數(shù)據(jù)采集論文精選(九篇)

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第1篇：數(shù)據(jù)采集論文范文

NI-PCI6221是一款低價(jià)位多功能M系列數(shù)據(jù)采集板卡,具有單端16路/差分8路模擬輸入,分辨率高達(dá)16bit,采樣速率為250KS/s,輸入最小電壓范圍為±200mV,最大電壓范圍為±10V,板上自帶4095字節(jié)內(nèi)存.

2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心,軟件設(shè)計(jì)部分采用層次化和模塊化思想,將整個(gè)系統(tǒng)劃分分若干模塊,模塊化的程序結(jié)構(gòu)不但使整個(gè)系統(tǒng)清晰明了,而且方便進(jìn)行程序維護(hù).基于LabVIEW的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)如圖2所示.該系統(tǒng)軟件部分包含了系統(tǒng)啟動(dòng)、用戶登錄、系統(tǒng)菜單、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)回放6個(gè)功能模塊.

2.2系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)本文針對(duì)6個(gè)功能模塊分別開發(fā)了相應(yīng)的界面.

2.2.1系統(tǒng)啟動(dòng)界面系統(tǒng)啟動(dòng)界面如圖3所示.它包含了簡(jiǎn)單個(gè)人信息,綠色橫條是系統(tǒng)啟動(dòng)條,顯示啟動(dòng)進(jìn)度,系統(tǒng)100%加載成功后,單擊進(jìn)入登錄界面按鈕可以跳轉(zhuǎn)到用戶登錄界面,單擊退出啟動(dòng)界面按鈕則直接退出系統(tǒng).

2.2.2用戶登錄界面用戶登錄界面如圖4所示.它要求輸入用戶名和密碼,功能是進(jìn)行身份認(rèn)證,認(rèn)證通過后顯示登錄成功,一旦登錄成功會(huì)自動(dòng)進(jìn)入到系統(tǒng)菜單界面,如果不能通過認(rèn)證,只能通過退出按鈕來退出系統(tǒng).

2.2.3系統(tǒng)菜單界面系統(tǒng)菜單界面如圖5所示.它由一列按鈕構(gòu)成,菜單程序運(yùn)行后按鈕被激活,分別單擊數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)回放按鈕可跳轉(zhuǎn)到對(duì)應(yīng)界面,單擊退出按鈕返回到菜單按鈕被激活前狀態(tài).

2.2.4數(shù)據(jù)采集界面數(shù)據(jù)采集界面如圖6所示.它模擬實(shí)現(xiàn)了兩路信號(hào)的采集,一路是電壓信號(hào),一路是溫度信號(hào).信號(hào)選擇開關(guān)用于進(jìn)行信號(hào)選擇,通過信號(hào)選擇開關(guān)既可以采集單路信號(hào)數(shù)據(jù),也可以同時(shí)采集雙路信號(hào)數(shù)據(jù).針對(duì)溫度信號(hào)設(shè)計(jì)了溫度表盤,可精確顯示溫度值,另外還設(shè)定了溫度下限和上限值,將溫度限定在一個(gè)范圍內(nèi),一旦超出這個(gè)范圍,報(bào)警指示燈就會(huì)亮起來.數(shù)據(jù)采集界面包含了一些基本參數(shù)設(shè)置,此外還有返回和暫停兩個(gè)按鈕,單擊暫停按鈕,系統(tǒng)暫停連續(xù)采集數(shù)據(jù),暫停中狀態(tài)表現(xiàn)為數(shù)據(jù)信息停留在某一刻,單擊返回按鈕,可返回至系統(tǒng)菜單界面.李琳芳等院基于LabVIEW的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.2.5數(shù)據(jù)處理界面數(shù)據(jù)處理界面如圖7所示.它包含了電壓和溫度兩路信號(hào),對(duì)電壓信號(hào)分別進(jìn)行了濾波、頻譜分析、峰值壓縮,對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行了均值壓縮.此外還有溫度表盤、一列選擇開關(guān)、系統(tǒng)參數(shù)配置信息、暫停和返回按鈕.濾波處理是信號(hào)處理中常用的一種手段,對(duì)于濾波處理,觀察圖7,可發(fā)現(xiàn)濾波后的電壓信號(hào)清晰平滑,便于觀察.頻譜分析主要是求出信號(hào)的頻域描述,有助于更全面地認(rèn)知信號(hào)信息,進(jìn)行信號(hào)特征提取.根據(jù)奈奎斯特準(zhǔn)則,信號(hào)帶寬小于采樣頻率的1/2,便能防止出現(xiàn)頻譜混疊現(xiàn)象,恢復(fù)出原始信號(hào),本文設(shè)置采樣頻率為1000Hz.觀察圖7發(fā)現(xiàn)電壓幅度譜主要集中在0~50Hz,這是因?yàn)樵趯?shí)際工程中,為了恢復(fù)出高保真信號(hào),要求信號(hào)帶寬小于采樣頻率的1/10,加之軟件仿真環(huán)境理想,因此信號(hào)幅度譜主要處于50Hz頻段內(nèi).壓縮采樣是利用算法在保留信號(hào)信息的同時(shí)進(jìn)行壓縮處理,壓縮處理可縮減數(shù)據(jù)體積,有利于傳輸.本文對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行了峰值壓縮,對(duì)溫度信號(hào)進(jìn)行了均值壓縮,設(shè)置壓縮因子均為10,即對(duì)于電壓信號(hào),每10個(gè)采樣值中標(biāo)記出最大值,對(duì)于溫度信號(hào),每10個(gè)采樣值中標(biāo)記出平均值.電壓信號(hào)峰值壓縮后方便獲取峰值信息,溫度信號(hào)均值壓縮后方便獲取平均溫度.

