数据采集论文范文1
1．1采集系统方案采集系统方案如图2所示，系统由ST32F407单片机加FPGA结构组成，FPGA采用Altera公司的CYCLONEⅣ系列芯片EP4CE6E22C8N。单片机作为主控制器，用于控制FPGA采集，数据存储;电路包含以太网接口，GPS接口，SD卡存储器以及授时守时电路;FPGA部分用于产生AD同步时钟，控制六通道AD同步采集，并将采样值传入单片机中，电路包含6通道采集板和参考源;单片机与FPGA之间通过SPI接口与地址线A0进行通信。数字补偿晶体是整个系统的时钟源，该晶体的频率为16．384MHz，准确度为0．5×10－6，温漂为0．1×10－6。
1．2传感器选型本系统选用的传感器为ES－T型三分向力平衡式加速度计，传感器可以在±0．25gn到±4gn的范围内选择设定满量程，其动态范围优于155dB，带宽在DC－200Hz之间。
1．3信号调理与AD采集电路传感器输出为差分信号，信号动态范围为±5V，系统选用的AD芯片输入信号范围在±2．5V之间，所以传感器输出信号必须经过信号调理后才能进行采集，图3是其中一个通道的信号调理与AD采集电路，其余通道电路与该图完全一致。信号调理电路由全差动放大器OPA1632构成，该放大器的电压噪声密度为1．3nV/Hz1/2，在100Hz(高铁地震监测常用采样率为200sample/s)带宽范围内噪声有效值不超过15nV，满足地震信号采集要求。图中R2∶R1、R7∶R9均为2∶1，可将输入差分信号衰减2倍，实现将传感器输出的±5V信号衰减到±2．5V范围内，满足ADS1281的输入电压范围，图中二极管D1与D2是钳位二极管，将电压钳位在±3V左右，保护AD芯片。AD转换器是一款32bitΔ－Σ高精度模数转换器ADS1281，内部具有可编程FIR、IIR和SINC滤波器，0．6×10－6线性度，在250sample/s采样率下其SNR可达130dB，全速采样模式下功耗仅12mW，非常适用于电池供电的野外作业。通过配置PINMODE引脚，可将ADS1281设置为引脚控制模式(PINMODE=1)和寄存器控制模式(PINMODE=0)，本系统将其配置成寄存器控制模式。系统为实现同步采样，将六通道ADS1281的低功耗控制PWDN，复位RST，同步SYNC，采样时钟CLK，SPI时钟SCLK，SPI数据输入DIN引脚分别连在一起，并由FPGA统一控制，达到时钟同步，统一配置AD的目的，从而实现同步采样;而ADS1281的数据输出引脚DOUT分别接在FPGA的6个不同IO口，用于读取六通道AD的数据。参考源是数据采集系统的关键部分，本系统利用DCDC产生－5V电压，低噪声LDO电源芯片LT1964产生－2．5V电压，作为六通道ADS1281的VREFN输入，LT1964噪声为30μVRMS(10Hz～100kHz);利用专用精准基准芯片LTC6655－2．5产生+2．5V电压，作为六通道ADS1281的VREFP输入，该芯片噪声0．25×10－6p－p(0．1Hz～10Hz)，温飘为2×10－6/℃，经过试验，该方案是取得较好结果。
1．4FPGA采集控制与数据传输实现数据采集之前，STM32单片机需要通过FPGA对各通道采集卡(即ADS1281)进行配置;数据采集过程中，FPGA需要对六通道数据读取、打包并传入STM32单片机。控制线A0用于选择上述功能。当A0=0时，将STM32单片机与FPGA之间的SPI接口、FPGA与六通道采集卡之间的SPI接口直接相连，此时由STM32单片机直接完成采集卡配置;当A0=1，FPGA输出采样时钟CLK，六通道采集卡同时启动采样。FPGA数据采集与传输过程如图4所示。当六通道ADC数据准备就绪时，ADC_nDRDY信号将同时由高变低，FPGA收到下降沿信号后，将在ADC_SCLK引脚连续产生32个周期的SPI时钟，ADS1281在时钟上升沿输出数据(ADC_DOUT_1至ADC_DOUT_6)，FPGA在时钟下降沿读取数据，六通道数据将被缓存在6个32bit寄存器ADC_DA-TA0至ADC_DATA5内;FPGA读取完六通道32bit数据后，在MCU_DRDY引脚产生一个高脉冲，通知STM32单片机读取数据，单片机在MCU_DRDY下降沿启动中断，并在中断中完成数据读取;数据读取过程中，单片机的SPI时钟MCU_SCLK连续产生时钟信号，FPGA在收到时钟信号时，将数据通过MCU_DIN输出，时钟信号共6×32=192个，正好读完六通道数据。
2预警系统C/S构架软件设计
2．1客服端LabVIEW编程PC机客服端界面与网络编程利用LabView软件实现。LabView是由美国国家仪器(NI)公司研制开发虚拟仪器开发软件，是一种图形化编程语言，使用较为方便［6－7］。LabView主界面包含采样率、量程设置，IP地址，端口，开始采集按钮，停止采集按钮和波形界面几个部分，其中波形界面由WaveChart控件实现，具体实现如下:将下位机上传的六通道数据绑定为簇，簇输出接到WaveChart控件的数据输入端，Wave-Chart控件的图形显示方式设置为分格显示曲线，由于簇输入是6个数组绑定而成，WaveChart自动将窗口分成6个子窗口，每个数据对应一个窗口;Wave-Chart界面更新模式设置为StripChart，此模式下波形从左至右绘制，达到右边边界时，旧数据从左边溢出，新数据从右边进入。LabView具有强大的网络编程功能，本系统客户端利用了其中的TCP/IP协议模块，主要涉及到以下几个函数:TCPOpen(打开)，TCPRead(读取)，TCPWrite(写入)，TCPClose(关闭)。客户端程序工作流程如图5所示。从图中可以看出，从开始到结束采集一共用了两次TCP/IP连接，第1次用于发送采集命令，然后接收、处理、显示数据，当按下“停止采样”命令后，首先关闭第1次TCP/IP连接，此时服务器还在继续采集数据，但不发送，所以还需进行一次TCP/IP连接发送停止采集命令给服务器，服务器收到命令后即可停止采集，并进入低功耗模式。
