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通信技术• Communications Technology18 •电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering【关键词】EtherCAT 工业现场总线 数据采集1 EtherCAT简介在工业自动化领域，数据传输一般具有以下特点：（1）强实时，有确定的响应周期要求；（2）系统节点数量众多，节点数据表现为周期性的过程数据；（3）和IT 、办公应用相比，成本显得尤为重要。
为了满足上述要求，德国倍福（Beckhoff ）基于EtherCAT 工业现场总线的数据采集系统文/刘明公司提出一种开放式的基于以太网的实时现场总线系统EtherCAT 。
EtherCAT 使用和以太网标准IEEE802.3相同的帧结构和物理层，同时又抛弃了传统的基于TCP/IP 的协议架构。
在EtherCAT 总线系统中，报文的发送和接收是主从式的，只有主站能够主动发送报文，从站从上游节点接收报文，转发到下游节点。
通过这种方式，报文依次传递到每个从站。
从站从接收到的报文中截取自己需要的数据，并在向下一个节点转发时将数据插入到报文中。
这样，报文的延迟就只有硬件传播延迟，而不存在软件协议栈延迟。
EtherCAT 从站使用专门的控制器ESC （EtherCAT Slave Controller ）实现报文接收、数据插入和转发功能。
2 EtherCAT从站设计要在实际中用好并发展好。
二处理抗干扰技术。
处理干扰技术是目前在做的重要工作。
目前抗干扰技术的研究放在了不同的维度进行，根据实践表明在二维扩频领域里抗干扰技术研究情况最好。
在二维扩频里可以找到单音干扰的解决办法。
研究发现在无线通信抗干扰中还可以使用宽线处理解决抗干扰问题，宽线处理能精确的对数值进行估计和处理，提高无线通信技术的抗干扰能力。
3.2 综合应用抗干扰技术在无线通信干扰中存在着不同种类的干扰，如果只针对特定的干扰来作出解决方案就会很复杂，而且也不一定能取得很好的效果。
一种工业控制数据采集系统硬件平台设计
李珏;赵继德
【期刊名称】《计算机测量与控制》
【年(卷),期】2009(017)008
【摘要】随着微电子技术和计算机技术的发展,微处理器芯片的功能越来越强大,嵌入式技术也越来越受到人们的关注;但是在嵌入式系统设计过程中,基于工业级
ARM芯片AT91RM9200芯片的通用数据采集系统硬件平台设计是一个难点,设计了基于AT91RM9200的通用数据采集平台,分析了系统总体架构及其子电路模块、外围电路,实现了模拟量输入、开关量输入/输出、RS232/485接口、USB接口、
以太网接口,同时通过外扩显示芯片,实现了TFT LCD的显示;最后通过多相流差压
信号采集试验进一步证明了设计系统的有用性和实用性,可应用在工业控制测量领域.