2.2.6數(shù)據(jù)回放界面數(shù)據(jù)回放界面如圖8所示.可以讀取之前存儲(chǔ)的數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)再現(xiàn).通過文件路徑找到之前數(shù)據(jù)所在位置,并通過選擇開關(guān)按鈕選擇回放的信號(hào),接著運(yùn)行系統(tǒng)回放程序,便可觀察回放的數(shù)據(jù).數(shù)據(jù)回放界面包含了電壓和溫度兩路信號(hào)的回放,回放的數(shù)據(jù)結(jié)果以波形和表格數(shù)值兩種形式呈現(xiàn).觀察圖8發(fā)現(xiàn)在電壓和溫度波形始端有段空白區(qū)域,這是由于之前存儲(chǔ)的文件中包含一些非數(shù)值的說明信息,是不能夠被讀取的.

3小結(jié)

第2篇：數(shù)據(jù)采集論文范文

多路視頻數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集的軟件實(shí)現(xiàn)

常永亮(飛行試驗(yàn)研究院測(cè)試所陜西西安710089)

【摘要】介紹了視頻數(shù)據(jù)的采集、多路視頻數(shù)據(jù)間的切換、視頻數(shù)據(jù)的保存及基于C/S結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)傳輸與顯示，在對(duì)四路飛行視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集的運(yùn)行時(shí)，各項(xiàng)需求已達(dá)到要求。

【關(guān)鍵詞】視頻數(shù)據(jù)、Divx編碼、RTP/RTCP協(xié)議、TCP/UDP協(xié)議、媒體流、幀

1引言

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，人們將計(jì)算機(jī)技術(shù)引入視頻采集、視頻處理領(lǐng)域，用計(jì)算機(jī)處理視頻信息和用數(shù)字傳輸視頻數(shù)據(jù)在很多領(lǐng)域已有廣泛的應(yīng)用，在我們的飛機(jī)試飛中也被大量的應(yīng)用。

視頻圖像采集的方法較多，基本可分為2大類：數(shù)字信號(hào)采集和模擬信號(hào)采集。前者采用圖像采集芯片組完成圖像的采集、幀存儲(chǔ)器地址生成以及圖像數(shù)據(jù)的刷新；除了要對(duì)采集模式進(jìn)行設(shè)定外，主處理器不參與采集過程，我們只要在相應(yīng)的幀存儲(chǔ)器地址取出采集到的視頻數(shù)據(jù)即可得到相應(yīng)的視頻數(shù)據(jù)，這種方法，無論在功能、性能、可靠性、速度等各方面都得到了顯著的提高，但成本高。后者采用通用視頻A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)圖像的采集，其特點(diǎn)是數(shù)據(jù)采集占用CPU的時(shí)間，對(duì)處理器的速度要求高，成本低、易于實(shí)現(xiàn)，能夠滿足某些圖像采集系統(tǒng)的需要。

此系統(tǒng)要求每秒采最大25幀（設(shè)為可調(diào)），客戶端實(shí)時(shí)顯示最大25幀（設(shè)為可調(diào)），保存為MPEG4格式，畫面要求為最大分辯率為1024X768。

多路視頻實(shí)時(shí)采集使用的是VisionRGB-PRO卡（英國Datapath公司），此卡可同時(shí)實(shí)時(shí)采集兩路視頻數(shù)據(jù)，基本達(dá)到了本系統(tǒng)的要求，再用一臺(tái)VGA矩陣切換器將前端數(shù)據(jù)源的四路視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行人為切換采集。

