通用数据采集接口装置

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第20卷　第3期2000年7月西安公路交通大学学报JournalofXi′anHighwayUniversityVol120　No13July2000

收稿日期:1999212225

基金项目:煤炭科学基金资助项目(96电10408

)

作者简介:杨世兴(19472),男,山西昔阳人,西安科技学院副教授

文章编号:100724112(2000)0320104203

通用数据采集接口装置

杨世兴(西安科技学院自动化系,陕西西安　710054)摘　要:针对目前典型数据采集装置输入端子对不同类型、不同范围的输入信号不能通用的状况,

研究了一种通用数据采集接口装置。采用开关网络将采集信号作归一化处理,实现了对各类采集信号的通用;采用可编程A󰃗D芯片,实现了对各类信号范围的通用。每8路设计为一个单元,设有站号,可根据需要灵活扩展。经调试实验,可对传感器输出的不同类型、不同范围的电信号进行采集,

具有较强的工程实用价值。关键词:通用;数据采集;接口装置中图分类号:TP27412 文献标识码:A

General-purposeDataAcquisitionInterfaceInstrumentYANGShi2xing(DepartmentofAutomation,Xi′anUniversityofScienceandTechnology,Xi′an710054,China)

Abstract:Sincecurrenttypicaldataacquisitioninstrumentsarenotadaptedtodifferenttypeordifferentrangeinputsignal,akindofgeneral2purposedataacquisitioninterfaceinstrumentwasdeveloped.Tobeadaptedtoallkindsofsignals,theinstrumentadoptsswitchnetworktomakeunitaryprocess.Moreover,tobeadaptedtoallrangeofsignals,programmableA󰃗Dchipisadopted.Everyeightroutesisdesignedasoneunitwithcorrespondingaddress.Userscanexpandtheunitaccordingtoneed.Experimentsshowthattheinstrument,whichcangatherelectricsig2nalsofdifferenttypeanddifferentrangethroughsensors,hasbetterpracticalvalueinengineer2ing.Keywords:general2purpose;dataacquisition;interfaceinstrument

目前,典型数据采集系统输入端子的性质,在系统设计完成以后就确定了,很难进行重新定义。如某一端子设计为模拟量输入,就只能接受某一范围的某一种模拟量;某一端子设计为开关量输入,就只能接受开关量[1,2]。针对这种情况,我们研究了一种通用数据采集接口装置。选用89C52单片机作为微控制器,串行EEPROM作为数据存贮器,通过MAX232E可与上位机进行串行通信。采用开关网络将采集信号作归一化处理,从而实现了对各类采集信号的“通用”;选用可编程A󰃗D芯片[3],实现了对输入信号范围的“通用”,使接口装置使用灵活、方便。每8路设计为一个单元,设有站号,可根据需要灵活扩展。软件采用模块化结构,层次分明,便于调试。经实验调试,可实现对电压型、电流型、电阻型、频率型、开关型等各种信号的采集,达到了预期目的,具有较强的工程实用价值。

1　硬件设计通用数据采集接口装置的结构见图1(见下页)。111　主控芯片采用AT系列89C52芯片作为主控芯片,选用单一电源供电的RS2232芯片MAX232E,通过MAX232E接口芯片与上位管理机进行串行通信,图1　通用数据采集接口装置的结构波特率可达9600bit󰃗s。为保证断电时不丢失数据,

用2K字节串行EEPROM作为数据存储器,存放配置参数,用片内flashROM作为程序存储器。随着I

2C总线应用的日益广泛,兼容I2

C总线

的接口芯片及存储器品种也越来越多,其中AT2

MEL公司生产的AT24COX系列串行EEPROM以体积小、价格低、工作范围宽、可擦写次数多和数据保存时间长等显著特点引起了人们的兴趣。在应用系统设计中,采用AT24COX系列串行EEP2

