多路數據自動采集系統的設計與實現

紹興天然氣投資有限公司，浙江紹興，312000

摘 要：在實際生產中，往往有對多路數據進行不間斷集中監測的情況發生，這就需要設計一個多路數據的自動采集系統。本文介紹了一個可同時對多個采樣點進行數據讀取的主—從機體多路無線數據采集系統。該系統可實現采集數據的自動化分析，而且系統可靠性較高，成本較低，數據分析及時。

關鍵詞：多路無線數據；采集系統；數據傳輸；數據接收

引言

本系統設計的主要任務是實現多路無線數據采集系統的設計。系統設計分為數據采集端設計、無線數據的傳輸以及數據接收端的設計三大塊。數據采集端主要對環境的物理參量進行多路采集，然后以無線方式進行數據的傳輸，并傳至數據接收端進行數據的簡單處理，最終展現在用戶面前。

1數據采集端設計

數據采集端主要用于獲取各種現場測量數據。在計算機控制系統或計算機信息管理系統中，需要采集各種信息并將其送入計算機內部進行處理。主要包含有壓力傳感器、信號調理電路、A/D轉換器件、單片機及無線收發模塊。

系統中的壓力傳感器為壓阻式傳感器，主要作用是把外部壓力的變化轉化為4～20mA的電信號，方便計算機進行信息處理。壓力傳感器的下級單元為放大器，主要功能是將壓力傳感器轉化而來的較小的電信號進行放大處理，從而獲得易于識別和靈敏度較高的信號源。經過放大的電信號通過A/D轉換器件，將由放大得來的模擬量信號轉換為便于計算機識別的數字信號。之后，該數字信號在計算機內部傳輸，并最終交由系統中的單片機進行數據分析。采集系統中還有一路溫度采集電路，主要是采集現場溫度場的變化傳輸到單片機進行綜合分析。無線收發模塊是采集系統中數據傳輸模塊，是把系統的壓力數據以無線方式發送給數據接收端。主要設計線路如圖1所示。

2無線數據傳輸模塊設計

短距離無線通信具有不受地理條件限制，抗干擾能力強，安全性好，安裝工藝簡易，而且可靠性較高等優點。目前應用較為廣泛的短距離無線通信技術包括無線局域網、藍牙及紅外數據傳輸等。短距離無線通信是現代科技應用的重點，同時也是本系統傳輸模塊的核心與難點。本系統無線數據傳輸模塊中的收發芯片選用的是nRF401芯片。

該傳輸系統可以以單工系統、雙工系統或半雙工系統工作。所謂單工系統是指信息傳輸僅介于生成信息的信號源與請求信息的目的地之間，即信息只能單向傳送；如果信息能夠在兩者之間雙向傳輸，即發送信息的同時也可以接受信息，且兩臺發射機同時工作，則為雙工系統；如果雙工系統的兩臺發射機不能夠同時工作，則該系統為半雙工系統。

信息傳輸的順序是：信號源經過信號調理裝置進行數據的調整，經過調整的數據通過發送裝置發出，發出的數據經過傳輸介質傳遞給接受裝置，然后再經過信號調理裝置進行數據整理，并將信息存儲于信宿。此過程就完成了從信息的發送到信息的接受。

3數據接收端的電路設計

數據接收端組成包括無線收發模塊、單片機、顯示器件、存儲器件以及用戶輸入端。單片機是整個接受端電路模塊的核心部分，通過它可以完成數據的處理與轉換。一般無線收發模塊接受到的壓力信號被單片機接收后，在其內部進行信號的必要處理，然后處理過的信號通過顯示設備顯示給各大用戶，同時也可以根據需要把數據存儲到存儲器件中。最后用戶可以通過用戶輸入端，用鍵盤與系統進行交互，嵌入想要某種控制的設計參數，對系統參量進行實時控制。

數據接收端的核心部件是MCU，它的選型與系統速度有著密切關系，同時也關系到系統的體積與功耗。選用優質的MCU能夠使整個系統設計復雜度降低很多，而且結構布局更加緊湊。對于信息處理量較大的系統，一般選用16位ARM處理器，如果信息處理量更加巨大，處理器任務十分繁重，且要求系統具有一定速度，一般選用更高位32位ARM處理器。本系統選用51系列8位單片機即可勝任信息處理任務。

本系統需要實現的功能較多，而且需要實現報警紀錄、采樣紀錄及系統配置參數的存儲，因此需要外加兩片EEPROM可擦式只讀存儲器。該存儲器通過IIC總線與MCU通信，可實現存儲器的即插即用功能。系統對每次采樣數據均以文件形式進行存儲，可實現對多個采樣點多次采樣進行存儲，有助于存儲空間的合理利用。

本系統設計是一種基于RF的無線數據采集系統的設計方案，選用的nRF401芯片能夠較好的完成預定任務。同時系統設計較為簡單，而且所耗成本不高，具有一定的實用性和可擴展性。但系統設計中仍然存在一些需要改進的地方，而且針對實際不同需要，需要對系統做相應的改動與調整，有待在實際應用中進一步實驗驗證。

參考文獻：

[1]于正同，王雅薈，邢金富.基于FPGA多路A/D自動采集系統設計[J].電子技術，2016，02：57-59+50.

作者簡介：

陳鑫鋼/男/1988年生/ 浙江紹興人/ 助理工程師/ 本科/研究方向為自動化數據采集和控制