2硬件環(huán)境的構(gòu)建（硬件框架）

圖一系統(tǒng)硬件框架圖

上圖為整個(gè)采集系統(tǒng)的硬件框架。

此采集系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)對(duì)前端四路視頻數(shù)據(jù)的人為切換式實(shí)時(shí)采集，在服務(wù)器端可同時(shí)采集和儲(chǔ)存兩路視頻數(shù)據(jù)（在此只用一個(gè)視頻采集卡），也可以一次只采集一路視頻數(shù)據(jù)，再經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸?shù)娇蛻舳孙@示,服務(wù)器端也實(shí)時(shí)顯示所采集的視頻。

在進(jìn)行視頻切換方面可在服務(wù)器端或客戶端自行切換，在服務(wù)器端可通過串行口操作VGA矩陣切換進(jìn)行相應(yīng)的視頻輸入輸出口的切換，在客戶端可通過網(wǎng)絡(luò)－服務(wù)器程序相應(yīng)模塊－串行口－VGA矩陣切換進(jìn)行相應(yīng)的視頻輸入輸出口的切換。

3軟件實(shí)現(xiàn)概述

3.1服務(wù)器端的實(shí)現(xiàn)

圖二服務(wù)器端程序流程圖

上圖為服務(wù)器端實(shí)時(shí)采集視頻的程序流程圖。視頻數(shù)據(jù)量較大,這就要求視頻數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)采集,大容量存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)處理的特點(diǎn)。在服務(wù)器端的實(shí)現(xiàn)是整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵，在此也承擔(dān)了大量的工作，因此對(duì)軟件和硬件方面要求也很高就成為必然。

軟件要實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集（最多兩路）、控制視頻接口、把視頻數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)編碼保存并發(fā)送到多個(gè)客戶端。以上就是要在服務(wù)器上實(shí)現(xiàn)的主要功能。

在采集方面最主要的是要有實(shí)時(shí)性，在此以事件驅(qū)動(dòng)的方法從端口獲取數(shù)據(jù)，采集到視頻數(shù)據(jù)流在桌面顯示的同時(shí)再編碼保存，視頻采集的數(shù)據(jù)要經(jīng)軟件的相應(yīng)模塊將其設(shè)為位圖型式的視頻幀，以利于在服務(wù)器端的顯示和編碼保存，在此采用Divx編碼，Divx編碼后形成以幀為格式的MPEG4流。Divx解碼也是以幀的格式解壓，因此有利于向客戶端發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)以幀為單位發(fā)送視頻數(shù)據(jù)流。

此處用到Divx編碼就不得不把Divx編碼作簡(jiǎn)要的介紹。

DivX由DivXNetworks公司開發(fā)的，即為我們通常所說的DVDrip格式，它采用了MPEG4的壓縮算法同時(shí)又綜合了MPEG-4與MP3各方面的技術(shù)，也就是使用DivX壓縮技術(shù)對(duì)DVD盤片的視頻圖像進(jìn)行高質(zhì)量壓縮，同時(shí)用MP3或AC3對(duì)音頻進(jìn)行壓縮，然后再將視頻與音頻合成并加上相應(yīng)的外掛字幕文件而形成的視頻格式。其畫質(zhì)直逼DVD并且體積只有DVD的數(shù)分之一。這種編碼對(duì)機(jī)器的要求也不高，所以DivX視頻編碼技術(shù)可以說是一種對(duì)DVD造成威脅最大的新生視頻壓縮格式,實(shí)際上Divx=（視頻）MPEG4+（音頻）MP3。

媒體流分為四個(gè)流：視頻流、音頻流、文本流、MIDI流，用視頻卡采集的是兩路視頻流，保存時(shí)每路視頻流多加了一個(gè)文本流，文本流主要應(yīng)客戶要求加入的服務(wù)器時(shí)間和一些人為輸入的文本信息，在記錄兩個(gè)媒體流時(shí)一般有兩種記錄方法，在此采用的是將視頻流和文本流記到一個(gè)文件中的方式，這樣有利于文件以后的保存和查閱。

在采集軟件實(shí)現(xiàn)方面主要應(yīng)用了相應(yīng)的SDK（Softwaredevelopmentkit）和API(應(yīng)用編程接口)，還可用VFW(VideoforWindows)。但后一種方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單單路視頻采集卡可以，對(duì)于多路視頻的采集用第一種方法更加靈活，但實(shí)現(xiàn)比第二種復(fù)雜的多。在服務(wù)器實(shí)現(xiàn)軟件方面主要有以下幾大塊：一是采集；二是保存；三是向客戶端發(fā)送；四是串口的通行；五圖像的形成；六是桌面顯示；七是對(duì)圖像亮度、顏色、位置等的調(diào)整；采集通道、采樣率、采集時(shí)間的選擇；等等。

