基于LoRa技术的无线数据采集系统设计
发表时间：2019-05-16T15:26:23.633Z 来源：《电力设备》2018年第33期作者：史伟龙[导读] [摘要] 数据采集是信息系统建设的一个关键环节，应用LoRa技术，将分布在大范围内的串口设备组成通信网络，可实现分散终端的数据集中采集与处理，并提供通用的端口供各种软件调，无需布设大量通信线路，无需周期性续费，大大降低了系统建设和使用成本，一种拓展性与通用性极强的无线数据采集系统应运而生。
(中车石家庄车辆有限公司河北石家庄 050000) [摘要] 数据采集是信息系统建设的一个关键环节，应用LoRa技术，将分布在大范围内的串口设备组成通信网络，可实现分散终端的数据集中采集与处理，并提供通用的端口供各种软件调，无需布设大量通信线路，无需周期性续费，大大降低了系统建设和使用成本，一种拓展性与通用性极强的无线数据采集系统应运而生。
关键字 LoRa，串口设备，无线，数据采集 0引言
随着信息化技术发展，数据采集成为信息化系统建设的一个关键环节，尤其是在采集点分散、施工难度大、后期升级改造等工业环境中，急需一种布设难度低、建设成本低、改造难度低、使用费用低的信息采集系统，并具有较高的稳定性与可靠性，以实现复杂环境下系统数据采集。对于常见的控制器或者终端设备，均配备RS232、RS422或者RS485串口通信接口，支持标准的串行通信协议，可提供数据传送服务，由此，采集网络的设计成为系统设计的关键部分[1]。 LoRa是LPWAN通信技术中的一种[2]，一种基于扩频技术的超远距离无线传输方案，具有远距离、低功耗、多节点、低成本的特性，其主要在433MHz、868MHz等全球免费频段运行，以LoRa设备为基础进行采集网络的设计，具有相当大的可行性。
1系统设计与开发
1.1设计原理
LoRa设备分为采集节点与接收节点，采集节点配备有一个或者多个串口，可通过串行方式连接多个不同类型的终端设备，如PLC、变频器、仪表等。接收节点可配备WiFi、以太网等接口，实现采集设备与计算机、平板电脑、智能手机等设备连接。采集节点与接收节点配对成功后，可实现多个串行设备组成通信网络，覆盖范围根据现场环境最多可达到5KM甚至更远。通信网络组建成功后，可通过互联网方式访问各个终端设备的数据，也可通过接收节点映射虚拟串口的方式实现本地化数据采集与处理。如图1所示：
图1 设计原理图图2系统组建图
1.2系统组建
1.2.1设备选型
按照设计原理，选择相应类型的设备进行系统整体搭建，设备型号如表1所示：表1 设备选型表
1.2.2系统组建
按照设计原理与设备型号，进行整个采集系统组建，如图2所示： 1.2.3系统测试
按照LoRa设备手册，对LoRa采集节点与接收节点进行配置与配对，将PLC、变频器、仪表串口通讯线分别接入一台LoRa采集节点并对设备通信方式进行配置，将LoRa接收节点通过WiFi方式与笔记本相连，笔记本安装虚拟串口软件，并创建虚拟串口COM4，将测试设备与采集节点分别布置在距离采集节点1KM、2KM、3KM的位置，分别对PLC、变频器、仪表进行通讯测试，通讯状态稳定，通信稳定可靠，达到了预想的效果，部分测试报文如图3所示：
简易数据采集系统设计 题目：二选一 1． 设计一个单片机控制的数据采集系统，要求A/D 精度12位，采样频率最高100KHz,输 入8路信号，分时复用A/D 芯片，将采集到的波形进行4K 的SRAM 存储，然后通过串行口发送给计算机 2． 设计一波形发生电路，计算机通过串行口向板卡发送波形电路，波形存储到板卡上的 SRAM 中，然后进行计算机控制的D/A 波形产生，板卡上用单片机进行控制 要求： 1． 选择器件，确定具体型号。 2． 画原理图。 3． 根据器件封装画PCB 图。 4． 写出相应的单片机和微机控制程序。 5． 写出详细的原理分析报告。 器件选择： TI 公司生产的8位逐次逼近式模数转换器ADC0809，8051，MAX232 原理图如下： 原理报告原理报告：： 采集多路模拟信号时，一般用多路模拟开关巡回检测的方式，即一种数据采集的方式。利用多路开关（MUX ）让多个被测对象共用同一个采集通道，这就是多通道数据采集系统的实质。当采集高速信号时，A/D 转换器前端还需加采样/保持(S/H)电路。 待测量一般不能直接被转换成数字量，通常要进行放大、特性补偿、滤波等
环节的预处理。被测信号往往因为幅值较小，而且可能还含有多余的高频分量等原因，不能直接送给A/D 转换器，需对其进行必要的处理，即信号调理。如对信号进行放大、衰减、滤波等。 通常希望输入到A/D 转换器的信号能接近A/D 转换器的满量程以保证转换精度，因此在直流电流电源输出端与A/D 转换器之间应接入放大器以满足要求。 本题要求中的被测量为0～5V 直流信号，由于输出电压比较大，满足A/D 转换输入的要求，故可省去放大器，而将电源输出直接连接至A/D 转换器输入端。 关于A/D 转换器的选取： 1.转换时间的选择 转换速度是指完成一次A/D 转换所需时间的倒数，是一个很重要的指标。A/D 转换器型号不同，转换速度差别很大。通常，8位逐次比较式ADC 的转换时间为100us 左右。由于本系统的控制时间允许，可选8位逐次比较式A/D 转换器。 2.ADC 位数的选择 A/D 转换器的位数决定着信号采集的精度和分辨率。 要求精度为0.5%。对于该8个通道的输入信号，8位A/D 转换器，其精度为 8 0.39%2 ?= 输入为0～5V 时，分辨率为 8 50.019611 22Fs N V v ==?? Fs v —A/D 转换器的满量程值 N —ADC 的二进制位数 量化误差为 8 50.0098(1)2 (1)2 22Fs N Q V v = = =?×?× ADC0809是8位逐次逼近式模数转换器，包括一个8位的逼近型的ADC 部分，并提供一个8通道的模拟多路开关和联合寻址逻辑，为模拟通道的设计提供了很大的方便。
