数据采集与管理系统（精选11篇）

数据采集与管理系统 第1篇

1.1 开发背景

中国石油化工股份有限公司某分公司在实施ERP及MES系统后, 对计量数据的实时性、准确性、可靠性以及计量数据的精度提出了更高的要求。原有的人工手动录入数据, 操作复杂、数据上传效率低、出错率高, 已很大程度影响了ERP及MES系统的运行和应用。为了改变这种状况, 分公司拟设计开发计量数据采集管理系统, 将手动录入数据改为自动采集, 实现数据自动上传和各类报表打印等, 提高数据准确率以及全厂自动化管理水平。

1.2 开发技术及平台

本系统软件的开发与实施均基于微软的Windows操作系统平台, 所运用的开发工具和开发技术均使用Windows平台所支持的工具和技术。

1) 开发工具及技术。Microsoft Visual Studio2005是微软公司2005年底发布的企业级开发管理工具, 可开发基于Microsoft.Net Framework2.0的客户端程序、Web应用程序, 以及Windows服务和Web Service等。ASP.NET2.0是继ASP.NET1.x之后的一种Web应用程序开发平台, 它在生产效率、灵活性、可扩展性、安全性和完整性等方面比ASP.NET1.x又进了一步。AJAX (Asynchronous Java Script and XML) 不是一种单一的技术, 而是有机的利用了一系列相关技术。AJAX应用可以仅向服务器发送并取回必需的数据, 它使用SOAP或其它一些基于XML的webservice接口, 并在客户端采用Java Script处理来自服务器的响应。2) Web服务器。采用机架式服务器, 安装Windows Server操作系统, 启用系统Internet信息服务。本系统主要使用IIS的Web服务。3) 数据库服务器。硬件和操作系统采用和Web服务器基本相同的配置, 但硬盘容量更大, 以存储更多的数据。数据库平台采用Oracle数据库, 本系统除实时数据以外的数据均保存在Oracle数据库中。系统所有实时数据均保存在PI实时数据库中。

1.3 数据库设计

数据库的设计是对数据进行组织化和结构化的过程, 核心问题是关系模型的设计。对于大型的数据管理系统, 既要求能满足各层次管理需求, 又要保证较小的数据冗余度。

根据系统结构, 数据库设计分为以下几个部分:1) 连续仪表数据。用于存储如水、电、汽、风等公用工程以及进出厂和互供物料的连续仪表数据, 包括仪表编号、仪表读数、用量和时间等。2) 进出厂数据。进出厂数据比较复杂和多样, 主要有三个部分的数据:轨道衡数据、汽车衡数据和管输数据。轨道衡数据包括发出数据表、进厂数据表、轨道衡计量单表和SAP统计表。汽车衡数据包括汽车衡称重数据表。管输数据包括管输原油计量站和末站班报数据表、统计表、管输成品油首站计量单数据表。3) 基础数据。系统基础数据比较多, 各模块均有不同的基础数据。大致包含以下基础数据表:仪表信息表, 车间、装置信息表, 能源、介质信息表、陆运原油发货站信息数据表, 陆运原油品名数据表, 陆运原油数据录入人员表, 陆运原油车型数据表, 汽车衡称重站点数据表, 管输成品油品名数据表, 管输成品油储罐信息数据表等。4) 权限信息。用户信息表, 角色信息表, 权限信息表, 用户角色关联表, 角色权限关联表等。5) 其他数据。原油计量站油量计算用数据表、LIMS系统煤化验数据表。

2 系统实现

2.1 系统架构

整个系统架构如图1所示。根据数据流向可将系统大致分为四个部分:1) 现场数据采集;2) 自动上传数据至数据库服务器;3) 数据管理系统连接数据库查询数据并格式化数据呈现给用户;4) 用户通过浏览器登录数据管理系统管理数据。

现场数据采集通过各数据通讯接口、各控制系统、DCS接口等自动读取所需数据, 这些数据包括进出厂数据、公用工程仪表数据以及其他相关数据等。采集的数据通过局域网上传至数据库服务器。其中实时数据与管理用数据不一样, 实时性要求高, 更新速度快, 数据属性单一, 需要专门的数据库保存, 将它们上传至PI实时数据库;其他数据实时性要求不高, 但数据量较大且需要保存更长时间以作历史记录和查询, 这些数据上传至Oracle数据库。Web服务器运行数据管理系统软件, 它既可以连接PI实时数据库查询实时数据也可以与Oracle数据库连接查询统计或历史数据。Web服务器同时还生成各种数据查询管理页面, 以供客户端调用。客户端用户向Web服务器发出数据管理请求, Web服务器将自动连接数据库读取所需数据, 整理、筛选后以指定的格式发送至客户端。用户通过终端浏览器即可查看和管理数据。

2.2 数据采集

针对不同的数据信号, 采用以下几种方式采集数据:1) 现场仪表具有4~20m A信号输出或485通讯接口的采集方式。将此类仪表信号引至控制室, 添加工控机和接口卡, 将4~20m A信号转换为数字信号, 再连接工控机。带485通讯的仪表信号则直接连接至工控机。工控机中安装编写好的数据采集服务, 读取仪表数据并将数据上传至PI实时数据库中。2) 具有控制系统的站点数据采集方式。已有控制系统的站点, 仪表数据已采集到控制系统。但控制系统未连接网络, 数据只保存在本地。解决方法一是进行改造, 将控制系统改为PLC或者DCS;一是再添加一台工控机, 将工控机与原控制系统连接, 同时工控机连接局域网。然后在原系统中添加数据上传程序, 将数据发送至新添加的工控机, 再由工控机上传至PI实时数据库。3) 具有PLC的站点数据采集方式。PLC已将数据采集至控制系统, 且提供OPCServer, 这样可添加一台工控机连接至PLC, 编写数据读取和上传程序, 利用OPC将数据从PLC中读出, 再通过局域网将数据上传至PI实时数据库。4) 具有DCS的站点数据采集方式。DCS一般有自己的实时数据库, 并提供数据接口。可利用其数据接口读取所需的数据。

2.3 数据管理系统

数据管理系统是一套Web应用程序, 主要用于管理系统采集的各种数据。其整体架构如图2所示, 主要包括进出厂数据管理、公用工程数据管理、互供物料数据管理和系统配置等几个模块。

3 结论

1) 系统实现了对计量数据的自动采集, 并通过各种接口将数据自动保存至数据库, 降低了人工成本, 提高了工作效率, 确保了数据的准确性和实时性。为上层ERP和MES系统提供了及时可靠的数据。

2) 系统提供了简洁高效的进出厂数据管理, 将进出厂数据管理功能化、模块化, 有效的解决了进出厂数据复杂多样难以管理的问题。特别是陆运原油数据管理大大提升了原油发出数据和进厂数据的对量功能, 使得对进出厂原油数据有了更高效的管理。

3) 全厂实时数据监视可查看各装置实时运行数据, 且具有超限报警功能, 使管理者能更方便的了解各装置的运行状况, 为各装置的安全、稳定运行提供有力保障。

参考文献

[1]贾洪峰.VisualBasic2005技术内幕.清华大学出版社, 2006.

[2]郝刚, 袁永刚, 严治国, 何宇光.ASP.NET 2.0开发指南.人民邮电出版社, 2006.

[3]段超.ADO.NET2.0高级编程.清华大学出版社, 2006.

[4]张曜, 张青, 范颖, 王继诚.Oracle9i中文版基础教程.清华大学出版社, 2002.

