数据采集报警系统

数据采集报警系统（精选12篇）

数据采集报警系统 第1篇

我国移动通信的发展已经步人一个高速增长的时期, 伴随着移动通信网络规模的不断扩大和通讯技术的不断成熟, 移动用户发展也极为迅速。

20世纪80年代, 短消息业务 (Short Messaging Service, SMS) 被作为2G时代无线数据通讯的一个基本业务成功推出。然而随着无线互联的发展以及市场的需求, 短消息的应用变得越来越广泛。它最大的特点是将短消息作为一种无线数据的载体, 而不是将其仅仅作为文本信息来看待。

在传统产业中对工业生产中的相关参数的监测与控制大多采用有线监测的方式, 而有线监测布点受限制, 监控点的选择一般都在靠近有线接入点的地方, 这就限制了布点的灵活性。 并且布点工程量大, 需要铺设网线和光纤, 基础网络的工程量往往会很大;工程周期长, 铺设基础网络耗时耗力; 欠缺灵活性, 扩展和调整不方便, 会增加工程量和不必要的基础网络建设的浪费;缺乏移动性, 这是有线网络的先天缺陷, 一般有线监控比较适用于已存在基础网络条件的场合。与传统产业中需要许多人员密集型的数据采集、有人值守的特点相比, 现代监控系统实现监控现场无人值守, 监控中心集中监控、集中管理、集中维护, 大大减少了人力资源成本占运营成本的比重。

通过GPRS网的短消息作为一种数据传输模式, 具备网络覆盖面广、用户投资小、运营费用少的优点, 对于监控采集点分散、覆盖面广、监控点不固定、实时性要求较低的监控采集系统具有无可比拟的优势。

本次系统设计以单片机为主体来完成对电流的短信监测报警, 实现对变电站电流数据采集、数据存储、无线射频通信、发送报警短信的功能。

1 实施方案

1.1 系统设计

该系统是由1个主站以及5个独立子站组成的网络, 设计的基本思想是采集变电站变压器的六路电流值用无线的形式通过一套比较完善的无线协议统一到同一个平台上, 并进行数据处理;通过GSM网络由手机用户进行电流监控、查询和管理。该系统是一个覆盖面非常广、功能非常强大的网络系统。对于用户来讲, 可以看作是一项移动增值业务。不同的是在GSM网络和网络服务器相连接这个环节采用了普通短信猫, 用普通的手机卡插入即可使用, 且手机卡更换后, 其号码可以对终端用户进行远程修改, 操作简单。

在如图1所示的网络拓扑中, 主站以及其子站构成了监测系统的小型无线局域网, 主站对与其连接的子站具有控制与监测的功能。实时监测, 就是通过主站对每个子站轮询查询而进行的。

在主站中有可以与外界进行通信的SIM卡以及短信收发模块, 这就使监测局域网通过现有的GSM网络实现了远程监测控制。

1.2 硬件设计

(1) 芯片的选取。GPRS模块:DZ04模块。

数据采集与处理模块:主站处理器采用ATEMEGA128L芯片, 子站处理器采用ATEMEGA8L芯片。

无线接收发模块:NRF905芯片。

(2) 子站处理器与通信接口。子站处理器使用ATEMEGA8L, 通信模块使用NRF905。

ATMEGA8L 使用端口P24/PC1/ADC1对物理量电压值进行A/D变换, 使用内部2.5V基准电压, 10bit精度, 即2.5V对应满量程数字1023。

ATMEGA8L施加3.6V电源电压, 8MHZ频率晶振;

ATMEGA8L 使用P15/PB3/MOSI和P16/PB4/MISO 及P17/PB5/SCK三端口作为程序烧写通信。

(3) 主站处理器与通信相关端口连接关系。

ATMEGA128L 电源电压配3.8V, 晶体频率配11.0592MHZ, 使用P57 (ADC4) 端口进行电流量的数字化, 参考电压用内部2.5V, 对应满量程10bit的数字为1023。

用P33/PG0 端口输出高电平控制绿色指示灯;

ATMEGA128L 通过DZ-04模块与系统主人用收发短信方式通信。

ATMEGA128L 在端口P45/PA5 连接的按钮按下后, 响应其低电平中断, 中断程序等待接收主人的手机呼叫, 取下主人手机号码存储, 作为正常收发短信的主要联系人。

1.3 软件设计

(1) 系统组网。

主站自动从移动通信网接收标准时间, 对每次采集的数据作出时、分、秒时间标记;报警时也要给出报警数据时间。

各子站负责一个电流量的数据采集, 数字化成10bit, 每秒采集10次, 去掉最大、最小值, 对剩余8次计算均值;子站编号为1、2、3、4、5、6, 其中1为主站兼备, 主站自行采集;主站对第2、3、4、5、6各子站电流数据收集采取按顺序轮询方式, 主站每呼叫一个子站, 该子站即回应发出本子站前一秒采集并计算的均值;如传送失败, 则重新呼叫, 重新传送;系统规定每秒轮询一遍, 完整提取数据。

若子站故障, 发短信向主人报警, 给出该子站编号;主站继续数据采集并计算和判断, 对故障站照样轮询。

(2) 系统数据分析与报警功能。

主站数据判断分析报警分如下几种情况:①对1-6各路数据分路作前后时间数据比较分析, 发现连续3次数据都大于本路此前数据的30% (J1) , 且按照1-4、2-5、3-6对应关系, 发现对应编号支路数据也有类似情况, 即发出1类报警短信:“1类报警:路电流异常突增, 请查核”;②在单路数据前后时间对比不太突增情况下, 对1-3、4-6路电流作横向比较分析, 若1-3中任一路电流大于另一路的30% (J2) , 且按照1-4、2-5、3-6对应关系, 发现对应编号支路数据横向比较也有类似情况, 即发出2类报警短信:“2类报警:1、2、3路电流中路电流偏大, 负荷不平衡, 请查核”;③对1-3、4-6路电流作和数比较分析, 若1-3路电流之和没有突然增大, 而4-6路电流之和连续3次以上检测都大于此前数据的10% (J3) 或以上, 即发出3类报警:“3类报警:原边负荷突然增大, 次边未增, 请查核”;④若某路数据检测为0, 则主机发出第4类报警:“4类报警:路电流为零”;⑤上述任何一种报警, 在继续检测分析发现报警状态依然存在的情况下, 继续每3分钟发出一次报警; ⑥在报警后继续检测分析发现已恢复正常时, 给出电流恢复正常短信:“路电流恢复正常”;⑦在报警持续不解除情况下, 收到主人的撤除报警短信后不再报警, 且回复一个应答撤除短信;此后如重新检测到报警状态, 照样发出报警。责任人 (主人) 解除报警短信格式为:“已收到报警, 解除”, 主站对解除短信回复短信格式为:“确认不发报警”。

(3) 主站、子站间数据帧格式。

(4) 参数设置。

电流检测的阀值需要通过手机发送短信设置。

主人手机号码为正常收发短信的主要联系人。该号码主人发短信给本机可以设定第二、第三联系人;本机在报警发短信时应发到主人及所有联系人;但只受理主人一个手机可以修改报警参数。

授权第二、第三联系人的短信格式为:“存号二”、“存号三”;

主人和联系人可用短信查看本机已存的手机号码, 查号短信格式为:“查号”,

本机回复短信格式为:“”查号①②③;

如需更改主人号码, 只要新主人按下按钮并用手机拨打本机SIM卡号码;

如要更改联系人, 只要主人重新如上存号即可。

2 关键技术分析

本系统设计主要具有无线射频数据采集通信模块, 无线射频遥控模块, 数据采集A/D转换模块, GPRS模块, 电池供电模块。各个模块可行性已经在相关软件设计中经过实际验证, 所以不存在不可用问题。具体选取各个芯片参数如下给出:

(1) 无线射频数据采集通信。RF905 无线收发模块为Nordic VLSI 公司最新封装改版NRF905 无线通信芯片, 采用高精度贴片晶振, 体积更小, 性能更优。工作于433MHz 全球开放ISM 频段免许可证使用, 高性能低功耗, 接收灵敏度高, 抗干扰性强, 集成度高, 通信稳定, 是目前最主流的无线收发电路。

无线信号频率在公用频段315M、433M、868M、915M中选择, 频率越高, 传输距离越远, 穿越障碍物的能力越强。在实现方式上, 无线接收部分可采用现有的A S K 超外差接收模块, 对性能有一定保证;发射端对性能要求不高, 在距离较近的场合, 可直接通过印制电路利用相应频率的晶振和高频三极管发射。在要求高的场合, 发射端也可利用现成的大功率发射模块, 采用1/4波长单芯天线。

除了用分离的接收模块和发射模块外, 也可采用无线芯片来进行射频传送。无线芯片将发送和接收器件全部集中在一个芯片内, 只需极少的外围器件和天线即可完成数百米距离内的射频信号收发, 收发动作由单片机进行控制。采用无线芯片的优点在于电路简单, 稳定性好;缺点在于必须成对使用, 成本偏贵。

无线信号的传输距离, 是任何一个无线系统中最重要的性能之一。解决传输距离问题的方法有三种: 一是印制板设计注意高频信号走线规则以及接地覆铜的排法, 必要时增加屏蔽罩;二是加大发射功率; 三是降低发射数据的数据率。第三种方法是比较切实可行, 在较低的数据率和较完善的无线协议这两者之间找到了一个比较合适的平衡点。

无线信号在传输过程中容易受到其他信号干扰, 特别是在变压器等电磁设备周边电磁信号比较强烈的场合;另外, 如果在周围使用同样产品的情况下, 有可能会产生误控制或是误操作。对于前一个问题, 可以在外壳屏蔽和天线的设计上进一步加强;对于后一个问题, 可以在协议层加以控制, 比如在无线协议中定义一串随机生成的特征标识码。

(2) 无线射频遥控设计。具体采用台湾普城公司315MHz射频解码芯片PT2272与PT2262编码芯片, 利用315MHz频道通信, 可以近距离时代替手机短信对告警终端进行设置和遥控, 方便用户。比如可以遥控设置终端启动、 关闭、喇叭告警、工作模式等。

(3) 数据采集A/D转换设计。站采用美国Atmel公司的处理器ATmega128, 子站采用ATmega8, 它们均自己带有10位的逐次逼近型ADC。ADC与一个8通道的模拟多路复用器连接, 能对来自端口A 的8 路单端输入电压进行采样。单端电压输入以0V (GND) 为基准。器件还支持16 路差分电压输入组合。ADC 由AVCC 引脚单独提供电源。AVCC 与VCC 之间的偏差不能超过± 0.3V。标称值为2.56V 的基准电压, 以及AVCC, 都位于器件之内。基准电压可以通过在AREF引脚上加一个电容进行解耦, 以更好地抑制噪声。

(4) GPRS短消息。采用台湾CMT公司的DZ04, 其内置GPRS数传功能, 支持TCP/IP, 标准RS232串口三线连接, 可以连接各种传感器, 用于工业遥感遥测遥控、远程数据采集传输功能。提供了AT命令集可以方便进行编程控制收发短信和彩信。

(5) 电池供电模块功耗问题。对于无线设备来说, 供电基本都是由电池完成, 并且要求不需要在短时间内更换电池。为了尽量减低功耗, 可以采取如下几项措施: 一是尽量多地使用单片机的休眠状态;二是尽量减少不必要的功能设计;三是多采用用低功耗器件。

3 结束语

本项目最大的特点就是具有多种无线通信模块整体实现电流数据采集的任务。具体包括:①从节点采用无线射频433MHz传输电流数据给主节点;②遥控器采用315MHz无线射频遥控报警终端;③手机和告警终端之间通过短信方式交互, 包括遥控和告警。监测无线远程控制替代了传统的有线控制系统, 采用现有的移动G/C网络传输信息, 避免了铺设专用的传输网络带来的成本问题。

参考文献

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[4]MDS Trimedia Software Version 2.0[M].2000 (3) .

