系統(tǒng)、雙工系統(tǒng)或半雙工系統(tǒng)工作。所謂單工系統(tǒng)是指信息傳輸僅介于生成信息的信號(hào)源與請(qǐng)求信息的目的地之間，即信息只能單向傳送；如果信息能夠在兩者之間雙向傳輸，即發(fā)送信息的同時(shí)也可以接受信息，且兩臺(tái)發(fā)射機(jī)同時(shí)工作，則為雙工系統(tǒng)；如果雙工系統(tǒng)的兩臺(tái)發(fā)射機(jī)不能夠同時(shí)工作，則該系統(tǒng)為半雙工系統(tǒng)。

信息傳輸?shù)捻樞蚴牵盒盘?hào)源經(jīng)過信號(hào)調(diào)理裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)的調(diào)整，經(jīng)過調(diào)整的數(shù)據(jù)通過發(fā)送裝置發(fā)出，發(fā)出的數(shù)據(jù)經(jīng)過傳輸介質(zhì)傳遞給接受裝置，然后再經(jīng)過信號(hào)調(diào)理裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，并將信息存儲(chǔ)于信宿。此過程就完成了從信息的發(fā)送到信息的接受。

3數(shù)據(jù)接收端的電路設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)接收端組成包括無線收發(fā)模塊、單片機(jī)、顯示器件、存儲(chǔ)器件以及用戶輸入端。單片機(jī)是整個(gè)接受端電路模塊的核心部分，通過它可以完成數(shù)據(jù)的處理與轉(zhuǎn)換。一般無線收發(fā)模塊接受到的壓力信號(hào)被單片機(jī)接收后，在其內(nèi)部進(jìn)行信號(hào)的必要處理，然后處理過的信號(hào)通過顯示設(shè)備顯示給各大用戶，同時(shí)也可以根據(jù)需要把數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器件中。最后用戶可以通過用戶輸入端，用鍵盤與系統(tǒng)進(jìn)行交互，嵌入想要某種控制的設(shè)計(jì)參數(shù)，對(duì)系統(tǒng)參量進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。

數(shù)據(jù)接收端的核心部件是MCU，它的選型與系統(tǒng)速度有著密切關(guān)系，同時(shí)也關(guān)系到系統(tǒng)的體積與功耗。選用優(yōu)質(zhì)的MCU能夠使整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜度降低很多，而且結(jié)構(gòu)布局更加緊湊。對(duì)于信息處理量較大的系統(tǒng)，一般選用16位ARM處理器，如果信息處理量更加巨大，處理器任務(wù)十分繁重，且要求系統(tǒng)具有一定速度，一般選用更高位32位ARM處理器。本系統(tǒng)選用51系列8位單片機(jī)即可勝任信息處理任務(wù)。

本系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)的功能較多，而且需要實(shí)現(xiàn)報(bào)警紀(jì)錄、采樣紀(jì)錄及系統(tǒng)配置參數(shù)的存儲(chǔ)，因此需要外加兩片EEPROM可擦式只讀存儲(chǔ)器。該存儲(chǔ)器通過IIC總線與MCU通信，可實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器的即插即用功能。系統(tǒng)對(duì)每次采樣數(shù)據(jù)均以文件形式進(jìn)行存儲(chǔ)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)采樣點(diǎn)多次采樣進(jìn)行存儲(chǔ)，有助于存儲(chǔ)空間的合理利用。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一種基于RF的無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，選用的nRF401芯片能夠較好的完成預(yù)定任務(wù)。同時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，而且所耗成本不高，具有一定的實(shí)用性和可擴(kuò)展性。但系統(tǒng)設(shè)計(jì)中仍然存在一些需要改進(jìn)的地方，而且針對(duì)實(shí)際不同需要，需要對(duì)系統(tǒng)做相應(yīng)的改動(dòng)與調(diào)整，有待在實(shí)際應(yīng)用中進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

參考文獻(xiàn)：

[1]于正同，王雅薈，邢金富.基于FPGA多路A/D自動(dòng)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子技術(shù)，2016，02：57-59+50.

作者簡(jiǎn)介：

陳鑫鋼/男/1988年生/ 浙江紹興人/ 助理工程師/ 本科/研究方向?yàn)樽詣?dòng)化數(shù)據(jù)采集和控制