数据采集与管理系统 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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数据采集与管理系统 第3篇

关键词：土壤墒情；远程监测；数据预处理；预警模型

中图分类号： TP274+.2 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2014）04-0334-03

收稿日期：2013-08-17

基金项目：国家自然科学基金（编号：41101095）；水利部公益性行业科研专项（编号：2009011019）。

作者简介：李培（1985—），女，河南新郑人，硕士，讲师，主要从事自动化与智能控制研究。E-mail：lip1985@126.com。土壤墒情是指在特定土壤中所含水分多少的状况，土壤水分是农田作物生长最重要的调节因子，直接影响作物对养分的吸收，水分过高使作物根系无法正常呼吸而死亡，过低则会无法分解溶解施入土壤中的化学肥料，很容易因缺水而死亡，适宜的土壤墒情是作物增产增收的保障[1]。目前传统的土壤墒情检测方法有烘干法、张力计法、中子法或射线法、电阻法或粒状列阵法、电容法、光电法、热扩散法等，但传统土壤墒情监测手段存在人工依赖性大、监测范围小和监测统计管理困难等问题[2]，为了改善农业传统的耕作方式，用全新的現代科学技术高效手段，全面推广科学种田，确保农产品的稳步增收，采用C/S架构设计了农田土壤墒情数据采集与管理系统，对分布在各地的各类土壤进行长期监测记录，安装在不同位置的监测站监测土壤墒情数据并实时传输到监测中心，一旦发现土壤水分过高或过低会自动触发报警，通知管理人员及时处理，能有效降低相关人员的劳动强度。

1系统设计

土壤墒情监测系统能够在野外长时间连续监测土壤水分墒情变化，并能够满足对多个被测样地的同时观测，监测数据存储在数据中心的数据库中。由于农田土壤所处环境非常复杂，使土壤中温度和水分含量呈现垂直和水平分布的差异性，为了全面监测土壤的温湿度就要求分层进行并通过多布点降低误差，为了掌握土壤温湿度随时间的变化规律，还需要通过长时间监测建立预测模型[3-5]。

农田土壤墒情数据采集与管理系统主要由监控中心管理服务器、数据库、监测站、显示器屏幕、防火墙、传输网络组成。系统总体结构如图1所示。监测站与远端管理服务器采用C/S架构设计，通过GPRS网络接入Internet网络，经过防火墙后，建立TCP/IP网络连接，实现数据交互。

系统中每个监测站都有独立的地址编码ID，事先按照一定的规则部署在不同的被监测土壤，每个监测点在垂直上分3层监测，每层均匀布置3个传感器，通过GPRS无线模块接入专属VPN网络，建立与监控中心服务器的TCP/IP网络连接，每隔固定时间将监测站ID、采集时间、电源状态、每层的温湿度等信息打包并上传至服务器；监控中心服务器上运行着专业设计的管理软件，负责接收、处理、分析统计、显示和存储来自各监测站的数据信息，并实时直观集中地显示在监视器上，同时将数据存入数据库ACCESS 2003中以便进行历史查询使用，也能完成历史曲线分析、历史报表统计、自动报警和建立干旱预警模型等功能。

2监测站设计

2.1监测站硬件结构

监测站主要由控制器MSP430F149、GPRS无线通信模块SIM300C、温湿度传感器SWR-3、固态FLASH、电源监测管理单元组成，监测站硬件结构如图2所示。

监测站的功能比较简单，只是实现将编号ID、温湿度和电源状态等信息发送到数据中心。由于农田面积广、环境复杂、大多没有电源，布线又非常困难，系统采用白天将太阳能换成电能的方式对蓄电池充电，夜间蓄电池向设备供电保证设备的连续运行，采用太阳能保证了前端设备在不同的地理环境和不同气候条件下也能全天候不间断工作[6-7]。

控制器MSP430F149作为监测站的控制核心，串行接口与GPRS模块SIM300C的串口相连，预先在GPRS无线模块内放置1张有余额的SIM卡（开通数据业务），通过温湿度传感器组采集土壤不同层面的数据，经过数据处理后，将自身ID、采集时间、电源状态、温湿度等信息存入本地的FLASH中，并按照一定的协议进行封包，通过向GPRS无线模块发送AT指令控制数据的收发[8]。

2.2监测站软件设计

监测站上电后首先进行初始化，包括单片机MSP430F149的寄存器、GPRS模块SIM300C的工作方式和传输速率的配置、固态FLASH以及各接口等；然后通过向无线模块SIM300C发送AT指令配置拨号上网，获取自身的IP地址后，再主动连接数据中心服务器的IP地址和相应的服务端口号，建立TCP/IP网络连接。单片机MSP430F14通过ADC口获取当前蓄电池端电压，通过温湿度传感器组获取各层面上的温湿度数据，对这些数据经过误差处理后，按照定义的数据格式协议将数据打包，并通过建立的TCP/IP网络连接发送至数据中心服务器。根据预设的循环间隔，延时n秒后，继续进入下一次循环。监测站与数据中心服务器采用C/S架构设计，软件工作流程如图3所示。

2.3数据误差处理

由于被埋入土壤中的传感器环境比较复杂，对蓄电池电源电压的测量也具有波动性，而测量的是某一时刻的瞬时值，使测得的数据具有不确定性和随机性。为了降低测量误差，采用连续5次测量取平均值的算法减小误差，5次采样间隔为200 ms，若某次湿度和温度传感器输出值偏离5次平均值的3.0%，就认为这次采集到的数据误差过大，剔除后求剩余4次的平均值，以此类推[9-10]。

3数据中心服务器管理软件

数据中心服务器管理软件采用C++Builder设计，通过调用TCP Server控件建立与各监测站的TCP/IP网络连接进行数据交互，利用ACCESS 2003作为数据库进行数据存储，软件具有数据接收、预处理、数据库管理、实时显示、统计分析、报表打印、报警与应急和墒情预测模型建立等模块单元。数据中心服务器系统框架如图4所示。

数据中心服务器一直保持与各监测点的网络连接和数据交互，一旦发现土壤水分过高或过低会自动触发报警，并提醒值班人员察看显示画面，通知对应管理人员及时处理，能有效降低人员的劳动强度。数据库管理通过对大量历史资料数据进行查询、处理和分析，建立土壤墒情与时间的预测模型，为今后预防工作提供积极的指导和参考决策价值。

4结果与分析

5结论

针对传统农田土壤墒情监测实时性差和管理难的问题，利用覆盖广泛的GPRS网络作为通信方式，采用C/S架构设计了农田土壤墒情数据采集与管理系统，实现了分布式监测站点的集中管理。通过对3个区域的小麦土壤墒情监测试验，精确地获取了每个监测点的垂直3层的温度数据，最终评估出每片区域的土壤墒情，指导农民科学灌溉，并能为职能管理部门提供及时可靠数据，有效地解决了传统农田作业的人工粗放式管理方式，对实现农作物规范化、科学化和信息化的现代化农业管理具有重要意义。

参考文献：

[1]信东旭，张玉龙，黄毅，等. 不同时期覆膜对辽西旱地农田土壤墒情及春玉米产量的影响[J]. 干旱地区农业研究，2009，27（6）：114-118.

[2]邵孝侯，何俊，胡秀君，等. 水稻控灌中蓄灌溉模式的节水增产效应[J]. 江苏农业科学，2013，41（3）：357-359.

[3]秋勇，陈晓宇，李电，等. 基于DDNS的3G无线通信技术在电能质量在线监测系统中的应用[J]. 电测与仪表，2012，49（2）：44-47.

[4]张丽楠，张淼，盛明娅，等. 基于单片机的四通道数据采集器设计[J]. 计算机测量与控制，2011，19（12）：3172-3174.

[5]徐伟恒，苏志芳，张晴晖，等. 基于物联网架构和WebGIS的森林火灾监测系统研究[J]. 安徽农业科学，2012，40（1）：589-593.

[6]吴建华，付仲良，王力，等. 基于C/S与B/S混合架构的排水地理信息系统[J]. 计算机工程与应用，2007，43（7）：230-232，235.

[7]王亚男，王福林，朱会霞. 田间信息的远程获取与无线传输系统的设计[J]. 农机化研究，2013，35（3）：92-95.

[8]陈天华，唐海涛. 基于ARM和GPRS的远程土壤墒情监测预报系统[J]. 农业工程学报，2012，28（3）：162-166.

[9]邓建强，陈效民，方堃，等. 基于神经网络的混沌时间序列土壤墒情预测预报[J]. 水土保持通报，2008，28（6）：82-85.

[10]杜旭，申刚，刘中胜，等. 电网规划管理信息系统数据库的研究与实现[J]. 电力系统及其自动化学报，2013，25（2）：163-166.