2．2基于LWIP的服务器程序设计服务器的主控单片机是STM32F407，其内部集成了10/100M以太网MAC，结合PHY芯片DP83848即可完成以太网硬件搭建;以太网软件部分通过移植LWIP协议栈实现，已有较多文献或文档详细叙述了移植方法与过程，服务器接收命令、启动采样和传输数据等功能在tcp回调函数中实现。数据采集和传输是同时进行的，可在单片机中申请两个缓存，采用乒乓操作模式工作实现，即:其中一个用于中断采集数据存储，缓存满后，设置数据满标志，并查询另一个缓存的数据空标志，若为空，证明数据已经传输完成，可新的存储数据;另一个用于传输，传输完成后，设置数据空标志，并查询第1个缓存的数据满标志，若位满，证明数据可以传输;由于以太网的传输速度远大于数据采集的速度，以太网传输完成后会等待另一个缓存存满，所以整个过程中不会出现采样数据丢失的情况。
3采集系统性能测试
3．1噪声测试进行噪声测试时，将6通道输入短接，采样率设置为200sample/s;采集开始后，数据将以文本文档的形式实时存入SD卡。图6是由采集的一个通道数据用excel作图得到(取其中任意2000个点)，从该图可以看出:该通道采集的输入短接噪声峰峰值在±1．5μV范围内。为进一步对噪声大小进行量化分析，分别进行了三次噪声测试，并在excel软件中利用STDEVA函数对每一次的六通道采集数据做均方差处理，处理结果如表1所示。从表中可以看出:每隔通道的噪声均方差低于0．5μV，噪声一致性较好;采集卡输入信号范围是±5V，按照ADC的信噪比计算公式可算出采集卡的信噪比优于140dB。
3．2地震信号采集实验实验时，把传感器放置于地面，传感器差分信号输出端接入采集卡第1通道，打开监测站电源，在PC机中启动LabVIEW界面，设定好采样率、量程、IP地址与端口，点击“启动采集”，在距传感器2m左右用硬物连续敲击地面，图7是截取的实时显示结果图，从图7可以看出，第1通道具有典型的地震波形输出，纵坐标单位为mV，第2通道～第6通道输出为随机噪声，纵坐标单位为μV。
4结束语
数据采集论文范文2
加速加载试验条件下，选定的主要动态力学技术指标需要考虑路面结构设计中设计指标及其对路面结构疲劳和永久变形的控制作用。下面从技术指标的选择、传感器选型和埋设原则与数据采集等方面进行讨论。
1．1技术指标的选择依据在加速加载试验过程中，监测的动力学指标主要包括如下4项:(1)面层底部弯拉应变对通车初期的沥青路面，路面结构整体刚度较大，层间结合良好，此时在重复荷载的作用下，沥青面层以受弯拉应变作用为主而呈现出明显的拉压应变交替状态，监测面层底部的弯拉应变将贯穿于整个加速加载试验过程，进而作为评价沥青路面发生疲劳损伤的标志性力学指标之一。(2)基层顶部竖向压应变用于评价沥青路面车辙变形的力学指标。(3)面层底部水平横/纵向剪应变对于半刚性基层沥青路面来说，面层与基层的层间黏结性能较差，面层底部的水平横纵向剪应变可以破坏面层和基层的联结导致面层失去基层的水平约束，成为滑动状态，此时不但增加面层底部的弯拉应变，减小疲劳寿命而且增大沥青混凝土的流动性，容易形成裂纹等多种破坏形式。(4)面层/基层中间水平横/纵向最大剪应变在横/纵向剪应变的作用下，沥青混凝土和水泥稳定类材料产生横/纵向流动变形，此项指标用于评价面层和基层因材料的流动变形导致的各种破坏。
1．2传感器选型的基本原则传感器的选择受到传感器测量原理、封装材料、工作条件规格等因素的限制，成为了系统设计至关重要且颇具难度的问题。选择沥青路面结构力学响应监测的传感器应考虑的问题包括如下3方面:(1)传感器的结构和尺寸规格不能影响道路的使用性能J．RichardWillis在总结美国路面加速加载试验中路面内部参数采集的实践经验时认为结构内部的参数采集对于加速加载试验的成功具有重要意义，因埋设传感器造成压实度不足，有可能引起路面结构产生早期损坏［1］。引起传感器附近压实度不足的原因，一是因为传感器封装材料不耐热、不耐压，需要施工后埋设，进而导致埋设传感器位置的混合料与周围路面混合料存在着明显的离解面，二是因为传感器的结构和尺寸规格超出了沥青面层或基层的厚度限制，影响了压实的均匀性。(2)传感器需具有较高的成活率、准确性和重复性Sebaaly等从传感器选型、安装、检测的角度认为，传感器的自身成活率、结果准确性、重复性、稳定性、成本等是选择传感器的标准;对于施工过程中埋设和工后钻芯埋设两种方法，认为工后钻芯埋设的方法，由于采用了树脂作为粘结剂，明显增大了结构强度，造成测量结果不准确。
1．3FBG传感器在路面动力监测中的应用FBG传感技术是十多年来发展最为迅速的传感技术，具有灵敏度高、体积小、防水、抗电磁干扰、能进行长期实时在线监测、易于集成形成传感网络等特点，目前在土木工程、航空航天等领域得到了广泛的应用。王川基于PP－OFBG传感元件［2］，通过设计PP树脂基体模量与沥青混凝土模量相当，研制开发出主要针对于沥青路面应变监测的PP－OFBG埋入式应变传感器，并进行了传感性能试验研究。通过进行沥青混凝土梁的四点弯曲静载及动载试验并与理论计算进行了对比研究，发现这种传感器能够很好地反映出沥青混凝土的变形特征。刘艳萍针对传统的光纤光栅传感器模量大、尺寸大，直接拿来用于沥青路面的测试，不能反映沥青路面的真实应变的缺点，研发了一种橡胶封装FBG竖向应变传感器用于测量沥青路面的竖向应变［3］。结果表明，橡胶封装FBG应变传感器的自身的传感性能良好，但是用于实际沥青混凝土路面的埋设工艺还有待进一步研究。通过对近几十年来国内外路面内部检测手段的调研发现，在路面结构内部埋设传感器来监控路面内部的工作状态是路面领域一种经典的研究手段，测量结果可用于标定路面响应模型、进行施工质量监控、养护政策制定、新型结构与材料评价等。测量结果的代表性与准确性对后续工作有着决定性的影响。