[5]黄智伟.单片无线发射与接收电路设计[M].西安:西安电子科技出版社, 2009.

[6]孙利民, 李建中.朱红松.无线传感器网络[M].北京:清华大学出版社, 2005 (5) .

数据采集报警系统 第2篇

1.8 数据挖掘系统与数据库系统或数据仓库系统的集成

1.2节勾画了典型的数据挖掘系统结构的主要成分（见图1-5）。一个好的系统结构将有利于数据挖掘系统更好地利用软件环境，有效、及时地完成数据挖掘任务，与其他信息系统协同和交换信息，适应用户的种种需求，并随时间进化。

数据挖掘（DM）系统设计的一个关键问题是如何将DM系统与数据库（DB）系统和/或数据仓库（DW）系统集成或耦合。如果DM系统作为一个孤立的系统或嵌入应用程序中，则不存在DB或DW系统与它通信。这种简单的方案称为不耦合，其中DM设计所关注的主要问题停留在开发挖掘可用数据集的有效算法。然而，当DM系统工作在一个需要与其他信息系统成分（如DB和DW系统）通信的环境下，可能的集成方案包括不耦合、松散耦合、半紧密耦合和紧密耦合。我们逐一考察这些方案如下：

. 不耦合（no coupling）：不耦合意味着DM系统不利用DB或DW系统的任何功能。它可能由特定的数据源（如文件系统）提取数据，使用某些数据挖掘算法处理数据，然后再将挖掘结果存放到另一个文件中。

尽管这种系统简单，但有不少缺点。首先，DB系统在存储、组织、访问和处理数据方面提供了很大的灵活性和有效性。不使用DB/DW系统，DM系统可能要花大量的时间查找、收集、清理和变换数据。在DB和/或DW系统中，数据多半被很好地组织、索引、清理、集成或统一，使得找出任务相关的、高质量的数据成为一项容易的任务。其次，有许多经过测试的、可伸缩的算法和数据结构在DB或DW系统中得到实现。使用这种系统开发有效的、可伸缩的实现是可行的。

此外，大部分数据已经或将要存放在DB/DW系统中。要是没有任何这样的系统耦合，DM系统就需要使用其他工具提取数据，使得很难将这种系统集成到信息处理环境中。因此，不耦合是一种很糟糕的设计。

. 松散耦合（loose coupling）：松散耦合意味着DM系统将使用DB或DW系统的某些设施，从这些系统管理的数据库中提取数据，进行数据挖掘，然后将挖掘的结果存放到文件中，或者存放到数据库或数据仓库的指定位置，

松散耦合比不耦合好，因为它可以使用查询处理、索引和其他系统设施提取存放在数据库或数据仓库中数据的任意部分。这带来了这些系统提供的灵活性、有效性等优点。

然而，许多松散耦合的挖掘系统是基于内存的。由于挖掘本身不利用DB或DW提供的数据结构和查询优化方法，因此，对于大型数据集，松散耦合系统很难获得高度可伸缩性和良好的性能。

. 半紧密耦合（semitight coupling）：半紧密耦合意味除了将DM系统连接到一个DB/DW 系统之外，一些基本数据挖掘原语（通过分析频繁遇到的数据挖掘功能确定）的有效实现可以在DB/DW系统中提供。这些原语可能包括排序、索引、聚集、直方图分析、多路连接和一些基本的统计度量（如求和、计数、最大值、最小值、标准差等）的预计算。

此外，一些频繁使用的中间挖掘结果也可以预计算，并存放在DB/DW系统中。由于这些中间挖掘结果或者是预计算，或者可以有效地计算，这种设计将提高DM系统的性能。

. 紧密耦合（tight coupling）：紧密耦合意味DM系统平滑地集成到DB/DW系统中。数据挖掘子系统视为信息系统的一个功能组件。数据挖掘查询和功能根据DB或DW系统的挖掘查询分析、数据结构、索引模式和查询处理方法优化。随着技术进步，DM、DB和DW系统将进化和集成在一起，成为一个具有多种功能的信息系统。这将提供一个一致的信息处理环境。

这种方法是高度期望的，因为它有利于数据挖掘功能、高系统性能和集成的信息处理环境的有效实现。

有了这些分析，可以看出数据挖掘系统应当与一个DB/DW系统耦合。松散耦合尽管不太有效，也比不耦合好，因为它可以使用DB/DW的数据和系统设施。紧密耦合是高度期望的，但其实现并非易事，在此领域还需要更多的研究。半紧密耦合是松散和紧密耦合之间的折衷。

重要的是识别常用的数据挖掘原语，提供这些原语在DB/DW系统中的有效实现。

【责任编辑：铭铭 TEL：（010）68476606-8008】

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数据采集报警系统 第3篇

关键词数据流空间连续查询LBS

1数据流系统

数据流（data stream）应用的出现引起了国内外专家和学者的关注，数据流管理技术作为一种新兴的技术已经被广泛的研究，目前通用的DSMS（data stream management system）包括TelegraphCQ[1]，Aurora[2]和STREAM[3]。

数据流的查询过程是持续的查询（continuous query）[4]，持续查询所关心的并不是全部的数据，而是近期最近到达的部分数据，所以数据流中的持续查询采用滑动窗口（moving window）机制，基于滑动窗口的查询。

本文基于通用流数据库[5][6]，构建一个空间数据流系统模型。在此过程中，借鉴交通导航应用开展工作。这里的空间流数据库模型系统的主要的工作仅包括增加空间数据类型、空间滑动窗口和空间谓词，为了实现简单易懂的空间连续查询语言，本文在设计时，尽量和原有的空间数据库查询语言和连续查询语言做到统一。本文依据标准SQL和CQL设计空间数据类型和空间谓词，并参考OGIS标准，尽量不修改原有查询语言的结构，采用通用的空间数据类型表示方法，通过增加通用的关键词的方式，扩展连续查询查询语言。

2空间数据类型扩展

我们考虑交通导航LBS（Location Based Service）应用，在这种应用中，需要知道移动对象前方道路的交通状况，根据交通状况选择合适的运行路线。假定每个移动对象每隔30秒向导航服务中心报告移动对象当前的速度和位置信息。前方的交通状况由运行在前方的一定范围的移动对象数量和这些移动对象的平均速度来决定，数量多并且平均速度小于40km/h就表示交通状况差，否则交通状况良好。随着移动汽车位置的改变，其维持的空间查询窗口也在不断的改变位置，如果设计一种空间滑动窗口，使之能够随着移动对象的改变而改变，就可以解决这个问题。

根据例子应用的需要，拟增加的空间数据类型有Point和SSwin两种。Point用来表示一个移动对象，而SSwin用来表示一个空间滑动窗口。

（1）Point[x:float, y:float]，在这里Point表示某个移动对象，它的值为移动对象的二维空间坐标；

（2）SSwin [Point1, Point2]，表示某一空间滑动窗口，为了简化问题，此处的SSwin，仅表示一个矩形的空间滑动窗口，由两个Point标识。

3增加空间滑动窗口查询函数

为了支持空间查询，需要增加空间谓词和空间函数，本文需要增加空间函数Inside，用来判断空间移动物体是否在空间滑动窗口内。

（1）Inside（Obj，SSwin）

这里的SSwin表示空间滑动窗口，Obj表示移动对象位置，此运算符的结果为整型，当Obj在SSwin 的内部时，其值为0，否则，返回值为1。

（2）空间滑动窗口的连续查询

通过以上增加了空间数据类型和空间谓词以后，流数据库可以支持空间滑动窗口的连续查询。粗体字部分表示本文增加的空间谓词：

:

……

:

|

:

INSIDE ( , )

……

4空间滑动窗口查询的实现

本文的空间流数据库模型的实现工作是基于STREAM流数据库管理系统，通过修改此系统的代码，实现空间流数据库系统。此系统是斯坦福大学开发的一个的通用的流数据管理模型。此数据库管理系统模型是开放源代码的。它能够处理对多个连续的数据流和存储关系的连续查询。它提供大量的复杂流查询，用来处理高容量和高突发性的数据流。它提供丰富的连续查询语言，有良好的交互操作界面。

本文的实现是要在流数据库管理系统的基础上进行扩展，虽然仅是对原有系统的扩展，但是需要做的工作仍然涉及到整个数据库管理设计的全过程。一个数据库管理系统的设计包括一系列的阶段，一般遵循以下的顺序。同时以下这些步骤也是实现此空间流数据库的过程中，主要的工作：

（1）生成词法分析树：由抽象的查询语言生成词法分析树，这个过程是数据流管理系统实现的最初阶段。根据上节定义的空间连续查询语法，在本文的空间数据流系统中，用Yacc[7]生成查询语言的语法分析树。

（2）语义分析：对词法分析树进行语义分析，将词法分析树转换为系统能够识别的内部表示。这一步生成的语义表示仍然不是一个操作符树。这个过程的设计主要是将空间数据类型和空间谓词转换为系统能够识别的形式，具体的实现类似于算术表达式的语义转换。

（3）生成逻辑计划：将查询的内部表示转换为逻辑查询计划。逻辑查询计划由逻辑操作符组成。逻辑操作符大多是关系代数操作符（比如：选择，投影，连接等），当然也有一些连续查询特有的操作符（比如滑动窗口操作符）。逻辑操作符不需要和查询执行中的操作符有关，它仅仅是一种关系代数的抽象表示。

（4）生成物理计划：将逻辑查询计划转换为物理查询计划。物理查询计划中的操作符是直接和在查询执行期间执行的操作符相关的。之所以要生成一个单独的逻辑查询计划，是因为逻辑查询计划更加容易生成，而物理查询计划涉及到底层细节。