数据采集与管理系统 第4篇

建筑材料的检测与试验对于监督与保证建筑工程的质量起着至关重要的、不可替代的作用, 而在检测与试验过程中建筑材料检测仪器与试验机械则扮演着关键的角色。目前, 在我国绝大部分的现有试验机械与仪器均为手工操作、人工读取试验数据, 普遍地存在着试验仪器自动化程度低、试验人员工作效率不高、重复劳动繁琐复杂、试验周期较长等缺点;同时, 在试验数据的获取方面也在不同的程度上存在着由于人为原因而造成的偶然误差较大的不足。基于上述原因, 在建筑行业中广大建筑材料试验人员迫切要求进行建材检测试验数据采集与管理系统的开发与研制, 以适应经济建设、行业发展与现代管理制度的需要。

在此, 针对建筑行业中的建筑材料检测所应用的试验设备、试验方法与数据处理过程, 结合了先进的计算机技术、自动控制等相关技术, 以实现建材检测中的试验过程与试验数据获取自动化, 数据处理标准化与智能化, 数据管理计算机化为目标, 在现有试验仪器与设备的基础上进行了建材检测仪器的现代化技术改造, 开发研制了新型智能建材检测试验数据采集与管理系统。

1 系统结构

针对我国目前现存的绝大部分试验设备与机械均为手工操作, 而更换新的试验机械又必将花费大量的资金的实际情况, 提出立足于现有设备 (主要是针对力学试验设备) 的基础上进行现代化的技术改造方案, 而当前计算机技术与自动化控制技术的迅速发展也为技术改造提供了坚实的理论与实践基础。

在充分考虑了各种因素的情况下, 提出了系统的总体设计结构。如图1所示, 该系统主要包括试验机自动控制模块、试验数据采集模块、试验数据管理模块三大部分。

2 试验机自动控制模块

试验机自动控制模块的主要功能为根据给定的试验方法与试验参数通过下位机 (试验设备控制机) 对试验过程进行自动控制, 读取试验机各个部分的工作状态, 输出计算机控制指令, 如开机、加荷、加荷速度、卸荷、停机等指令, 以使试验机能够按照预定的动作次序准确地完成整个试验过程。

在试验的进行过程中, 下位试验控制机首先读取数据库服务器上的相关试验报告信息, 并将此信息通过下位机上的人机交互界面显示给试验操作人员。然后试验操作人员根据计算机所给出的提示信息进行建筑材料的检测试验, 同时下位控制机根据试验机反馈的信息依照预定的试验流程逐步下达动作指令到自动控制模块的动作执行部分以实现实验机械对建筑材料的压缩、拉伸、弯折等试验项目。

3 试验数据采集模块

数据采集模块的主要功能为通过下位试验控制机上的数据采集卡读取设置在试验机械与设备上的各类传感器所反馈的数据, 并将该数据作初步的处理后传输到数据库服务器中进行保存等待进一步处理。

现以力学试验机表盘数据的读取为例来说明数据采集过程的实现方法。在对试验机进行改造的过程中, 应当充分利用原有设备上的试验功能使改造后的试验设备能够与整个系统结合紧密、运行稳定, 同时也必须保证试验数据的准确性、及时性、完整性。

在这里, 采用了数字码盘与试验设备的数据表达机构的指针拉杆进行关联来获取试验设备的试验数据。如图2所示, 通过机械机构将试验机的数据表盘指针拉杆横向位移转变为数字码盘的转动, 进而驱动数字计数器进行计数操作。数字计数器将计数结果通过计算机接口板传输到计算机内部进行数据预处理, 最后将经预处理后的数据通过计算机网络传送到数据库服务器保存。

与其它的方法相比, 在进行原有试验机的技术改造时采用数字码盘进行数据采集有着明显的优点: (1) 在保证原有试验设备试验精度的同时, 能够有效的避免人工读取数据时的误差; (2) 能够保证数据采集可靠、准确地运行, 从而提高整个系统的可靠性; (3) 能够最大限度地减小技术改造费用, 节约资金。

4 试验数据管理模块

试验数据管理模块的主要功能为对所有的试验数据进行保存、处理并生成相应的试验报告, 同时提供试验数据的查询、统计及档案管理功能。

在建立与应用现代管理制度的过程中, 随着计算技术的飞速发展, 特别是软件开发技术与数据库技术的发展, 计算机在其中所起到的作用与提供的功能以越来越为人们所认可。管理信息系统 (MIS) 正是应现代管理制度的要求, 以计算机技术为基础, 以管理信息数据库为核心所建立的由人、计算机等组成的能够进行管理信息的收集、传递、存储、加工、维护和使用的综合系统。实际上, 任何的企事业单位均有信息流动, 均有信息管理的要求。管理信息系统正可以满足企事业单位中的处理日常业务和产生各种报表的要求, 以提高工作效率, 节省人力, 保证质量。

在建材检测试验数据采集与管理系统的开发与研制过程中, 提出了以管理信息系统的设计思想为设计准则, 以建筑材料检测试验数据为核心, 以计算机局域网络为网络架构, 应用关系数据库模型来进行试验数据管理模块的开发工作。

如图3所示, 试验设备与仪器将试验传感器上所得到的信号传输到下位机 (试验设备控制微机) 中, 下位机将试验的原始记录进行数据预处理后通过局域网络传送到数据库服务器中与相应的见证登记信息 (送样单) 结合形成试验报告后存储起来等待进一步处理。试验管理人员对试验报告进行编辑、修改并报请审核后, 才能够生成打印格式的试验报告报表用于打印输出。生成后的试验报告报表一方面作为建筑材料检测结果发放给用户 (委托单另一方面报送财务并进行留档、计费等处理。

在生成相应的试验报告后, 试验管理人员便可以方便高效地对试验报告的内容进行查阅、统计及年度档案管理等工作。通过内部计算机局域网试验管理人员能够实现随时对任意试验报告按照一定的查询条件进行查找定位、调阅或编辑试验报告内容、打印试验报告;实现按照特定的查询条件, 如工程名称、生产厂家、试验日期等进行试验报告的分类统计, 从而查找到符合特定查询条件的试验报告;实现按照各个工程分别进行试验报告自动计费, 即将每日所生成的试验报告按照该试验报告所属的工程名称进行记录、汇总、计费等操作;实现试验报告档案管理, 即可以创建、调阅、修订试验报告档案数据。

综上所述, 试验数据管理模块所提供的各类功能显然可以大大地缩短试验数据处理时间, 实现试验报告的机上审核, 实现试验数据的保密功能及数据安全性管理, 实现试验数据的档案管理和统计查询功能。这些对于提高工作效率、减小试验人员的工作负荷方面也将取得明显的效果。

5 结论

对建材检测试验数据采集与管理系统的开发与研制进行了全面的阐述与说明。通过在哈尔滨市第一建筑公司、第三建筑公司和中铁十三局的建材质量检测站的实践表明, 对于提高建筑材料检测试验过程中的工作效率、减小试验人员的劳动强度、保证试验质量起到了相当大的作用, 达到了预期的应用效果。同时, 对于将来开发能够达到检测过程全面自动化、智能化的建材检测系统也积累了丰富的实际经验。

参考文献

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[3]阙沛文.微型计算机在检测技术及仪器中的应用[M].上海:上海交通大学出版社, 2000.

[4]沈兰荪.智能仪器与信号处理技术[M].北京:科学出版社, 1990.

[5]王锦标, 方崇智.过程计算机控制[M].北京:清华大学出版社, 1992.

网络传输计费系统的数据采集与传输 第5篇

【关键词】 数据传输系统;数据采集;交换技术

对于客户而言，通信子模块提供实际到交换机的物理通道，在已建立的物理通道上可分为命令通道和状态通道等类型，计费命令通过命令通道下达给交换机，交换机报告信息通过状态通道传送出来，对于特定型号的交换机需要采集前置机 完成与交换机的交互操作，来屏蔽各种交换机的异构性，从而使采集模块向客户提供一个统一的界面。

计费数据采集负责对交换机数据准确地采集处理是将交换机中的计费数据通过采集传送到计费中心以进行后台数据的集中处理和面向具体业务的综合业务处理。

数据采集与管理系统 第6篇

【关键词】工业仪表；无线数据；采集系统

基于ZigBee工业仪表无线数据采集方案，主要运用ZigBee技术，搭建一套无线的数据采集方案，利用虚拟仪器技术和数据库技术，实现工业仪表数据的采集和收集。通过大量实践证明该系统运行可靠、性能稳定、能耗低，在工业生产中发挥重要作用。

一、系统总体结构设计介绍

工业仪表无线采集系统整体分为数据采集端和数据管理中心两部分。为了更好的实现对不同工业仪器仪表的数据采集，ZigBee适配器拥有多个采集接口，并通过串口的方式和工业仪器相连采集仪表的各种输出数据，比如测量数据、过程数据等，最后将采集的数据结果通过ZigBee网络发送给ZigBee协调器，以此完成数据的采集任务。

在数据管理中心，ZigBee无线网络协调器以串口的方式和管理中心计算机相连，在无线通讯模块的帮助下完成采集数据的收集工作。为了实现数据的整理和分析，数据管理中心需要安装软件相关软件，比如，监控软件和数据库软件等。