在服務(wù)器端各方面協(xié)調(diào)工作是關(guān)鍵，程序啟動(dòng)首先默認(rèn)上次設(shè)定的視頻采集卡通道，如有視頻數(shù)據(jù)就顯示、保存，如果沒有視頻數(shù)據(jù)就等待，如果要調(diào)整視頻采集卡通道可用串口給VGA矩陣切換器發(fā)送相應(yīng)的命令讓VGA矩陣切換器進(jìn)行相應(yīng)的輸入輸出通道切換。也可經(jīng)客戶端經(jīng)網(wǎng)絡(luò)到服務(wù)器串口到VGA矩陣切換器進(jìn)行VGA矩陣切換器相應(yīng)的輸入輸出通道切換（在后面介紹客戶端時(shí)再介紹）。每次切換后將自動(dòng)保存原視頻文件，如切換后有視頻數(shù)據(jù)將自動(dòng)重新生成一個(gè)新的視頻文件。

在服務(wù)器桌面顯示的畫面是沒經(jīng)任何編碼處理的，但網(wǎng)絡(luò)傳輸和保存的視頻數(shù)據(jù)是經(jīng)Divx編碼的，這樣有力的減輕了網(wǎng)絡(luò)間傳輸和服務(wù)器的負(fù)擔(dān)。

用局域網(wǎng)實(shí)時(shí)傳輸視頻數(shù)據(jù)已在一些領(lǐng)域大量的應(yīng)用，局域網(wǎng)以有線局域網(wǎng)居多，因?yàn)橛芯€局域網(wǎng)技術(shù)成熟、傳輸速度快，但是長(zhǎng)時(shí)間傳輸大量視頻數(shù)據(jù)時(shí)也會(huì)引起傳輸速率不穩(wěn)定，引起數(shù)據(jù)堵塞，會(huì)導(dǎo)致視頻傳輸?shù)馁|(zhì)量大幅度下降，容易引起畫面的重影、抖動(dòng)、花屏、延遲等現(xiàn)象。

為了在局域網(wǎng)上有效的、高質(zhì)量的實(shí)時(shí)傳輸媒體流，需要多種技術(shù)的支持，包括網(wǎng)絡(luò)傳輸層協(xié)議的選擇、編(解)碼技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)傳輸層質(zhì)量控制技術(shù)等等。

實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議RTP是針對(duì)Internet上多媒體數(shù)據(jù)流的一個(gè)傳輸協(xié)議，實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議RTCP負(fù)責(zé)管理傳輸質(zhì)量在當(dāng)前應(yīng)用進(jìn)程之間交換控制信息，RTP/RTCP協(xié)議只適合服務(wù)器端和客戶端相對(duì)動(dòng)態(tài)的實(shí)時(shí)多媒體數(shù)據(jù)流傳輸。但是，對(duì)于圖像采集速度固定的實(shí)時(shí)視頻采集，有時(shí)會(huì)引起采集的數(shù)據(jù)來不及壓縮而直接丟棄而達(dá)不到實(shí)時(shí)的要求，所以沒有采用RTP/RTCP協(xié)議，而是從發(fā)送端出發(fā)，實(shí)時(shí)判斷網(wǎng)絡(luò)狀況，采用暫停發(fā)送的控制策略進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸。

網(wǎng)絡(luò)傳輸層質(zhì)量控制技術(shù)采用的是TCP/UDP協(xié)議，UDP是一種不可靠的、無連接的協(xié)議,UDP適用于一次只傳送少量數(shù)據(jù)、對(duì)可靠性要求不高的應(yīng)用環(huán)境。它不提供檢錯(cuò)和糾錯(cuò)功能，一旦網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)堵塞時(shí)，大量的數(shù)據(jù)報(bào)文會(huì)丟失。對(duì)于Divx編解碼技術(shù)，是以幀為單位進(jìn)行編解碼的，分為關(guān)鍵幀和非關(guān)鍵幀。在傳輸過程中，由于壓縮率比較高，只要一幀中錯(cuò)一比特位，將影響其后的更多的比特位，直接造成圖像的模糊、花屏等現(xiàn)象。只有等到下一次關(guān)鍵幀的到來才有可能恢復(fù)圖像的清晰。為了保證傳輸?shù)恼_性，自己需要在應(yīng)用層制定協(xié)議。如此一來，只能選擇使用TCP來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，TCP的目的是提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸，并在相互進(jìn)行通信的設(shè)備或服務(wù)之間保持一個(gè)虛擬連接。TCP在數(shù)據(jù)包接收無序、丟失或在交付期間被破壞時(shí)，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)恢復(fù)。它通過為其發(fā)送的每個(gè)數(shù)據(jù)包提供一個(gè)序號(hào)來完成此恢復(fù)。再輔助以暫停發(fā)送的控制策略，較好的解決局域網(wǎng)中實(shí)時(shí)視頻傳輸容易引起的重影、抖動(dòng)、花屏的問題。

為了達(dá)到視頻傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性，總的思想是最少的發(fā)送冗余信息，最大程度上發(fā)送最新的視頻。

