集中式信息通信運行數(shù)據(jù)的自主采集系統(tǒng)設(shè)計

李敏+王國歡

摘 要： 傳統(tǒng)采集系統(tǒng)存在數(shù)據(jù)采集不準(zhǔn)確、速度慢，不能滿足高效數(shù)據(jù)采集標(biāo)準(zhǔn)，為此，對集中式信息通信運行數(shù)據(jù)的自主采集系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。設(shè)計系統(tǒng)硬件框圖，分析多端口采集器，并使用多端口采集器將動態(tài)信號轉(zhuǎn)變成靜態(tài)信號；根據(jù)用戶需求對系統(tǒng)軟件設(shè)計流程展開分析，采取線性方程算法描述信息采集情況，進(jìn)而對集中式信息通信運行數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確采集。通過實驗驗證結(jié)果可知，該系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確、速度較快，能夠滿足系統(tǒng)高效性采集要求等特性。

關(guān)鍵詞： 集中式信息； 信息通信； 運行數(shù)據(jù)； 自主采集； 多端口采集器； 系統(tǒng)設(shè)計

中圖分類號： TN911?34； TP242 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2018）05?0020?04

Abstract： Since the traditional acquisition system has inaccurate and slow?speed data acquisition， and can′t satisfy the standard of efficient data acquisition， an autonomous acquisition system of centralized information communication operating data is designed. The system hardware block diagram was designed. The multi?port collector is analyzed， and used to convert the dynamic signal into the static signal. According to the user demand， the system software design flow is analyzed， and the linear equation algorithm is adopted to describe the information acquisition situation， so as to acquire the centralized information communication operating data accurately. The experimental results show that the system has accurate and fast?speed data acquisition， and can meet the requirements of high?efficient acquisition.

Keywords： centralized information； information communication； running data； autonomous acquisition； multi?port collector； system design

0 引 言

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)展受到通信網(wǎng)絡(luò)、信息傳感器技術(shù)、軟件技術(shù)的影響，在很大程度上限制了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展。針對集中式信息通信運行數(shù)據(jù)的自主采集提出了新要求，其準(zhǔn)確性和高效性成為當(dāng)下采集系統(tǒng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)代化自動采集程度也在不斷提高，技術(shù)難度增加，使自動采集方式不斷發(fā)生變化[1]。從目前自動化發(fā)展趨勢看，自動采集技術(shù)趨于全程化，且在制造過程中任何領(lǐng)域都可實現(xiàn)自動采集與管理，由于系統(tǒng)設(shè)計所處環(huán)境的特殊性與復(fù)雜性決定了測試軟件中應(yīng)具有多樣的處理功能，但是國內(nèi)仍有不少數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)存在功能單一問題，數(shù)據(jù)采集不準(zhǔn)確，且速度較慢，不能滿足高效數(shù)據(jù)采集需求。

基于此，本文對集中式信息通信運行數(shù)據(jù)自主采集系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計。該系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集速率與精準(zhǔn)度方面極為苛刻，隨著采集速率的增加，在相同時間內(nèi)采樣值就越多，因此，對數(shù)據(jù)分析處理時，獲取的信息數(shù)據(jù)規(guī)模較大。為了驗證系統(tǒng)設(shè)計的合理性進(jìn)行實驗，并通過實驗結(jié)果可知，該系統(tǒng)采集效率較高，速度較快，能夠滿足系統(tǒng)高效性采集的要求。

1 自主采集集中式信息通信運行數(shù)據(jù)系統(tǒng)設(shè)計

在通信技術(shù)中應(yīng)用數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)可彌補傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集不足的問題，改善了時間與空間之間的界限[2]。當(dāng)數(shù)據(jù)采集的電路通過數(shù)據(jù)傳輸將采集到的信息進(jìn)行量化后，可通過接口傳送給計算機(jī)，并利用軟件完成集中式信息通信數(shù)據(jù)的處理，數(shù)據(jù)采集的硬件與軟件需通過圖1原理圖進(jìn)行設(shè)計。