二、数据采集端设计

1.硬件设计

（1）ZigBee协调器设计

ZigBee无线数据采集系统要想正常工作，必须拥有专门的部件控制网络的运行，负责网络的建立、保证网络信号的正常传输、管理网络各个节点的任务。基于ZigBee无线数据采集系统的协调器主要由串口通信模块、无线通讯模块、液晶显示模块、电源模块和按键输入模块组成。而将电源模块、液晶显示模块、按键输入模块、串口通信模块设计在同一个板卡上称之为网络扩展板。无线通信模块和网络扩展板之间通过I/O相连的方式组成ZigBee协调器。

液晶显示器和无线通信模块通过I/O接口相连，能显示网络中各个节点的数据，实现对网络节点的管理。另外，将无线协调器通过自身的RS-232接口和计算机相连可以接收由串口传输的数据。无线数据采集系统工作时，协调器始终保持信息的接、发送状态，且使用外部供电方式。

（2）ZigBee适配器设计

为了实现对工业生产中不同仪器的数据采集，ZigBee拥有多种数据采集接口，比如现场仪器的工作电压、电流和脉冲信号等，整个适配器系统主要以CC2430模块为核心。

工作中为了实现数据采集的通用性将各种模块比如，电压、电流转换模块、脉冲采集模块等设计安装在同一个工作面板上。将适配器安装在需要采集数据的仪表上，以此完成数据采集工作。

2.软件设计

（1）ZigBee协调器软件设计

ZigBee协调器和ZigBee适配器安装的程序，均以ZigBee协议栈为基础。程序运行时首先对协议栈、CC2430以及液晶初始化，同时打开中断。初始化结束后，协调器开始建立网络连接，如果连接成功会在显示器上出现连接成功的提示信息，ZigBee主要通过自组织方式建立无线网络连接链路。然后开始对网络节点进行监控，并对加入的节点发送是否同意接入的命令，如果允许节点接入，协调器还需要负责节点信息的接收工作，同时将接收的数据信息向上一级管理结构传送。

（2）ZigBee适配器软件设计

当无线数据采集协调器建立网络连接后，适配器开始搜索网络同时发送加入网络的信号。一般加入网络后ZigBee适配器进入休眠状态，这种机制的设计能够最大限度的降低能耗。在整个系统中适配器按照设计规则间歇性的工作，根据设定的时间进行数据的采集和发送相关的数据。节点同样才用低能耗设计方式，当网络中有数据传送节点被唤醒进入工作状态，否则进入低能耗的休眠状态。CC2430主要有PM0、PM1、PM2、PM3四种休眠模式，其耗能依次有大到小。ZigBee无线数据采集系统采用PM2低耗能休眠模式。另外数据发送的时间可以自行设定，这里设为500ms。

三、系统测试

1.整体功能测试

在安装ZigBee无线数据采集系统之前，需要对系统采集信息的准确性进行测试。选择和仪表具体工作环境类似的多相流检测实验室，对ZigBee无线数据采集系统整体工作性能进行测试。测试中以采集温度变送器、压力变送器以及电磁流量器为目标进行，测试结果显示采集的电压、电流信号等参数满足要求，并且系统工作稳定。

2.无线通讯距离测试

在实际工作中为了保证采集信息传输的正确性，研究丢包率和组网时间关系，需要对适配器和协调器之间的距离进行测试。另外，测试需要考虑在无障碍和有障碍两种条件下进行。

在无障碍条件下如果两个节点的距离小于50m，则需要对每个距离测试三次；当节点之间的距离大于50m时，需要对每个距离测试五次，并将测试时间保持在10分钟，并对测试的结果记录分析，最后得出以下结论：当节点之间的距离大于60m时，信号传输很不稳定且经常出现信号中断情况。

在有障碍环境中测试时，分别测试障碍物厚度为30cm和60cm的情况，将障碍物放置在两个节点中间，测试过程中需要不断增加节点之间的距离，每个测试点进行三次测试，并保持测试时间为10分钟。对测试结果记录分析得出以下结论：当障碍物厚度在30cm时，节点之间的距离大于25m传输信号变得微弱，经常出现中断情况；障碍物厚度在60cm，节点之间距离超过5m信号受影响比较明显。

对无线通讯距离测试，分析无线信号传输距离对信号的影响，给实际工作节点距离布置提供有意义的参考。

四、总结

工业无线数据采集系统能够远距离完成现场仪表数据的采集工作，通过对采集数据综合分析，采取应对措施对工业生产有效控制，从而提高生产效率，达到生产材料合理利用的目的。工业无线数据采集系统在工业生产中的优势越来越明显，加强对无线数据采集系统设计和实现的研究，对指导工业生产具有重要的现实意义。

基于ZigBee的工业仪表无线采集系统是仪表数据无线采集系统的主要代表，本文从硬件和软件设计方面对其进行阐述，提供了系统安装前的测试思路，为无线数据采集技术在工业上的设计和实现提供参考。

参考文献

[1]沈晓昱，李文军，孙斌.基于ZigBee的工业仪表无线数据采集系统的设计[J].工业控制计算机，2009（11）

数据采集与管理系统 第7篇

关键词：无线数据传输,数据库,服务器

1 引言

生产型企业主要生产用水是指直接用于工业生产的水。对水处理系统采用实时监控系统, 能够及时细致地了解用水量的变化, 便于采取相应的措施, 用户受到地理环境和工作内容的限制, 对有线网络、有线传输的布线工程具有极大的不便。这时, 采用无线监控可以摆脱线缆的束缚, 具有安装周期短、维护方便、扩容能力强, 迅速收回成本的优点。本文介绍的水表数据采集传输管理系统是根据某生产型企业的室外距离较远及生产办公环境已较完善的现状而设计, 实现数据的实时无线传输, 并在中控室对数据进行存储、分析和管理。

本系统由电磁流量计采集现场水流量, 采集点共有50处, 厂区长2 km, 宽1 km, 采集点分布在厂区的各个用水地方。要求所有电磁流量计的信号以无线传输的方式采集到中控室, 在中控室的上位机上实现电磁流量计数据的实时监控, 做出相应的数据统计、报表分析、历史曲线。完成现场数据采集的电磁流量计采用TOSHIBA-TIG系列, 转换器为LF402型, 可外接GPRS通讯模块或无线数据传输电台。考虑到此生产企业的现状, 采用NH719-1数传电台, 上位数据采集处理软件采用VB6.0, 数据库使用SQL server2000来完成定时抄表功能。要求记录各个采集点的流量瞬时值和总流量 (即到目前为止的累积量) 。

2 无线传输系统

2.1 组网方式

系统采用主站+从站的组网方式, 主站位于中控室, 从站分布于各个水表现场。系统组网方式如图1所示。

本项目采用NH719-1数传电台, 采用先进的频率合成技术, CPU锁相环控制, 配合调制解调器, 可提供语音或数据信号的透明传输, 适应各种点对点、点对多点的无线数据通信方式, 具有收发一体、安装方便、使用简单、性价比高、稳定可靠等特点, 广泛用于各种数据的远程采集控制系统中。

国家信息产业部无线电管理局专门给SCADA系统辟出了223～235 MHz的无线数据通信专用频段。据此NH719-1数传电台工作频率选用230 MHz (220～240 MHz可调) , 最大发射功率为25 W, 可支持RS232和RS485通讯接口, 传输速率可调 (1 200/2 400/4 800/9 600 b/s) 。

系统主站位于中控室。系统主站的无线数传电台负责接收各个分站传来的现场数据。再通过工作站RS232串口将数据传输给上位系统, 由上位系统对数据进行存储分析。系统共有50个分站, 分布在各个用水处。分站的无线数传电台负责接收电磁流量计采集的实时数据, 再将数据发送给主站的无线数传电台。

2.2 通讯协议

系统主站与从站的通讯采用主从扫描式通讯协议, 每次通讯过程均由主机发起, 然后从机进行响应, 回传规定的信息, 完成一次通讯过程。主机发送至从机的信息由4字节组成, 第1字节是起始码 (0x2A) , 第2字节为从机地址, 其编码:0～127 (最高二进制位另有定义) , 第3字节为数据分类命令, 第4字节是结束码 (0x2E) 。从机接受到主机命令信息后, 按命令要求回传测量数据。从机响应主机命令, 回送10个字节数据, 分为命令段、数据段、校验和、结束标志4部分。