ROM可以收到降低成本、简化电路的效果。这里选用的是ATMEL公司的24C16。AT24C16与AT89C52单片机接口非常简单,只需占用2根双向I󰃗O线,即可对EEPROM芯片读写。其SDA端应接一个上拉电阻至Vcc端。112　输入网络输入网络完成将各类传感器信号引入并选通其中某一路的功能。主要由模拟开关,接插件等组成。多路模拟开关选用AD7501,在使能端EN=1的情况下,通过控制端A2A1A0状态转换,实现8选1操作。这里采用公共的A󰃗D转换电路在CPU的指挥下,轮流切换各被测回路与A󰃗D转换电路间的通路,以达到分时采集的目的。113　切换网络切换网络实现对输入信号作归一化处理。将电流、电阻、脉冲、开关信号转换成电压信号,送入A󰃗D转换器;而将频率信号切换到计数器上。切换网络主要由模拟开关、运放等组成,其原理如图2所示。模拟开关选用AD公司的ADG202单片CMOS芯片,每片上有4个独立的单刀单掷(SPST)开关,它可以接受-15～+15V之间的电

压,开关速度高,导通电阻小。各类信号进入切换网络后,根据各开关的通断组合即可完成对信号的归类处理。开关组合状态见表1。运放选用PM公司的精密、超低失调电压、低噪声、低漂移的OP277。

图2　切换网络原理图表1　模拟开关组合表

信号类型S1S2S3S4S5S6S

电压1000000

开关1000000

电阻1011000

频率0010100

电流1100011

注:“1”—接通;“0”—断开。114　A󰃗D转换这里需要考虑A󰃗D的转换时间,还要考虑时序问题。A󰃗D开始转换信号必须滞后于多路开关路选信号25Λs,再加上A󰃗D转换时间6Λs

(假设)

,最高

采样频率为30～32kHz。这就是说,A󰃗D转换时间6Λs,基本能满足采样频率的要求。如果选用更快速的芯片,既没有充分利用它的快速性,又增加了成本。这里选用12位A󰃗D芯片MAX197,转换时间6Λs左右。MAX197是软件可编程的,这为应用提供了便利条件,如输入范围(±10V,±5V,0～10V,

0～5V)改变了,不必更改电路,也不必更换芯片只需改写它的控制字即可。

2　误差计算误差来自模拟开关和A󰃗D芯片。211　模拟开关AD7501的误差(1)漏电流误差。多路开关在不接通时会产生漏

电流Is,总漏电流流过信号源内阻(传感器等效输出电阻)Rs及多路开关导通电阻R

产生的漏电流误

差∃U1为∃U

N-1)(Rs+Ron)Is

=(8-1)×(500+170)

×012×10

-9=9138×10-7

这个误差电压很小,可以忽略不计。

501第3期杨世兴:通用数据采集接口装置 (2)导通电阻误差。多路开关在导通时,输入信

号在导通电阻Ron产生的误差电压为

∃U2≈Ron

切换网络输入电阻US=1705×109Us

314×10-8U

这个误差电压也很小,可以忽略不计。

(3)通道之间存在串扰误差。

AD7501

的串扰为

80dB

。

由上可知,AD7501的误差主要由串扰造成,其相对值为r1=1󰃗10000=0101◊

212　模拟开关ADG202的误差同理,ADG202的误差主要由串扰造成,考虑2

片ADG202,其相对值为r2=2×1󰃗10000=0102◊

213　A󰃗D芯片MAX197的误差

不可调误差:±12LSB,即0106%;

积分非线性误差:±12LSB,即0106%;

微分非线性误差:±1LSB,即0112%;

路间误差:±1LSB,即01012%。所以,MAX197产生的误差为r3

=0106◊+0106◊+0112◊+01012◊=01252◊

可见,输入通道产生的总误差为r=r1+r2+r3=01282◊

3　软件设计软件采用模块化结构设计,层次分明,修改调试方便。主要由自检程序、A󰃗D转换、命令分析、数据处理和通信程序组成,由主程序将它们组成一个有机的整体。311　主程序主程序主要是按从上位管理机接收到的参数进行各种初始化工作。如初始化各控制、状态位和集成芯片。其流程图见图3。312　自检程序完成对CPU、片外EEPROM、RAM、I󰃗O口和A󰃗D芯片的检测任务,将检测结果保存并送给上位管理机。313　通信程序完成上位管理机与下位监测机的信息交换任务。其它如抗干扰设计等,限于篇幅,这里不再赘述。