智能手机终端的数据采集及分析系统 主要功能如下： 采集使用数据采集程序手机的手机号码：数据采集程序必须开通GPRS，实时传输采集数据及监听服务端指令；所以会有一定的数据量。为解决用户因GPRS传输采集数据产生的费用，所以记录用户的手机号码。 采集GPS信息：经纬度，时间，速度； 采集无线网络状况信息：GSM，GPRS网络情况； 获取的无线网络信息并附加GPS信息，帮助数据分析专家系统分析处理； 数据采集终端的主要功能如下： 实时诊断网络信息； 诊断分为空闲时诊断与使用时诊断； 空闲时诊断：根据运营商的相关规定设定网络异常指标；当手机处于空闲状态时，指定频率（秒）获取无线网络的基本参数，如CID，LAC，BSIC，BCCH，RxQuality，RxLevel，C/I，C/A,TxPower,TA,TS等；根据设定的异常指标来判断是否出现异常;如果出现异常则保存本次信息，并获取此时此地的GPS信息、本手机的手机号码一并发送至指定服务器，由“数据分析专家系统”分析处理。 发送数据内容：本手机的手机号码+无线网络基本参数+GPS信息； 数据格式：XML文件格式； 传输方式：使用GPRS进行数据传输； 使用时诊断：用户使用手机时，检测用户使用过程中无线网络的状况；如手机数据下载过程中，检测总的下载量，下载时间，是否下载成功，如果不正常则记录本次使用过程； 诊断项： 2通话：未接通、掉话、呼叫时延； 2短信（SMS），彩信（MMS）：是否发送或接受成功、发送或接受时间； 2GPRS Attach：Attach是否成功、Attach成功的时长PDP激活，PDP激活是否成功、激活成功的时长； 2WAP数据传输：WAP登陆测试；WAP登陆是否成功；WAP登陆成功时长； 2WAP刷新测试：WAP刷新是否成功；WAP刷新成功时长；
基于TLC549的数据采集系统设计 Time:2009-09-22 11:14:00 Author: Source:电子元器件应用 杨来侠，万建军 （西安科技大学，陕西西安710054） 0 引言 现代自动控制系统中需要测量和控制的参数往往都是连续变化的模拟信号，如温度，压力，流量，速度等。这些物理量和控制参数往往都是连续变化的电压和电流，因此，必须将其变换成数字量（即需经模，数转换），才能被数字计算机所识别。这些数字量在计算机内经过运算处理，可以得到一个数字形式的控制量，将这些控制量经过数/模转换器，变成模拟电压或电流信号，再送到执行机构去驱动相应的设备动作，即可实现对生产过程的自动控制。 1 TLC549的主要特点和工作原理 l.l TLC549的主要特点 TLC549是采用IinCMOSTM技术并以开关电容逐次逼近原理工作的8位串行A／D7芯片，可与通用微处理器、控制器通过I／O CLOCK、CS、DATA OUT三条口线进行串行接口。TLC549具有4MHz的片内系统时钟和软、硬件控制电路，转换时间最长为17μs，允许的最高转换速率为40000次/s。总失调误差最大为±0．5LSB，典型功耗值为6 mW。TLC549采用差分参考电压高阻输入，抗干扰，可按比例量程校准转换范围，由于其VREF-接地时，(VREF+)-(VREF-)≥1 V，故可用于较小信号的采样，此外，该芯片还单电源3～6v的供电范围。总之，TLC549具有控制口线少，时序简单，转换速度快，功耗低，价格便宜等特 点，适用于低功耗袖珍仪器上的单路A/D采样，也可将多个器件并联使用。TLC549的内部结构框图和管脚名称如图1所示。 1.2 TLC549的极限参数,
多路数据采集系统设计毕业论文 第1章绪论 1.1 多路数据采集系统介绍 随着工、农业的发展，多路数据采集势必将得到越来越多的应用，为适应这一趋势，作这方面的研究就显得十分重要。在科学研究中，运用数据采集系统可获得大量的动态信息，也是获取科学数据和生成知识的重要手段之一。总之，不论在哪个应用领域中，数据采集与处理将直接影响工作效率和所取得的经济效益。 此外，计算机的发展对通信起了巨大的推动作用。算机和通信紧密结合构成了灵活多样的通信控制系统，也可以构成强有力的信息处理系统,这样对社会的发展产生了深远的影响。数据通信是计算机广泛应用的必然产物[2]。 数据采集系统，从严格的意义上来说，应该是用计算机控制的多路数据自动检测或巡回检测，并且能够对数据实行存储、处理、分析计算以及从检测的数据中提取可用的信息，供显示、记录、打印或描绘的系统。 数据采集系统一般由数据输入通道，数据存储与管理，数据处理，数据输出及显示这五个部分组成。输入通道要实现对被测对象的检测，采样和信号转换等
工作。数据存储与管理要用存储器把采集到的数据存储起来，建立相应的数据库，并进行管理和调用。数据处理就是从采集到的原始数据中，删除有关干扰噪声，无关信息和必要的信息，提取出反映被测对象特征的重要信息。另外，就是对数据进行统计分析，以便于检索；或者把数据恢复成原来物理量的形式，以可输出的形态在输出设备上输出，例如打印，显示，绘图等。数据输出及显示就是把数据以适当的形式进行输出和显示。 由于RS-232在微机通信接口中广泛采用，技术已相当成熟。在近端与远端通信过程中，采用串行RS-232标准，实现PC机与单片机间的数据传输。在本毕业设计中对多路数据采集系统作了初步的研究。本系统主要解决的是怎样进行数据采集以及怎样进行多路的数据采集，并将数据上传至计算机[2]。 1.2 设计思路 多路数据采集系统采用ADC0809模数转换器作为数据采集单元和AT89C51单片机来对它们进行控制,不仅具有控制方便、简单和灵活性大等优点,而且可以大幅度提高采集数据的灵敏度及指标。通过MAX232电平转换芯片实现单片机与PC 机的异步串行通信，设计中的HD7279实现了键盘控制与LED显示显示功能。本文设计了一种以AT89C51和ADC0809及RS232为核心的多路数据采集系统。 多路数据采集系统就是通过键盘控制选择通路，将采集到的电压模拟两转换成数字量实时的送到单片机里处理从而显示出采集电压和地址值，最终控制执行单片机与PC机的异步串行通信。 连接好硬件后，给ADC0809的三条输入通路通入直流电压。4-F键为功能键，4-E键为复位键，F键为确认键。1－3键为通道选择键，分别采集三个通道的数据值并实时显示出数值和地址值。结合单片机RS232串口功能还实现了与PC机的异