2.3 通讯测试

通讯测试的步骤如下。

1) 从站参数设定。

为每个从站的电磁流量计设定从机号和统一通讯速率。

2) 选定通讯频段。

每个无线数据传输电台上设有8位拨码开关, 通过调整拨码开关可为电台选定不同的频段。所有电台必须选择相同的通讯频段, 即拨码开关设为一致。通过实验, 为无线通讯选定无干扰的通讯频段。

3) 实现无线通讯。

由主站的PC发出通讯命令, 首先在发送给从机的信息结构中将地址码设为1, 功能码设为瞬时流量对应的编号00, 再加上起始码和结束码一起通过主站的电台发送出去。1号从机接收到主机命令信息后, 生成10字节的响应信息数据, 在数据段的位置填充要求的数据, 将其回传给主站。主站接收后再将发送给从机的信息数据中的功能码改为总流量对应的编号04, 再次发送出去。1号从机接收到之后, 在数据段的位置填充总流量值, 再次回传给主站。至此完成了主站和1号从站的通讯, 主站再将地址码改为2, 完成与2号从机的通讯, 直到完成与50号从机的通讯, 才算完成了一次完整的采集过程。

3 数传电台天线的选择和安装方式

由于生产型企业需要同时运转许多大型生产设备, 这些设备的高功率强磁场在一定程度上影响着无线数字传输的质量, 因此无线数传电台天线的选择变得至关重要。

按照正确的硬件安装方法安装并进行设定之后, 如果还不能接收到准确无误码的信息, 则需检查安装的天线是否合适。系统主站的位置紧邻大型生产设备运转车间, 如果将普通的吸盘天线安装在控制室室内, 会导致信号无法传输到从站。所以必须将天线架设在室外无干扰的地点来保证传输质量。这需要延长数传电台与工作站之间的连接线, 将数传电台和电源延伸到室外, 由于天线的室外安装点到室内工作站的位置的长度在10 m左右, 则主站可采用RS232接口的数传电台, 如果这一距离过远, 则需更换数传电台为RS485接口, 同时通过RS485-232转换模块来完成数传电台与工作站之间的通讯。为得到更加稳定无误码的通信数据, 主站天线采用玻璃钢天线来代替普通的吸盘天线, 可以减少信号干扰, 保证通讯质量。为了避免雷雨天气强电流对设备的损坏, 需在玻璃钢天线和数传电台之间增加避雷器。

系统从站的数传电台与电磁流量计连接, 所选用的电磁流量计为RS485接口, 则从站数传电台采用RS485接口。从站安装地点大多为室外空旷地点, 因此采用一般的吸盘天线就可以完成准确的数据传输。吸盘天线需安装在铁质物体上, 可以获得较好的通信效果。部分从站数据采集点位于大型建筑物底层, 则将馈线适当延长, 保证天线架设高度不低于二层楼高。如果从站数据采集点置于地井下, 考虑到地下的信号吸收和地井盖的屏蔽作用, 电台的天线采用小型橡皮天线或定制相应天线置于井盖表面。同时将数传电台的供电电压和电台发射功率适当提高也可改善通讯质量。系统如图2所示。

4 软件设计和功能实现

软件部分主要完成现场信号的获取、处理及计算, 结果的显示、保存和打印等功能。抄表周期设为6 min, 系统每隔6 min发起一次数据采集过程, 每次数据采集过程要依次完成对50块水表的瞬时水流量和累积用水量的采集。

4.1 数据采集

中控室工作站对现场信号的获取是通过主机RS232串口与无线数据传输电台的通讯实现的, 是软件部分的核心。VB语言是基于Windows操作系统的面向对象的程序设计语言。VB带有专门管理串行通讯的MSComm控件, 利用它只需要设置几个主要参数就可以实现PC机与无线通讯模块的串行通讯。

4.2 数据库设计

SQL server功能强大, 能完整实现数据库系统的所有功能。系统设计的数据库表如下:数据库名称为WXC;数据表为水表。

工作站将从PC串口上采集到的现场数据在VB组态画面上显示, 同时存入SQL server数据库的WXCS数据库的水表表单下。

4.3 系统画面创建

本系统中最重要的功能为实时数据显示。实时数据显示的画面如图3所示。

其他功能为历史数据查询、数据曲线图、报表绘制、打印操作、值班员值班记录等窗体界面。

5 结论

系统采用无线传输管理系统之后降低了综合成本, 即只需一次性投资, 无须挖沟埋管, 且维护费用低。系统经过调试运行:保证了在长2 km宽1 km的厂区内的水表数据的无线传输, 且运行稳定、实时性强、误码率低, 满足全部生产要求。上位系统功能齐全, 能够保存历史数据长达1 a, 为生产的成本分析提供了强大的保障, 降低了清水用量和生产开支, 同时降低了生产劳动强度, 提高了管理水平。

参考文献

[1]许辉, 王永添, 陈多芳.现代通信网技术[M].北京:清华大学出版社, 2004.

[2]杨帮文.最新工业自动化测控应用手册[M].北京:机械工业出版社, 2007.

数据采集与管理系统 第8篇

目前的电力数据采集与监控终端系统所采集的范围小、频率低,不具备实时的分析管理能力。在未来的电力管理系统中,不仅系统的采样频率需要明显提高,电力系统数据采集的范围也将大大扩展。智能电表以及各种智能家电的嵌入式系统都可能向管理系统提供大量的实时信息。数据采集网络所产生的数据量将是非常惊人的,以电力系统现有的信息处理能力将不足以完成对海量数据流的存储和分析功能。总之,电力系统现有的计算和信息处理平台不足以支持智能电网的实现,构建新的电力数据采集与管理系统就成为值得考虑的重要问题。针对上述情况,本文研究了云技术在电力数据采集与分析管理中的应用,为系统提供海量数据存储管理与高性能计算环境。

云计算是分布式处理(Distributed C o m p u t i n g)、并行处理(P a r a l l e Computing)和网格计算(Grid Computing)的发展,是通过网络将庞大的计算处理程序自动分拆成无数个较小的子程序,再交由多部服务器所组成的庞大系统经计算分析之后将处理结果回传给用户。通过云计算技术,电力通信网关成为网络服务提供者,处理来自本地电力二次设备的监测信息,保证信息及时有效处理,达到和“超级计算机”同样强大的网络服务。

云存储的概念与云计算类似,它是指通过集群应用、网格技术或分布式文件系统等功能,将网络中大量各种不同类型的存储设备通过应用软件集合起来协同工作,共同对外提供数据存储和业务访问功能的一个系统。在这里,我们的电力数据采集和管理终端系统实现各个节点的数据采集、云计算、区域数据分析、分类显示和交互访问等支撑功能。

2 物理组成

一套完整的电力系统数据采集与管理系统,包含了较多的子系统,由不同的网络节点组成。主要的组成分为三部分:集中云计算与存储管理平台、数据采集与处理终端、电力数据节点。其示意图如图1所示。

集中云计算与存储管理平台是鉴于电力系统数据的实时性、大容量、宽范围,在电力系统完全利用现有的物理网络设备建立电力系统的云计算和云存储管理中心。利用这种云技术模式,电力系统完全控制云计算方式,这样的云储存和计算资源的访问可以完全由电力系统自己控制,而不是公用的云计算服务的提供商,相当于使用系统自己建立的电力系统智能云。面向智能电网的电力系统云计算、云存储就是为了实现真实的智能电网管理系统。

数据采集与处理终端系统是集数据采集、计算、分析、显示、智能交互于一体的区域数据管理系统。该系统是区域性电力数据管理系统,其数据采集是将各个用户单元、用户节点的电力电表数据收集到一起,根据不同的地址空间和节点名称来区分;采集了改区域的数据后利用自身的硬件资源来计算该部分的各种数据,然后充分利用网络资源的云存储,与之交互,与本地资源相对比分析,分门别类的根据要求显示不同种类不同时间段的数据特性。

电力数据节点则是智能电网的最基本的组成部分,直接与用户的实际用电情况相关,一般为智能电表,直接与数据采集与处理终端进行数据交互,为上层的系统管理提供最直接的数据信息。

3 系统层次架构

电力系统智能云技术通过集群应用、分布式计算等系统功能将电力系统内网络中的几乎所有网络和计算应用软件集合起来协同工作,共同对各级电网和计算机终端提供数据储存和计算服务。本文的终端系统将数据集群功能、云计算处理、云存储、分布式分析与显示等功能联合起来,通过各个软硬件接口,为电力系统各级电网和计算机终端提供智能终端服务系统。该系统的层次架构如图2所示。