4　调试实验与结语上位管理机在Windows环境下用VisualBasic

图3　主程序流程图5.0编程,主要包括主程序模块、通信模块[4]、参数

设置模块、数据分析统计模块和打印模块等。该通用数据采集接口装置与信号源连结,通过MAX232E与上位机进行串行通信,经实验调试,接口装置的误差小于015%。综上所述,以89C52单片机为核心的通用数据采集接口装置,采用开关网络可实现对电压型、电流型、频率型、开关型等各种信号的采集,从而实现了对各类采集信号的“通用”;选用可编程A󰃗D芯片,

实现了对输入信号范围的“通用”,使接口装置使用灵活、方便。每8路为一个单元,可根据需要灵活扩展。通过MAX232E可与上位机进行串行通信。软件采用模块化结构,层次分明。煤炭科学基金委员会认为:“该装置与同类信号采集装置相比,具有很大的优越性,技术水平先进,有广阔的应用前景[5]。”

参考文献:

[1]　航空航天工业部,北京长安矿山自动化设备技术公司.KJ4型煤矿安全生产监测系统资料汇编[Z].北京:中华人民共和国航空航天工业部,1989.

[2]　何立民.单片机应用技术选编(第3、第5、第6)册[Z].北京:北京航空航天大学出版社,1998.

[3]　任清荣.多路程控变增益数据采集系统[J].计算机自动测量与控制,1998,22(3).

[4]　黄克强.基于Windows环境的计算机与单片机系统间的串行通讯[J].机电工程,1998,(2).

[5]　煤炭科学基金委员会.煤炭科学基金项目验收证书(96电10408)[Z].北京:中华人民共和国能源部,1999—12—08.[责任编辑　郭庆健]

601 西　安　公　路　交　通　大　学　学　报 2000年

基于FPGA和USB接口的高速高精度通用数据采集卡设计

ＷＡＮＪｎｈａＺＡＮＧＧｏｙｎＬｏｇｈｉＷＡｈ－ｉＬＵｉｕ，ＥＢａ－ｅｇ —ｕ，Ｈｕｕ－ｕ，ＵＯＲｎ —ｕ，ＮＧＺｉ，ＩＬ－ｎＨｉｏｓｎｗｅｊｈ
（ｏｌｅｆｎｏｍａｏＣｍｍｕｉｔｎＥｇｎｅｉｇＨｎｎＩｓｔｔｏＴｃｎｌｇ，ｕｙｎ１０６ＣｉａＣｌｇＩｆｒｔｎ＆ｏｅｏｉｎｃｉｎｉｅｒ，ｕａｔｕｅｆｅｈｏｏｙＹｅａｇ４４０，ｈｎ）ａｏｎｎｉ
ＵＳＢ的优点，解决了传统数据采集卡的缺陷．关键词：ＰＦＧＡ；Ｂ接口；通用数据采集卡；号调理ＵＳ信中图分类号：Ｐ７Ｔ２４文献标识码：Ａ文章编号：６２５９（０００．０５０１７ —２８２１）１４．４０
ＤｅｉｎｆＵｎｉｅｓｌａａＡｃｓｇｏｖｒａｔｑｕｉｉｉｒｆＨｉｈＳｐｅｄａｄＤｓｔｏｎＣａｄｏｇｅｎＡｃｕｒｃｓｄｏｃａｙＢａｅｎＦＰＧＡｎｄＵＳＢｎｅｆｃａＩｔｒａｅ
收稿日期：０９１．８２０ —０１
基金项目：湖南省大学生研究性学习和创新性实验计划项目作者简介：万军华（９９，男，南岳阳人，南理工学院信息与通讯工程学院副教授．主要研究方向：工业自动化技术１６一）湖湖
不足。
１系统硬件设计
该系统主要由信号调理模块、１位Ａ／４Ｄ转换器ＡＳ０模块、基于ＦＧＤ８５ＰＡ的主控模块、ＳＵＢ收发控制模块、片外存储器及其他辅助电路组成，其数据的采样率可高达２ｐ；０Ｍｓｓ适用于较高速动态信号的实时记录和采集，其硬件系统总体结构框图如图１所示．