1 引言 1．1 数据采集系统的意义 数据采集系统是结合基于计算机的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。数据采集是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集信息的过程。本设计采用A/D转换器和51单片机组成数据采集系统，该设计具有结构简单、操作方便、高性价比、具有显示、记录存储功能，能够适应油田野外恶劣环境，具有性能稳定、可靠性高、响应速度快操作简单、费用低廉、回放过程的信号可以直观的观察。它与有线数传相比主要有布线成本低、安装简便、便于移动等性能。 经调查，目前数据采集器的市场需求量大，以数据采集器为核心构成的小系统应用广泛，因此开发高性能的数据采集器具有良好的市场前景。随着计算机技术的飞速发展和普及，数据采集系统在多个领域有着广泛的应用。数据采集是工、农业控制系统中至关重要的一环，在医药、化工、食品、等领域的生产过程中，往往需要随时检测各生产环节的温度、湿度、流量及压力等参数。同时，还要对某一检测点任意参数能够进行随机查寻，将其在某一时间段内检测得到的数据经过转换提取出来，以便进行比较，做出决策，调整控制方案，提高产品的合格率，产生良好的经济效益。随着工、农业的发展，多路数据采集势必将得到越来越多的应用，为适应这一趋势，作这方面的研究就显得十分重要。在科学研究中，运用数据采集系统可获得大量的动态信息，也是获取科学数据和生成知识的重要手段之一。单片机构成的数据采集处理系统适用于各种现场自动化监测及控制，能够适应油田野外恶劣环境，具有性能稳定、可靠性高、响应速度快操作简单、费用低廉、等优点。1.2 数据采集系统的主要功能 数据采集是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集信息的过程。数据采集系统是结合基于计算机的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。比如条码机、扫描仪等都是数据采集工具。 数据处理系统是指运用计算机处理信息而构成的系统。其主要功能是将输入的数据信息进行加工、整理，计算各种分析指标，变为易于被人们所接受的信息形式，并将处理后的信息进行有序贮存，随时通过外部设备输给信息使用者。
审计数据采集与分析技术 计算机审计的含义 ?计算机审计有3层含义： –面向数据的审计 –面向现行信息系统的审计 –对信息系统生命周期的审计 面向数据的计算机审计流程 ?审前调查：电子数据的组织、处理和存储 ?数据采集：审计接口、数据库访问技术、数据采集技术 ?数据清理、转换、验证、建立中间表 ?数据分析：数据分析技术、SQL、审计软件 ?审计取证 一、审前调查及电子数据的组织、处理和存储 1.审前调查的内容和方法 ?对组织结构调查 ?对计算机信息系统的调查 ?提出数据需求 2.电子数据的组织、处理和存储 电子数据处理的特点 ?存储介质改变 ?基于一定的数据处理平台，有一定的数据模型 ?数据表示编码化（各种编码） ?带来系统控制和数据安全性的新问题 ?审计线索改变 如何表示数据 ?数据类型与数据取值 –数据类型决定了取值范围与运算范围 ?数据模型 –数据模型是对现实世界数据特征的抽象 –它提供模型化数据和信息的工具
数据模型的2个层次 ? ?概念模型 –E-R模型的要素 ?实体：客观存在并可以相互区分的事物，用方框表示 ?属性：实体的特征或性质，用椭圆表示 ?联系：实体之间的联系，用菱形表示 ?数据模型 –关系模型 –层次模型 –网状模型 数据模型的3个要素 ?数据结构 –描述模型的静态特征 –是刻画数据模型最重要的方面 ?数据操作 –描述模型的动态特性 ?数据检索 ?数据更新（增加、删除、修改） ?约束条件 –一组完整性规则的集合 ?实体完整性 ?引用（参照）完整性 ?用户定义的完整性 关系模型 ?关系模型是目前最常用的一种数据模型 ?关系数据库采用关系模型作为数据的组织方式 ?关系模型建立在严格的关系代数基础之上 ?关系模型概念单一，用关系表示实体以及实体之间的联系?关系数据库的标准语言SQL是一种非过程化语言，使用方便关系模型的数据结构 ?关系 –一张二维表，每一列都不可再分 –表中的行、列次序并不重要 ?元组 –二维表中的每一行，相当于一条记录 ?属性 –二维表中的每一列，属性有名称与类型。 –属性不可再分，不允许重复 ?主键 –由表中的属性或属性组组成，用于唯一确定一条记录?域
?应用技术研究? 一种新的基于AR M 的数据采集系统设计 罗 浩 1a,2 ,谢华成 1b (1.信阳师范学院a .物理电子工程学院; b.网络信息与计算中心,河南信阳464000; 2.