1．4FBG动力响应监测系统基于FBG传感器灵敏度高、体积小、防水以及测值稳定、能进行长期实时在线监测等优点，本文选用FBG力学传感器监测沥青路面的动态力学响应。项目搭建的FBG动态力学响应监测系统如图2所示。系统由数据采集仪、通道扩展模块和传感器组成，其中传感器包括FBG水平、竖向应变传感器和FBG土压力传感器。
1．5传感器的布设和埋置设计传感器布设方案所遵循的原则如下:(1)选用的传感器需全面反映路面结构各层位敏感位置(结构层底部和中部)各项力学性质;(2)埋设传感器的数量需考虑传感器成活率，以同方向、多断面方式布设多组传感器以保证成活率;(3)考虑路面结构各层位相似位置的动态力学特性的比较，传感器的埋设在深度方向上需按相同平面位置布设。依据上述原则，传感器布设方案示意图如图3所示。由图3可见，在路面结构内部共计布设3层、8个断面的力学传感器，分别安置于面层底、基层底和垫层底三个位置，其中面层底部和基层底部包括压应变传感器、水平横向传感器和水平竖向传感器，垫层底部包括压应变传感器和土压力计。按此传感器布设方案埋设传感器，在路面施工完成后，还需要检测传感器的成活率。
1．6弯沉数据的采集由于FWD的应用较为广泛且较为成熟，国内外对于FWD的测量均有相关的操作规程或规范予以规定，因而在加速加载数据采集过程中无需特殊考虑FWD检测如何与加速加载试验的配合，但是需要注意的是:(1)FWD测点在加载内需均匀分布并且沿着加载带的纵向中轴线排布，测点数量不易较多，一般取6～8个为宜;(2)FWD侧点的位置需避开结构内部力学传感器的位置，以免结构内部的力学传感器影响FWD的测量精度;(3)为了考虑FWD数据的后续处理中对温度影响的修正，除了在加载段内排布测点外，还需在加载带外设置测点，测点数量取3～4个为宜;(4)对弯沉数据的处理需要进行反算模量的转换，为此FWD需要具有9个传感器。按照上述FWD测量需要考虑的问题，辽宁省半刚性基层路面的FWD测点设置如图4所示。FWD的测量按照《公路工程路基路面现场测试规程(JTGE60－2008)》的规定实施。通常，试验过程中，每加载10万次测量1次弯沉，有时可根据实际需要增加测量频次。
2表面服务功能数据采集
表面服务功能的评价指标，包括摆值、构造深度、渗水系数和车辙深度，这些技术指标的检测方法均按照《公路路基路面现场测试规程(JTGE60－2008)》相关规定实施。各项技术指标的测量要求和测量频次具体如下所述。
2．1车辙断面的测量试验记录的车辙断面形态如图5所示。采用MLS66开展加速加载试验，将抗车辙能力测试与抗疲劳和水损害测试分别选取两个加载段。为了研究路面全寿命周期内车辙深度的发展变化规律，在抗车辙能力测试和抗疲劳测试过程中都需要检测不同加载阶段的路面车辙断面。在抗疲劳测试过程中，无横向轮迹分布的情况下，加载位置固定，在两个加载轮的轮迹处的路面易于形成凸起，由此影响车辙深度的计算，因此，需根据实际情况选绝对车辙深度和车辙深度作为抗车辙能力的评价指标。试验按照《公路路基路面现场测试规程(JTGE60－2008)》中的方法测量车辙断面，选择的断面位置应遵循在有效轮迹带内均匀排布的原则，选取2～3个断面位置，每加载10～20万次测量1次，取各断面车辙深度计算结果的平均值作为最后的测量结果。
2．2抗滑和防水性能的测量测量方法按照《公路工程路基路面现场测试规程(JTGE60－2008)》的规定，每加载10～20万次测量1次，均匀选取轮迹带内4个位置，取各测点测量结果的平均值作为最终测量结果。
3路面工作条件
路面工作条件是指自然环境条件和行车荷载。加速加载试验条件下，通过加热和降水装置实现自然环境对路面作用的模拟。进行动载条件下路面性能分析需要考虑路面结构内部温湿度的分布状态，因此，试验过程中需要定期监测路面结构内部的温湿度数据。同时，试验过程中，需经常确认加载轴载是否稳定在预设轴载及其误差范围之内，路面工作条件检测还包括对加载轮轴载的实时监测。
4结论与展望
数据采集论文范文3
硬件系统为:监控层、数据采集层、现场层〔2〕。
1．1监控层监控层采用总线形网络结构，在总线上挂接的设备主要有:数据采集I/O服务器、IH数据库服务器、关系型数据库服务器、APP服务器、Web服务器、调度操作站、工程师站等。1)数据采集I/O服务器，分为电力、动力、水三个系统，采用冗余配置，服务器安装IFIX5．1组态软件，在IFIX5．1的SCU中配置IGS、PFC、IEC驱动同数据采集站通讯，具体通讯方式如下，采集西门子PLC系统数据的，则以工业太网为桥梁，IFIX通过IGS驱动与其实现实时通讯;采用RTU采集系统数据的，IFIX通过PFC驱动与其实现实时通讯;采集申瑞765G综保管理机系统数据的，IFIX通过IEC驱动与其实现实时通讯。2)GPRS服务器，能控无线远传站通过柜内S7－200、SINAUTMD720－3GPRS调制解调器、天线和GPRS通信管理软件SINAUTMICROSC构成GPRS网络，最后通过OPC驱动与能控中心GPRS服务器实现通讯连接。3)IH数据库服务器，IH数据库服务器上安装GE公司的ProficyiHistorian实时数据库软件，IH通过配置Collector采集器软件从数据采集I/O服务器抓取数据，采集的数据周期以秒、分为单位刷新。4)关系型数据库服务器，安装有DB2和Oracle两种关系型数据库软件，完成数据的长期归档以及数据的压缩和数据的备份。5)APP服务器和Web服务器，APP服务器运行基础能源管理模块，Web服务器用于Web。6)调度操作站，通过调度操作站能控调度可以对能控系统的相关数据及设备的运行状态进行监控，而且能够通过B/S(客户端/服务器)的方式访问APP服务器的基础能源管理模块，使用自己权限所分配的功能。