首先在通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境安全的情況下，借助傳感器檢測信號是否安全；然后對集中式信息通信運行數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，將其轉(zhuǎn)換成電信號，并進(jìn)行信號調(diào)理和A/D轉(zhuǎn)換；最后使之轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)中的處理信息信號，并記錄。

1.1 自主采集系統(tǒng)硬件設(shè)計

針對集中式信息通信運行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)專用性決定了數(shù)據(jù)采集、通信網(wǎng)絡(luò)傳輸應(yīng)該遵守的應(yīng)用環(huán)境[3]。在硬件設(shè)計過程中，被測試目標(biāo)需要跟隨硬件系統(tǒng)設(shè)計中的多端口采集器進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，根據(jù)物理量變化對收集的數(shù)據(jù)屬性進(jìn)行科學(xué)分析。由于進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時對設(shè)備要求極高，為此，在設(shè)計時需保持系統(tǒng)穩(wěn)定性，如果失去了數(shù)據(jù)采集精準(zhǔn)度，那么也就失去了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計意義[4]。

通過通信網(wǎng)絡(luò)傳輸使集中式信息運行數(shù)據(jù)收集難度增加，考慮到運行數(shù)據(jù)的集中性，在硬件系統(tǒng)中添加了雙絞線對數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，如圖2所示。

利用數(shù)據(jù)自主采集設(shè)備采集相關(guān)數(shù)據(jù)，使用多端口采集器將信號連接在接線柱上，該接線柱可將動態(tài)信號轉(zhuǎn)變成靜態(tài)信號。利用雙絞線將被測目標(biāo)的靜態(tài)信號傳送到采集器上，工作站接收信號后傳遞給系統(tǒng)，并對數(shù)據(jù)加以分析和處理[5]。

在硬件結(jié)構(gòu)中，對多端口采集器進(jìn)行數(shù)據(jù)自主采集具有數(shù)據(jù)庫與非數(shù)據(jù)庫之分，數(shù)據(jù)庫被廣泛應(yīng)用到硬件設(shè)計之中，其優(yōu)點是利用屬性結(jié)構(gòu)存儲方式對信息進(jìn)行采集；而針對非數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)自主采集存在伸縮性強、可靠性高等優(yōu)勢，遵循數(shù)據(jù)自主采集原則，其屬性結(jié)構(gòu)具有不確定性，為此，設(shè)計多端口采集器可節(jié)省大量采集時間。endprint

1.2 系統(tǒng)軟件開發(fā)與設(shè)計

在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件設(shè)計中，根據(jù)用戶提出的需求在宏觀上對用戶信息、設(shè)備信息進(jìn)行管理；在微觀上對數(shù)據(jù)采樣時間進(jìn)行設(shè)計[6?7]。系統(tǒng)軟件嚴(yán)格按照安全環(huán)境狀態(tài)下數(shù)據(jù)采集真實業(yè)務(wù)流程進(jìn)行設(shè)計，其順序為：設(shè)備校正、參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)計算顯示、導(dǎo)出。如圖3所示。

系統(tǒng)軟件功能主要有：

1） 對數(shù)據(jù)進(jìn)行初始化采集，設(shè)置各個采集通道；

2） 設(shè)置采集環(huán)境和參數(shù)信息；

3） 控制數(shù)據(jù)采集自動化過程；

4） 在采集過程中，各個采集通道數(shù)據(jù)需要經(jīng)過存儲、計算、分析和顯示等步驟才能進(jìn)行同步處理；

5） 嚴(yán)格管理用戶群，提高系統(tǒng)安全性與保密性。

在軟件設(shè)計過程中，設(shè)定每隔1 min對集中式信息通信運行數(shù)據(jù)變化進(jìn)行記錄，時間間隔為50 ms，采集周期上限為10 min，每個采集器進(jìn)行連接時，容易丟失10個數(shù)據(jù)[8]。為此，需利用多端口采集器對丟失的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。

通常情況下，采取線性方程算法描述信息采集情況，采集數(shù)量選取區(qū)間的數(shù)據(jù)上限或者下限[9?10]，即為或5 200。設(shè)為采集時間，為數(shù)據(jù)采集數(shù)量，由此獲得的采集曲線任意方程為：