华中科技大学电子系,湖北武汉430074) 摘 要:给出了一种新的基于AR M 的数据采集系统硬件和软件设计方案1硬件主要由微处理器芯片 S3C44BOX 、US B 接口芯片I SP1362、AD 转换芯片AD7829等构成1系统能实现8路同时采集,单路采集速率100ks p s,且通过设置Device 和Host 两种模式,可在无PC 机的情况下进行数据采样与存储,从而实现了脱机式 应用1 关键词:数据采集;US B;S3C44B0X;AD7829;I SP1362 中图分类号:TP273 文献标识码:A 文章编号:100320972(2006)022******* 0 引言 数据采集是测控系统中的核心单元之一,目前常用的 数据采集方式是A /D 卡和422、485等总线板卡[1],这类方 式的数据采集过程必须依赖PC 机完成,不便野外应用;故研制能够实现脱离PC 机进行数据采集的数据采集卡具有实际意义1 本文提出的基于AR M 的数据采集系统设计方案,以 S3C44B0X 为主控制器,控制AD7829进行数据采集,并控 制US B 接口芯片(I SP1362)进行数据传输1本设计综合利用了S3C44B0X 的高性能、低成本和能耗省的特点,设计了 US B 数据通信的Device 模式和Host 模式,在没有PC 机的 情况下,工作在Host 模式,可以直接与外存储器相连进行脱机式数据采集,实现了脱机式应用1 1 硬件设计 1.1 方案选择 目前,对于US B Host 的开发方式主要有两种选择:一种是选用集成了US B 接口的单片机,比如Cyp ress 公司生产的EZ -US B 系列,I ntel 的8X930AX 系列等1此种开发工具虽然编程简单,但需要购置专门的开发系统,投资较大;另一种是选择普通的单片机或嵌入式微处理器,加专用的US B 接口芯片进行开发1后者不需要购买新的开发系统,节省投资1因此我们采用了第二种方案进行开发1 为了便于开发和扩展Device 、Host 模式,选择了较新且易于开发的US B 接口芯片I SP1362;且为了满足8路采集, AD 转换芯片选择了AD7829;适于I SP1362的开发,其主控 器芯片选择了高性能、低功耗的AR M 芯片S3C44BOX 1三星的S3C44B0X 是为手持设备和通用设备而设计的一款16/32位R I SC 结构的低成本高性能的单片机1为了降低产品的总体成本,S3C44B0X 还提供了如下的配置: 8K B 高速缓存(cache )、可配置的片内SRAM 、LC D 控制器、 两路带握手功能的UART (通用串行口)、4路DMA 控制器、系统管理功能(片选逻辑,FP /E DO /S DRAM 控制器)、5路带P WM 的定时计数器、I/O 接口,RTC (时钟)、8路10位ADC 、II C 总线、II S 总线、同步SI O 接口和为系统提供时钟而设的P LL 倍频电路[2]1 系统分为四大部分:8路AD 转换,US B 接口,AR M 主控器以及S DRAM (2M )、Flash (2M )1AD7829构成的模数转换(8路模拟输入、8位数字输出),在S3C44B0X 控制下完成数据采集,再通过US B 接口传输到外存储器1如图11 图1 系统结构框图 F i g .1The syste m structure d i a gram S3C44B0X 自身虽集成有8路10位ADC,但没有采样 保持电路,其内部集成的A /D 转换只能输入0～100Hz 的模拟信号,因此我们需要对其进行扩展1AD7829作为A /D 转换,S3C44B0X 作为控制器,利用S3C44B0X 的P D 口为双向口来进行扩展,以S3C44B0X 的P D 口发出脉冲作为 AD7829的CONVEST 的负脉冲,进行模数转换,同时能够 收稿日期:2005211230 基金项目:湖北省重大科技攻关项目(2002AA101C39 ) 作者简介:罗 浩(19702),男,河南信阳人,讲师,在读硕士研究生,主要从事电子技术方向研究1 3 02信阳师范学院学报(自然科学版)Journal of Xinyang Nor mal University 第19卷 第2期 2006年4月 (Natural Science Editi on )Vol .19No .2Ap r .2006
湖南工业大学科技学院 毕业设计（论文）开题报告 （2012届） 教学部：机电信息工程教学部 专业：电子信息工程 学生姓名：肖红杰 班级： 0801 学号 0812140106 指导教师姓名：杨韬仪职称讲师 2011年12 月10 日
题目：基于单片机的数据采集系统的控制器设计 1.结合课题任务情况，查阅文献资料，撰写1500～2000字左右的文献综述。 近年来，数据采集及其应用技术受到人们越来越广泛的关注，数据采集系统在各行各业也迅速的得到应用。如在冶金、化工、医学、和电器性能测试等许多场合需要同时对多通道的模拟信号进行采集、预处理、暂存和向上位机传送、再由上位机进行数据分析和处理，信号波形显示、自动报表生成等处理，这些都需要数据采集系统来完成。但很多数据采集系统存在功能单一、采集通道少、采集速率低、操作复杂、并且对操作环境要求高等问题。人们需要一种应用范围广、性价比高的数据采集系统，基于单片机的数据采集系统具有实现处理功能强大、处理速度快、显示直观，性价比高、应用广泛等特点，可广泛应用于工业控制、仪器、仪表、机电一体化，智能家居等诸多领域。总之，无论在那个应用领域中，数据采集与处理越及时，工作效率就超高，取得的经济效益就越大。 数据采集系统的任务，就是采集传感器输出的模拟信号转换成计算机能识别的信号，并送入计算机，然后将计算得到的数据进行显示或打印，以便实现对某些物理量的监测，其中一些数据还将被生产过程中的计算机控制系统用来控制某些物理量。 数据采集系统的市场需求量大，特别是随着技术的发展，可用数据器为核心构成一个小系统,而目前国内生产的主要是数据采集卡，存在无显示功能、无记忆存储功能等问题，其应用有很大的局限性，所以开发高性能的，具有存储功能的数据采集产品具有很大的市场前景。 随着电子技术的迅速发展，，一些高性能的电子芯片不断推出，为我们进行电子系统设计提供的更多的选择和更多的方便，单片机具有体积小、低功耗、使用方便、处理精度高、性价比高等优点，这些都使得越来越广泛的选用单片机作为数据采集系统的核心处理器。一些高性能的A/D转换芯片的出现也为数据采集系统的设计提供了更多的方便，无论是采集精度还是采样速度都比以前有了较大的提高。其中一些知名的大公司如MAXIM公司、TI公司、ADI公司都有推出性能比效突出的 A/D转换芯片，这些芯片普通具有低功耗、小尺寸的特点，有些芯片还具有多通道的同步转换功能。这些芯片的出现，不仅因为芯片价格便宜，能够降低系统设计的成本，而且可以取代以前繁琐的设计方法，提高系统的集成度。 数据采集器是目前工业控制中应用较多的一类产品，数据采集器的研制已经相当成熟，而且数据采集器的各类不断增多，性能越来越好，功能也越来越强大。 在国外，数据采集器已发展的相当成熟，无论是在工业领域，还是在生活中的应用，比如美国FLUKE公司的262XA系列数据采集器是一种小型、便携、操作简单、使用灵活的数据采集器，它既可单独使用又可和计算机连接使用，它具有多种测量