数据采集层:是电力终端管理系统最基本的数据汇集,通过各种总线接口与各个智能电表节点相连,为系统采集各个节点的数据。包含了最底层的通讯接口、数据采集换算和安全校验。

基础管理层:改终端系统的云计算和存储中心,主要是与数据采集层交互,将采集的各个节点的大量数据,统计计算、分解存储、集中管理,并通过这些数据监控各个智能电表节点的实时状态,完成相应合理的应对措施。

应用接口层:是该系统最灵活的部分不仅有承上启下的作用,是管理远程数据和本地数据交互的桥梁,而且各级电网可以根据需要、权限,提供不同的接口和服务。应用层通过用户权限的验证后,可以开启相应的功能,对权限范围内的各点数据进行分析整理,以各种形式图形化的显示电力耗能、历史情况和未来走势等。

高级访问控制层:是系统云技术的核心,通过远程电力监控管理中心的云计算和云存储,与本地的分布式存储系统、小型云计算数据交互的高级接口。在大量数据的融合交互的情况下,体现云服务的概念,完成远程监控中心的高级终端要求、系统调度、计划管理和相应的维护。

4 设计实现

该系统以双进程和多线程的混合模式架构来实现,如图3所示。系统开始后进行初始化,并创建守护进程和应用进程。守护进程用来守护应用程序的正常运行,在应用程序出现异常时让设备复位重启,快速恢复正常运行。应用进程则是该电力数据采样和管理系统的具体实现,分为多个线程并行处理。两个进程间通信采用消息队列的方式,进程间通信异常时,守护进程是设备复位,产生系统自愈。应用进程下的各个线程按功能模块划分,分别完成不同的功能,实现实时采集、实时计算分析、实时监控、实时安全防护、实时调度和实时交互等功能。

按照应用程序的实现,各个节点数据经过采集、计算、分析后,能够存储并对比显示,直观的呈现给用户。如图4所示,是一片大楼区域的历史数据对比分析。

5 结语

综上所述,云技术在电力系统中的运用,将对整个电力系统信息交互、计算和存储产生巨大的推动作用,在当前的网络和设备资源下,最大限度挖掘系统现有计算和储存资源能力,提高当前系统的整体性能。能够解决当前电力系统中的诸多难点,从而极大地提高未来支持电力系统的分布式数据处理能力、资源优化配置能力、科学决策管理能力和灵活高效调控能力。为智能电网在我国的建立和实现提供强有力的技术支持。

参考文献

[1]刘鹏.云计算[M].北京:电子工业出版社,2011.

[2]曹阳,高志远等.云计算模式在电力调度系统中的应用[J].中国电力,2012,45(6):14-17.

[3]陈小潮.云计算在智能电网调度技术支持系统中的应用研究[J].华东电力,2010,38(6):801-803.

谈多路数据采集与处理系统 第9篇

关键词：数据采集,数据通信,技术应用

0 引言

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、分析计算并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系统、数据存储与管理、数据处理、数据输出及显示这四个部分组成。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,分辨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的物理量形式,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。

1 数据采集在电测专业中的应用

数据采集就是将被测量对象的各种参量通过各种传感器元件做适当转换后,再经信号调理、采样、量化、编码、传输等步骤,最后送到控制器进行数据处理或储存纪录的过程。控制器一般均由计算机承担,所以说计算机是数据采集系统的核心,它对整个系统进行控制,并对采集的数据进行加工处理[1]。

电测试验专业主要负责电测、热工、电能质量三大专业的技术监督管理及实施工作,各项工作的开展都与数据采集密不可分。尤其是进行室内仪表检定时,校验仪器能实时显示检定数值与实际值的误差,但校验仪器还存在着一个缺陷,就是不能对历史记录进行查询,如对某个测试值存在疑问时无法查询该检定仪表在检定过程某个时刻所显示的历史值。为此,通过开发一个上位机监控软件,对校验过程中得到的数据进行实时曲线绘制、报警设置、历史曲线绘制、数据的保存和查询等分析与处理。

2 多路数据采集系统软件

2.1 多路数据采集系统软件的设计

本文设计的数据采集系统是基于PC硬件平台,采用研华PCL-812PG多功能数据采集卡作为数据采集工具,并利用Visual Basic软件进行多路数据采集与处理系统的程序设计。其结构如图1所示。

程序指令如何由总线传达到DAQ(Data Acquisition Card)卡,并使DAQ卡执行控制或返回DAQ卡的状态信号数据?这是一个相当不容易解决的问题。在以往DOS的时代里,利用Input/Output指令可以直接控制计算机上的地址,但在Windows操作系统中已经不能直接这样做了。

Visual Basic本身的程序无法直接控制DAQ卡,必须借助DLL或是额外OCX控件的协助。一般的厂商经常会提供相应的DLL程序提供方便的途径供用户快速地达到控制的目的,较大型的厂商通常也会提供OCX,帮助用户以最方便的方式和DAQ卡通信[2]。两方式都很好,可以根据使用的场合而定,如果使用的信息采集量不是很多,而且不在意CPU被占用的时间,使用OCX是相当方便而且简单的。如果希望对DAQ卡进行底层控制,使采集卡的功能得以淋漓尽致地发挥,使用DLL函数调用可以使DAQ卡的控制达到最大的灵活性[3]。本文主要是使用研华PCL-812PG板卡所提供的OCX控件对其进行控制。针对一般的模拟输入、模拟输出、数字输入输出都有相对应的OCX可以使用。在将板卡驱动安装完成后,就会有这些必要的OCX存在,只要按照一般的OCX使用方式加载,并且按板卡的指导说明使用就可以了。

2.2 Visual Basic与数据采集卡的通信

在Visual Basic中,每个OCX所提供的属性、事件、方法统称为接口成员。本课题使用的DAQAI控件的主要接口成员如下。

Close Device:重置先前打开的设备。

Data Type:指定返回的数据的方式及类型:原始数据或转换后的数据。

Get Input Range:获取指定设备的输入范围。

Max Differential Channel:获取可用的差动模拟输入通道。

Max Single Ended Channel:获取可用的单端模拟输入通道。

Overall Input Range:指定设备的全部输入范围。

Open Device:打开所选的板卡设备。

Raw Input:读取采样中的数据,以二进制数值表示。

Realinput:读取采样中的数据,转换成电压值形式表示。

Select Device:弹出板卡选择对话框。

2.3 数据的读取、显示及报警

本数据采集卡给用户提供了两种读取数据的方法,分别是:以二进制的形式读取数据和以电压值的形式读取数据。本课题使用的是以电压值的形式读取数据然后再用Format函数使获取的数据精确到小数点后两位。以及使用Hex函数把经放大之后的电压值数据返回其整数的十六进制数表示其范围为000H~FFFH,同时以一定的放大公式将格式化之后的电压值转化成本设计中所要采集的温度、电压和流量数据。然后使用Timer控件使程序能够按照一定的时间段获取数据,将这些转化之后的温度、电压和流量数据以二维数组的形式保存下来并跟程序中的参数设置进行比较,判断其是否超出给定的上、下限同时在Label和Shape控件组中实行文字说明和图示报警。程序代码分别如下。

数据的读取和显示

报警设置(选取一路的报警设置,其他两路原理相同):

温度报警,wd为经转换后的温度显示值,wh和wl分别和该路通道的上下限:

Label21.Caption="温度过高"

Label21.Caption="温度过低"

Label21.Caption="温度正常"

End If

2.4 实时曲线的显示

实时曲线反映了现场数据的实时性和当前趋势,以监测该点在现场工况变化情况下的控制稳定性。因此,在实现时需显示曲线的动态变化,利用Picture Box控件让图形的显示能够不断地随采集到的数据而更新,从而使整个曲线动态地向左移动[4]。

在本课题设计中的动态左移是通过翻页的形式实现的,每页能画200个点,画满200个点之后翻页,在画点的同时根据读取的数据跟程序设置的上、下限参数比较分别以绿色的点表示正常,红色的点表示超出上、下限。