（5）查询执行：组织存储空间的分配，物理操作符的执行等。

5实验

5.1LBS运动模型

构造如图1所示的导航应用，移动汽车每30秒向导航中心报告当前位置信息和行驶速度并且进行空间滑动窗口的聚集查询，这里我们主要涉及count和avg聚集查询，分别计算滑动窗口内汽车数量和平均速度。移动汽车根据查询结果了解前方路况，以起到交通导航的作用。

5.2输入设计

（1）MovCar

MovCar的结构如下表所示：

（2）SpaSliWindow

空间滑动窗口（SpaSliWindow）数据流，该数据流包含空间滑动窗口标志信息和空间滑动窗口位置信息：

5.3空间滑动窗口查询设计

上一节中构造了两个输入数据流，分别模拟移动汽车信息数据流和空间滑动窗口数据流，下面编写空间滑动窗口查询的脚本语言，该查询脚本基于前面分析的简单的交通导航应用以CQL（持续查询语言）编写，脚本文件如图2所示。

5.4结果输出

注册了输入数据流，并且定义了空间滑动窗口查询之后，经过我们设计的空间流数据库模型的处理得出图3和图4所示的结果。图3所示为导航查询结果，可以看出，在61时刻的滑动窗口3内有6辆移动汽车，汽车平均速度为34.1667km/h，小于40km/h，满足查询条件，由此汽车A得知此刻前方路段交通状况差，可以采取积极的应对措施，绕过此拥挤的路段。图4所示为每个查询时刻对应空间滑动窗口内的汽车信息，可以看出，1时刻的空间滑动窗口内有移动汽车A、B、C、D、E，31时刻的空间滑动窗口内有移动汽车A、B、C、D，61时刻的空间滑动窗口内有移动汽车A、B、C、D、E、F，91时刻的空间滑动窗口内有移动汽车A、B、C，121时刻的空间滑动窗口内有移动汽车A、C。

6小结

本文结合交通导航应用对数据流系统进行空间扩展，扩展了空间点和空间滑动窗口，及基于空间滑动窗口的查询操作，并依据数据库的设计步骤，实现了空间数据流系统。以导航应用为例，构造了一个基于空间滑动窗口的运动模型，通过试验分析，输出的结果均符合我们设计的运动模型。

参考文献

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[6] 金澈清，钱卫宁，周傲英.流数据分析与管理综述.软件学报，2004，15(8):1172-1181

A Model of Spatial Data Stream Systembased on Data Stream System

Gong Piqiang，Jiang Jie

（Jiangsu Provincial Posts and Telecommunications Planning and design institute limited liability company，Nanjing 210003，China）

AbstractThe data stream system has the characteristic of continuous query which can provide real-time data processing. The existing general data stream system does not support spatial data processing, but location based service appearntly require spatial data processing.This paper proposed the method which implements LBS applications by stream database based on data stream system from the data processing view. Futhermore, this paper expands the stream database to support spatial operation which can provide data processing for LBS applications and satisfy the requirement of LBS applications and finally proposed a model of spatial data stream system.

Key wordsdata stream，Spatial Continuous Query，LBS

高炉专家系统数据采集系统的设计 第4篇

1 通钢高炉控制现状

通化钢铁股份公司炼铁厂现有的几座350立方米高炉, 安装的检测系统比较落后, 所能提供的监测数据不多, 而且由于炉内一些传感器的老化和损坏等原因, 有些数据已经不太准确。高炉操作仍然是依靠高炉工作者个人的感觉、经验和知识, 对炉况的判断和操作调剂的主观性很大。由于高炉工作者对当前炉况的判定由于自身水平的差异, 所关注的参数不同, 炉况判断的结果有时会不一致, 甚至差别很大。尤其是对新上岗的高炉工作者, 由于缺乏经验, 对各种高炉炉况判定的准确率也就更低, 从而有可能对炉况趋势做出错误的判断, 采取的高炉操作也就可能使炉况向着相反的方向发展, 造成异常炉况, 使高炉炉况进一步恶化, 影响出铁的产量和质量, 浪费炼铁的能源, 给企业造成不必要的经济损失。

2 专家系统总体结构

高炉专家系统分成炉况判断和热状态判断二个子系统, 系统的总体结构主要包括数据采集与处理、知识库、推理机、判断结果的显示、解释以及知识获取等。

3 数据采集系统的硬件方案

无论是对铁水含硅量进行预报还是对高炉炉况进行预报都要依靠各种高炉过程数据。没有足够的数据, 专家系统就不能全面反映高炉过程, 会影响专家推理判断和铁水含硅量预报的准确性, 甚至会造成错误的判断结果, 造成严重的高炉事故。对高炉数据进行采集是专家系统进行推理、判断和铁水含硅量预报的前提。因此开发专家系统, 首先有必要建立完善的数据采集系统。

开发通钢高炉专家系统的数据采集系统要在原有的集散系统和PLC系统的基础上进行。利用高炉的现有的检测仪表收集信号, 有的检测信号, 如送风流量、送风温度等已经由原仪表系统转换成1-5伏的电压信号, 可以直接通过标准的A/D转换卡采集。有的信号, 如炉喉温度、炉身温度等是K型热电偶信号, 必须通过具有热电偶信号检测的A/D卡实现转换。料尺高度等信号是自整角机产生的交流电压信号, 采用变送器变换成标准的0-10伏电压信号, 再进行A/D转换。由于炼铁厂还不能做到通过基础网络来共享数据, 各种化验数据还要经过化验室传到控制室之后由高炉工作者人工输入。像加煤量/小时、风口、渣口、铁口等的肉眼观测数据也需要由高炉工作者人工输入。有的数据来自于原系统, 将采集数据经PROFIBUS-DP网送至3号操作员站, 再由3号操作员站每2秒经串口发送一批数据至专家系统微机, 另一部分由专家系统微机进行采集, 专家系统微机配有一块研华公司的PCL-813B多通道模拟量数据采集卡。通过RS-232串行口发送到专家系统计算机。结合高炉现场情况和系统实际需求, 我们设计高炉数据采集系统。其硬件方案如图1所示。

4 数据采集系统的软件

经过以上分析可以看出, 工业控制计算机上得到的数据主要有三个来源: (1) PLC系统传输; (2) A/D转换卡采集; (3) 人工输入。数据采集的工作主要就是做好A/D转换卡和PLC的编程。

4.1 PLC系统和工控机之间的数据传送

在数据采集系统设计时, 由于负责采集数据的工控机和PLC系统距离较近, 因此, 它们之间的通讯采用最简单的方式, 通过RS-232串行通讯接口相连。

为了满足本系统对速度的要求, 不采用文件通讯方式的高层网络通讯协议, 而采用自定义的通讯协议。通信协议包括物理层及数据链路层。

可以采用多线程技术, 启动一个worker thread处理串口通讯。在通讯线程中首先进行串口的初始化时, 然后调用Wait Comm Event等待串口事件发生。当串口事件EV-RXCHAR发生即串口接收到数据时, 首先调用Clear Comm Error获得所接收到数据的字节数, 接着调用Read Fi Ie将所接收到的数据全部读出, 并将数据存入一个8000字节的通讯缓冲区。通讯缓冲区以循环缓冲区的形式进行管理, 定义两个指针, 一个是p Buffer Write指向缓冲区中下次写数据的位置, 另一个是p Buffer Read记录下一次数据处理的起始位置。

通讯数据处理软件位于主要线程中, 运行周期为4秒。首先从p Buffer Read所指的位置开始寻找通讯数据头标志“SSSS”。找到头标志后, 判断数据长度是否正确, 如不正确则认为通讯数据传输出错, 忽略此组数据重新寻找下一组数据。如正确将此组数据存入实时数据库。当缓冲区中的数据长度小于一组数据长度, 使用上一次的数据作为本次数据。

4.2 A/D转换卡编程

数据采集系统A/D转换卡采用研华工控的PCL-813B。PCL-813B是一款12位32通道A/D卡, 它能对每个模拟量输入提供高电压隔离。此卡存其四层并带有大面积地线的PCB板卡上提供了32个可进行软件编程的A/D通道和两个DC到DC转换器。在模拟量输入和PC之间的光隔离输入提供了直流500V的隔离, 可以保护PC及其外设免受输入线上的高电压损害。

利用PCL-813B卡采集数据时, 首先要对设备进行初始化, 调用DRV-Device Open打开设备, 调用DRV-Device Get Features获得PCL-813B的句柄, 调用DRV-MAIConfig初始化PCL-813B的采集通道数、触发方式、增益数组。接着调用DRV-MAIVoltage In进行多通道数据采集。然后将采集数据送入实时数据库中, 最后调用DRV-Device Close关闭设备。

4.3 人工输入数据

在化验室将数据传送到高炉监控室时, 由现场的炉前工作人员将这些数据通过数据采集画面输入系统, 并存入实时数据库。

结束语

远动系统及数据采集论文 第5篇

遥信信息是指电力系统的各种开关设备的状态以及继电保护，自动装置的运行状态等，是电力系统中各节点（母线）的电压，支路（线路变压器）的潮流（有功，无功）或电流等模拟量。在电力调度自动系统中，遥信信息的传送必须经过两个过程：第一是采集遥信对象的状态，目前大部分采用光电隔离的方式，第二是将采集到的描述遥信对象状态的二进制位编进具体的遥信码中去，通过数字多路开关分别将各路的遥信状态输出到接口电路，再通过接口电路送入 CPU 进行处理，完成遥信信息的编码。

2．远动系统的信道编译码技术

远动系统的信道编译码技术包括信道的编码和译码、信息传输协议（规约）等。为了使传送的信息有较好的抗干扰能力，必须对信息进行信道编译码。

在数字传输中，干扰是不可避免的，通过信道编译码，尽可能地克服信道干扰。在通信系统中，信道编译码方法很多，为了能够正确地进行数据传送，常采用线性分组码进行编译码，而线性分组码中又广泛采用循环码。

（1）线性分组码的定义

信道编码传输过程中，按照监督码元的构造方法，形成不同的特征码。设码字有 K 位消息码元和 R 位监督码元，则码长 n=k+r，码字数目为 2k。如果每个码字的 R 个监督元中只与本码字的 K 位消息元相关，则这 2k个码字的集合称为分组码。

若一个分组码的 2k个码字恰好是矢量空间 V 的一个 K维子空间，称分组码为线性分组码。设消息序列 m=（m1、m2、??mk），V1、V2、??Vk是 K 个线性无关的 n 重， 则线性组合，U=m1V1+m2V2+??mkVk。

用码长和消息码元两个参数描述这种码时，又称（n，k）线性分组码。

（2）循环码的编译码原理

循环码是最常用的一种线性分组码，具有以下性质：各码字中的码元循环左移位（或右移位）所形成的码字仍然是码组中的一个码字（除全零码外）。

采用系统循环码进行编码时，接受端判断发送码字在噪音信道上是否受到干扰就能够提供较好的校验准则：用生成多项式去除接收码字，检查余式是否为零（也就是检查接受码字是否是生成多项式的倍式），若余式为零，认为接收码字是发送码字，余式不为零，认为接收码字不是发送码字，从而完成数据的信道编译码工作。

