1、八通道串口數(shù)據(jù)采集與處理虛擬儀器系統(tǒng)設(shè)計(jì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)是近幾年國(guó)際討論的熱點(diǎn)問(wèn)題，而數(shù)據(jù)采集又是無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能*估、應(yīng)用的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中應(yīng)用可以盡可能地縮短數(shù)據(jù)采集的時(shí)光，同時(shí)降低試驗(yàn)成本，因此虛擬儀器在測(cè)控領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的前端數(shù)據(jù)采集設(shè)備都是，ti公司的數(shù)據(jù)采集卡，成本高且修理不便。本系統(tǒng)下位機(jī)采納公司lpc2378為依托的數(shù)據(jù)采集板，上位機(jī)操作系統(tǒng)基于la-bview85編寫(xiě)，通過(guò)串口通信實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，可以對(duì)采集信號(hào)舉行處理分析并顯示。1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分為下位機(jī)和上位機(jī)2部分，二者通過(guò)驅(qū)動(dòng)程序組成采集系統(tǒng)。下位機(jī)是指挺直控制設(shè)備獵取設(shè)備情況的計(jì)

2、算機(jī)，普通是之類；上位機(jī)是可以挺直發(fā)出操控指令的計(jì)算機(jī)，普通是pc，屏幕上顯示各種信號(hào)變幻，l所示。圖中程序部分采納labview來(lái)實(shí)現(xiàn)。在數(shù)據(jù)采集之前，先對(duì)下位機(jī)采集板卡舉行初始化，其中處理器buffer是下位機(jī)采集存儲(chǔ)的重要環(huán)節(jié)?？梢圆杉{外部觸發(fā)(比較精確)，也可采納軟件觸發(fā)(簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn))。因?yàn)樯衔粰C(jī)數(shù)據(jù)處理階段要對(duì)采集到的一個(gè)周期的數(shù)據(jù)舉行處理，所以系統(tǒng)采納軟件觸發(fā)，每個(gè)周期采樣l024點(diǎn)。11 下位機(jī)系統(tǒng)下位機(jī)系統(tǒng)為數(shù)據(jù)采集硬件平臺(tái)，主要包括采集卡前端設(shè)備即傳感器電路、核心處理器(即算法實(shí)現(xiàn)電路)、電路和通信模塊電路。111 采集卡前端設(shè)備前端傳感器采納mma7260加速度傳感器。相比于

3、老式線圈式振動(dòng)傳感器，傳感器具有量程大、不易溢出、受外界氣候因素影響較小等優(yōu)點(diǎn)。采集原理圖2所示，在采集信號(hào)放大之前舉行抗混疊濾波，有效濾除了高頻干擾。需要注重的是，探頭需要提供+5 v供電才干穩(wěn)定工作。本系統(tǒng)采集傳感器z軸數(shù)據(jù)，對(duì)探頭安裝位置沒(méi)有特別要求；若要采集x軸數(shù)據(jù)，必需注重探頭x軸方向與地面平行，否則信號(hào)會(huì)發(fā)生畸變。112 核心處理器從價(jià)格、操作系統(tǒng)、接口類型、內(nèi)存大小等條件考慮，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的處理器采納lpc2378，它是一款基于的微處理器，包含10100 ethernet mac、 20全速接口、4個(gè)uart、2路can通道、1個(gè)spi接口、2個(gè)同步串行端口(ssp)、3個(gè)i2c接

4、口、1個(gè)i2s接口和minibus(8位數(shù)據(jù)16位地址并行的)。工作頻率為72 mhz，arm局部總線上有32 kb的sram，可以舉行高性能cpu拜訪和容易的算法實(shí)現(xiàn)。113 電源模塊考慮到mems傳感器最佳工作為5 v，所以系統(tǒng)采納zy2405whbd-3w型dc-dc變換器，輸入電壓936v，輸出電壓為5v。其他部分主要起穩(wěn)壓作用，其電源模塊電路3所示。114 通信模塊系統(tǒng)采納串口通信。利用處理器內(nèi)部的10位da轉(zhuǎn)換器，將采集到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)過(guò)調(diào)理電路后送由minibus采納rs2-32協(xié)議送達(dá)上位機(jī)。另外采集板集成了一塊單can高速隔離ctml050，可以通過(guò)網(wǎng)口通信。