在服務(wù)器端視頻采集采用從VisionRGB視頻采集卡捕獲視頻圖像，得到的是位圖型式的視頻幀，然后用Divx編碼進(jìn)行壓縮，通過Winsock實(shí)現(xiàn)壓縮后的視頻數(shù)據(jù)在局域網(wǎng)中的實(shí)時(shí)傳輸，在客戶端接收完的數(shù)據(jù)交給Divx解碼器解壓，最后實(shí)現(xiàn)視頻顯示。如圖三所示:

圖三網(wǎng)絡(luò)間傳輸流程圖

如果局域網(wǎng)通信速率很高且狀態(tài)穩(wěn)定，則進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻傳輸就可以達(dá)到非常好的效果。但是在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)異常時(shí)會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸率不穩(wěn)定或明顯下降，造成發(fā)送端數(shù)據(jù)積壓。此時(shí)就要采取一定的策略來控制發(fā)送端（服務(wù)器端），以達(dá)到實(shí)時(shí)性的要求，暫停發(fā)送策略很好的解決了這一現(xiàn)象。使用此策略有時(shí)會(huì)有丟幀的現(xiàn)象(100M局域網(wǎng)沒有發(fā)現(xiàn)丟幀現(xiàn)象)，但就客戶端的要求是滿足的，在服務(wù)器端的采集、顯示、保存不受暫停發(fā)送策略的影響，也就是不會(huì)有丟幀的現(xiàn)象,雖然應(yīng)用了暫停發(fā)送策略，但已經(jīng)能夠滿足在客戶端實(shí)時(shí)監(jiān)控需求了。

3.2客戶端的實(shí)現(xiàn)

在上面講服務(wù)器端的實(shí)現(xiàn)時(shí)已經(jīng)大概講到客戶端的實(shí)現(xiàn)，因?yàn)橹灰逊?wù)器端實(shí)現(xiàn)好客戶端實(shí)現(xiàn)難點(diǎn)就小的多。如圖四所示：

圖四客戶端程序流程圖

在客戶端也可以自行選擇要采集的通道，但對(duì)服務(wù)器端的采樣率等都不能通過客戶端進(jìn)行設(shè)置，實(shí)現(xiàn)客戶端時(shí)主要是要實(shí)時(shí)監(jiān)聽和服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)和判斷接受的視頻數(shù)據(jù)是否正常是否啟用暫停發(fā)送策略等。每秒接收的幀數(shù)可自行調(diào)節(jié)，但不能大于服務(wù)器端每秒采集的幀數(shù)。

在客戶端還要實(shí)時(shí)Divx解碼,如果不解碼就無法顯示，Divx解碼速度是完全可以達(dá)到實(shí)時(shí)顯示的要求。Divx解碼和顯示在不同的兩個(gè)線程中實(shí)現(xiàn)的，這樣做主要是為了顯示流暢。可以在兩個(gè)不同客戶端顯示兩個(gè)不同的視頻通道采集的數(shù)據(jù)。

4結(jié)論

本系統(tǒng)作為電視跟蹤系統(tǒng)的一部分,負(fù)責(zé)多路視頻數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)和視頻編解碼算法的實(shí)現(xiàn)、基于C/S結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)傳輸顯示，在通過各種測(cè)試后在試運(yùn)行期間已達(dá)到本系統(tǒng)的預(yù)期要求，本系統(tǒng)還支持事后的視頻回放。

本系統(tǒng)的開發(fā)難點(diǎn)和重點(diǎn)在服務(wù)器端，服務(wù)器端的開發(fā)直接影響到整個(gè)系統(tǒng)開發(fā)。

參考文獻(xiàn)

[1]《Windows核心編程》Microsoft公司〔美〕著

第3篇：數(shù)據(jù)采集論文范文

掃描志愿者的人體尺寸基于中國標(biāo)準(zhǔn)化研究院2009年進(jìn)行的中國成年人人體尺寸測(cè)量結(jié)果，該測(cè)量的樣本容量為3,000人，年齡跨度為18~70歲，測(cè)量項(xiàng)目共計(jì)161項(xiàng)。該志愿者的尺寸選擇參照與測(cè)量結(jié)果中的中國成年人男性50百分位的尺寸，由于志愿者很難達(dá)到每一項(xiàng)都完全符合50百分位，因此著重考慮其中6項(xiàng)，即身高、體重、胸圍、腰圍、臀圍及肩峰寬，該6項(xiàng)較為重要的人體尺寸的2009年中國標(biāo)準(zhǔn)化研究院最新測(cè)量結(jié)果以及目前最新的所公布的1988年中國成年人人體尺寸數(shù)據(jù)見表1。