3．远动系统的通信传输技术

远动系统的通信传输技术包括调制技术和解调技术。电力系统利用自身电力通信的网络资源，可通过卫星、微波、载波、光缆等多种通信手段构建一个电力通信专网，目前的电力系统中，主要是利用电力线的载波进行通信传输。信号发射端上，数据通过信道编码后形成基带信号，利用电力线上的高频谐波信号作为载波信号，通过各种调制技术把基带信号变换为模拟信号，以电流、电压的形式随电力线进行通信传输；在接收端上，应用解调技术相应地把模拟信号还原成数字信号。电力系统正是通过调制解调器的调制--解调技术，实现远动系统的数据通信。

三、结语

数据采集报警系统 第6篇

摘 要：机载设备系统日益复杂，需要对设备的多种状态进行监测和控制，机载设备的功率越来越大，功耗设计也成为重要的考虑因素，论述了一种基于PowerPC的数据采集系统，通过介绍其系统结构、工作原理和系统验证等，证明具备上述特点的数据采集系统工作稳定、可靠，并具有通用性和可扩扩展性。

关键词：PowerPC；数据采集；FPGA

中图分类号：TP311.52

1 方案设计

随着机载设备系统的日益复杂，需要对设备的多种状态进行监测和控制，并且机载设备的功率越来越大，因此机载设备的功耗也成为机载设备设计中的重要的考虑因素。本系统中需要对16种状态信号进行采集、监测，信号频率小于30KHz，要求CPU的工作频率不小于600MHz，系统包含两路以太网通讯接口，供调试使用；此外，系统包含9路DA输出信号控制其他设备。

数据采集系统在整个工作系统中起重要的作用，主要用来实现数据的采集，数据的处理与系统任务的管理。数据采集系统的设计充分考虑了模块化和通用性，系统的组成框图如图1所示，由处理器模块，1片FPGA，A/D、D/A模块，串口通讯模块，以太网模块组成。A/D、D/A模块主要功能为对16路的模拟信号进行采集，进行模数转换，并且输出9路的模拟信号控制系统的其他模块。FPGA主要实现A/D、D/A模块的接口控制逻辑和HLP接口的译码逻辑，Flash、NVSRAM和RS422通信模块挂接在FPGA上，CPU通过FPGA进行访问。以太网模块用于系统的调试。

为了让系统平台具有很强的通用性，对于FPGA器件，选用了Xilinx公司的Spartan-3AN系列的XC3S400AN，其具有低功耗、高性能的特点，该芯片包含400K门，提供8064的等价逻辑单元（LE），400Kbit的RAM，并且内部集成4Mbit的Flash可以存储配置文件，对FPGA进行上电配置，从而简化FPGA的电路设计，增强可靠性。

系统的CPU选用PC7447A，PC7447A是Motorola公司PowerPC系列处理器中的第四代高性能、超标量处理器，主频为1GHz，具有处理能力强，功耗低的特点。PC7447A包含11个独立的执行单元和3组寄存器类，32KBytes指令Cache和32KBytes数据Cache，512Kbytes的L2Cache，32位或36位地址线，64位数据线，并集成功耗和热管理单元，支持JTAG接口的在线调试功能。

处理器的桥接器选用Tsi109，Tsi109的处理器总线时钟可达200MHz，支持60X总线和MPX总线，并且支持双处理器，存储器接口为64位数据宽度，频率最高200MHz，支持DDR2-400 SDRAM；支持32/64位、3.3V PCI接口，操作频率可达66MHz或配置为32/64位PCI-X接口，操作频率可达133MHz，提供多达7个PCI设备的仲裁电路；提供HLP（Host Local Port）接口，HLP接口支持4个片选，每个片选最大256MB；接口数据宽度8，16，32位可选。此外，Tsi109还提供2通道DMA控制器，消息管理单元，I?C控制器，可编程中断控制器，DDR2 SDRAM时钟产生电路；内部集成以太网接口，UART接口等。

2 硬件设计

2.1 处理器电路设计

PC7447A内核电压为1.1V，IO电压由上电复位时采样BVSEL的状态来决定。当BVSEL=0时，IO电压为1.8×（1±5%）V；当BVSEL=HRESET或OVDD时，IO电压为2.5×（1±5%）V。因为桥接器Tsi109的处理器接口电压为1.8V，所以设计中将BVSEL管脚下拉，CPU的IO电压配置为1.8×（1±5%）V。PC7447A的内核电源由LTM4600提供，PC7447A的AVDD电源为时钟锁相环的电源，为了确保内部时钟的稳定，AVDD电源必须经过滤波，并且采用表面贴装器件靠近AVDD最近放置。Tsi109提供给PC7447A的时钟为100MHz，通过PC7447A内核的PLL配置管脚，配置PC7447A内核频率为750MHz。

Tsi109桥接器核心电压为1.2V，处理器接口电压为1.8V，DDR2-400 SDRAM的接口电压为1.8V，其他接口电压为3.3V。Tsi109的内核电压由LTM4600提供，DDR2的1.8V接口电压由TI公司的DDR2专用电源芯片TPS51116提供。Tsi109桥接器的HLP接口挂接Flash存储器作为系统的程序存储设备，Flash选用Spansion公司的S29GL256N11TFI010，其存储空间为256Mbit。

系统的复位电路由Maxim公司的MAX706提供。系统的复位电路如图2所示。上电后，FPGA加载逻辑，DONE信号为低电平，MAX706复位输出管脚为低电平，整个模块处于复位状态；逻辑加载结束，DONE信号变为高电平后，MAX706的复位输出管脚在延迟200ms后变为高电平，整个模块处于正常工作状态。另外，系统提供软复位功能，通过软件写寄存器方式复位PC7447A。

2.2 时钟设计

TSI109内部集成时钟发生电路，利用单个的输入时钟，可以分别产生处理器接口、存储器接口、PCI接口和内部逻辑单元所使用的时钟。

系统的时钟设计框图如图3所示。利用33MHz的晶振提供Tsi109所需的输入时钟，通过Tsi109的PLL的配置管脚，配置Tsi109的处理器时钟频率为输入时钟的3倍，由Tsi109内部的时钟发生电路产生1路同步时钟，即100MHz供PC7447A使用，产生8路同步时钟（典型为200MHz）供DDR2 SDRAM使用，产生1路66MHz时钟供PCI设备（PCI9056）使用。

2.3 模拟电路设计

系统包含16路A/D转换电路，A/D转换芯片选用ADI公司的AD976A，输入电压范围为±10V，转换精度为16位，方便与处理器的。AD976A采样速率可达200KSPS，采用单5V 电源供电，最大功耗100mW，可选内部或外部的2.5V参考电源，本系统为了提高转换精度，采用AD780为AD976A提供+2.5V参考电压。系统采集的模拟信号的频率不大于30KHz，为了得到更准确的采集数据，需对对模拟信号进行采样预处理，系统采用由运算放大器组成低通滤波电路对模拟信号进行整形、滤波，为了减少信号的传输的损失，经过电压跟随器进入AD976A进行模数转换，AD976A提供16位数据总线接口，可直接与处理器接口相接，AD976A通过FPGA挂接在Tsi109的HLP接口上，由于AD976A的接口电平为5V，FPGA的IO电平为3.3V，故用驱动器IDT74LVCH16245A进行电平转换。

系统包含9路模拟量的输出接口，输出电压范围为±10V，由9片16位D/A转换器AD7846构成。AD7846可以提供16位的采样精度，1路模拟量的输出，AD7846通过FPGA挂接在Tsi109的HLP接口上，CPU通过HLP接口将数据送入各自的DAC，进行D/A转换，经过由运放OP200组成的低通滤波器，输出±10V的模拟量。AD7846的R/W管脚上拉，CLR_L管脚下拉，保证在上电过程中AD7846输出电压为0V。AD7846的差分参考电压为±5V，由高精度电压参考芯片AD588提供， AD7846的接口电平为5V，FPGA的IO电平为3.3V，故用驱动器IDT74LVCH16245A进行电平转换。

为了保证A/D，D/A模拟电路的正常工作，避免数字电路的噪声干扰，EDA设计应遵循以下原则。

（1）布局布线原则。元器件布局将模拟电路部分与数字电路部分器件分开放置，模拟信号在电路板所有层的模拟区内布线，而数字信号在数字电路区内布线。

（2）电源和地的处理。将混合信号电路板上的数字地和模拟地分割开，以实现数字地和模拟地之间的隔离。

3 逻辑设计

3.1 Flash接口逻辑设计

Flash通过FPGA挂接在Tsi109的HLP接口上，由于HLP接口的地址与数据为复用的，并且Tsi109是采用大端模式，而Flash采用小端模式。所以，在FPGA中实现HLP接口的地址周期与数据周期的分离，并且将地址信号、数据信号反接到Flash上，从硬件上实现端模式的转换，从而减少软件的复杂度。HLP接口的读、写时序分别如图4、图5所示。通过时序图可以看出在HLP_LE信号的下降沿，HLP_AD信号线上为地址周期，所以FPGA在HLP_LE信号的下降沿锁存地址信号，作为Flash的地址信号，实现CPU对Flash的正确访问。另外，存储BOOT程序的Flash的片选地址，应该覆盖PowerPC的复位向量地址0xFFF00100，保证系统上电时，CPU能正确的运行Falsh中从0xFFF00100地址开始的上电引导程序。

3.2 AD接口逻辑设计

AD976A有两种控制模式，系统采用的转换模式的时序如图6所示。该模式通过R/C信号来控制转换及输出数据的读取过程。在这一模式中，R/C信号的下降沿必须比CS脉冲（脉冲宽宽40ns）至少提前10ns送到模数转换器的输入引脚，一旦这两个负脉冲到来，BUSY信号将变为低电平，BUSY信号有效时间大约4μs，4μs后BUSY信号变为高电平，整个转换完成，这时数据线D0～D15上的数据即为有效转换结果。对于30KHz的信号，每个信号周期最多采集200/30=6.67个点。

3.3 软件设计

系统的采集通过上层软件进行控制，系统的数据采集流程如图7所示。上层软件通过写A/D通道选择寄存器来选择16路中要采集的模拟信号，然后再写A/D转换寄存器来启动A/D转换器进行A/D转换，最后再从A/D转换结果锁存器中读取A/D转换结果。由于A/D转换器从启动转换到转换结束需要5μs的时间，所以在启动A/D转换后需要等待5μs后才能读取A/D转换值。为方便A/D转换值的读取，在A/D转换结束时，发出A/D中断信号指示A/D转换的结束，在设计中采用BUSY信号的上升沿触发中断，CPU执行中断服务程序来读取转换数据。