高速数据采集系统的新型接口设计

中图分类号：Ｔ２４Ｐ７文献标识码：Ａ
Ｄｅｉｎｏｅｔｐｆｉｅｆｃｏｉｈｓｅｄｄｔｃｉｉｉｎｓｇｆｎｗｙｅｏｎｔｒａｅｆｒｈｇ — ｐｅａａａｑｕｓｔｏ
在高速数据采集系统中，字信号处理器（Ｓ，ｉｔ数ＤＰｄａ西ｌ
ｓｍｌｍｃｓ）ｉｅｍｒ往往不能适应Ａ／ｇｐＤ芯片的工作速率。为了
ＣＬ向ＡＤ发控制命令；２对采集到的信息进行处理。ＰＤ／（）
１１主要器件介绍．表１具体器件列表型号
Ａｂｔａｔｓｒｃ：ＴｒｄｔｎｌａａａｑｉｉｉｎｓｓｅａｗａｓｕｅｕｌｌｇｏａｆｆｌｆｇｏＦａｎｅｒｐｅｕｓｉｎｌａｉｏａｔｃｕｓｔｙｔｍｌｙｓｓａｆｌｆｒｈｌｕｌｌｆｉｄｏａ－ａＦＩＯｓｉｔｒｕｔｒｑｅｔｓｇａｓｇＬＴｈｓｐｐｒｉｔｏｕｅｈｅｉｔｒａｅｄｓｇｉｒｉａｅｎｒｄｃｓｔｅｎｗｎｅｆｃｅｉｎ，ｗｈｃｈｉｈｔｅＣＰＬｗｏｋｓｔｅｌｇｃｃｎｒｌｃｒ，ａｄｕｅｔＤｒｓａｈｏｉｏｔｏｏｅｎｓｓｉｓｉｔｒｕｔｎｍｏｕｅｔｆｅｈｅｕｓｉｎ１ｏｖｈｓｕｓｔａｈａａｂｉｇｓｏａｅｎｔｍａｃｉｇｗｉｈｔｅｎｅｒｐｉｄｌｏｏｆｒｔｅｒｑｅｔｓｇａ．ＳｌｅｔｅｉｓｅｈｔｔｅｄｔｅｎｔｒｇｏｔｈｎｔｈｏｃｐｂｌｙｏＦＦａａｉｔｆＩＯ．Ｔｈｓｅｉｎｎｔｎｙｉｒｖｓｈｐｅｏａａａｑｉｉｏｅｆｃｉｅｙｂｔｌｏａｉｉｄｓｇｏｏｌｍｐｏｅｔｅｓｅｄｆｄｔｃｕｓｔｎｆｅｔｖｌ，ｕａｓｈｓｍａｙｉｎａｖｎａｅ，ｓｃｓｗｉｉｌｉｔｒａｅｃｒｕｔｕｉｅｓｌｙｅｓｏｔａｓｌｎ，ａｄｏｈｒｆａｕｅｈｔｃｎｂｄａｔｇｓｕｈａｔａｓｍｐｅｎｅｆｃｉｃｉ，ｎｖｒａｉ，ａｙｔｒｎｐａｔｎｔｅｅｔｒｓｔａａｅｈｔｅｔｎｉｅｙｕｅｎｃｍｍｕｉａｉｎｎｍａｅａｑｉｉｏＬｘｅｓｖｌｓｄｉｏｎｃｔｏｓａｄｉｇｃｕｓｔｒｉ

HXD3型机车配套CMD数据的采集与应用

2020年第19卷第11期HXD3型机车配套CMD 数据的采集与应用□吴景国李元治王海阳【内容摘要】我国铁路目前大量实施推广标准化和智能运维，LKJ 、TCMS 、6A 、CMD 等车载智能运维系统已经得到大量安装，我国铁路极需建立起一整套先进的机车实时监测、动态管理、维修和保证体系。