1．2数据采集层数据采集层有124个数据采集站，包括西门子S7－300PLC82套、通讯柜41套，力控RTU(Remo-teTermialUite，远程终端单元)46套，覆盖工源厂区、东风厂区、南芬露天矿及歪矿，地域分散。同监控系统的通讯方式有有线方式和无线方式。其中有兴安解冻库、四水源等十个站点敷设电缆困难且条件恶劣，增加了建设和维护的成本，因此采用GPRS无线通信方式;有线方式采用环网加星形的网络结构，整个环网有7个主站，从EMS01到EMS07分别是能源中心、焦化仪表室、朱庄柜、六高炉主控室、4#转炉机房、维检中心、冷轧机房，环网将7个主站点连接起来，再由主站点以星形的结构向外辐射用于连接所有的数据采集站。
1．3现场层1)本钢现场层的设备现状现场一次仪表有电磁流量计、超声波流量计、差压流量计、涡街流量计，提供4～20mA标准信号，PLC和DCS系统有西门子S7、施耐德、AB、ABB、浙大中控JP－300XP、Honeywellpks系统HoneywellHC900等系统，电力综保系统有北京四方、上海申瑞、清华紫光等厂家，电度表有湖南威胜和黑龙江龙电两种型号。信号类型分为计量点和工艺点，计量点只对数据进行采集;工艺点包括数据的采集和设备的控制。2)采集方案的确定针对现场设备的实际情况确定了如下的数据采集方案:(1)RTU采集方式，此种方式只对数据进行采集。对于支持RS485协议的超声波流量计，例如本溪新宇超声波流量计，将该表通过串口通讯线接入到RTU的串口，通道协议选择ModbusMaster，端口选择Serial。采集原有西门子PLC系统数据的，将系统通过以太网方式接入RTU的网口，RTU配置软件中通道协议选取西门子PLC，通讯口:TCPClient，IP地址为所通讯的PLC地址，端口号为102。原有系统为DCS，例如十一加的HoneywellHC900，将系统通过以太网方式接入RTU的网口，通道协议为ModbusTCP，通讯口:TCPClient，IP地址为所通讯的DCS地址，端口号为502。浙大中控的JP－300XP系统，如发电厂32号机和氧气厂4#制氧机。将系统通过以太网方式接入RTU的网口，是通过OPC协议进行数据采集，在原有系统中安装OPCTunnellerServer，然后在另外一台计算机上使用OPCTunneller驱动进行采集，在RTU中通道协议中选择OpcTunnellerMaster。与电力综保通讯，将系统通过以太网方式接入RTU的网口，通道协议选择IEC104，需要说明的是采用此种通信方式的只有清华紫光和北京四方，不包括上海申瑞，申瑞通过综保管理机765G直接同电力服务器通信。智能电表的数据采集，威胜龙电两种电表都有网口，同威胜的电能采集器通讯，采集器通过以太网方式接入RTU的网口，通道协议选择威胜WFET2000s，IP地址为电能采集器端设置的IP，端口号为9001。(2)I/O采集方式，数据的采集和设备的控制。计量点，新增的或原有的需接入能管中心的点通过仪表提供4～20mA标准信号接入到PLC柜或I/O柜的AI输入模板。工艺点，例如燃气厂五加、六加、九加等煤气加压站既有采集数据的要求，还有对现场阀门进行控制要求的，系统则通过在原有西门子S7－300或400系统中加装CP模板的方式进行数据的采集和设备的控制。新增加的CP模块规划的IP地址同原有系统的IP地址不在同一个网段，为两个独立的网段，可以实现数据采集控制功能和对病毒隔离功能。
2系统功能
本钢能管中心数据采集监控系统从试运行以来，实现了以下功能:1)数据采集设备控制对电力系统的电量、电流、电压、功率、功率因数等，燃气系统、热电系统、氧氮氩系统的流量、压力、温度、柜位等，水系统的流量、压力、水位等进行采集，对电力系统的开关、燃气系统的加压机、水系统的泵等重要能源设备进行远方操作控制和实时调整。2)报警功能监控中心汇聚大量的数据，系统根据故障程度和重要性，设置了重故障、轻故障和事件三种报警类型，提示调度员进行相应的操作。3)操作记录对重要设备的操作进行记录，当故障发生后可以为事故的原因分析提供依据。4)数据处理包括流量累计、计算煤气热值、多个数据之和或差等，例如混合煤气的和。5)数据归档对于短时归档数据，提供过程曲线显示;长时归档数据，可按信号内容、起/讫时间、时间粒度(分钟/小时/天/月)、数值类型(Min/Max/Ave/Sum)进行历史数据查询，并可进行曲线显示。6)Web用户可通过IE浏览器来访问Web服务器，获取现场设备的状态和运行参数，在Web画面上不能进行参数设定等操作。内容包括各系统的工艺画面，重要的报警画面。
3结论
数据采集论文范文4
关键词：数据采集PCI总线焊缝缺陷VXD
焊缝缺陷自动超声检测系统是一种重要的无损探伤设备，可用于检测平板、管道、容器等的纵、横焊缝以及接管角焊缝缺陷。与手工检测方法相比，该系统具有运行平稳、漏检率低、显示直观等优点。
在焊缝缺陷自动超声检测系统中，缺陷回波信号通常为宽度约10ns～100ns、幅值在几十μV到几十mV之间的窄脉冲。为满足缺陷回波信号的检测要求，研制了一种基于PCI总线的高速数据采集卡，它是面向超声检测应用而设计的：该卡采用转换速率为60MHz的八位高速A／D以满足数据采集的要求；为缓存A／D芯片输出的高速数据并充分利用PCI总线带宽，加入32KB的高速FIFO缓存组；同时，为满足多通道探伤的要求，设计了通道选择电路以实现通道之间的切换；此外，为调理缺陷回波信号，卡上还配有高增益高带宽放大电路。
1高速数据采集卡的工作原理
焊缝缺陷自动超声检测系统的信号采集框图如图1所示。系统的工作原理是：首先由高压脉冲发生电路发射高压脉冲；高压脉冲经换能器形成超声波信号，遇到缺陷或杂质时产生反射波，经换能器转换为电压信号，该信号经放大调理、A／D转换后，形成数字量，写入高速FIFO存储器中。最后，由PCI接口芯片将FIFO中的数据适时地写入内存。
2数据采集电路的硬件设计
2．1高增益高带宽放大电路