【总页数】3页(P1648-1650)
【作者】李珏;赵继德
【作者单位】贵州黔西南民族师范高等专科学校,贵州,兴义,562400;鲁东大学,山东,烟台,264025
【正文语种】中文
【中图分类】TP319
【相关文献】
1.开放式多通道数据采集系统硬件平台设计 [J], 赵智宏;王庆琪;赵龙
2.基于FPGA的三分量地磁数据采集系统--硬件平台部分 [J], 张雷
3.基于PC总线的数据采集系统在工业控制系统中的设计 [J], 王晓岚;周小鹏
4.一种机载无线电通用硬件平台的设计与实现 [J], 冯伟; 曹琳; 滕飞; 吕亚方
5.一种通用应急动力控制器硬件平台设计 [J], 孙东亚;阎景波;刘源
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数据采集系统开题报告数据采集系统开题报告一、引言数据采集系统是一种用于收集、存储和处理数据的工具，它在各个领域中都有着广泛的应用。
随着信息技术的快速发展，数据采集系统的功能和性能也得到了极大的提升。
本文将对数据采集系统进行开题报告，介绍其背景、目的和研究方法。
二、背景在当今信息化社会中，数据已经成为各个行业运作的基础。
无论是企业的市场调研、医院的病例统计，还是政府的社会管理，都离不开数据的支持。
然而，由于数据的来源多样性和复杂性，采集和处理数据变得愈发困难。
传统的手工采集方式不仅效率低下，还容易出现错误。
因此，研发一种高效、准确的数据采集系统具有重要的意义。
三、目的本研究的目的是设计和开发一种数据采集系统，以解决传统数据采集方式存在的问题。
通过该系统，用户可以方便地收集、存储和处理各种类型的数据，提高数据采集的效率和准确性。
同时，该系统还具备数据分析和可视化的功能，帮助用户更好地理解和利用数据。
四、研究方法本研究将采用以下研究方法来完成数据采集系统的设计和开发：1.需求分析：通过调研和访谈，了解用户对数据采集系统的需求，明确系统的功能和性能要求。
2.系统设计：根据需求分析的结果，设计系统的整体架构，包括前端界面、后台数据库和数据处理模块等。
3.系统开发：使用合适的编程语言和开发工具，实现系统的各个模块，并进行功能测试和性能优化。
4.系统集成：将各个模块进行集成测试，确保系统的各项功能正常运行。
5.系统部署：将开发完成的数据采集系统部署到用户需要的环境中，并进行用户培训和技术支持。
五、预期成果通过本研究，我们预期可以开发出一种高效、准确的数据采集系统，具备以下特点和功能：1.用户友好：系统界面简洁明了，操作简单方便，用户无需专业技术即可上手使用。
2.数据多样性：系统可以采集和处理各种类型的数据，包括文本、图像、音频等，满足不同用户的需求。
3.数据安全：系统具备数据加密和权限管理的功能，确保用户的数据不被泄露或篡改。
开关量采集电路设计开关量采集电路适用于对开关量信号进行采集，如循环泵的状态信号、进出仓阀门的开关状态等开关量。
污染源在线监控仪可采集16路开关信号，输入24V 直流电压；设定当输入范围为18~24VDC 时，认为是高电平，被监视的设备处于工作状态；当输入低于18VDC 时，认为是低电平，被监视的设备处于停止状态。
为了避免电气特性及恶劣工作环境带来的干扰，该电路采用光电耦合器TLP521对信号实现了一次电-光-电的转换，从而起到输入\输出隔离的作用。
同时，还安装有LED 工作指示灯，可以使用户对每一通路的工作情况一目了然。
其中一路的开关量采集电路如图1所示：图 1 开关量采集电路光耦TLP521将红外发光二极管和发光三级管相互绝缘的组合在一起，发光二极管为输入回路，它将电能转换成光能；发光三极管为输出回路，它将光能再转换成电能，实现了两部分电路的电气隔离。
当输入范围为18 ~24VDC 时，认为是高电平，此时光耦导通，电阻R10、R14和发光二极管共同构成输入回路。
根据光耦导通时电流为4 ~10mA ，当输入最高电压24V 时，mAV R R mA V 42414101024<+<，即Ω<+<Ωk R R k 614104.2 当输入低于18V 时认为是低电平，此时光耦的工作电流肯定低于4m A ，此时光耦不导通,电阻 R10、 R14和R12共同构成输入回路，所以：mA R R R V 412141018<++，即R10+R14+R12>4.5k Ω。
在设计中，选择R10=R12=2 k Ω,R12=1 k Ω。
