集中式信息通信運行數據的自主采集系統設計

李敏+王國歡

摘 要： 傳統采集系統存在數據采集不準確、速度慢，不能滿足高效數據采集標準，為此，對集中式信息通信運行數據的自主采集系統進行設計。設計系統硬件框圖，分析多端口采集器，并使用多端口采集器將動態信號轉變成靜態信號；根據用戶需求對系統軟件設計流程展開分析，采取線性方程算法描述信息采集情況，進而對集中式信息通信運行數據進行準確采集。通過實驗驗證結果可知，該系統具有數據采集準確、速度較快，能夠滿足系統高效性采集要求等特性。

關鍵詞： 集中式信息； 信息通信； 運行數據； 自主采集； 多端口采集器； 系統設計

中圖分類號： TN911?34； TP242 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2018）05?0020?04

Abstract： Since the traditional acquisition system has inaccurate and slow?speed data acquisition， and can′t satisfy the standard of efficient data acquisition， an autonomous acquisition system of centralized information communication operating data is designed. The system hardware block diagram was designed. The multi?port collector is analyzed， and used to convert the dynamic signal into the static signal. According to the user demand， the system software design flow is analyzed， and the linear equation algorithm is adopted to describe the information acquisition situation， so as to acquire the centralized information communication operating data accurately. The experimental results show that the system has accurate and fast?speed data acquisition， and can meet the requirements of high?efficient acquisition.

Keywords： centralized information； information communication； running data； autonomous acquisition； multi?port collector； system design

0 引 言

數據采集系統發展受到通信網絡、信息傳感器技術、軟件技術的影響，在很大程度上限制了數據采集系統的發展。針對集中式信息通信運行數據的自主采集提出了新要求，其準確性和高效性成為當下采集系統設計標準。隨著科學技術的快速發展，現代化自動采集程度也在不斷提高，技術難度增加，使自動采集方式不斷發生變化[1]。從目前自動化發展趨勢看，自動采集技術趨于全程化，且在制造過程中任何領域都可實現自動采集與管理，由于系統設計所處環境的特殊性與復雜性決定了測試軟件中應具有多樣的處理功能，但是國內仍有不少數據采集系統存在功能單一問題，數據采集不準確，且速度較慢，不能滿足高效數據采集需求。

基于此，本文對集中式信息通信運行數據自主采集系統進行設計。該系統對數據采集速率與精準度方面極為苛刻，隨著采集速率的增加，在相同時間內采樣值就越多，因此，對數據分析處理時，獲取的信息數據規模較大。為了驗證系統設計的合理性進行實驗，并通過實驗結果可知，該系統采集效率較高，速度較快，能夠滿足系統高效性采集的要求。

1 自主采集集中式信息通信運行數據系統設計

在通信技術中應用數據自動采集系統可彌補傳統數據采集不足的問題，改善了時間與空間之間的界限[2]。當數據采集的電路通過數據傳輸將采集到的信息進行量化后，可通過接口傳送給計算機，并利用軟件完成集中式信息通信數據的處理，數據采集的硬件與軟件需通過圖1原理圖進行設計。

首先在通信網絡環境安全的情況下，借助傳感器檢測信號是否安全；然后對集中式信息通信運行數據進行傳輸，將其轉換成電信號，并進行信號調理和A/D轉換；最后使之轉換成系統中的處理信息信號，并記錄。

1.1 自主采集系統硬件設計

針對集中式信息通信運行數據采集系統專用性決定了數據采集、通信網絡傳輸應該遵守的應用環境[3]。在硬件設計過程中，被測試目標需要跟隨硬件系統設計中的多端口采集器進行數據收集，根據物理量變化對收集的數據屬性進行科學分析。由于進行數據采集時對設備要求極高，為此，在設計時需保持系統穩定性，如果失去了數據采集精準度，那么也就失去了數據采集系統的設計意義[4]。

通過通信網絡傳輸使集中式信息運行數據收集難度增加，考慮到運行數據的集中性，在硬件系統中添加了雙絞線對數據進行傳輸，如圖2所示。

利用數據自主采集設備采集相關數據，使用多端口采集器將信號連接在接線柱上，該接線柱可將動態信號轉變成靜態信號。利用雙絞線將被測目標的靜態信號傳送到采集器上，工作站接收信號后傳遞給系統，并對數據加以分析和處理[5]。

在硬件結構中，對多端口采集器進行數據自主采集具有數據庫與非數據庫之分，數據庫被廣泛應用到硬件設計之中，其優點是利用屬性結構存儲方式對信息進行采集；而針對非數據庫進行數據自主采集存在伸縮性強、可靠性高等優勢，遵循數據自主采集原則，其屬性結構具有不確定性，為此，設計多端口采集器可節省大量采集時間。endprint