采用带触发的直流逆变电路产生高压脉冲，采用多路模拟通道选择电路实现通道切换以满足多通道探伤要求。模拟信号经五级放大、滤波后，作为A／D转换电路的输入。放大电路采用最高增益为80dB、带宽为15MHz且分辨率为1dB的放大器，并且采用数字电位器实现放大增益的动态调整。
2．2A／D转换电路
A／D转换电路采用美国BB公司的ADS830。该芯片的信噪比高、功耗低、非线性畸变小，广泛应用于图像处理、数字通信和视频测试系统中。ADS830的精度为八位，最高采样频率为60MHz，可满足焊缝缺陷自动超声检测系统对数据采集精度和采样频率的要求。它有共模和差模两种信号输入方式，且输出的数字量可直接与5V或3．3V芯片接口。
2．3高速FIFO存储器
高速缓存是保证高速数据不丢失的关键，确保了数据的真实性。同时，高速FIFO缓存使A／D芯片不必工作在PCI同步时钟下，提高了A／D芯片的利用率。IDT公司的存储器性能优良，且同系列存储器一般可以做到管脚级兼容，容易实现硬件设计的模块化。为方便读写数据，选择先进先出式（FIFO）的缓冲存储器IDT7205L15。其访问时间为15ns，每片容量为8K×9位。支持异步读写，并提供诸如满、半满、空等用于位扩展和深度扩展的信号。高速数据采集卡为实现8位A／D和32位PCI总线的宽度匹配，采用了位扩展技术。为加深FIFO的缓冲深度，将外加FIFO缓存与PCI接口芯片内部的FIFO相级连。
2．4基于CPLD的控制逻辑
基于CPLD的控制逻辑是高速数据采集卡的核心，它为PCI接口芯片提供满足时序要求的读写信号，同时选择模拟信号的输入通道、控制高压脉冲发生逻辑并设定放大电路的增益。此外，CPLD还能利用高速FIFO缓存的空、满标志位，配合PCI接口芯片实现DMA写操作，完成高速数据传输。Xilinx公司的XC9572XL－VQ64芯片的脚到脚延迟最大为10ns，可满足PCI总线接口时序的要求。单片XC9572XL－VQ64能满足焊缝缺陷自动超声检测系统逻辑控制的要求，且具有体积小、可靠性高、调试方便等突出优点。
图2是基于有限状态机FSM（FiniteStateMachine）方法设计的控制逻辑状态转换图。其中，RST和IRQ是由PCI接口芯片S5933输出的可由程序任意控制的两个信号，它们的高低状态同高速FIFO缓存的空、满信号一起决定了控制逻辑的六个可能的状态，图中以椭圆表示。计算机上电时，控制逻辑处于RST＝IRQ＝1的状态。值得一提的是，RST和IRQ信号都有适当的上拉电阻，所以不会出现高阻浮空的状态，使控制逻辑能够稳定地工作。实线是控制逻辑采用的状态转移路线，而虚线是可能的但不采用的状态转移路线。在各状态之间进行切换是很容易的，只需通过程序使RST或IRQ信号出现高或低跳变。状态转移时伴随着的电路动作见转换线旁的注释。
2．5PCI接口芯片
PCI总线协议2．1版出现以后，集成芯片商们纷纷推出了与其兼容的总线接口芯片。其中，AMCC（AppliedMicroCircuitCorperation）公司的S5933接口方便、控制灵活，软件配置简单，在高速网络接口、数字通信、高速成像等领域有着广泛应用2。S5933最突出的优点是能够作为PCI主控设备发起DMA操作，即S5933完全具备双字DMA控制器的功能。
图3是结合系统应用而绘制的S5933结构框图。由图3可知，S5933内部具有配置寄存器组和操作寄存器组，配置寄存器组用于控制S5933在PCI总线系统中的运作方式（访问延迟、能否发起主控DMA操作等）以及记录系统分配给S5933的资源信息（如中断引脚、I／O等）3，而PCI总线和外加电路之间的数据交换则通过操作寄存器组实现。以I／O资源为例，计算机上电后，系统将分配给S5933的I／O资源首地址填入基地址寄存器，此值决定了操作寄存器组在I／O空间中的映射位置（S5933的操作寄存器组缺省地映射到I／O地址空间，便于软件操作），见图3。之后，CPU只需执行简单的I／O操作就可以读写操作寄存器组，隐含的地址译码工作由S5933完成。外加电路控制逻辑则保证操作寄存器组与外加电路的正常通信。S5933提供了三种形式的外加电路接口，高速数据采集卡使用信箱（Mailbox）寄存器实现双字输出，用FIFO方式实现高速DMA写操作。
图3S5933的结构框图
3高速数据采集卡的软件设计
3．1虚拟设备驱动程序的设计
系统的控制软件工作在WINDOWS98操作系统下，为此开发了高速数据采集卡的虚拟设备驱动程序（VXD）。由S5933的结构可知，VXD需要实现双字I／O操作和物理内存管理。双字I／O的操作相对简单，调用虚拟机管理器（VMM）的SIMULATE＿VM＿IO例程即可，较困难的是物理内存管理。由于S5933发起的DMA操作需要物理内存的起始地址，因此必须涉及页面级的物理内存操作，故采用下述内存管理策略：
·应用程序加载VXD；
·加载成功后发送申请缓冲区的事件给VXD；
·VXD使用PAGEALLOCATE例程得到地址连续的适当长度（如四页即16K字节）的物理内存；
·锁定缓冲区并将物理地址逆映射为线性地址；
·将物理首地址填入S5933的写RAM地址寄存器；
·允许S5933进行主控DMA传输；
·传输完毕时，应用程序请求VXD释放上述物理内存。
3．2应用VXD设计数据采集程序
将VXD放在应用程序的同级目录下，则以下VC＋＋代码就能动态加载（VXDVIEWER可验证）一个VXD：
HANDLEhDEVICE＝CreateFile“＼＼＼＼．＼＼pathname”00NULL0FILE＿FLAG＿DELETE＿ON＿CLOSENULL；
编好的VXD为应用程序提供了若干服务例程，应用程序执行下面的代码即可调用服务例程ZHC1：
DeviceIoControlHDEVICEZHC1lpinbufferninsizelpoutbuffernoutsizeNULLNULL；
数据采集算法如下：