光耦导通的最小电流为4mA，根据光耦的电流传输比CTR(Current Transfer Ratio)为50%，指当管压降U CE足够大时，集电极电流I C与发光二极管输入电流I F的百分比，所以集电极电流I C=I F*50%=4mA* 50%=2mA，同时为了使光电三极管尽快进入饱和区，选取上拉电阻R8为4.7KΩ。
山西电子技术2014年第2期应用实践收稿日期：2014－01－15作者简介：郑雅伟（1985-），男，山西交口人，助理讲师，研究方向为电子与通信工程。
郑雅宏（1990-），男，山西交口人，在读研究生，研究方向为机电一体化。
文章编号：1674-4578（2014）02-0006-02一种安全可靠的工业现场无源开关量数据采集系统的设计郑雅伟1，郑雅宏2（1．山西经济管理干部学院，山西太原030024；2．太原科技大学，山西太原030024）摘要：阐述了在恶劣的工业现场环境下，如何能将无源开关量信号安全、可靠、实时地传递到人机界面，实现对工业现场设备运行、环境参数、安全报警等重要信息的实时监控。
关键词：工业现场；无源；开关量；ＲS485；STM32；数据采集中图分类号：TN98文献标识码：A1技术背景随着十二五规划中各行业工业系统升级的逐步落实，工业现场的智能化已经成为大势所趋，如何能够在环境恶劣的工业场合进行智能化电子系统的嵌入，一直是工业现场智能化研究的重要课题。
在工业现场中，常常需要采集一些无源开关状态，传递到人机界面，以便工作人员能够准确实时的得到设备运行、环境参数、安全报警等重要信息。
与其他类型数据相比，无源开关量数据的特点是数据量小，但对数据的准确性和实时性要求极高，这个特点对无源开关量数据系统的采集提出了很高的要求。
首先，系统的安全性要求高。
工业现场存在很多大功率强电设备，可能产生较大的静电及击穿电弧，智能化系统的主控制电路通常为耐压等级较低的MCU 、芯片和元件，如果现场工作人员的操作不当，很可能会对系统造成不可逆的损坏。
其次，系统的抗干扰能力要求高。
智能化工业现场的通信协议繁杂，标准不一，各种有线及通信方式互相串扰，数据在采集和传输过程中，很可能会受到不同程度的干扰，在一些干扰大的场合，即使是抗干扰能力很强的数字信号，也可能会被噪声淹没。
为解决上述问题，本文提出了一些解决方案。
在系统的安全性方面，本文提出一种信号隔离的方式，来确保开关量数据在采集过程中，如果发生突发性的冲击电压，系统可以安全稳定的工作。
在系统抗干扰能力方面，本文采用了一种低成本、高纠错能力工业现场通信协议，在最大程度上确保了数据的准确性。
2系统方案图1所示为本文所涉及的无源开关量采集系统的结构图。
若干路的无源开关量信号被该系统采集后，经过加工和处理，由ＲS485总线传输至工业现场环境之外的远程计算机，通过协议转换，使计算机能够准确、实时地获取数据。
图1无源开关量采集系统结构图为保证系统的安全性，本方案将通过电源隔离技术和信号隔离技术，将供电电源、开关量数据、ＲS485总线分别进行隔离，这样就使整个系统在保证信号正常传输的前提下，在电气上和外界无共地点，一旦外界对系统输入较大的冲击电压，将能够避免损失，或者将损失降到最小。
为保证系统的可靠性，本方案采用了ＲS485总线进行数据传输，ＲS485接口是采用平衡驱动器和差分－接收器的组合，抗共模干扰能力增强，即抗噪声干扰性好。
3硬件电路设计硬件电路的主体包括三部分：无源开关量采集及隔离电路（如图2）、ＲS485传输及隔离电路（如图3）、电源隔离电路（如图4）。
在无源开关量采集及隔离电路中，四路开关量分别从KIN0/KIN1/KIN2/KIN3输入，其无源特性体现在：当开关量输入点接地时，即为开关合状态；当其悬空时，即为开关开状态，开关量接入点在开、合状态均不带电。
本电路中，MCU 选用意法半导体公司的STM32F103VET6［1］，隔离芯片选用光耦芯片TLP521。
当开关量有输入，会触发光耦芯片前级导通，进而打开后级开关管，MCU 对应的GPIO 口将得到电平“1”；反之，当开关量输入点悬空时，光耦芯片前级未通，后级开关管没有打开，MCU 对应的GPIO 口输入即为“0”。
这样的电路结构，既保证了无源开关量数据的准确采集，还通过光耦隔离，使对外开关量接入点和MCU进行了电气隔离，确保了电路的安全性。
ＲS485传输及隔离电路，ＲS485物理层芯片选用MAX3485［3］，信号隔离芯片选用ADUM1201，控制信号隔离芯片选用TLP521，MCU的USAＲT的TX和ＲX在连接ＲS485物理层芯片之前，通过隔离芯片进行了信号隔离，确保了电路的安全性。