CMD 系统的普及简化了机车安全信息、状态信息、监测信息的远程监测，在机务信息化中起到信息化平台的作用。

【关键词】CMD ；HXD3；电力机车；智能运维系统【作者简介】吴景国（1988 ），男，中车大连电力牵引研发中心有限公司工程师；研究方向：嵌入式李元治（1987 ），中车大连电力牵引研发中心有限公司工程师王海阳（1993 ），中车大连电力牵引研发中心有限公司工程师CMD 系统目前已经在中国机车上大面积装车，但部分车型装车仍存在困难。

截至2016年末，我国机车保有量为21 096台，其中使用国外引进网络系统的机车约3 600台，约占总保有量的17%。

由于国外厂家网络数据不对外开放，并且前期设计的机车不具备CMD 网络接口，CMD 车载子系统无法直接获取其车载系统的数据。

正是这17%的“CMD系统盲区”导致了CMD 系统推广困难，阻碍了我国机车信息化的发展，因此，这个问题亟需解决。

本文提出一种数据采集方案，可对HXD3型电力机车进行数据采集，使CMD系统在HXD3型电力机车顺利安装和应用。

一、系统架构CMD 系统是铁路机务信息化的核心子系统，它由车载子系统、数据传输子系统和地面综合应用子系统组成，如图1所示。

图1CMD 系统架构HXD3型电力机车没有专用的CMD 数据接口，CMD 车载设备无法采集到车内数据。

本文设计了一种数据采集装置，用于采集TCMS 数据，分析提取后传输给CMD 车载设备。

数据采集装置分为如下几部分。

网络转接工装；TCMS 数据采集板卡；数据分析、提取和应用。

二、网络转接工装HXD3型电力机车的HDLC 信号线采用多芯的重载插头和TCMS中央控制单元连接，CMD 设备如果想采集HDLC 网络的数据，就必须将微机柜中CN3和CN5插头中的HDLC 线进行引出。

北斗数据采集终端安装

北斗数据采集终端安装简介北斗数据采集终端是一种用于采集、处理并传输地理定位数据的装置。

它可以实时接收和处理北斗卫星的信号，并将采集到的数据传输到指定的信息中心。

本文档将介绍北斗数据采集终端的安装步骤，以确保设备能够正常工作。

准备工作在安装北斗数据采集终端之前，需要进行以下准备工作：1.确认设备型号和功能要求：根据实际需求选择合适的北斗数据采集终端型号，并明确需要采集的数据类型和传输方式。

2.购买所需设备：根据设备型号和功能要求，购买相应的北斗数据采集终端设备及配件。

3.准备安装材料：准备好安装所需的材料，如螺丝刀、螺栓、电缆等。

4.确定安装位置：确定安装北斗数据采集终端的位置，一般选择在车辆的顶部或其它高处，以获得更好的信号接收效果。

安装步骤1.确定安装位置：根据准备工作中确定的安装位置，将北斗数据采集终端放置在该位置上。

2.固定终端设备：使用螺丝刀或螺栓将北斗数据采集终端固定在安装位置上，确保设备稳固且不易松动。

3.连接电源：将终端设备的电源线连接到车辆的电源接口上，确保电源线与接口之间连接牢固。

4.连接天线：将终端设备的天线连接到终端设备上的天线接口上，确保天线连接牢固且无松动。

5.连接数据接口：根据实际需求，将终端设备的数据接口连接至车辆内部的数据处理设备或调试设备上。

6.测试设备功能：完成上述安装步骤后，开启车辆电源，确保北斗数据采集终端能够正常工作。

可以进行一些简单的测试，如发送定位数据、接收数据等，以验证设备的功能是否正常。

注意事项1.安装位置选择：安装北斗数据采集终端时，应选择尽可能高且开阔的位置，避免高大建筑物或树木等遮挡物对信号接收产生干扰。

2.固定设备稳固：在固定北斗数据采集终端时，应确保其稳固并不易松动，以免在行驶过程中发生摇晃而导致设备故障。

3.数据线缆布置：进行数据线缆的布置时，尽量避免与车辆其他部件的摩擦或拉扯，以保证数据线缆的安全性和可靠性。

4.防水防晒措施：针对北斗数据采集终端所安装的位置，考虑到防水和防晒的问题，可以选择透明的保护罩或覆盖物，以保护终端设备免受恶劣天气的影响。

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