2志愿者掃描

CT的全稱為computedtomography，即電子計(jì)算機(jī)斷層掃描，最早起源于1967年，由Hounsfield設(shè)計(jì)研發(fā)。CT掃描的基本原理是人體內(nèi)各組織器官對(duì)X射線具有不同的透過與吸收比，基于該透過與吸收比通過高靈敏度的相關(guān)儀器進(jìn)行測(cè)量，然后通過電子計(jì)算機(jī)保存所測(cè)量的數(shù)據(jù)并進(jìn)行相關(guān)處理，即可得到所測(cè)量的組織或器官的斷面圖像。CT掃描對(duì)生物醫(yī)學(xué)中復(fù)雜結(jié)構(gòu)重建可以提供良好的斷面成像。以中國標(biāo)準(zhǔn)化研究院2009年的人體尺寸測(cè)量結(jié)果為目標(biāo)，選擇了一名身體各器官、骨骼等組織均無病變及相關(guān)病史且符合中國成年人男性50百分位尺寸的健康男性志愿者作為CT掃描對(duì)象。志愿者各項(xiàng)人體尺寸的測(cè)量方法與標(biāo)準(zhǔn)化研究院的尺寸測(cè)量方法一致，具體參考GB5703-2010《人體測(cè)量方法》[2]與GJB4856《中國男性飛行員人體尺寸測(cè)量》[3]，但由于缺乏專業(yè)的測(cè)量設(shè)備，因此只能按照相關(guān)的測(cè)量方法（如圖1所示）大致進(jìn)行尺寸測(cè)量。經(jīng)過實(shí)地測(cè)量，該志愿者的主要6項(xiàng)人體尺寸與2009年中國標(biāo)準(zhǔn)化研究院所測(cè)量的中國成年人男性50百分位、45百分位及55百分位的尺寸對(duì)比如圖2所示，可知該志愿者的主要6項(xiàng)尺寸與中國成年人男性50百分位尺寸均較為符合。CT掃描如圖3所示，所使用的機(jī)器為美國通用多螺旋CT機(jī)，型號(hào)為L(zhǎng)ightSpeedVCT，掃描的具體參數(shù)為：管電壓120kV，管電流10mA，層厚0.625mm，層間距0.625mm，床速78.74mm/sec。全身CT掃描共計(jì)1,529張斷層圖像，以DICOM格式存儲(chǔ)，DICOM是美國國家電氣制造商協(xié)會(huì)制定的醫(yī)學(xué)圖像儲(chǔ)存與交換的標(biāo)準(zhǔn)格式，相比于CT掃描的膠片，DICOM格式的圖像更加清晰、儲(chǔ)存更加便捷，且所有像素點(diǎn)的坐標(biāo)均可保證準(zhǔn)確無誤[4]。圖4為具有代表性的志愿者CT掃描斷層圖像。通過CT掃描的斷層圖像對(duì)于胸腹部?jī)?nèi)臟等器官組織的建模較難實(shí)現(xiàn)，還需借助于MRI磁共振成像掃描。MRI磁共振成像是用于檢查身體解剖學(xué)及生理學(xué)的醫(yī)用圖像技術(shù)，利用磁場(chǎng)及無線電波來對(duì)身體進(jìn)行成像，可以更清晰地重現(xiàn)內(nèi)臟及韌帶等組織器官。對(duì)該志愿者進(jìn)行d胸腹部?jī)?nèi)臟的MRI掃描如圖5所示，掃描儀器型號(hào)為SIEMENSMAGNETOMAera1.5T，層厚為1.5mm。

3提取掃描點(diǎn)云數(shù)據(jù)

將CT及MRI掃描的DICOM數(shù)據(jù)導(dǎo)入醫(yī)學(xué)影響處理軟件Mimics中，通過閾值分割，基于骨骼、內(nèi)臟等在掃描圖像中的不同灰度值可分別進(jìn)行提取，提取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)可用于三維CAD幾何建模。圖6為基于該CT掃描的胸腹部骨骼的三維重建點(diǎn)云模型示例。

4結(jié)語

第4篇：數(shù)據(jù)采集論文范文

目前，適用于短距離的無線通信技術(shù)大致有藍(lán)牙技術(shù)、ZigBee技術(shù)及Wifi技術(shù)。相比較而立，ZigBee技術(shù)以其功耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性價(jià)比高、擴(kuò)展簡(jiǎn)便及安全可靠等優(yōu)點(diǎn)成為構(gòu)建WSN的最佳選擇。本設(shè)計(jì)采用ZigBee技術(shù)，以Ad-Hoc方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)采用簇-樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。每一個(gè)結(jié)點(diǎn)采用CC2530芯片作為微處理器。CC2530的引腳端口與傳感器相連，形成數(shù)據(jù)采集的終端。