4 系统验证

本文介绍分析了一种基于PowerPC的数据采集系统的软、硬件设计，目前已经在某系统上获得良好应用，数据采集系统工作稳定、可靠。由于该数据采集系统具备高运算量、高数据吞吐量的同时，也具有灵活性、通用性和可扩展性等多项优点，也可以满足其他领域的应用需求。

数据采集报警系统 第7篇

随着科学技术的进步，数据采集技术广泛应用于人类生活的各个领域，如工业控制、航空航天、家电等。一般而言，数据采集系统由传感器和数据采集单元构成，其中传感器用于将被测量（一般为非电量）转换为电压或电流信号（如温度、加速度传感器等），数据采集单元完成电压或电流信号的采集（将模量转换为数字量）、处理和存储。采集结果以数字量的形式存储，便于数据的后续分析和应用。本文以某星载有效载荷为例，选用Ti公司的高速数字信号处理器（DSP)TMS320C6415为数据采集和控制单元，AD公司的高速模/数转换器AD9269为转换芯片，研制了适合于卫星在轨应用的有效载荷的数据采集系统。文中对数据采集系统的主要技术指标及其主要影响因素进行了分析，并详细设计了对应的硬件电路，并对数据处理方法进行了说明。

1 主要技术指标说明

一般而言，数据采集系统主要技术指标涉及测量带宽、测量精度（噪声）及动态范围。

测量带宽：测量带宽用于表征仪器设备的频率探测能力。根据一般工程应用经验，测量带宽指数据采集系统频响曲线中-3 dB带宽。根据有效载荷任务需求，测量带宽为3 MHz(-3 d B）。

测量精度（噪声）：按GJB2715A-2009《军事计量通用术语》定义，“测量精度”其定义为“引起相应示值产生可察觉到的变化的被测量值的最小变化”。对于一般工程应用而言，测量精度在时域以“分辨率”指标约束，频域以“功率谱密度”指标进行约束。根据有效载荷任务需求，时域测量精度为35μV(DC～16 Hz），频域为1μV/Hz[1]/[2]（功率谱密度，6 Hz～3 MHz）。

动态范围：按GJB2715A-2009定义，动态范围指系统能够测量/检测的最大值与最小值之比。根据有效载荷任务需求，动态范围为90 dB。

2 系统构成

一般而言，星载数据采集系统主要构成如图1所示。

主要模块介绍如下所述：

(1）滤波模块。滤波模块的主要部分滤波电路，其功能为抗混叠和对高频噪声进行衰减，以满足精度和动态范围需求。根据一般工程应用，滤波电路有3种：低通滤波、高通滤波和带通滤波。图2为滤波器抗混叠原理。依据采样定律，数据采集时以采样速率的整倍数对所有频率的模拟信号进行采集，如果不设计抗混叠滤波器，则带外高频信号会以镜频的方式出现在测量带宽内；

(2）模/数变换模块。模/数变换模块主要有模/数变换器及外围电路，完成对模拟信号的量化。模/数转换器主要指标为转换速率及数据宽度，分别与测量带宽、测量精度和动态范围相关；

(3）控制单元。控制单元主要为数字控制系统，完成模/数转换器的控制、转换结果的读取和存储以及数据处理等功能；

(4）通信接口模块。通信接口模块主要完成测量结果的传输。目前，星载有效载荷数据传输总线接口主要有RS 422,CAN,1553B等。

3 噪声指标分析及分配

设数据采集系统总噪声为σ，则式（1）成立：

式中：σ1为滤波器噪声；σ2为模/数量化噪声。

滤波器噪声与滤波器类型相关。一般而言，为了保持滤波器通带内的平坦，选用由运算放大器构成的有源滤波器，相应噪声源主要有运放噪声（电压噪声和电流噪声）和电阻热噪声。

模/数量化噪声为白噪声，模/数量化噪声如式（2）所示：

式中：Δ为模/数量化宽度；fs为采样频率。为了便于分析及工程实现，设σ1=σ2，则σ1=σ2≈0.7μV/Hz[1]/[2]。

4 主要设计方案

4.1 滤波模块

选用有源模拟低通滤波器的方案实现抗混叠和高频噪声抑制功能。常见的低通滤波器形式有：临界阻尼，Bessel,Butterworth,Chebyshev,Cauer等。这几种类型的滤波器分别具有以下优缺点：

(1)Cauer滤波器的过渡带衰减最陡，然而由于它在阻带上有固定波动，通带外幅频曲线的积分不见得小，因而对滤除高频杂波，防止频率混淆，并不最为有利；

(2）临界阻尼滤波器对方波的阶跃响应完全没有过冲，但过渡带衰减最缓慢，这对防止频率混叠非常不利；

(3)Chebyshev滤波器在通带内具有纹波，但过渡带衰减最快；

(4)Butterworth滤波器衰减较慢，通带内平坦。

综合几种滤波器的特点，一般工程上选用Chebyshev和Butterworth模拟滤波器。Chebyshev型滤波器过渡带衰减较快，因此需要的滤波器阶数较少，但在通带内具有纹波，对测量精度会产生影响；相反，Butterworth型滤波器通带内平坦，但过渡带衰减较慢，因此需要较多的阶数才能完成高频噪声抑制功能。因此选用Butterworth型模拟低通滤波器方案。滤波器频响如图3所示。

滤波器噪声与运放噪声（电压噪声和电流噪声）和电阻热噪声相关。滤波器频响除了与滤波器类型、阶数相关外，还与运算放大器的带宽增益积、压摆率等指标相关。综合噪声与频响特性，选用运算放大器OP249构成Butterworth型低通滤波器。

根据滤波器分析和仿真结果，Butterworth型低通滤波器为16阶。其噪声预计为0.32μV/Hz[1]/[2]（根据OP249电压噪声、运放数量和电阻热噪声）。

滤波器噪声可用式（3）表示：

式中：N1为运放数量；N2为电阻数量；en为运放电压噪声；rn为电阻热噪声。

一般而言，为了设计方便及易于仿真计算，滤波器中各级运放选用相同型号的运算放大器；同时也选用相同型号的电阻器。

为了便于噪声分析，滤波器噪声可简化如式（4）所示：

由运算放大器OP249构成的16阶滤波器噪声估算结果为0.25μV/Hz[1]/[2](100 kHz，电阻值以10 kΩ计算），满足分配指标要求。

4.2 模/数变换模块

模/数变换模块实现模数量化功能，主要设计约束为测量带宽、噪声指标要求。

测量带宽要求为DC～3 MHz，由采样定律可知，最小采样速率为测量带宽的2倍，即为6 MHz。设计时考虑到模/数转换器的额定参数（降额），要求其最快转换速率不小于10 MHz。选用AD公司的AD9269系列模/数转换器。其具体分为AD9269-20,AD9269-40,AD9269-65,AD9269-80，共计4种型号，分别对应最高采样速率为20 MHz,40 MHz,65 MHz,80 MHz。本系统选用AD9269-20即可满足需求（4种型号所有接口完全兼容，可便于设计扩展）。

模/数转换器AD9269具有如下技术特点：

(1)AD9269采用1.8 V单模拟电源供电，而数字输出驱动器采用独立的电源供电，以适应1.8～3.3 V系列的逻辑电平；

(2）采样保持电路在最高80 MHz的输入频率下仍保持出色的性能，而且成本低、功耗低、易于使用；

(3)AD9269模/数转换器以输入主时钟为准，即输入主时钟频率为其采样速率。此接口便于控制和实现（尤其在高速系统中）。

为了消除共模噪声，AD9269模拟输入端采用差分方式。单端-差分变换可通过变压器、差分放大器等方式实现，考虑到变压器对低频段信号不能响应，因此设计选用差分放大器，以实现单端-差分信号的转换。

作为高速模/数转换器，AD9269的输入转换时钟对转换结果和性能指标的影响尤为关键。因此，设计通过隔离、差分的方式实现转换时钟的输入，可对转换时钟前端与AD9269之间实现隔离，并消除了时钟的共模干扰，最大限度的提高了AD9269的性能。

AD9269设计采样频率为10 MHz，按照式（2）噪声估算结果约为0.1μV/Hz[1]/[2]，满足噪声指标分配要求。

4.3 控制模块

控制模块主要完成系统的控制、模/数转换结果的读取、存储、处理及传输。

设计选用高速数字信号处理器（DSP）的方案实现数据的采集、处理和传输功能。目前，高速DSP主流为Ti公司的C6000系列产品，其最高主频可达几GHz。针对数据采集需求及处理需求，选用TMS320C6415高速、高性能DSP作为数据采集系统的控制器，TMS320C6415主要性能指标见表1。

可以看出，TMS320C6415最高指令速度可达600 MHz，考虑到频率降额，设计主频为480 MHz（降额因子为0.8）。同时，TMS320C6415具有功耗小的特点，适合于对功耗限制较多的领域应用。星载有效载荷由于在轨由太阳能电池帆板供电，其供电能力有限，因此TMS320C6415非常适合于空间应用。

两组数据总线EMIFA口和EMIFB口，其中EMIFB口用于程序存储和装载，EMIFA用于与模/数变换器AD9269输出数据总线连接。由于TMS320C6415的EMIFA口为64 b的数据宽度，因此可同时连接3路AD9269。

TMS320C6415包含3个全双工的串行接口（多功能串行接口，Mcbsp），因此设计利用串行总线输出数据采集结果（电平标准为RS 422）。

TMS320C6415具备强大的数据处理能力，因此在其内部进行数据采集结果的FFT（频域数据）运算，待FFT运算结果完成后输出。

5 测试结果及分析

测试方法及测试结果如下所述：

分辨率：以10 MHz采样速率输出时域原始数据，样本长度为4 096点。通过数字滤波器（Origin或Matlab软件）将其滤波至16 Hz频带以内，计算4 096点数据的标准差，其结果作为DC～16 Hz频带内的分辨率指标。具体测试结果31μV(DC～16 Hz），满足指标指标需求。

噪声（功率谱密度）：TMS320C6415以4 096点为样本长度进行数据采集并进行FFT计算（窗函数为功率谱），以数据采集系统输出的功率谱密度数据作为噪声的指标。具体测试结果如图4所示。

由图4可以看出，噪声（功率谱密度）测试结果中除2.001 95 MHz频点外，其余均符合设计要求。

2.001 95 MHz噪点原因分析：由图4可以看出，2.001 95 MHz频点教其他频点幅度较大（约20 dB，相当于Q值较高），一般模拟电路中很少存在此类噪声频点。经过分析和验证，此噪声点是由于数据采集系统中CAN总线驱动器（用于指令输入）用晶振频率为16 MHz，利用滤波器抗混叠（如图2）见原理，其在采样频率2次旁瓣的镜频点为2 MHz。测试时如将CAN总线驱动器去除（16 MHz晶振不起振），则测试结果中不出现2.001 95 MHz噪点。

6 结语

本文基于DSP系统的高数数据采集系统设计，选用的Ti公司的高速信号处理器TMS320C6415，模/数转换器选用AD公司的AD9269，实现了数据的高速采集和处理。该设计已在某星载有效载荷中成功应用，应用结果表明：该系统具有测量精度高、性能稳定的特点，可应用于各类星载有效载荷的数据采集系统设计。

摘要：高速数据采集技术广泛应用于各类工业控制及航空、航天领域。为了实现星载有效载荷的高速数据采集,选用了以Ti公司DSP芯片SMJ320C6415为控制器、AD公司的高速模数转换器AD9269的设计方案,同时对数据采集系统的主要技术指标、抗混叠滤波器设计进行了详细的描述。采用该设计方案的有效载荷数据采集系统具有测量精度高、采集速度快、可扩展性好及可靠性高的的优点,对各类高速数据采集系统的设计具有重要的指导意义。

关键词：DSP,数据采集,噪声滤波器,功率谱密度

参考文献

[1]TI.TMS320C3X user guide[Z].US:TI,1997.