基于8051单片机的数据采集系统设计 一．设计任务 设计一个数据采集系统，要求： 1.有一组开关量和1路模拟量，采样开关量控制一组发光二极管，定时采样模拟量并显示出来。 2.定时采样ADC0809某通道模拟信号，每隔2秒在显示器或数码管上显示出来。 3.定时的实现。 二．设计思路 数据采集是指从传感器和其他待测设备中自动采集模拟或数字信号电量或非电量信号送入控制器中进行分析和数据处理。 本设计采用单路模拟信号的数据采集。设计思路为：通过传感器采集待测的信号，将其转换为相应的电压信号，经运算放大器放大后送入模数转换器ADC0809在单片机的控制下进行模数转换。每次转换结束后，单片机在控制电路的作用下将数据读走存入片内存储器。而单片机则需要将收到的数据送入PC机中进行相应处理。单片机与PC 间的数据通信方式为串口通信协议RS 232，通过芯片MAX232进行电气匹配。 目录
一．系统总统设计方案 二．系统的硬件设计 2.1信号调理电路 2.2数据采集电路 2.3 80C51芯片内部功能与引脚介绍 三．系统的软件设计 3.1主程序 3.2 A/D转换 3.3数据采集中断程序 四．设计总结 五．参考文献 六．附录—数据采集系统原理图一．系统总统设计方案
根据系统基本要求，将本设计系统划分为信号调理电路、8路模拟信号的产生与A/D 转换器、发送端的数据采集与传输控制器、人机通道的接口电路、数据传输接口电路几个部分。 数据采集与传输系统一般由信号调理电路，多路开关，采样保持电路，A/D，单片机，电平转换接口，接收端（单片机、PC或其它设备）组成。系统框图如下图1所示。 图1 一般系统框图 二．系统的硬件设计 2.1信号调理电路 信号调理能够将被测对象的输出信号变换成计算机要求的输入信号。如图2所示，为 避免小信号通过模拟开关造成较大的附加误差，在传感器输出信号过小时，每个通道应 设前置放大环节。 图2 信号调理过程 2.2 数据采集电路 把连续变化量变成离散量的过程称为量化，也可理解为信号的采样。 把以一定时间间隔T逐点采集连续的模拟信号，并保持一个时间t，使被采集的信号变成时间上离散、幅值等于采样时刻该信号瞬时值的一组方波序列信号，即采样信号。
目录 摘要 (1) 1 引言 (2) 1.1 数据采集系统的简介. (2) 1.2 课程设计内容和要求 (3) 1.3 设计工作任务及工作量的要求 (3) 2 内容提要 (3) 3 系统总体方案 (3) 3.1 系统设计思路 (3) 3.2 系统总体框图 (4) 4 硬件电路设计及描述 (4) 4.1 8253芯片及工作原理 (4) 4.1.1 基本组成及工作原理 (4) 4.1.2 8253与系统连接 (5) 4.2 ADC0809内部功能与引脚介绍 (5) 4.2.1 引脚排列及各引脚的功能 (6) 4.2.2 ADC0809工作方式 (7) 4.2.3 ADC0809与系统连接 (8) 4.3 单片机89C51的引脚与功能介绍 (8) 4.4 8255并行口芯片基本组成及工作原理 (10) 4.4.1 8255的内部结构 (11) 4.4.2 8255的工作方式 (12) 4.2.3 8255与系统连接 (12) 4.5 LED显示部分接线及工作原理 (13) 4.5.1 LED显示工作原理 (13) 4.5.2 LED显示部分接线 (14) 4.6 总体电路图 (14) 5 软件设计流程及描述 (15) 5.1 主程序设计思路 (15)
5.2 部分程序设计流程图 (16) 5.2.1 8253程序流程图 (16) 5.2.2 8255程序流程图 (17) 5.2.3 数据处理流程图 (17) 5.2.4 LED显示流程图 (17) 5.3 汇编语言程序清单 (18) 5.4 仿真结果 (21) 6 课程设计体会 (21) 参考文献 (23)
摘要 数据采集是从一个或多个信号获取对象信息的过程。随着微型计算机技术的飞速发展和普及，数据采集监测已成为日益重要的检测技术，广泛应用于工农业等需要同时监控温度、湿度和压力等场合。数据采集是工业控制等系统中的重要环节，通常采用一些功能相对独立的单片机系统来实现，作为测控系统不可缺少的部分，数据采集的性能特点直接影响到整个系统。 本课程设计采用89C51系列单片机，89C51系列单片机基于简化的嵌入式控制系统结构，具有体积小、重量轻，具有很强的灵活性。设计的系统由硬件和软件两部分构成，硬件部分主要完成数据采集，软件部分完成数据处理和显示。数据采集采用AD0809模数转换芯片，具有很高的稳定性，采样的周期由可编程定时/计数器8253控制。完成采样的数据后输入单片机内部进行处理，并送到LED显示。软件部分用Keil软件编程，操作简单，具有良好的人机交互界面。程序部分负责对整个系统控制和管理，采用了汇编语言进行了判别通道、数据采集处理、数据显示、数据通信等程序设计，具有较好的可读性。 随着计算机在工业控制领域的不断推广应用，将模拟信号转换成数字信号已经成为计算机控制系统中不可缺少的重要环节，因此数据采集系统有着重要的意义。
长江大学工程技术学院 课程设计报告
课设题目
课程名称
系
部
班
级
学生姓名
学
号
序
号
指导教师
时
间
数据采集系统的设计与实现 汇编语言+微型计算机技术