DO{读取写RAM字节计数器；
再次读取写RAM字节计数器；
IF计数器内容为零THEN
跳出循环进行后续数据处理；
ELSEIF两次读取的结果不同THEN
不做任何处理而进入下一次循环；
ELSE
清相应的状态标志并设置有关寄存器以从断点处续传；
ENDIF
}
数据采集论文范文5
关键词：USBRS485数据采集
在工业生产和科学技术研究的各行业中，常常利用PC或工控机对各种数据进行采集。这其中有很多地方需要对各种数据进行采集，如液位、温度、压力、频率等。现在常用的采集方式是通过数据采集板卡，常用的有A/D卡以及422、485等总线板卡。采用板卡不仅安装麻烦、易受机箱内环境的干扰，而且由于受计算机插槽数量和地址、中断资源的限制，不可能挂接很多设备。而通用串行总线（UniversalAerialBus，简称USB）的出现，很好地解决了以上这些冲突，很容易就能实现低成本、高可靠性、多点的数据采集。
1USB简介
USB是一些PC大厂商，如Microsoft、Intel等为了解决日益增加的PC外设与有限的主板插槽和端口之间的矛盾而制定的一种串行通信的标准，自1995年在Comdex上亮相以来至今已广泛地为各PC厂家所支持。现在生产的PC几乎都配备了USB接口，Microsft的Windows98、NT以及MacOS、Linux、FreeBSD等流行操作系统都增加了对USB的支持。
1.1USB系统的构成
USB系统主要由主控制器(HostController)、USBHub和USB外设(PeripheralsNode)组成系统拓扑结构，如图1所示。
1.2USB的主要优点
·速度快。USB有高速和低速两种方式，主模式为高速模式，速率为12Mbps，另外为了适应一些不需要很大吞吐量和很高实时性的设备，如鼠标等，USB还提供低速方式，速率为1.5Mb/s。
·设备安装和配置容易。安装USB设备不必再打开机箱，加减已安装过的设备完全不用关闭计算机。所有USB设备支持热拔插，系统对其进行自动配置，彻底抛弃了过去的跳线和拨码开关设置。
·易于扩展。通过使用Hub扩展可拨接多达127个外设。标准USB电缆长度为3m（5m低速）。通过Hub或中继器可以使外设距离达到30m。
·能够采用总线供电。USB总线提供最大达5V电压、500mA电流。
·使用灵活。USB共有4种传输模式：控制传输(control)、同步传输(Synchronization)、中断传输(interrupt)、批量传输(bulk)，以适应不同设备的需要。
2采用USB传输的数据采集设备
2.1硬件组成
一个实用的USB数据采集系统包括A/D转换器、微控制器以及USB通信接口。为了扩展其用途，还可以加上多路模拟开关和数字I/O端口。
系统的A/D、数字I/O的设计可沿用传统的设计方法，根据采集的精度、速率、通道数等诸元素选择合适的芯片，设计时应充分注意抗干扰的性能，尤其对A/D采集更是如此。
在微控制器和USB接口的选择上有两种方式，一种是采用普通单片机加上专用的USB通信芯片。现在的专用芯片中较流行的有NationalSemiconductor公司的USBN9602、ScanLogic公司的SL11等。笔者曾经采用Atmel公司的89c51单片机和USBN9602芯片构成系统，取得了良好的效果。这种方案的设计和调试比较麻烦，成本相对而言也比较高。
另一种方案是采用具备USB通信功能的单片机。随着USB应用的日益广泛，Intel、SGS-Tomson、Cypress、Philips等芯片厂商都推出了具备USB通信接口的单片机。这些单片机处理能力强，有的本身就具备多路A/D，构成系统的电路简单，调试方便，电磁兼容性好，因此采用具备USB接口的单片机是构成USB数据采集系统较好的方案。不过，由于具备了USB接口，这些芯片与过去的开发系统通常是不兼容的，需要购买新的开发系统，投资较高。
USB的一大优点是可以提供电源。在数据采集设备中耗电量通常不大，因此可以设计成采用总线供电的设备。2.2软件构成
Windows98提供了多种USB设备的驱动程序，但好象还没有一种是专门针对数据采集系统的，所以必须针对特定的设备来编制驱动程序。尽管系统已经提供了很多标准接口函数，但编制驱动程序仍然是USB开发中最困难的一件事情，通常采用WindowsDDK来实现。目前有许多第三方软件厂商提供了各种各样的生成工具，象Compuware的driverworks,BlueWaters的DriverWizard等，它们能够很容易地在几分钟之内生成高质量的USB的驱动程序。
设备中单片机程序的编制也同样困难，而且没有任何一家厂商提供了自动生成的工具。编制一个稳定、完善的单片机程序直接关系到设备性能，必须给予充分的重视。
以上两个程序是开发者所关心的，用户不大关心。用户关心的是如何高效地通过鼠标来操作设备，如何处理和分析采集进来的大量数据，因此还必须有高质量的用户软件。用户软件必须有友好的界面，强大的数据分析和处理能力以及为用户提供进行再开发的接口。
3实现USB远距离采集数据传输
传输距离是限制USB在工业现场应用的一个障碍，即使增加了中继或Hub，USB传输距离通常也不超过几十米，这对工业现场而言显然是太短了。
现在工业现场有大量采用RS－485传输数据的采集设备。RS－485有其固有的优点，即它的传输距离可以达到1200米以上，并且可以挂接多个设备。其不足之处在于传输速度慢，采用总线方式，设备之间相互影响，可靠性差，需要板卡的支持，成本高，安装麻烦等。RS－485的这些缺点恰好能被USB所弥补，而USB传输距离的限制恰好又是RS－485的优势所在。如果能将两者结合起来，优势互补，就能够产生一种快速、可靠、低成本的远距离数据采集系统。