DE信号作为ＲS485物理层芯片半双工方式的切换信号，可以连接MCU中的普通IO口，实现灵活控制，DE信号同样经过隔离来确保电路的安全性。
电源隔离是非常重要的环节。
为实现真正的信号隔离，在隔离芯片TLP521和ADUM1201的两侧的供电只能为隔离电源，本方案采用了IF0505作为电源隔离芯片，使整个系统的各个隔离模块真正生效。
图2无源开关量采集及隔离电路图图3ＲS－485传输及隔离电路图图4电源隔离电路图4软件设计本系统的软件实现方法较为灵活，大致可以采用变送和定时刷新两种方式。
变送的方式是一旦无源开关量状态发生变化，即进行数据的上传。
此方式的优点是实时性高，MCU的工作效率高。
缺点是如果系统发生故障，数据将停止传送，此时容易造成上位机的误判断，无法对系统故障和无数据两种状态进行区分。
解决这个问题，需要加入心跳协议，心跳数据传输的同时，亦增加了系统开销。
本系统方案采用的是定时刷新的方式。
此方式需要开启一个系统定时器，定时读取IO口的无源开关量数据，并将数据不间断地上传，这样，数据包传递数据的同时，也起到了心跳包的作用。
如图5为系统主函数的流程图。
主要包括系统时钟、定时器、GPIOE、USAＲT的配置和初始化，根据对数据实时性的要求，可以对定时器的定时值进行合理的配置，以及循环读取GPIOE的输入数据。
与此同时，需要编写定时器中断服务函数，在定时器溢出中断服务函数中，需要启动USAＲT数据传输，值得注意的是，在数据传输之前需要发出DE信号，确保ＲS485物理层芯片工作在发送状态。
图5主函数流程图5系统拓展与前瞻根据工业现场的实际情况来看，无源开关量数据的采集和传输只是工业现场数据采集和传输的其中一个课题，在智能化程度越来越高的工业现场，各种传感器数据、开关量数据、流媒体数据等需要一个庞大的数据传输网来支撑。
本方案只是完成了其中一个环节的设计，如何能将本系统完美地融入工业现场通信网络，是本方案接下来需要进行的工作。
工业现场通信网络可分为有线和无线两大类。
有线通信的方式基本分为各类现场总线和以太网两种方式。
本方案中的ＲS485通信方式，虽然具有较强的抗干扰能力和可靠性，但如果要实现网络化，还需要大量工作。
如果不需要过多考虑成本问题，可以采用现场总线的方式来实现数据传输，这样既保证了高可靠性和抗干扰能力，还能够无缝融入工业现场的标准通信网，在更好地解决实际问题的同时，极大地提高了系统的兼容性和可移植性。
参考文献［1］STM32F103xx Advanced AＲM－based32－bit MCUs Datasheet［Z］．意法半导体公司，2009．［2］STM32F10x Standard Peripherals Library［Z］．意法半导体公司，2011．［3］Explanation of MaximＲS－485Features－Application Note［Z］．Maxim Integrated Products，2010．（下转第12页）7第2期郑雅伟，等：一种安全可靠的工业现场无源开关量数据采集系统的设计电极或漏极对宽放外壳电阻值，如果出现短路通壳现象说明此管已经击穿需要更换；并测量基极、集电极、发射极之间或栅极、漏极、源极之间有无击穿现象。
◆更换管子时切不可用烙铁直接焊接Q3管和Q2管，可用防静电烙铁拆除旧管子，同样的方法焊接新管子。
◆将Q3栅极脱开电源供电端，调整直流电压源为28V 给宽放加静态电压，测量Q3栅极供电端电压为3．36V左右，观察电压源电流显示应为1．2A左右，电流相差较大时，说明此管性能已经很差不可使用（如发现直流电压源电流特别大10 25A，电压只有10V以下说明漏栅极击穿）。
重新焊接Q3栅极电源供电端，加静态电压观察。
◆调整内部电源VＲ1输出端可调电阻Ｒ29时，应注意每次调整电压最大范围为0．2V左右，最大调整至3．36V即可，切勿再增大电压否则有烧坏Q3管的可能。
◆断开Q3栅极控制电压，调整Q1或Q2基极电压为0．7V，并同时观察直流电压源电流为0．2A。
◆动态测试宽放，宽放外壳接地线并接直流电压源的负极，频率合成器的输出端经10dB衰减器后接入宽放的输入端，并置频率合成器电平于0dB。
宽放输出端经功率计后与假负载相连接，其间的连接线应使用特性阻抗为50Ω的连接线，以保证输入输出间的阻抗匹配。
假负载是由四根3Ｒ13（220Ω）纯阻并联成55Ω负载电阻，并安装在铁皮箱内（铁皮箱外壳接地线），四周有大功率风扇进行冷却。