5、串口通信需注重的問(wèn)題是轉(zhuǎn)換電平，數(shù)據(jù)采集端供電電平為+5 v，而處理器能接受的電平是+33 v，因此系統(tǒng)采納max3221電平轉(zhuǎn)換器，以達(dá)處處理器要求。另外系統(tǒng)上位機(jī)串口名稱與下位機(jī)一定要設(shè)置為同一名稱，否則數(shù)據(jù)不能勝利送到上位機(jī)，4所示。12 上位機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)流程5所示，數(shù)據(jù)經(jīng)下位機(jī)采集處理后，由通信模塊通過(guò)串口發(fā)送到上位機(jī)，上位機(jī)主要包括數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)驗(yàn)證、數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)4部分。121 數(shù)據(jù)讀取即虛擬儀器設(shè)備串口初始化，包括：串口名稱設(shè)置、超時(shí)設(shè)置、波特率設(shè)置、數(shù)據(jù)位設(shè)置、奇偶校驗(yàn)設(shè)置，等等。本系統(tǒng)采納的設(shè)置為：超時(shí)l000 ms；波特率115200；數(shù)據(jù)位為8位；無(wú)奇偶校驗(yàn)；其他采

6、納默認(rèn)值。122 數(shù)據(jù)驗(yàn)證數(shù)據(jù)驗(yàn)證包括數(shù)據(jù)讀取、推斷是否是有效數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)報(bào)頭是否正確。數(shù)據(jù)報(bào)頭為8個(gè)fe，然后緊跟數(shù)據(jù)包。程序推斷讀取8個(gè)fe時(shí)開(kāi)頭讀數(shù)并顯示。123 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)為8通道，一次循環(huán)讀取16位的數(shù)組，將數(shù)組第o個(gè)元素作為第1通道的低位，第1個(gè)元素作為第l通道的高位，第15個(gè)元素作為第八通道的高位，分離顯示：當(dāng)滿足采樣點(diǎn)位數(shù)時(shí)，置位重新讀取數(shù)據(jù)。在顯示之前對(duì)數(shù)據(jù)舉行預(yù)處理：去直流、峰值計(jì)算、濾波等等，因?yàn)閘abview程序框圖中有matlab腳本文件，所以可以和matlab混合編程，在labview腳本框中挺直寫(xiě)matlab代碼。因?yàn)槌绦蜻\(yùn)行時(shí)要調(diào)用matlab控制臺(tái)，所以混合

7、編程要求控制機(jī)必需裝載matlab軟件。124 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)當(dāng)點(diǎn)擊采集數(shù)據(jù)按鈕時(shí)，系統(tǒng)提醒挑選存儲(chǔ)路徑，并存儲(chǔ)為后綴名為.lvm的二進(jìn)制測(cè)量文件。上位機(jī)主程序6所示。2 用戶界面將8個(gè)mems傳感器并排，然后拍擊桌面的信號(hào)波形圖。8個(gè)通道可自立用法，如挺直一路傳感器，其他通道數(shù)據(jù)都為0?？墒謩?dòng)更改串口名稱、波特率、停止位、奇偶校驗(yàn)、流控制、傳輸數(shù)據(jù)位和顯示信號(hào)線的線性、色彩，界面友好。可按照需求添加峰值顯示、頻譜顯示，傅里葉變換等復(fù)雜信號(hào)處理內(nèi)容。通道l至通道8信號(hào)波形分離用：紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫、洋紅顯示。3 系統(tǒng)特色1)系統(tǒng)采納了雙緩沖技術(shù)，即將計(jì)算機(jī)buffer分為2個(gè)相同區(qū)域bufferl和buffer2，數(shù)據(jù)先存往bufferl，當(dāng)bufferl存滿時(shí)，標(biāo)記位置位，數(shù)據(jù)繼續(xù)存往buffer2，同時(shí)將bufferl中的數(shù)據(jù)送往處理器舉行處理，完畢后，bufferl存數(shù)，buffer2發(fā)送，如此循環(huán)，注重正確設(shè)置存儲(chǔ)速度和處理速度之間的關(guān)系，以保證數(shù)據(jù)無(wú)遺漏。2)labview編程與matlab編程相結(jié)合舉行數(shù)據(jù)處理分析。對(duì)于labview中沒(méi)有的數(shù)據(jù)處理功能可挺直調(diào)用matlab腳本文件，功能越發(fā)強(qiáng)大。3)上位機(jī)程序采納條件循環(huán)結(jié)構(gòu)和大事結(jié)構(gòu)設(shè)置，前面板和程序框圖同時(shí)執(zhí)行，最大程度地節(jié)約了cpu資源。界面友好，具有良好的可操作性。4 結(jié)論本系統(tǒng)主要用于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采