这种系统的基本思想是：在采集现场，将传感器采集到的模拟量数字化以后，利用RS－485协议将数据上传。在PC端有一个双向RS－485～USB的转换接口，利用这个转接口接收485的数据并通过USB接口传输至PC机进行分析处理。而主机向设备发送数据的过程正好相反：主机向USB口发送数据，数据通过485～USB转换口转换为485协议向远端输送，如图3所示。
在图3的方案中，关键设备是485～USB转换器。这样的设备在国内外都已经面市。笔者也曾经用NationalSemiconductor公司的USBN9602+89c51+MAX485实现过这一功能，在实际应用中取得了良好的效果。
需要特别说明的是，在485～USB转换器中，485接口的功能和通常采用485卡的接口性能（速率、驱动能力等）完全一样，也就是说，一个485～USB转换器就能够完全取代一块485卡，成本要低许多，同时具有安装方便、不受插槽数限制、不用外接电源等优点，为工业和科研数据采集提供了一条方便、廉价、有效的途径。
4综合式采集数据传输系统的实现
现在的数据采集系统通常有分布式和总线两种。采用USB接口易于实现分布式，而485接口则易于实现总线式，如果将这两者结合起来，则能够实现一种综合式的数据采集系统。实现方法是：仍然利用上面提到过的USB～485转换器实现两种协议的转换。由于USB的数据传输速率大大高于485，因此在每条485总线上仍然可以挂接多个设备，形成了图4所示的结构，其中D代表一个设备。
这种传输系统适用于一些由多个空间上相对分散的工作点，而每个工作点又有多个数据需要进行采集和传输的场合，例如大型粮库，每个粮仓在空间上相对分散，而每个粮仓又需要采集温度、湿度、二氧化碳浓度等一系列数据。在这样的情况下，每一个粮仓可以分配一条485总线，将温度、湿度、二氧化碳浓度等量的采集设备都挂接到485总线上，然后每个粮仓再通过485总线传输到监控中心，并转换为USB协议传输到PC机，多个粮仓的传输数据在转换为USB协议后可以通过Hub连接到一台PC机上。由于粮仓的各种数据监测实时性要求不是很高，因此采用这种方法可以用一台PC机完成对一个大型粮库的所有监测工作。
5前景展望
数据采集论文范文6
科技档案是指在自然科学研究、生产技术、基本建设等活动中形成的应当归档保存的图纸、图表、文字材料、计算材料、照片、影片、录像、录音带等科技文件材料。2010年以前，由于信息传播速度、信息量以及计算机技术的普及都落后于今天，全国各地的科技情报研究所都是使用人工的手段从科技档案中收集情报，然后再对数据进行筛选、去重、统计，这种方法既费时又费力。随着互联网的发展，数字档案平台、科技报告系统的兴起以及大数据时代的到来，科技情报研究部门对信息的需求量与日俱增，人工检索数据、筛选数据的方法必将被淘汰，取而代之的是利用算机技术自动地对数据进行检索、处理和分析。
从目前的情况来看，完全用计算机代替科技情报研究人员进行情报分析工作是不现实的，因为很多情报的判读需要科技情报研究人员常年累积的经验，计算机可以做的是在最大限度上用计算机代替人工做重复性的工作。此外，情报领域与计算机领域有一定距离，情报研究人员往往不懂计算机技术，甚至对软件的使用都感到棘手。针对上述实际需求，需要开发一个无监督的系统，该系统可以按照需要自动采集数据，并可以对数据进行去重、分析。
基于以上背景，本文计划在钱学森提出的综合集成研讨方法指导下，基于数字档案平台、科技报告系统等数据库设计建立一套以人为主，数据、信息、知识和智慧综合集成，高度智能化的人机结合智慧情报系统，从系统的物理构成来看，包括三部分：一是由参与情报解读的专家组成的专家体系；二是由为情报工作人员和专家提供各种信息服务的计算机软硬件技术组成的机器体系；三是由各种形式的信息资源组成的知识体系。从情报分析过程来看，该系统包括三部分：一是基于专家体系经验判读的定性情报综合集成系统；二是基于数据采集处理工具的定量情报分析综合集成系统；三是从定性情报到定量情报的综合集成系统。总之，该系统的建设不仅需要建立由不同学科、不同领域专家组成，具有能面对复杂巨系统问题所需要的合理知识结构的专家体系，而且还需要设计开发能够有效处理海量数据的工具，实现信息的高效采集与精确分析。从技术构成分析，归类能力、关联性分析能力、辅助解读能力、报告辅助生成能力是该系统应具备的几大核心能力。
文章将主要运用信息智能检索、数据统一结构化、信息抽取、机器学习、自然语言理解等前沿的数据挖掘分析技术，对各数据库的结构化与非结构化文本进行处理，实现对海量信息的数据挖掘，完成数据的关键词输入、引文爬取、数据解析分析、统计。最终形成关于学术专题情报报告雏形。
二、学术专题档案情报快速辅助生成系统功能需求分析与系统设计
大数据时代的数据特征为情报服务过程中数据采集提出了严峻的挑战，档案数据库和科技报告数据库等结构化信息异构、重复，质量参差不齐，时效性不强，使数据整合成为基础数据资源建设的难点；其次是是如何通过大数据时代高度发展的移动互联网技术，充分利用人际网络获得一手数据，并与网络、文献和数据库信息进行整合，也成为大数据环境下数据采集的难点。与此同时，无论何种数据来源，由于数据的价值密度低，数据筛选技术都是关键的技术难题。
本系统通过利用网络环境下的搜索引擎技术、本体库、SVM分类算法、聚类算法和信息筛选技术，构建面向大数据的档案数据库数据、科技报告数据库数据、人际网络数据和信息筛选的大数据采集与筛选工具，为情报服务的数据资源建设提供工具。
（一）系统需求分析
1.搜索需求：互联网数据库信息是情报服务的主要数据来源之一，搜索引擎技术的发展为互联网数据的获取提供了便捷、高效的工具，但是由于算法本身局限性，普通搜索引擎只能采集到约10-30%的信息，只能完成情报大概情况的收集，不能满足情报检索中查全率的要求，对于查准率也只能满足部分要求，这种现状对于情报服务来说，是对互联网信息资源的浪费。本系统需要在普通搜索引擎的基础上通过重点、互动、专业垂直搜索，完成深入的、交互式的、专业的科技情报搜索。本部分的科技情报专用搜索工具是由元搜索系统、重点搜索系统、互动搜索系统、垂直搜索系统和深网接口系统封装在一起构成。