将宽放外壳拆除并使用风机冷却。
频综调整合适频率；合28V 直流电压电源，缓慢增加频综输出电平，观察直流电压源的输出电流大小和功率计的功率指示大小，依据两者的变化情况判断宽放的工作情况。
可根据实际情况适当调整各管子的基极电压或栅极电压。
更换频综频率观察电流指示和功率指示，用示波器在假负载测试口观察其波形变化情况。
7宽频带放大器各级管子简介各级管子应在屏蔽环境中储存。
Q1型号：2N3866（NPN型）晶体管；基极电压1．2V；发射极0．5V；集电极电压28V。
Q2型号：MＲF136（N沟道）MOS管；栅极电压0．7V；漏极电压28V。
Q3型号：MＲF141G（N沟道）MOS管或BLF248（NPN 型）晶体管；栅极电压2．8 3．6V；漏极电压28V。
Q1和Q2管基极与发射极或栅极与源极电压差为0．7V 左右。
8DF100A型宽放的发展方向DF100A型宽放设计之初有300W功率，只用到200W 功率，有足够的富裕量。
但是实际情况却并非如此，在低频段还能满足需求，但在高频段时经常出现输出功率不足的情况，再加上长时间不间断的工作原因，宽放故障率越来越高，在此提出一些建设性想法用以解决此问题。
利用现有设备，将两组宽放进行功率合成。
在两组宽放输入端之前，将射频信号进行功率分配后再分别送入两组宽放，又在两组宽放分别放大之后加入功率合成器。
这样，利用每组宽放单独放大后的功率再进行合成，使得输出功率会更大，从而解决单独宽放输出功率小的问题。
Analysis of Working Principle and Fault for DF100A Wdeband AmplifierChen Qingsong（The554Station，State Administration of Press，Publication，Ｒadio，Film，and Television，Xingyang Henan450100，China）Abstract：The working principle，failure analysis and processing method of DF100A type transmitter200W wideband amplifier are mainly introduced．A new way of thinking for the future development direction of wideband amplifier is provided to solve the problem of high fault rate fundamentally．Key words：DF100A type transmitter；200W broadband amplifier；MＲF141G；櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅櫅MＲF1（上接第7页）Design of a Safe andＲeliable Passive Switch IndustrialSite Data Acquisition SystemZheng Yawei1，Zheng Yahong2（1．Shanxi Institute of Economic Management，Taiyuan Shanxi030024，China；2．Taiyuan University of Science and Technology，Taiyuan Shanxi030024，China）Abstract：This paper describes how to safely，reliably and real－timely transfer the passive switch signal to the man－machine in-terface in harsh industrial environments and realize the monitoring in real－time for the important information of devices operation in the field，environmental parameters and security alarm．Key words：industrial field；passive；switch；ＲS485；STM32；data collection21山西电子技术2014年。