[2]TI.TMS320C6000 user guide[Z].US:TI,2003.

[3]杜普选,马庆龙.实时DSP技术及浮点处理器的应用[M].北京:清华大学出版社,2007.

[4]高光天,薛天宇,孟庆昌,等.模/数转换器应用技术[M].北京:科学出版社,2001.

[5]吴道悌,刘晓辉,郑明.非电量电测技术[M].西安:西安交通大学出版社,2004.

数据采集报警系统 第8篇

用户在使用该系统提供的网络服务时需缴纳一定的费用, 因此需要一套数据采集系统把客户登录实验室的时间长度相关的数据采集起来, 便于对客户在规定的时间范围内作为收费的依据。

一、 功能概述

本数据采集系统的实现是由独立的六大模块:数据读取模块、数据匹配模块、数据发送模块、数据存储模块、数据接收模块、数据整合模块, 通过信息传递来完成功能的实现[4,5]。系统的整体功能概述流程图如图1 所示:

二、业务流程

系统的大体流程图如图2 所示, 首先从Linux系统的日志文件读取数据, 读取到的数据分别放入到两个不同的链表中, 根据登出链表中的记录去匹配登入记录的数据, 把匹配成功的记录发送给服务端。服务端接收客户端的数据之后保存到Oracel数据库中。

说明:业务流程中几个存储文件的命名规则:

1) 系统日志文件由外部传递给程序, 程序需要判定是否存在然后才能采集。

2) 未匹配登入项集合的存储路径由外部传递给程序, 文件名采用logins.dat。

三、客户端实现

客户端的实现由Client类封装数据采集系统客户端的所有功能。客户端总体类图如图3 所示。

重要方法及实现:

1) backup方法。backup方法功能: 备份日志文件并把变化的文件处理成不变的把日志文件改名即可, 系统会自动生成wtmpx文件, 在此方法中读取数据失败时会抛出异常Backup Exception。

2) send Matches方法。send Matches方法功能:发送匹配日志集合到服务端, 建立连接失败抛出Send Data Exception。

四、服务端实现

1) Server类。Server整体类图如图4 所示。

五、总结

Unix/Linux实验室出租业务是电信运营商开通一个新的业务, 用户可以向电信运营商申请Unix/Linux账号, 使用电信运营商的Unix/Linux服务器。本系统基于C/S架构, 客户端实现了定时从非结构型服务器日志文件采集用户数据, 匹配登入/ 登出信息, 向服务器发送数据;服务端实现了接收客户端发送过来的数据, 存储数据和整合数据等。从海量用户数据中匹配登入/ 登出信息采用了数据采集技术, 将所提取到的有效计费信息存储在Oracle数据库中, 为出租商高效、快捷、以及方便的统计出用户的登录信息提供了方案。

摘要：针对目前使用Unix/Linux的人群增多, 电信运营商开通一个新的业务, Unix/Linux实验室出租业务。用户可以向电信运营商申请Unix/Linux账号, 使用电信运营商的Unix/Linux服务器。为了使得出租商高效、快捷、以及方便的统计出用户的登录信息, 本系统基于C/S架构, 客户端的功能包括定时从非结构型服务器日志文件采集用户数据, 匹配登入/登出信息, 向服务器发送数据;服务端的功能包括接收客户端发送过来的数据, 存储数据和整合数据等。从海量用户数据中匹配登入/登出信息采用了数据采集技术, 所提取到的有效计费信息存储在Oracle数据库中。

关键词：电信数据采集,C/S架构,Linux,业务出租

参考文献

[1]林树泽.Oracle 11g R2 DBA操作指南[M].北京:清华大学出版社, 2013:12-32.

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数据采集系统设计 第9篇

随着自动控制和计算机技术的成熟和发展,以及它们和传统工业的结合,加工设备的自动化程度有了大幅度的提高,各种控制设备与控制技术得到了广泛应用,大大提高了加工制造的效率,当然这种高效的生产对检测量的精确性和实时性也提出了更高的要求,而依靠传统的数据采集方法(即由操作工人凭借简易测量工具进行测量)已无法满足这种要求。

目前,生产设备的参数采集手段主要有便携式检测仪和在线检测系统[1,2,3,4,5,6],采用便携式仪器需要花费大量的人力和时间,采集到的数据不能实时反映设备加工的状态,具有一定局限性;一般的在线检测系统,检测数据相对单一,不能满足多成分分析的需要;对于一些大型的在线检测系统,虽然能满足实时检测和精度要求,但系统体积庞大、投资多、难以推广使用,并且国内很多在线检测系统,对检测到的数据缺乏综合利用和管理,不能很好地为工艺和装置的优化节能及节能减耗改造服务。因此开发出具有实时数据采集、存储、传输等功能的在线数据采集系统是十分必要的。

1 系统的整体方案与工作原理

数据采集系统是基于CPLD和STM32的弱信号采集电路,可用于各种弱信号检测的应用研究中,整个系统由信号滤波、信号放大、数据采样处理和主计算机传输接口等组成[7,8]。信号滤波防止信号产生“混叠现象”;信号放大对输入信号进行调理,使信号在A/D转换能够转换的电压范围内,以满足采样的要求;数据采样处理完成模拟信号的采样保持和数字化;与主计算机的数据接口,将数据上传给计算机,满足信号检测的实时性,进行数据的存储、显示等。数据采集电路板硬件功能模块构成如图1所示。

2 系统硬件结构

整个系统由信号预处理、信号采集和数据传输三大模块组成,其中信号预处理进行信号滤波、信号放大,预处理模块由MC1558,MC1556等组成;信号采集进行信号选通、A/D转换;信号采集模块由AD508、A/D转换芯片、CPLD组成;数据传输进行数据的软件滤波、通过通信口与上位机进行通信,数据传输由STM32芯片、信号输出接口模块组成。

2.1 信号预处理电路

由于待采集电压信号输入动态范围较宽,且极性各异,采用输入电压范围可调的信号预处理电路。信号预处理电路如图2所示,信号放大倍数为R1R2/(100100)。

2.2 信号采集模块

CPLD是在PAL、GAL等逻辑器件的基础上发展起来的,同以往的GAL、PAL等相比,CPLD的规模比较大,适合于时序、组合等逻辑电路的应用场合[9]。采用Altera公司的EPM7128SQI100作为数据采集的控制芯片,负责信号采样、A/D转换、数据输入控制等。EPM7128SQI100具有128个宏单元,84个用户I/O管脚,工作电压为5.0V,具有2 500个可用门和ISP,管脚间延迟为6.0ns,计数器速度可高达125 MHz,可以很好地满足系统的需要。信号采集电路如图3所示。

ADG508是一款8通道CMOS模拟多路选择器,具有高速转换速度和低内阻特性,通道切换具有防短路功能。在CPLD控制下,它可对采集信号进行有序通道切换。A/D转换芯片选用AD977,AD977是ADI(Analog Devices)公司推出的一款高速16位A/D转换器,输入电压范围为-10~+10V,单极5V电压供电,采样频率可达100kHz。数据采样系统最大采样速率可达50kHz,信号分辨率可达0.3 mV。通过采用多路转换开关ADG508与16位A/D配合使用,降低了成本。

2.3 数据传输模块

STM32是数据通信芯片,主要负责数据处理、传输控制、参数设置等。采用STM32F103xB系列ARM芯片,该系列芯片是意法半导体基于Contex-M3内核的32位微处理器,可以满足高性能、低功耗和低成本特性的嵌入式应用。芯片具备72MHz时钟频率,拥有丰富的外设装置,包括128 KB嵌入式闪存、20 KB的SRAM、两个ADC接口、三个UART、支持USB、CAN和七个DMA通道等丰富的外围模块,以其高速的指令执行速度、方便的JTAG调试方式和低功耗等特性为数据采集与处理的设计提供了一个较为完善的平台。数据传输电路如图4所示。

STM32F103VBT6的所有I/O端口兼容CMOS和TTL,在5V引脚上的输入电压最小值为-0.3V,最大值为5.5V,低电平电压范围为-0.5~0.8V,高电平电压范围为2.0~5.0V,经EPM7128输出的数据直接与STM32F103VBT6连接,简化了电路。

3 软件设计

根据设计任务的要求,系统软件主要完成数据的采集、滤波处理、串口与PC机的通信,数据采集软件由信号采集与通信模块软件、上位机监控软件两部分组成。

3.1 信号采集与通信模块软件设计

数据采集系统的固件驱动程序(又称单片机程序)是固化到CPU模块内的软件,采用模块化设计,主要模块包括:信号采集控制模块和数据传输模块两大部分。信号采集控制模块软件固化到CPLD中,数据通信模块软件固化到STM32中。

信号采集控制模块软件利用Altera公司的Quartus开发软件实现,采用Verilog HDL语言设计,主要功能包括输入通道选通、数据采样控制。通过CPLD芯片分别控制ADG508和AD977,进行模拟量输入通道的选择和启动A/D转换。数据的采集算法过程中,根据香农定理,采样频率大于被采集信号的2倍频率。信号采集模块软件流程图如图5所示。

数据传输模块软件在Real View MDK环境下编写,主要功能包括数据接收、数据处理、串口通信。STM32通过握手信号启动CPLD的数据采集程序,在读取信号RD的上升沿读取上次A/D转换结果,同时启动A/D转换器转换下一路信号。软件设计上,采用极值滑动平均滤波抑制叠加在模拟输入信号上的噪声;应用软件拦截技术、软件看门狗技术、故障处理自恢复技术等措施使受干扰而“跑飞”的程序回到正常的轨道上;采用I/O自检等程序预先发现故障并定位故障所在,提高系统的可靠性。数据通信模块软件流程图如图6所示。