2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

配電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要包括三個(gè)基本模塊：底層數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理模塊，具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。底層數(shù)據(jù)采集模塊由CC2530所帶的電流、電壓、溫度、濕度、紅外、振動(dòng)等傳感器組成，這些傳感器所采集的數(shù)據(jù)經(jīng)CC2530中的8051單片機(jī)簡(jiǎn)單處理后傳至數(shù)據(jù)傳輸模塊。數(shù)據(jù)傳輸模塊由ZigBee路由器結(jié)點(diǎn)組成，這一部分也由CC2530芯片擔(dān)當(dāng)。這些路由器結(jié)點(diǎn)組成樹狀網(wǎng)絡(luò)，形成數(shù)據(jù)上傳至匯總結(jié)點(diǎn)的通道。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理模塊由ZigBee協(xié)調(diào)器與PC機(jī)組成，Zig-Bee協(xié)調(diào)器由CC2530擔(dān)當(dāng)，與PC機(jī)用USB線進(jìn)行連接，串口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。PC機(jī)接收數(shù)據(jù)后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的存儲(chǔ)與處理。PC上安裝有網(wǎng)卡，形成與Internet網(wǎng)的連接端口，從而滿足遠(yuǎn)程監(jiān)控的需要。

3數(shù)據(jù)采集模塊隨機(jī)干擾的濾波設(shè)計(jì)

在無線傳感網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的過程中，測(cè)量通道中串入隨機(jī)干擾是不可避免的。隨機(jī)干擾的出現(xiàn)會(huì)引起測(cè)量誤差，對(duì)遠(yuǎn)程的監(jiān)控不利。因此，采取某種手段對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波是保證采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的前提。常用的數(shù)字濾波算法有算術(shù)平均濾波、加權(quán)平均濾波、中位值濾波、限值濾波等方法，本設(shè)計(jì)采用基于中位值濾波方法的中位值平均濾波方法。通常中位值濾波是對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行排序，取位于中間的數(shù)據(jù)作為一次的采樣數(shù)據(jù)。這種方法對(duì)高頻干擾和低頻干擾都有一定的濾除效果，但是對(duì)于某些變化快速的采集數(shù)據(jù)，如電流、電壓、振動(dòng)等，不宜采用中位置濾波。中位值平均濾波方法是在中位值排序的基礎(chǔ)上，將最大和最小的數(shù)據(jù)去掉，然后將剩余的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，最終將平均值作為一次采樣數(shù)據(jù)。因此無論對(duì)于緩慢變化的信號(hào)，還是對(duì)快速變化的信號(hào)，都能取得良好的濾波效果。

4總結(jié)

第5篇：數(shù)據(jù)采集論文范文

關(guān)鍵詞：USB；數(shù)據(jù)采集；EZ－USBFX2；GPIF

1引言

現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究對(duì)數(shù)據(jù)采集的要求日益提高。目前比較通用的是在PC或工控機(jī)內(nèi)安裝數(shù)據(jù)采集卡（如A／D卡及422、485卡）。但這些數(shù)據(jù)采集設(shè)備存在以下缺陷：安裝麻煩、價(jià)格昂貴、受計(jì)算機(jī)插槽數(shù)量、地址、中斷資源的限制，可擴(kuò)展性差，同時(shí)在一些電磁干擾性強(qiáng)的測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)，可能無法專門對(duì)其作電磁屏蔽，從而導(dǎo)致采集的數(shù)據(jù)失真。

傳統(tǒng)的外設(shè)與主機(jī)的通訊接口一般是基于PCI總線、ISA總線或者是RS－232C串行總線。PCI總線雖然具有較高的傳輸速度（132Mbps），并支持“即插即用”功能，但其缺點(diǎn)是插拔麻煩，且擴(kuò)展槽有限（一般為5～6個(gè)），ISA總線顯然存在同樣的問題。RS－232C串行總線雖然連結(jié)簡(jiǎn)單，但其傳輸速度慢（56kbps），且主機(jī)的串口數(shù)目也有限。

通用串行總線（UniversalSerialBus，簡(jiǎn)稱USB）是1995年康柏、微軟、IBM、DEC等公司為了解決傳統(tǒng)總線的不足，而推出的一種新型串行通信標(biāo)準(zhǔn)。該總線接口具有安裝方便、高帶寬、易擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)逐漸成為現(xiàn)代數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌l(fā)展趨勢(shì)?；赨SB的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)充分利用USB總線的上述優(yōu)點(diǎn)，有效地解決了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的缺陷。USB的規(guī)范能針對(duì)不同的性能價(jià)格比要求提供不同的選擇，以滿足不同的系統(tǒng)和部件及相應(yīng)不同的功能，從而給使用帶來極大方便。

2系統(tǒng)介紹

2．1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能

常見的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中數(shù)據(jù)采集接口卡是硬件部分的核心，它包括A／D轉(zhuǎn)換器、微控制器、USB通信接口等。