2.大数据筛选：数据库数据具有数据价值密度低的特点，因此，数据的筛选对于情报服务的质量尤为重要。数据来源的广泛性使得大数据难以根据同一标准进行筛选，因而计算机难以独立完成筛选工作。本系统根据研究内容设定采集数据的范围，将采集得到的数据去噪、剔除相似数据后，根据领域词汇距离、情报点关键词录、情报报告关键词录摘录出较具情报价值的信息，力争把以十万计的海量信息压缩到600条以内，同时保存足够的核心信息，并采用人机结合的工作方式，提供专家判读的界面，为数据筛选的准确性提供保障。
3.动态情报跟踪与基于科技主体的社会网络情报需求。搜索引擎完成的是面向互联网数据库数据的静态数据获取工作，然而对于情报服务来说，动态跟踪能够展现情报研究对象的活动轨迹，对于情报分析具有十分重要的价值。根据社会网络理论，完成科技主体（单位和个人）相互关系的表达，从而确定某一主题下各个科技主体的特征，以使我们能从中找到适合进行情报分析判读的行业专家。本系统基于移动网络环境下的情报采集技术，创新情报采集模式，全面采集由情报所所内人员、行业专家、专业情报员，通过科技情报生产的规范化流程、规范化方法，依照科技情报质量控制体系，在情报分析模型方法库和情报分析方法工具包的协助下，完成情报的分析流程。
（二）系统模块设计
本系统根据关键词并行进行科技报告系统网页爬取与数字档案馆中的科技档案爬取，获取有效的网页信息与档案信息，去重、去噪后得到需要的网页信息与档案信息。对数据进行特定的处理，采用特定的算法对获取的数据进行处理分析，生成需要的图表格式并得出结论。具体流程如图1所示。
按照档案情报流程节点的不同，该学术专题情报快速辅助生成系统可以细分为几个大模块：搜索大模块，控制大模块，整理大模块，分析大模块及结论生成大模块。大模块下又可细分为几个小模块。学术专题情报快速辅助生成系统模块划分如图2所示
1.搜索模块：搜索大模块主要有科技报告系统网页搜索模块和数字档案搜索模块两大模块。网页搜索模块致力于在科技报告系统网络上搜索与关键字相关的网页集合，为后续的操作提供初始的科技报告系统网页信息材料来源。数字档案搜索模块是在制定好的数字档案馆中搜索与关键字相关的档案集合，得到与关键字有密切关系的档案集合，为之后的整理分析等工作提供初始的材料来源。
2.控制大模块：控制大模块主要有两个小模块：内存控制模K和线程控制模块。无论是从网页中获取信息还是从档案库中获取信息，系统在获取信息过程中获取的信息容量比较大，所以需要内存控制模块来高效的非配运行此系统的计算机的内存，以提高系统运行效率。由于要获取的信息内容十分多，因此采用并行技术进行获取信息的操作。
3.整理大模块：整理大模块主要有科技报告系统网页内容整理模块和档案库内容整理模块两大模块。科技报告系统网页内容整理模块只要是对获取到的网页进行去重，去噪等处理，得到干净、整齐的网页内容。档案内容整理模块是对已经获取到的档案集合进行去重，去噪等处理，获取格式整齐的档案内容，以便进行后续工作。
4.分析大模块：分析大模块主要有科技报告系统网页内容分析模块和档案内容分析模块两大模块。科技报告系统网页内容分析模块是对前边已经处理过的网页信息采用分类，对比等特定分析方法对这些内容进行分析，以帮助后边的模块得到想要的结果。档案内容分析模块是针对之前通过搜索，处理得到的整齐的档案信息内容采用特定的分类，对比等分析方法对档案内容进行分析，得到分析的结果。
5.结论生成大模块：结论生成大模块主要有科技报告系统网页生成结论模块和档案生成结论模块两大模块。科技报告系统网页生成结论模块使用通过关键词筛选出的网页信息经整理、分析得出的结果采用表格，图表等方式展现给用户，让用户对结论有一个直观的了解。档案生成模块使用通过关键词帅选出的论文信息经过整理、分析得到的记过采用与网页生成结论模块基本相同的样式，如表格、柱状图、饼图等方式向用户展示该关键词搜索的内容的结果。便于用户进行相关的决策等。
（三）系统架构设计
系统结构共包括元搜索模块、垂直搜索模块、URL调度器、数据存储器、多线程控制器、源码解析器和数据分析模块，其中元搜素模块主要是对科技报告系统网页数据进行检索；垂直搜索模块主要是对档案数据库进行检索。由于网页数据与档案库的格式差异较大，故本系统开发两个软件分别对网页数据和档案数据进行处理。从系统结构上来说，除了信息采集模块外，两个软件的结构基本一致，都是通过上述模块进行相互协调控制。用户在系统运行初始化时对相关参数进行设置，如检索的最大页数、检索的时间间隔等，然后输入关键词，系统结合上述功能模块就可以脱离人工自动对数据进行检索和处理，最终实现无监督的信息采集工作。
系统的基本流程：在传统网络爬虫的基础上进行改进对网页信息进行抽取，将下载下来的数据保存到内存中，与之前的一级链接相同，当内存中的数据超过一个阈值时，将它们输出到本地文件中。
当全部数据抓取下来后，数据被分为网页数据与档案数据，由于档案数据是标准的结构化数据，并且科技档案技术方案的重复率并极低，也不存在大量噪声数据，因此可以通过系统的数据分析模块对档案数据进行分析。
三、学术专题档案情报快速辅助生成系统的功能实现
文章以人工智能领域为例，使用本系统进行实验，验证本系统的可行性和有效性。一是本系统可以实现对档案数据库、科技报告数据库的中文数据采集搜索，可以自动实现对档案、科技报告相关词库的搜索，对相关文献详细信息（包标题、摘要、完成人、完成单位、完成时间、项目名称等）进行搜索采集，对相关文献内高频词汇进行统计分析。二是系统对采集到的数据进行归类、去噪、去重处理，筛选出较具情报价值的信息，运用文献计量学方法对筛选完的数据进行统计分析，形成清晰的档案文献相关信息统计分析表格。三是系统可以用来搜索某学术领域相关机构、相关专家，还可以对机构之间的合作关系、专家之间的合作关系、专家学术研究点之间的关系进行可视化展示。