1.2 系統軟件開發與設計

在數據采集系統軟件設計中，根據用戶提出的需求在宏觀上對用戶信息、設備信息進行管理；在微觀上對數據采樣時間進行設計[6?7]。系統軟件嚴格按照安全環境狀態下數據采集真實業務流程進行設計，其順序為：設備校正、參數設置、數據存儲、數據計算顯示、導出。如圖3所示。

系統軟件功能主要有：

1） 對數據進行初始化采集，設置各個采集通道；

2） 設置采集環境和參數信息；

3） 控制數據采集自動化過程；

4） 在采集過程中，各個采集通道數據需要經過存儲、計算、分析和顯示等步驟才能進行同步處理；

5） 嚴格管理用戶群，提高系統安全性與保密性。

在軟件設計過程中，設定每隔1 min對集中式信息通信運行數據變化進行記錄，時間間隔為50 ms，采集周期上限為10 min，每個采集器進行連接時，容易丟失10個數據[8]。為此，需利用多端口采集器對丟失的數據進行采集。

通常情況下，采取線性方程算法描述信息采集情況，采集數量選取區間的數據上限或者下限[9?10]，即為或5 200。設為采集時間，為數據采集數量，由此獲得的采集曲線任意方程為：

式中：和分別為數據采集的起始和終止時間；和分別為數據采集的起始和終止數量值[11]。

根據該計算方法，對集中式信息通信運行數據進行準確采集。

2 實 驗

為了驗證集中式信息通信運行數據自主采集系統設計的合理性，進行了如下實驗。在軟件開發過程中，使用多種方法進行設計與編程，但是，由于軟件本身不具有形態，而且知識高度密集，導致實驗驗證極易發生錯誤，為此，需經過系統測試才可進行自主采集。

進行測試時，需注意以下原則：

1） 測試數據應由輸入數據和預期數據組成。

2） 測試數據需要選擇合理輸入和不合理輸入這兩種數據，只有這種選擇方式才能提高系統的可靠性。

3） 系統程序是否可自動完成所有功能。

4） 制定實驗測試計劃，排除隨意性。

5） 長期保留實驗測試數據。

6） 針對出現錯誤較多的模塊，應該進行深入測試。

2.1 實驗結果與分析

根據實驗條件，按照表1的實驗環境，每隔1 min讀取一次數據。

根據實驗條件，對比理想數據收集、丟失數據收集、傳統系統收集、本文設計系統自動收集的工藝曲線，如圖4所示。

由圖4可知：傳統采集系統在丟失數據時間內，自動采集效率較低；而采用集中式信息通信運行數據的自主采集系統采集效率較高，工藝曲線也是最貼近理想情況下的曲線，數據采集較為準確。

為了驗證本文設計系統自主采集速率的快慢，選擇時間段內，傳統系統與本文系統對數據的采集情況，如圖5所示。

由圖5可知：在時間段內，使用傳統系統對數據進行自主采集速度最高為60 kb/s，隨著時間的增加，速度逐漸降低；而本文設計的系統恰好相反，隨著時間的增加，自主采集速度逐漸加快，最高可達到100 kb/s。

2.2 實驗結論

基于上述實驗過程，可得出如下實驗結論：傳統采集系統在丟失數據時間內，自主采集效率較低，且速度較慢，無法滿足集中式信息通信運行數據高效采集的需求；而本文設計的系統采集效率較高，速度較快，工藝曲線也最貼近理想情況下的曲線，數據收集較為準確。

3 結 語

數據自主采集系統是根據環境實驗中心所提出的數據采集要實現智能化與一體化的構思而進行設計的，該項目研究主要包含整體方案的實現和基礎通信運行數據的分析處理，為集中式信息通信運行數據高效自動采集提供了一條切實可行的實現路徑。該系統設計不僅大大提高了數據自主采集效率，且速度較快，具有較高的實用性和可靠性。

參考文獻

[1] 喬旭彤，耿海洲，董峰.集中式電動汽車電池管理系統設計[J].電子測量與儀器學報，2015，29（7）：1019?1027.

QIAO Xutong， GENG Haizhou， DONG Feng. Design of centralized battery management system for electrical vehicle [J]. Journal of electronic measurement and instrumentation， 2015， 29（7）： 1019?1027.

[2] 盧偉，孟婥，孫以澤，等.基于Modbus/TCP及FINS/TCP協議的數據采集與通訊系統設計[J].儀表技術與傳感器，2017，20（1）：88?91.

LU Wei， MENG Zhuo， SUN Yize， et al. Data acquisition and communication system design based on Modbus/TCP and FINS/TCP protocol [J]. Instrument technique and sensor， 2017， 20（1）： 88?91.

[3] 孫旭，楊印生，劉春霞，等.生鮮農產品供應鏈近場通信智能數據采集終端系統設計與開發[J].農業工程學報，2015，31（8）：200?206.

SUN Xu， YANG Yinsheng， LIU Chunxia， et al. Design and development of near field communication intelligent data acquisition terminal system in fresh agricultural product supply chain [J]. Transactions of the Chinese society of agricultural engineering， 2015， 31（8）： 200?206.endprint