3.2 上位机监控软件设计

用户应用服务程序直接面向用户,是控制数据采集软件的最上层,不仅提供与用户交互的界面,还能通过发送各种控制命令来控制采集模块的工作。利用微软公司开发的软件开发平台VC++6.0设计上层界面,进行数据的实时显示、存储。采用串口传输协议,将底层采集到的数据传输到上位PC机,并在VC++6.0设计的上层界面中实时显示。

制定通信协议[10]:通信双方的波特率设定为9 600b/s;帧格式:一个起始位,八个数据位,一个可编程的第九位,一个停止位;工作方式:PC机采用查询方式,STM32采用中断方式;功能标志:发送请求标志#0F1H,接收请求标志#0FFH;校验:通信双方采用求和校验的方式,即发送一串字符,双方计算累加和,与PC机比较,有错即重发。

4 结论

数据采集系统采用CPLD选取输入通道、控制A/D转换,实现数据采样;利用STM32具有的丰富外设接口进行数据处理、数据通信,提高了系统设计的灵活性,使系统易于升级和扩展。本系统开发周期短、运行稳定、性能可靠、使用方便。配合上位机采集界面,方便进行操作使用以及各种采样数据的存储,在多种模拟量输入的数据采集和控制系统的应用中前景十分广阔,将数据采集系统应用到工业现场数据的采集中将是本研究下一步将要进行的工作。

摘要：设计一种基于STM32和CPLD的数据采集系统,实现现场数据的采集、传输、显示和存储。数据采集过程由CPLD控制,采用Verilog HDL语言设计输入通道选通和A/D采集控制程序,进行数据的滤波、放大、转换,实现多通道数据的采集;在STM32中实现数据处理、传输,并在PC机中开发上层数据管理软件,实现数据的显示、存储。系统可实现多通道数据采集实时显示的要求,电路设计方法简单、可靠性高,能满足实际应用的要求。

关键词：STM32,CPLD,实时数据,数据管理

参考文献

[1]郑国军,戴巧琪,肖德瑞,等.基于STM32的便携式体检装置设计[J].医学信息,2010(8):1989-1991.

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[6]苏永芝,耿玉玲.基于FPGA+DSP的高速中频采样信号处理平台的实现[J].现代电子技术,2011,34(7):34-36.

[7]贺胜洪,钱雪军.基于CPLD技术的多通道编码器数据采集系统[J].自动化与仪器仪表,2003,109(5):4-7.

[8]赵丽,肖龙腾,胡叼福,等.基于TMS320F2812与AD976的数据采集系统的设计与实现[J].天津工程师范学院学报,2010,20(1):30-33.

[9]周治良,李宏顺,岁哲,等.基于单片机和CPLD实时数据采集显示系统设计[J].电子设计工程,2009,17(10):88-90.

数据采集报警系统 第10篇

关键词：labview,数据采集,报警系统

报警子系统是各种数据采集、监测监控、虚拟仪器系统的重要组成部分,功能完善的报警子系统有利于用户及时发现故障、及时分析处理。Labview是基于G语言的革命性的图形化开发语言,用来进行数据采集和控制、数据分析和数据表达。它的目标是简化程序的开发工作,让工程师和科学家能充分利用PC机的功能,快速简便地完成自己的工作。本文对多个基于Labview数据采集、监测监控系统的报警子系统进行了分析研究,从中提取出带有一定普遍性的基本功能、基本模块,并给出设计、实现方法。

1 报警子系统的主要模块

这里主要把报警子系统分成如下几个模块:报警参数设置、声光报警、报警信息存储、报警信息回放等。实际系统可根据需要进行选择。如图1所示。

2 报警子系统的设计与实现

2.1 报警参数设置

报警参数要求长期保存,避免每次启动时重新输入,本系统中报警参数存储在Access表中,如图2所示,每个信号可设置最大值及最小值。

在主程序中利用Application Control节点以动态调用方式打开并运行修改报警参数的SubVI“参数设置.vi”,框图程序见图3。

“参数设置.vi”框图程序见图4,其中访问数据库采用LabSQL完成该框图程序中使用的主要节点如下:ADO Connection Create.vi创建一个Connection对象;ADO Connection Open.vi打开一个Connection对象;A-DO Connection Execute.vi执行指定的查询等功能;SQL Fetch Data.vi返回Recordset对象的数据;ADO Recordset Open.vi打开Recordset对象;ADO Set Field.vi修改某一个记录的值等。

2.2 声光报警

灯光报警是报警子系统的核心,当某采集数据超出设定值时相应报警红灯亮并闪烁,框图程序见图5。首先取得报警参数,然后随时对采集数据进行跟踪,当超出设定范围时红灯闪烁报警,采集数据恢复正常时自动停止。

需要时在灯光报警的同时给出语音报警,为便于用户及时判断故障位置,对于每一种故障给出相应的语音报警,为此应事先为每一种故障录制专门的语音报警文件,供程序调用。框图程序见图6,本程序采用Microsoft Multimedia控件实现声音文件的播放,程序中Microsoft Multimedia控件MCI.mci在前面板上设置为不可视,也无需设置其按钮属性,“Property Node”节点用于设置“DeviceType”、”FileName”、“Command”属性。另外,直接播放只能播放一遍语音文件,为了重复播放报警语音,对语音播放长度进行计数,超过设定计数值时方可关闭MCI.mci且重播,语音长度计数设定值根据语音文件长度进行调整。故障消除后报警语音自动停止,也可随时按下语音开关关闭语音。

2.3 报警信息存储

发生故障时除了声光报警,还应进行报警信息存储,以便用户进行故障分析。为了便于故障分析、处理,应将故障点前后一段时间内信息进行保存,实现方法如下:利用一个数组移位保存最近一段时间内信息;当故障发生时继续用该数组移位保存故障点后指定时间内信息(故障点后信息个数为数组长度的一半);存储信息包括故障数据及其它相关的正常数据,这样便于全面分析。框图程序见图7,其中数组“分流电流”长度为2000,故障点后采集数据为1000个。数据保存在内存数组中,需要时可存入硬盘。

2.4 报警信息回放

报警信息回放利用一个SubVI“回放.vi”以图形的形式显示数据,调用框图程序见图8,其中将上面保存好的故障点数组及时间作为参数传递给SubVI“回放.vi”。SubVI“回放.vi”框图程序见图9。

3 结论

上述报警子系统的设计思想由多个数据采集系统综合而成,实践证明其基本包含了报警系统的主要功能,它不仅能有效地给出声光报警,还综合考虑了故障点前后数据的相关性,同步存储故障点前后一段时间内的各种信息,并可以随时回放故障点的相关信号波形,全面、直观地进行故障分析,还可便于以后建立数据仓库,实现辅助决策。实践证明该设计思想和实现方法有效,对于数据采集、监测监控、虚拟仪器系统的开发有一定的参考价值和指导意义。

参考文献

[1]杨乐平,李海涛,杨勇,等.LabVIEW高级程序设计[M].北京:清华大学出版社,2003.

[2]汪敏生.LabVIEW基础教程[M].北京:电子工业出版社,2002.

数据采集系统在石油化工业的应用 第11篇

关键词：CAN；数据采集；构成；

1　前言

随着计算机技术、现代通信技术和自动控制技术的迅速发展，智能化企业在许多国家应运而生。自动抄表系统是发展中各个行业自动化控制系统的重要组成部分，是解放生产力的必然途径。因而日益受到关注。

2　远程自动抄表系统的优点

与传统抄表方式相比，智能抄表系统具有方便快捷、节省人力物力、提高工作效率、精确度高等优点。

3　远程自动抄表系统构成

自动抄表系统主要由监视控制仪表(本系统需要采集数据的仪表)、数据采集器、集中器、数据传输通道和后台管理服务器等组成；其中监视控制仪表主要是在传统机械式仪表基础上将转盘适当改造，以便能将其转动圈数被数据采集器采集转化为脉冲数，以达到数据采样的目的；采集器主要完成將电表用电量转换成电脉冲信号以完成数据的采集，同时还具备将采集的数据保存、通过CAN,总线传输给集中器转发给后台管理系统。数据集中器则是通过CAN,总线收集各监视控制仪表上的传输数据，并通过无线GSM网络传送给后台管理服务器系统。

4　数据采集器硬件组成

数据采集器主要包括数据采集回路、数据保存回路以及数据传输CAN,总线节点回路，同时根据其他功能扩展。

采集器采用单片机89C51，其内部有4KB的ROM，128字节的RAM以及32个I／O口。P1口与串行器件24C02和显示、继电器电路连接。其中的显示模块采用串行方式进行通信，分别采用P1.0、P1.1、P1.2模拟时钟信号线和数据信号线。P0口主要用来与CAN总线控制器sJAl000相连，用作数据线。监控电路采用Dsl232芯片，它是看门狗定时器，功能是上电和掉电时给89C51、CAN控制器sJA1000产生复位信号；看门狗对系统进行监控，防止死机不能恢复。因此系统中必须建立不间断供电(电池供电)，以便提供实时钟。

5　数据采集系统原理

5.1数据采集回路采用开关型霍尔传感器A44L对加装过小磁铁的监视控制仪表转盘进行将所转的圈数转化为数字信号，传感器A44L集成霍尔开关是由稳压器A、霍尔电势发生器(即硅霍尔片)B、差分放大器C、施密特触发器D和OC门输出E五个基本部分组成。

5.2 CAN总线采用一种串行数据通信协议，它是一种多主总线，数据长度为8个字节，不会占用总线时间过长，从而保证了通信的实时性。CAN协议采用CRC检验并可提供相应的错误处理功能，保证了数据通信的可靠性。C AN协议的一个最大特点是废除了传统的站地址编码，而代之以对通信数据块进行编码。采用这种方法可使网络内的节点个数在理论上不受限制，因此非常适合远程抄表控制系统。主要由控制器89C51、CAN通信控制器SJAl000、CAN,总线驱动收发器82C250组成，单片机89C51对C A控制器接收到的数据进行读取和数据发送等程序处理，为了增强CAN总线节点的抗干扰能力，SJAl000的TX0和RX0并不直接与82C250的TxD和RXD相连，而是通过高速光耦6N137后与82C250相连，很好地实现了总线上各节点间的电器隔离。82C250的CANH和CANL引脚各自通过一个5欧姆的电阻与CAN,总线相连，起到一定的限流作用，保护82C250免受过流冲击。CANH、CANL与地之间并联了两个30pF的电容，可以滤除总线上的高频干扰并起到一定的防电磁辐射的能力。另外，两根CAN,总线输入端与地之间分别按防雷击管，起到一定的保护作用。

6　数据采集器软件设计

6.1主程序流程

数据采集器在整个系统中有喂狗、计表、时钟校时、CAN,总线数据发送和接收、数据存储与读取以及显示等功能，其中喂狗、计表和数据存储及CAN,总线数据接收分别采用定时终端、计数中断和外部中断实现，CAN,总线数据发送采用查询方式和其他程序功能在主程序中实现。