信息系
2012 年 8 月 28 日～2012 年 9 月 9 日
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目录 长江大学工程技术学院 ..................... 错误!未定义书签。 一、设计目的 ............................. 错误!未定义书签。 二、设计内容 ............................. 错误!未定义书签。 三、硬件设计及分析 ....................... 错误!未定义书签。
1．总体结构图......................... 错误!未定义书签。 2.各部件端口地址设计及分析 ............ 错误!未定义书签。 3.各部件的组成及工作原理 .............. 错误!未定义书签。 四、软件设计及分析 ....................... 错误!未定义书签。 1．总体流程图......................... 错误!未定义书签。 2.主要程序编写及分析.................. 错误!未定义书签。 五、系统调试 ............................. 错误!未定义书签。 1.调试环境介绍........................ 错误!未定义书签。 2. 各部件的调试....................... 错误!未定义书签。 3.调试方法及结果...................... 错误!未定义书签。 六、总结与体会 ........................... 错误!未定义书签。 七、附录 ................................. 错误!未定义书签。
等间距采样的高速数据采集系统设计 郝亮,孟立凡,刘灿,高建中 (中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室,太原030051) 摘要:简单介绍通过对窄脉冲等间距采样来测试电缆故障的基本原理,分析其脉冲的特点和处理要求;采用F PGA和MSP430F149作为主控芯片,设计了单路多次低速数据采集系统;利用Quartus II软件编写主控程序,并在Modelsim下进行仿真验证。实验结果表明,该系统方案切实可行,可有效解决电缆故障测距过程中的高精度数据采集问题。 关键词:等间距采样;数据采集;MSP430F149;F PGA 中图分类号:TN98文献标识码:B H igh2spe ed Data Acquisition System Based on Equidistance Sampling Hao Liang,Meng Lifan,Liu Can,Gao Jianzhong (Inst ruments Science and Dynamic Measurement Ministry of Education Key Laboratory, North University of China,T aiyuan030051,China) A bstract:T he basic principle of testing cable faults wit h narrow2pulse equidistance sampling is described.Pulse characteristics and pro2 cessing requirements are analyzed.The single2line repeated low2speed dat a acquisition system is designed with FPGA and MSP430F149 as main control chips.Main control procedures are programmed in Quartus II and simulated in Modelsim.Experimental result shows that t he system is practical,and the problem of high2precision data acquisition in the process of cable fault location is resolved effectively. K ey words:equidist ance sampling;data acquisit ion;MSP430F149;FPGA 引言 电缆故障是通信行业中的常见故障,而电缆测距是排除故障的前提条件。准确的电缆测距可以缩短发现故障点的时间,利于快速排除故障,减少损失。窄脉冲时域反射仪利用时域反射技术来测定电缆断点位置,可以同时检测出同轴传输系统中多个不连续点的位置、性质和大小。窄脉冲信号持续的时间非常短暂,为了能够有效地捕捉到窄脉冲信号,对A/D采样率和处理器速率提出了较高的要求,传统的数据采集已经不能满足系统设计需求。本文介绍的单路多次低速数据采集方案硬件结构简单,成本低,能够满足系统设计要求。 1系统设计理论依据 根据电磁波理论,电缆即传输线。假若在电缆的一端发送一探测脉冲,它就会沿着电缆进行传输,当电缆线路发生障碍时会造成阻抗不匹配,电磁波会在障碍点产生反射。在发射端,由测量仪器将发送脉冲和反射脉冲波形记录下来。实际测试中,具体障碍的波形有所差异:断线(开路)障碍时,反射脉冲与发射脉冲极性相同;而短路、混线障碍时,反射脉冲与发射脉冲极性相反。波形如图1所示。 图1发射脉冲与反射脉冲波形 设从发射窄脉冲开始到接收到反射脉冲波的时间为$t,则: l=v#$t 2 其中,v为脉冲波在电缆中的传输速度;l为电缆故障点与脉冲波送入端的距离。 由以上分析可知,在同一个固定障碍的线路上多次送入同一脉冲电压,其反射脉冲将同样地在同一位置多次出现。 要实现对反射窄脉冲的捕获和1m的测距分辨率(在波速为200m/L s的情况下),则$t= 2l v =2@1 200 =0.01L s =10ns。即要求抽样的时间分辨率为10ns,对应的数据采集系统频率高达100MHz。同时,最大测量范围是2km 时,要求发射脉冲的重复周期T= 2l v =2@2000 200 =20L s。