式中：和分別為數(shù)據(jù)采集的起始和終止時間；和分別為數(shù)據(jù)采集的起始和終止數(shù)量值[11]。

根據(jù)該計算方法，對集中式信息通信運行數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確采集。

2 實 驗

為了驗證集中式信息通信運行數(shù)據(jù)自主采集系統(tǒng)設(shè)計的合理性，進(jìn)行了如下實驗。在軟件開發(fā)過程中，使用多種方法進(jìn)行設(shè)計與編程，但是，由于軟件本身不具有形態(tài)，而且知識高度密集，導(dǎo)致實驗驗證極易發(fā)生錯誤，為此，需經(jīng)過系統(tǒng)測試才可進(jìn)行自主采集。

進(jìn)行測試時，需注意以下原則：

1） 測試數(shù)據(jù)應(yīng)由輸入數(shù)據(jù)和預(yù)期數(shù)據(jù)組成。

2） 測試數(shù)據(jù)需要選擇合理輸入和不合理輸入這兩種數(shù)據(jù)，只有這種選擇方式才能提高系統(tǒng)的可靠性。

3） 系統(tǒng)程序是否可自動完成所有功能。

4） 制定實驗測試計劃，排除隨意性。

5） 長期保留實驗測試數(shù)據(jù)。

6） 針對出現(xiàn)錯誤較多的模塊，應(yīng)該進(jìn)行深入測試。

2.1 實驗結(jié)果與分析

根據(jù)實驗條件，按照表1的實驗環(huán)境，每隔1 min讀取一次數(shù)據(jù)。

根據(jù)實驗條件，對比理想數(shù)據(jù)收集、丟失數(shù)據(jù)收集、傳統(tǒng)系統(tǒng)收集、本文設(shè)計系統(tǒng)自動收集的工藝曲線，如圖4所示。

由圖4可知：傳統(tǒng)采集系統(tǒng)在丟失數(shù)據(jù)時間內(nèi)，自動采集效率較低；而采用集中式信息通信運行數(shù)據(jù)的自主采集系統(tǒng)采集效率較高，工藝曲線也是最貼近理想情況下的曲線，數(shù)據(jù)采集較為準(zhǔn)確。

為了驗證本文設(shè)計系統(tǒng)自主采集速率的快慢，選擇時間段內(nèi)，傳統(tǒng)系統(tǒng)與本文系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的采集情況，如圖5所示。

由圖5可知：在時間段內(nèi)，使用傳統(tǒng)系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行自主采集速度最高為60 kb/s，隨著時間的增加，速度逐漸降低；而本文設(shè)計的系統(tǒng)恰好相反，隨著時間的增加，自主采集速度逐漸加快，最高可達(dá)到100 kb/s。

2.2 實驗結(jié)論

基于上述實驗過程，可得出如下實驗結(jié)論：傳統(tǒng)采集系統(tǒng)在丟失數(shù)據(jù)時間內(nèi)，自主采集效率較低，且速度較慢，無法滿足集中式信息通信運行數(shù)據(jù)高效采集的需求；而本文設(shè)計的系統(tǒng)采集效率較高，速度較快，工藝曲線也最貼近理想情況下的曲線，數(shù)據(jù)收集較為準(zhǔn)確。

3 結(jié) 語

數(shù)據(jù)自主采集系統(tǒng)是根據(jù)環(huán)境實驗中心所提出的數(shù)據(jù)采集要實現(xiàn)智能化與一體化的構(gòu)思而進(jìn)行設(shè)計的，該項目研究主要包含整體方案的實現(xiàn)和基礎(chǔ)通信運行數(shù)據(jù)的分析處理，為集中式信息通信運行數(shù)據(jù)高效自動采集提供了一條切實可行的實現(xiàn)路徑。該系統(tǒng)設(shè)計不僅大大提高了數(shù)據(jù)自主采集效率，且速度較快，具有較高的實用性和可靠性。

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