6.2数据采集程序说明

数据采集是将监视仪表转盘每转一圈转化为一个周期脉冲，单片机将此脉冲累加，从而测得数需要采集的数据。

6.3 CAN,总线数据收发程序说明

6.3.1数据采集器数据传输内容较为简单，发送出去的数据主要包括监视仪表示数(占5个字节)，接收到的数据多为命令(1 4个字节)，而C AN总线每次数据可传输8个字节，因此每数据传输采用1帧即可完成。本设计采用PeliCAN工作模式(29位表示码)，利用查询方式发送数据，利用外部中断0接收数据。

6.3.2数据的发送由CAN控制器根据CAN协议规范自动完成。首先CPU必须将要发送的数据报文传送到CAN控制器发送缓冲器中，并置位命令寄存器中的发送请求标志，程序流程如图5所示。

6.3.3数据接收采用外部中断0接收，CAN控制器接收到一帧数据后，产生中断触发信号，CPU立即响应，将收到的报文接收到字节的接收缓冲器，并置位命令寄存器的释放缓冲区标志RRB。单片机根据接收数据进行命令解析，并做出相应执行。

6.3.4数据集中器设计方案

数据收集器主要起到转发后台管理服务器和各节点间的数据传输功能，CAN,总线控制器模块主要用来向各节点发送或接收相关数据，各节点地址通过程序设置均已被包括在对应报文29位表示码中，数据集中器可以通过广播或点对点向各用户节点发送命令数据。由于用户节点比较多，数据集中上传比较多，因此需要较多的数据接收缓冲区保存，然后通过GsM转发给后台管理服务器完成远程数据交流，因此采用有512字节内存的单片机sTC89C51对C AN控制器和GSM模块进行控制。单片机控制GSM模块在Text模式下接收手机短信，短信的收发是通过向串口以文本模式发送AT指令来实现的，其编码转换格式简单，并有较高的转换速率。

7　数据采集系统的主要维护工作

7.1模件卫生清洁

7.2模件断电退出：因为所有信号的接线直接连接至模件，未采用继电器等隔离，因此有必要拔出。

7.3检查电源使用情况

7.4软件备份，以备不时之需。

8保证数据采集系统稳定运行的措施

8.1完善各项组织和技术措施，为保证数据采集系统稳定运行的措施打基础。

8.2加强运行管理的完善，保证在新思路、新形式下安全生产。

8.3加强业务培训，以适应当前高科技技术的发展。

8.4加强思想教育，认识到安全、经济、准确的重要性。

8.5加强数据采集系统的巡视检查和维护，发现问题及时处理。

9　本行业自动化控制展望

9.1自动化控制系统的普遍应用是行业发展的主流；

9.2现场总线技术是集散控制系统发展方向；

9.3各项管理实现自动控制，实现网络现代化；

结束语

数据采集报警系统 第12篇

随着计算机产业的不断发展, 计算机技术不断提高, 操作系统也不断进步和完善, 目前常用的有WINDOWS、LINUX、UNIX等。作为电子警察系统最重要的部分既前端数据采集系统, 直接提供车辆违章的违法证据, 其稳定性、安全性和准确性在整个电子警察系统中就显得尤为重要, 目前使用在电子警察前端数据采集系统控制主机上的操作系统主要有WINDOWS系统和LINUX系统。本文就两种系统的优劣进行比较。

(一) Windows操作系统

目前, WINDOWS在计算机操作系统市场的占有率达高90%, 其优越的性能主要表现在以下几个方面:

1. 直观高效的图形用户界面, 各类用户易于接受。

图形用户界面 (GUI, Graphic User Interface) 是WINDOWS操作系统的重要的特色, 用户因此摆脱了字符界面操作系统必须死记的各类命令和令人一头雾水的屏幕提示, 改为鼠标点击从而直接和屏幕信息进行交流。

2. 用户界面统一、友好。

WINDOWS应用程序大多符合IBM公司提出的CUA (Common User Acess) 标准, 各类软件在运行时都是以窗口的形式呈现在用户面前, 具有统一的标题栏、菜单栏、工具栏和工作区域。友好统一的界面便于初学者学习使用, 并且在掌握一个程序后能更容易的掌握其他程序的使用。

3. 丰富的设备无关性。

Win32程序并不直接访问屏幕、打印机和键盘等硬件设备, Windows虚拟了所有的硬件。只要拥有硬件的设备驱动程序, 相应硬件就可以使用, 应用程序无须要关心硬件的具体型号。与以前DOS编程中需针对不同硬件编写很多的驱动程序来比, 这个特性对程序员的帮助是巨大的。

4. 多个任务同时执行。

WINDOWS是一个多任务的操作系统, 用户在运行多个程序工作的同时, 还可以欣赏美妙的音乐, 感觉实在不错。并且在运行的不同程序之间用户可以任意切换, 可以进行数据的交换, 可以进行数据通信。

5. 其他。

WINDOWS具备的丰富的多媒体功能和强大的网络功能也极大地吸引了许多的计算机用户。

尽管WINDOWS以其丰富的功能吸引了大量用户, 占据着计算机操作系统的大部分市场, 但它在运行中产生的各种弊端也日渐突出, 主要表现如下:

1.体积庞大。

一方面Windows众多的功能导致了它庞大的体积, 繁冗的程序代码。另一方面, 系统长期运行中会产生大量的垃圾文件。这些都严重影响着整个系统的稳定性, 死机、重启的现象时有发生;

2.高敏感性。

WINDOWS对软、硬件的错误十分敏感, 有时一个小小的故障就有可能导致系统无法正常启动, 这就使得WINDOWS系统成为了一个十分脆弱的系统;

3.低修复能力。

WINDOWS自身的错误修复能力十分低, 出现故障时, 不能很好地解决, 许多修复工作必须要在DOS环境才能完成;

4.多漏洞。

Windows系统漏洞百出, 虽然有些漏洞并不会干扰用户的一般操作, 但在网络方面的漏洞却能对用户造成影响。这些漏洞使一些人有入侵系统和攻击系统的机会, 其中就有利用NetBIOS进行非法共享;

5.高的被攻击率。

WINDOWS是一个使用广泛的操作系统, 同时也是一个被病毒、黑客攻击最多的操作系统, 这极大地增加了系统的不安全性, 影响了系统的可靠性。

随着电子警察的普及应用, 在近几年来, 设备的可靠性越来越受到重视, 普通的工业控制计算机已不能完全满足路口这样恶劣的环境要求, Windows操作系统, 因为种种原因, 经常出现死机和系统崩溃的情况, 长期运行所造成的系统垃圾严重影响了系统的稳定性。随着用户需求的提高, 越来越多的设备厂商拟采用更可靠的硬件和更稳定的操作系统。

(二) Linux操作系统

Linux从一开始就是一个遵循GPL (GNU General Public License的缩写形式, GNU通用公共许可证) 协议的自由软件, 良好的开放性、简洁的功能、开放的结构是它最大特点。其目的是旨在建立不受任何商品化软件版权制约的、任何人都能自由使用的Unix兼容产品。

Linux操作系统与其他操作系统相比有极大的优势:

1. 开放性。

是指系统遵循世界标准规范, 特别是遵循开放系统互连 (OSI) 国际标准。凡遵循国际标准所开发的硬件和软件, 都能彼此兼容, 可方便地实现互连。

2. 多任务。

是指计算机同时执行多个程序, 而且各个程序的运行互相独立。

3. 高效的系统调用。

在非图形模式下, 系统为用户提供低级、高效率的服务。

4. Linux还为用户提供了图形用户界面, 利用鼠标、菜

单、窗口、滚动条等设施, 给用户呈现一个直观、易操作、交互性强的友好的图形化界面。

5. 设备独立性。

操作系统把所有外部设备统一当作成文件来看待, 只要安装它们的驱动程序, 任何用户都可以象使用文件一样, 操纵、使用这些设备, 而不必知道它们的具体存在形式。设备独立性的关键在于内核的适应能力。其他操作系统只允许一定数量或一定种类的外部设备连接。而设备独立性的操作系统能够容纳任意种类及任意数量的设备, 因为每一个设备都是通过其与内核的专用连接独立进行访问。Linux的内核具有高度适应能力, 可以方便的适应新增加的外部设备。

6. 提供了丰富的网络功能。

完善的内置网络是Linux一大特点。Linux在通信和网络功能方面优于其他操作系统。Linux为用户提供了完善的、强大的网络功能。Linux不仅允许进行文件和程序的传输, 它还为系统管理员和技术人员提供了访问其他系统的窗口。通过这种远程访问的功能, 一位技术人员能够有效地为多个系统服务, 即使那些系统位于相距很远的地方。

7. 可靠的系统安全。

Linux采取了许多安全技术措施, 包括对读、写控制、带保护的子系统、审计跟踪、核心授权等, 这为网络多用户环境中的用户提供了必要的安全保障。

8. 良好的可移植性。

Linux是一种可移植的操作系统, 能够在从微型计算机到大型计算机的任何环境中和任何平台上运行。可移植性为运行Linux的不同计算机平台与其他任何机器进行准确而有效的通信提供了手段, 不需要另外增加特殊的和昂贵的通信接口。

(三) 结束语

工业自动化控制的发展方向是嵌入式体系, 即使用工业用计算机, 运行多任务实时操作系统, 以专为工业设计的结构体系取代桌面体系。在操作系统的选用上, Linux成为了最佳选择。因为Linux操作系统不但内核稳定性极好, 而且为开放式源代码架构, 所有公司都可以继承现有研究成果进行持续开发。源代码移植到大多数Unix/Linux系统只要重新编译源代码就可以使用, 另外, Linux具有良好的网络支持能力, 可以配置各种通讯设备实现远程文件传输, 为系统的发展和升级带来极大的便利。

目前, 电子警察前端数据采集系统的主控机采用为嵌入式结构, 在硬件保证稳定性和低故障率的同时, 大部分主机都将摒弃原来的WINDOWS系统, 而采用Linux操作系统。相应的公司根据需要对Linux系统进行裁剪, 将其固化在硬件中, 这样, 一方面, 在出现意外停电, 导致系统突然死机的情况下也不会影响到整个操作系统的稳定性;另一方面, 在系统的开放性、设备的独立性、网络功能、多任务等方面得到了大幅度的提升;再者, 也避免了在路口增加UPS设备时对路口设备应用带来的故障。

摘要：电子警察前端数据采集系统是道路交通违法证据收集的主要来源, 其主机的稳定性安全性至关重要, 那么控制主机的操作系统的重要性就不言而喻了。文章就目前工控机上常用的操作系统:WINDOWS操作系统和LINUX操作系统的性能、优劣进行了对比, 最后根据工业自动化发展方向, 总结出当前电子警察前端数据采集系统主控机器使用LINUX操作系统的必然。

关键词：电子警察,操作系统,WINDOWS,LINUX,设备无关性,开放性

参考文献

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