其主要程序如下,以一路为例,其他两路原理相同。

200个点以内温度曲线

End If

t=t+1(变量t为读取数据的记录数)画200个点以后翻页

2.5 历史数据的查询

将记录和数组两种数据类型结合,能够描述更为复杂的数据,尤其是具有表格形式的阵列结构。Visual Basic有一个表格控件(MSFlex Grid)能够方便适宜地显示这种数据形式[5]。表格控件用于对表格形式数据进行显示和操作。表格控件不是VB的内部控件,在集成环境的工具箱中见不到它。但能在“工程、部件、控件”标签中选择“micrsoft flexgrid control 6.0”将MSFlex Grid控件添加到窗体中。该控件提供了高度灵活的网格排序、合并和格式设置功能,网格中可以包含字符串和图片。Row、Col和Text为本课题中主要应用的该控件的属性,对Row和Col进行设置后,才能访问或修改单元里的数据(Text或Picture属性)。Text属性返回或设置由Row和Col属性所定义的当前单元格的文本内容。本程序中设置了三个表格控件,分别表示选择显示的数据记录号及数据,超出上、下限的数据的记录号及数据,然后对选择显示的数据加以比较大小,得出最大,最小值及其平均值。在显示数据的同时定义一个新的数组来表示所显示的该路通道的数据。

2.6 数据的保存

数据的保存及调用采用通用对话框Commondialog控件提供的一组基于Windows的标准对话框界面[6]。使用单个通用对话框可以显示文件打开、另存为、颜色、字体、打印和帮助对话框。在“工程、部件”中选择“Microsoft Common Dialog Control 6.0”控件添加到窗体。数据保存时首先设置过滤文件类型Commondialog1.Filter=“*.txt|*.txt”显示记事本格式的文件,然后对要保存的数据进行判断其是否超出上、下限然后给以一定的标记显示后进行保存。

2.7 历史曲线的显示

在本系统设计中不仅需要对历史的记录数据进行查询还需要对历史曲线进行观察。对历史曲线的查询主要由三个按钮完成,分别为“显示曲线”、“上页”和“下页”。

在历史曲线显示中每页能显示100个数据的曲线,显示曲线按钮主要以程序需要查看的起始记录号和100的整除得出起始所处的页数,然后确定坐标轴上的值,同时判断终止记录数能否在同一页内显示出来,如若不能在一页内显示出来就查看下页,同时确定下页的起始数据记录。

在下页的按钮中,首先确定翻页后所在的页数,然后判断该页的起始数据是否大于100和该页数的乘积,如若大于则能继续翻页,同时定义一个新变量为该页的页数,原定义的页数加1,该页的起始数据之后的点继续在该页上显示出来,直到能显示该页完整的100个数据,定义该页终止数据之后的那个数据为下页的起始数据。

在上页的按钮中,首先定义上述定义的新变量页数减1,判断其显示上页是否为起始页,如若是则显示从起始页的起始数据到该页数据满并定义该页的终止数据为下页的起始数据。如若非起始页,则利用该页数和100的乘积减去需要查看的起始数据作为该页的起始数据,然后在Picture控件上显示出该页的100个数据的点,并定义该页的最后一个数据为下页的起始数据。

3 结束语

本文介绍了一般的在Windows环境下基于Visual Basic软件,运用OCX控件实现对控制系统中的数据采集卡的程序开发的步骤和方法。根据上述可知,电子计算机的发展对通信起了巨大的推动作用。计算机和通信紧密结合可以构成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。

参考文献

[1]周林.数据采集与分析技术[M].西安:西安电子科技大学出版社,2005.

[2]师桂琴,刘绍中.用VB开发基于虚拟仪器的数据采集系统实例[J].计算机应用,2002,22(9):137-138.

[3]范逸之,廖锦棋.Visual Basic硬件设计与开发[M].北京:清华大学出版社,2004.

[4]李玉东,李罡,李雷.Visual Basic6.0控件大全[M].北京:电子工作出版社,2000.

[5]张瑜,韩玉杰,闵昆龙.基于VB的多路数据采集系统上位机软件设计[J].林业机械与木工设备,2007,35(1):29-30

水声信号实时数据采集与处理系统 第10篇

1 系统硬件设计

作为通用的信号处理平台,该系统具有24路数据采集功能,最高采样率3MHz,采样精度14位,模拟信号中心频率200KHz;8路低速D/A,用于时间增益控制;2路高速D/A,用于复杂发射信号的产生;一个RS232接口,连接温度传感器;一个RS422接口,连接压力传感器;I2C接口,连接姿态仪;56路可编程通用数字IO口,用于程控增益控制和简单发射信号的产生;一个千兆以太网接口,用于DSP和PC机的高速实时数据传输;256M的DDR 2内存;32M的FLASH;1M的EEPROM;256K18的FIFO;DSP以及FPGA的JTAG接口,用于系统的实时调试。系统硬件使用Cadence设计,10层PCB板,目前系统运行稳定,工作状态良好。系统的结构框图如图1所示。

1.1 DSP处理器

TMS320C 6455是TI公司推出的一款面向高端用户的高性能、定点数字信号处理器。最高工作频率为1.2 GHz,具有八个运算单元,每秒钟能够进行96亿次乘加运算,并且配有TCP和VCP两个协处理器,具有2M的内部缓存,配合256M的DDR 2内存,能够满足系统的实时性要求。

TMS320C 6455具有强大的IO能力,它是一款支持千兆以太网的DSP处理器,能够保证采集数据的实时传输,极大的提高了系统的性能。它还具有用于片级互联的RapidIO接口、PCI接口、DDR 2接口、64位的EMIF接口、I2C接口、McBSP接口、U-TOPIA接口、JTAG仿真器接口等。

1.2 现场可编程逻辑阵列(FPGA)

FPGA采用Xinlix公司VirtexII系列的XC 2V 1000,该器件的密度为100万门。XC 2V 1000工作在420MHz,IO口的最大读写速度为840Mb/s。内部含有720K的双口RAM,160K的可分配RAM,40个乘法模块,最大可用IO口328个。

FPGA主要完成系统的逻辑功能和扩展接口功能。由于采集通道数较多,采集数据为串行数据,所以A/D之后的数据先送入FPGA进行串并转换和简单的处理。高速D/A的数据线较多,所以先把数据送入FPGA后再写入D/A转换模块,同时通过FPGA扩展了程控增益控制线和差分信号线。FPGA和DSP的数据采用DMA方式传输,能够提高系统的性能,满足了实时性的要求。

1.3 信号模数转换模块

声纳系统大部分工作在500KHz以内,根据奈奎斯特采样定理,要想恢复出原始信号,采样频率要高于最高频率的两倍,因此A/D转换芯片的采样率要高于1M。由于数据采集通道较多,为了节省板卡空间,应该采取管脚数较少,通道数较多的A/D转换芯片。LTC 1407A就满足上述条件,LTC 1407A单通道采用率为3M,双通道同时采样率为1.5M,输入差分模拟信号,输出串行数字信号,采样精度为14位。

1.4 千兆以太网接口

基于TMS320C 6455片内EMAC/MDIO模块、片外AgereET1011C PHY芯片及其外围电路的接口设计,可以快速地实现OSI模型中数据链路层和物理层的功能。AgereET1011CPHY芯片是千兆以太网物理层自适应收发器,支持IEEE 802.3标准,提供RGMII,GMII,MII,RTBI和TBI接口,能够与TMS320C 6455中的EMAC/MDIO模块无缝连接。支持10/100/1000Mb/s全双工数据传输。接口电路如图2所示。

2 系统软件实现

DSP数据采集系统的软件调试与开发均采用针对TMS320C 6455的CCS3.2版本。TI公司为用户提供的软件开发工具CCS(CodeComposerStudio),提供了可视化窗口,将所有代码生成工具集成在一起,用户的一切开发过程都是在CCS中进行,包括项目建立、源程序的编辑、程序的编译和调试,另外CCS还提供了实时操作系统DSP/BIOS,极大的方便了用户调试和开发。

2.1 TCP/IP协议栈的实现

NetworkDeveloper'sKit是TI公司开发的专门针对DSP系统的网络开发套件,最新版的1.92和1.91支持TMS320C 6455芯片,使用该套件编程与在Windows下使用套接字编程一样方便,针对不同的平台,用户只要在编译的时候选择自己的平台即可以生成驱动程序。在进行数据发送和接收的时候只需要调用NDK提供的内部函数就可以了。系统使用NDK协议栈,编写了针对TMS320C 6455的驱动程序,完成了TCP传输,并且进行了各种网络性能的测试,运行良好。