内部文档 服务行业数据采集分析系统介绍 一、客户及项目背景 爱玛客始于1998年，是一家国际领先的专业服务公司，为医疗机构、各类院校、运动和娱乐场所以及商务中心，提供备受赞誉的配餐服务、项目管理服务、以及制服和职业装服务。总部位于美国费城，全球大约有255,000名员工，在22个国家开展其业务。 其中爱玛客中国已经在北京, 天津, 上海, 苏州, 宁波, 徐州, 广州, 中山, 惠州, 福州, 厦门, 泉州, 成都, 西安, 等30多个城市为近250家医院, 工厂, 学校, 政府及商业写字楼提供包括环境保洁, 病人运送, 保安, 设备运行与维护, 洗衣及用品发放, 绿地维护, 配餐等在内的综合服务，聘用员工超过15,000人。 由于各方面业务的高速发展，集团在财务和供应链管理中，需要及时、有效、准确、便捷的对数据进行采集更新。为了保证相关管理工作的正常运转，确保数据的及时准确性，公司需要建立一套完善的数据处理系统实现对财务状况、供应商信息、产品、价格、库存量等进行采集与维护管理，系统简称ART。 二、系统要解决的问题 1.报表数据来源多、制作耗时费力 2.报表发放模式陈旧、效率低下 3.应用系统(Oracle财务、MEC、SCM等）的丰富数据未加以充分利用 三、系统建设要求 爱玛客公司基础业务数据库位于全球多个地区，系统要求按时、按规则，对基础数据库进行数据抽取，形成中间数据仓库。 基于数据仓库，完成数据的查询、分析、展现、打印、导出等，并根据业务需求的变化对财务及供应链科目进行增加、删除等维护。 按照业务要求进行流程封装，通过可配置的界面进行调度任务设定，完成定时自动将数据结果通过邮件方式发送给指定收件人。 四、业务及操作流程 系统管理员对系统机构用户、业务角色、数据及目录资源权限进行管理与维护，并按实际业务要求进行权限分配、调度任务设定等。 业务人员（财务、供应链相关）凭借ID和密码登录系统，制作并查看相关报表，可进行导出、打印等操作。同时，可根据业务调整要求进行相关科目的管理维护。 主管及部门领导，按时接收到由系统推送到邮箱的数据报表，掌握业务情况，及时发现和改正相关问题。 五、系统特色功能 数据抽取 数据ETL是基于调度器模块定时运行数据脚本，脚本中有若干任务的动作，用来从基础业务数据库中进行相关数据抽取，并把抽取的数据加密转换，最后装载到目标数据库，形成
华中科技大学 硕士学位论文 远程数据采集系统的设计与实现 姓名：吴雪峰 申请学位级别：硕士 专业：计算机系统结构 指导教师：谢长生 20070604
摘要 在进行数据采集时，由于许多被测对象距离较远或现场危险，只能在远距离的地方进行测量，然后传输出去，这便产生了远程数据采集系统。远程数据采集系统有着自身的特点：首先，为了精确和全方位获取环境信息，系统一般要提供多个采集通道进行高速采样；其次，为方便用户随时了解系统的运行状况，系统在高速采样的同时，必须能以异步接收和处理控制站的命令、传输用户所需数据；另外，远程数据采集系统一般仅靠电池供电，于是低功耗成为衡量系统性能的重要指标。 从实时性、远程可控性、低功耗的目标出发，提出由FPGA（现场可编程门陈列）作为数据采集控制部分、由嵌入式微处理器系统和单片机作为数据存储和传输部分的数据采集系统。外部信号通过前置放大、滤波后，在FPGA的控制下进行高速数模转换和缓存；采集到的数据由嵌入式微处理器系统进行读取、处理和存储；数据通过RJ-45网络接口或无线数传模块传输至远程上位机。 单片机在系统中有三个作用：一是提供用户操作输入接口及系统状态指示灯等信息；二是当嵌入式微处理器系统在高速采集和存储时，可以异步的接收来自控制站的无线命令，并对命令进行分析和处理；三是对嵌入式微处理器系统进行电源控制，在不需要采样时可以将嵌入式板的电源断开。 与通常的仅仅采用单片机或嵌入式微处理器系统的采集系统相比，同时采用两者可以将用户接口和采集任务分开，使采集系统在保证吞吐率和实时性的同时能处理用户输入或来自控制站的无线传输命令。另外，单片机对嵌入式微处理器系统的电源控制功能可以达到降低系统功耗的目的。 关键字：数据采集，嵌入式系统，无线数据传输
DAS课程设计总结 题目：数据采集处理和控制系统设计 专业班级：电子08—3班 学生：臣胜 学号： 08052319 指导教师：莉 2011 年 11月
1设计题目：温度监测系统 ?假设现在要在南教楼一楼安装中央空调，考虑环保节能，在各个教室同时安装温度检测系统，检测教室中温度的实时变化， 为中央空调的工作提供参考信息。 ?基于这些需要，南教楼一楼共20个教室，在每个教室中前中后三个位置安装温度传感器，将采集到的温度信息通过信号调 理、多路选择、采样保持和模数转换送到监控室的计算机存储 并绘制实时温度曲线。 2设计要求： ?设计温度监测系统的系统框图； ?说明各个组成部分需要选用的具体器件； ?说明选择的温度传感器的类型或型号，输出的参数围； ?说明其他各个组成部分的组成电路或者选用的芯片型号； ?在构成系统的过程中，考虑各部分的特性，以误差最小为原则。系统框图
信号调理 : : 1、温度传感器：铜热100电阻传感器，测量围是-50度到150度，输出电阻围是78.75欧姆到163.75欧姆。 2、信号调理：先用以下电压跟随器将电阻传感器输出的电阻值转化成电压信号。图中的R 是指传感器输出的78.75欧姆到163.75欧姆可变电阻。在电压跟随器的同相输入端输入一适合的稳定电流，比如0.1安的电流，这样可将可变电阻值转化为7.875v 到16.375v 的电压值。 I + - V0 R R 因为经电压跟随器转化的电压还不是标准电压，所以还需经以下信号调理电路处 理，将电压转化成标准电压。 温度传感器1 信号调理 温度传感器2 信号调理 温度传感器n 信号调理 多路模拟开关mux S/H A/D 计算机