2.2 DSP应用程序

软件实现的是客户端程序,采用流式套接字。软件设计过程中采用C语言和DSP/BIOS实时多任务操作系统,实现对24路高速模拟信号进行采集、处理和传输,流程图如图3所示。软件存储在Flash中,上电启动后进行初始化,启动网络监听程序,等待服务器端的指令,根据服务器的指令进行数据采集,滤波和波束形成,通过网络传送到计算机中进行显示和控制。

2.3 上位机应用程序实现

系统采集的数据经过处理后传送到上位机中进行显示和控制,同时上位机要传送各种命令和参数给DSP,因此上位机的程序应该包括显示控制模块、网络通信模块以及简单的数据处理模块。PC端的程序采用VisualC++和MFC设计,使用Windows套接字进行网络传输。

程序具体设计中,根据设计功能需求,在主线程的基础上创建了2个线程来实现数据接收和数据显示处理功能。程序流程图如图4所示。

3 结束语

硬件设计中,使用了最新的功能强大的DSP处理器TMS320C 6455,是国内最早将该芯片成功应用于实际项目的单位之一,同时成功的实现了基于DSP的千兆以太网传输,解决了远距离大量数据的实时传输。软件设计方面,采用C语言和标准的库函数,具有良好的兼容性和扩展性,能够方便的把代码移植到其它DSP平台。

水声信号实时数据采集与处理系统功能强大,通用性强,具有很好的扩展性,能够满足未来几年各种声纳系统的需求,具有广泛的应用前景。水声信号实时数据采集与处理系统目前成功应用于便携式蛙人探测声纳中。

参考文献

[1]Magdalena Lovescu,Mike Denio.Software Operation of Gigabit Ethernet Media Access Controller on TMS320C645X DSP,SPRAA90.TI Inc.October2006.

[2]TMS320C645X DS PEthernet Media Access Controller(EMAC)/Management Data Input/Output(MDIO)User’s Guide,SP-RU975B[R].TI Inc.August2006.

[3]TMS320C6000Network Develop’s Kit(NDK)Software User’s Guide,SPRU523C.TI Inc.January2007.

[4]TMS320C6000DSP/BIOS5.31Application Programming Interface(API)Reference Guide,SPRU430N.TI Inc.September2006.

[5]冯琛华,别红霞.基于DM642的以太网通信接口设计.信号处理,2007,23(5):783～785

[6]杨建,张慧慧.基于DSP的嵌入式网络化数据采集分析系统.北京工业大学学报,2006,32(8):710～713

多路数据采集系统的设计与实现 第11篇

随着物联网技术的发展与应用,A/D数据采集是其中一项重要的研究课题,A/D多路采集系统实现方案可以多种,通过对三种实现方案进行比较,最终采用STM32系列ARM芯片进行设计。STM32是基于ARM Cortex-M3内核的32位处理器,具有杰出的功耗控制以及众多的外设,并具有极高的性价比,目前正逐渐抢占了电子领域原有的51、AVR的市场。本设计中采用STM32F103RBT6作为主控制器[1],该芯片配置丰富,便于今后的系统功能扩展。

1 方案比较与论证

为实现多路数据采集要求,提出如下三种设计方案:

(1) 基于单片机的数据采集系统[2,3]

本方案采用双单片机的方法,即在数据采集的远端、近端均采用单片机控制,远端完成数据的采集、抽样、发送;近端完成数据的接收、校验、处理和显示等,键盘控制数据显示。在近端与远端的通信中,采用RS 485差分方式接口,以提高通信速度与传输距离。该方案存在不足之处是:A/D接口和RS 485接口编程不方便,采集信号的频率范围和速率较低,实用性不大。

(2) 基于CPLD的数据采集系统[4]

采用CPLD对A/D芯片的采集控制,通过USB接口传输给上位机,优点是可以实现高的采集速率和采集精度,有着较大的实用性,但难点之处是CPLD对A/D模块的控制,及单片机对USB的配置。

(3) 基于ARM的数据采集系统

本方案主控器采用STM32系列的ARM芯片,方案如图1所示。

此方案中A/D转换器为ARM芯片内置,采集的方式、起始时间和持续时间由上位机通过RS 232口控制,数据通过USB接口传输至上位机保存。考虑到使用笔记本作为控制上位机时没有232接口,使用USB转232的电缆提供RS 232控制信息。

由于A/D芯片内置,芯片价格也便宜,电路设计较前面的简单,且ARM自带的A/D采集方式多样,并可以通过配置ARM芯片内相应的寄存器就可以实现,因此实现简便。考虑到后面的扩展需要和应用的广泛与实用性,本设计采用此方案。

2 系统设计原理[5,6,7]

电路设计原理如图2所示。

该电路主要由电源模块, 主控器模块, 显示模块,SD卡模块,USB转232模块等几个部分组成。

(1) 主控制器

采用STM32F103RBT6作为MCU,其性价比很高,该芯片具有20 KB SRAM、128 KB FLASH、3个普通的16位定时器、1个16位的高级定时器、2个SPI、2个I2C、3个串口、1个USB、1个CAN、2个12位的ADC、51个通用I/O口。因为主控器STM32是3.3 V供电的,所以需要将USB的5 V电压转换为3.3 V。这里采用电源线性稳压芯片AMS1117-3.3,将5 V转换为3.3 V。

(2) 液晶显示

电路中采用通用的LCD接口,支持8位或者16位总线或者SPI的液晶屏。该模块采用TFTLCD面板(薄膜晶体管液晶显示器),可以显示16位色的真彩图片,提高数据显示效果,同时也可以将采集数据以图形曲线的方式形象的表现出来。该模块有2.4′/2.8′两种大小的屏幕可选,320240的分辨率,16位真彩显示,自带触摸屏。接口采用80并口与外部连接,采用16位数据线。

(3) JTAG

采用标准的JTAG接法,STM32的SWD接口与JTAG是共用的,只要接上JTAG,也可以使用SWD模式下载并调试代码,多数情况下使用SWD来下载调试代码,节省资源、而且下载速度也快。

(4) SD卡

利用SD卡,扩大容量存储设备,用来实时保存采集的数据,既可以弥补没有上位机的情况,也更方便于事后对大量的数据的分析与处理。

(5) A/D采集

STM32本身拥有1~3个ADC,这些ADC可以独立使用,也可以使用双重模式(提高采样率)。STM32的ADC是12位逐次逼近型的模拟数字转换器。它有18个通道,可测量16个外部和2个内部信号源。各通道的A/D转换可以单次、连续、扫描或间断模式执行。ADC的结果可以左对齐或右对齐方式存储在16位数据寄存器中。最大的转换速率为1 MHz,也就是转换时间为1 μs。

3 软硬件综合调试结果

编写数据采集、触摸屏控制、上位机控制程序和液晶显示模块程序主要几个模块,将程序下载并进行系统调试,最终效果如图3,图4所示。

系统可以通过触摸屏选择实现对8路数据的单路采集或多路循环采集模式,数据采集的结果可在液晶屏上显示,也可传输给上位机或保存在SD卡中。通过比较被测电压和数据采集到的电压值,测量精度符合设计要求。

4 结 语

本系统电路简单,成本低,并具有一定的可扩展性和实用性。ARM自带的A/D采集方式多样,可以通过配置ARM芯片内相应的寄存器就可以实现,因此实现简便。主控器STM32芯片是基于ARM Cortex-M3内核的32位处理器,具有杰出的功耗控制以及众多的外设,具有极高的性价比,在工业控制、消费类电子产品、通信系统、网络系统、无线系统等多个领域具有广泛的应用前景,因此值得研究和推广。

参考文献

[1]意法半导体.STM32中文参考手册[M].10版.上海:意法半导体(中国)投资有限公司,2010.

[2]全国大学生电子设计竞赛组委会.全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编(1994—1999)[M].北京:北京理工大学出版社,1997.

[3]黄智伟.全国大学生电子设计竞赛系统设计[M].北京:北京航空航天大学出版社,2008.

[4]王振红,张斯伟.电子电路综合设计实例集萃[M].北京:化学工业出版社,2008.

[5]刘军.例说STM32[M].北京:北京航空航天大学出版社,2011.

[6]刘同法,肖志刚,彭继卫.ARM Cortex-M3内核微控制器快速入门与应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2008.

[7]李宁.基于MDK的STM32处理器开发应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2008.

[8]陈尚松.电子测量与仪器[M].北京:电子工业出版社,2005.

[9]蔡畅,戚文军.数据采集系统设计[J].现代电子技术,2012,35(1):128-130.