前言 对海洋监测数据进行有效的采集、存储和处理，是所有自动化海洋监测系统都需要设计和开发的重要内容。尤其恶劣工作环境和长期无人坚守时，海洋监测数据的采集、存储和处理就起到了中坚作用．是关系海洋监测任务能否自动地长期和可靠执行的关键。目前，海洋技术越来越趋向于多要素的长期和同步监测，不仅要考虑特殊的工作环境和长期运行要求．还考虑传感器的数量、特点和数据处理方法等，这使得海洋监测数据的采集、存储和处理任务日益繁重并且要求提高了。开展各种海洋监测项目时，专业科技人员都需要花费大量的时间和精力配套开发相关硬件和软件。这些研发工作内容接近但是不尽相同，花费人力物力以外，系统性能和成本也必须考虑。本文提出一种海洋监测领域专用的通用型数据采集与处理系统的设计方法。该系统可以灵活应用于各种海洋监测项目．不仅避免项目开发过程中对人力和物力的重复性损耗．而且。形成的专业优势和高性能设备能够确保信息采集、处理和控制更加系统高效。 1系统设计要求 海洋监测通用数据采集与处理系统专门针对海洋监测这一应用领域。因此，设计充分考虑目前国内海洋监测领域的常用传感器类型、数据采集和处理方法，以及海洋监测的应用环境和要求。系统要求在通用性、专业性、智能性和扩展性方面具有一定优势。为满足大部分海洋监测项目的需要．通用型海洋监测数据采集与处理系统要求灵活地提供多路模拟量数据采集通道、多路数字／脉冲量数据采集通道、多路数字量输出控制通道、多路串行通信和远程通信接口。目的是兼容各种海洋监测项目常用的传感器．兼容各种常用的远程通信设备并提供直接连接上位机的系统设置和操作功能。同时。为实现海洋监测项目的一些控制操作功能，例如．对连接的海洋监测传感器执行加断电和开始、停止采集信息．以及特殊传感器例如毛刷的操作等。针对海洋监测多要素和长期性的特点，系统设计大容量数据存储功能和灵活的系统操作设置功能，包括不同种类的数据设置不同的采样时间，或者特殊情况下，例如，风速和有效波高大于一定值时启动数据的加密采集处理功能等。为适应海洋监测的工作环境，甚至恶劣环境，系统要满足强抗干扰、高可靠性和低功耗等要求。 2系统设计 海洋监测通用数据采集与处理系统由硬件设备和配套软件两部分组成。硬件设备的基本功能包括：与海洋监测项目需要的各种传感器有效连接．根据监测项目的要求实时采集、处理并存储各种数据信息．实现现场海洋监测系统与计算机上位机的直接信息传输．连接无线传输模块，实现远程自动化海洋监测项目要求的监测信息无线传输功能。配套软件包括系统初始化设置软件和数据接收及处理软件两部分。 2．1硬件设计和工作原理 硬件设备的内部结构除核心处理器以外，具体分为模拟量信息采集通道、数字控制通道、脉冲通道、信息通信端口、信息存储和设备供电。具体的硬件设计方案如图l所示。综合考虑海洋监测对功耗和系统要求．选择AVR单片机作为设备的核心处理器。如图l所示．设备采用AtmelATmegal28型AVR单片机作为硬件核心处理器。外部12V(9一18V范围)直流供电。LM2576电源芯片将系统+12 V开关电源转换成+5V稳压供电。RTC时钟模块通过DSl302时钟芯片的涓流充电方式，提供设备实时时钟，方便存储记录时间。SD卡大容量数据存储模块利用单片机的SPI接口模式。由AMSlll7
数据采集与分析系统 1、NI 9234 数据采集卡 NI 9234作为4通道C系列动态信号采集模块，能针对配备NI CompactDAQ或NI CompactRIO系统的集成电路压电式(IEPE)与非集成电路压电式(IEPE)传感器，进行高精度音频测量。NI 9234具有102 dB动态范围，并能对加速度传感器和麦克风进行软件可选式集成电路压电式(IEPE)信号调理。4条输入通道借助自动调节采样率的内置抗混叠滤波器，同时以每通道高达51.2 kHz的速率对信号进行数字化。 2、DH5920动态信号测试分析系统 DH5920动态信号测试分析系统包含动态信号测试所需的信号调理器（应变、振动等调理器）、直流电压放大器、抗混滤波器、A/D转换器、缓冲存储器以及采样控制和计算机通讯的全部硬件，并提供操作方便的控制软件及分析软件，是以计算机为基础、智能化的动态信号测试分析系统。系统对应变(应力)及力、压力、扭矩、荷重、温度、位移、速度、加速度、转速等物理量进行自动、准确、可靠的动态测试和分析，是工矿企业、科研机构及高等院校在研究、设计、监测、生产和施工中进行非破坏性动静态应变、振动、冲击及各种物理量测量和分析的一种重要工具。
DHDAS控制与基本分析软件可以和各种型号的动态信号分析仪配套使用，用于软件控制仪器的量程、滤波、参数设置、以及信号的实时分析处理。 ◆软件特点： 运行于Windows2000/XP操作系统，用户界面友好、操作简便灵活； 强大的实时性：实时采集、实时保存、实时显示、实时分析等； 强大的分析、处理功能及完善的在线帮助； 不断推出新版软件，免费为老用户升级同类软件。 ◆软件功能： "一键设定"式控制功能使您的仪器操作更加方便、快捷。自主开发的底部驱动程序、通讯协议等与仪器配套使用的控制软件，可以完全控制仪器硬件系统，自动识别系统配置，完全实现虚拟仪器的功能和“一键设定”式操作。 强大的基本分析功能，满足您常规分析的各种要求。实时数据处理：实时采集、实时保存、实时显示、实时分析等强大的实时性；数据预处理：重采样、低通滤波、消除直流(均值)、消除线性趋势、曲线拟合、滑处理、数据段的截取、删除、另存、时域或频域的积分与微分、数字滤波器设计及滤波处理、虚拟通道计算等；数据加窗：矩形窗、汉宁窗、海明窗以及用于锤击法的力窗和指数窗等；