在高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中由于現(xiàn)場(chǎng)輸入信號(hào)是高頻模擬信號(hào)，因而信號(hào)的變化范圍都比較大如果采用單一的增益放大那么放大以后的信號(hào)幅值有可能超過A／D轉(zhuǎn)換的量程所以必須根據(jù)信號(hào)的變化相應(yīng)地調(diào)整放大器的增益。在自動(dòng)化程度較高的系統(tǒng)中希望能夠在程序中用軟件控制放大器的增益AD8321正是這樣一種具有增益可編程功能的芯片。AD8321是美國AD公司生產(chǎn)的一種增益可編程線性驅(qū)動(dòng)器。它具有頻帶寬、噪聲低、增益可編程且易于與單片機(jī)進(jìn)行串行通信等優(yōu)點(diǎn)，十分適合在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中做前置放大。

經(jīng)過調(diào)理后的信號(hào)可送入模／數(shù)變換器（ADC）進(jìn)行A／D變換。筆者選用的ADC是TLC5540，它是一種高速8位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，能以高達(dá)每秒40M的采樣速率進(jìn)行轉(zhuǎn)換，由于采用半閃速結(jié)構(gòu)和CMOS工藝制造，因此功耗和成本很低。其75MHz（典型值）的模擬輸入帶寬使該器件成為欠采樣應(yīng)用的良好選擇。該器件帶有內(nèi)部電阻，可用于從5V電源產(chǎn)生2V滿度的基準(zhǔn)電壓，以減少外部元件數(shù)。數(shù)字輸出置于高阻方式。它僅需要5V電源工作，可由USB總線供電。

由于數(shù)據(jù)采集接口卡是硬件部分的核心，因此應(yīng)選擇能適用USB協(xié)議的合適芯片。EZ－USBFX2是一種USB2．0集成微控制器。它的內(nèi)部集成了USB2．0收發(fā)器、串行接口引擎（SIE）、增強(qiáng)的8051微控制器和一個(gè)可編程的串行接口。其主要特性如下：

帶有加強(qiáng)的8051內(nèi)核性能，可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)8051的5～10倍，且與標(biāo)準(zhǔn)8051的指令完全兼容；

集成度高，芯片內(nèi)部集成有微處理器、RAM、SIE（串行接口引擎）等多個(gè)功能模塊，從而減少了多個(gè)芯片接口部分需要時(shí)序配合的麻煩；

采用軟配置，在外設(shè)未通過USB接口接到PC機(jī)之前，外設(shè)上的固件存儲(chǔ)在PC上；而一旦外設(shè)連接到PC機(jī)上，PC則先詢問外設(shè)是“誰”（即讀設(shè)備描述符），然后將該外設(shè)的固件下載到芯片的RAM中，這個(gè)過程叫做再枚舉。這樣，在開發(fā)過程中，當(dāng)固件需要修改時(shí)，可以先在PC機(jī)上修改好，然后再下載到芯片中；

具有易用的軟件開發(fā)工具，該芯片開發(fā)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)程序和固件的開發(fā)和調(diào)試相互獨(dú)立，可加快開發(fā)的速度。

圖2USB接口示意圖

2．2方案選擇

FX2有三種可用的接口模式：端口、GPIF主控和從FIFO。

在“端口”模式下，所有I／O引腳都可作為8051的通用I／O口。

在“從FIFO”模式下，外部邏輯或外部處理器直接與FX2端點(diǎn)FIFO相連。在這種模式下，GPIF不被激活，因?yàn)橥獠窟壿嬁芍苯涌刂艶IFO。這種模式下，外部主控端既可以是異步方式，也可以是同步方式，并可以為FX2接口提供自己的獨(dú)立時(shí)鐘。

“GPIF主控”接口模式使用PORTB和PORTD構(gòu)成通向四個(gè)FX2端點(diǎn)FIFO（EP2EP4EP6和EP8）的16位數(shù)據(jù)接口。GPIF作為內(nèi)部的主控制器與FIFO直接相連，并產(chǎn)生用戶可編程的控制信號(hào)與外部接口進(jìn)行通信。同時(shí)，GPIF還可以通過RDY引腳采樣外部信號(hào)并等待外部事件。由于GPIF的運(yùn)行速度比FIFO快得多，因此其時(shí)序信號(hào)具有很好的編程分辨率。另外，GPIF既可以使用內(nèi)部時(shí)鐘，也可以使用外部時(shí)鐘。故此，筆者選擇了GPIF模式。

高速數(shù)據(jù)采集卡的設(shè)計(jì)存在兩大難點(diǎn)：一是模擬信號(hào)的A／D高速轉(zhuǎn)換；二是變換后數(shù)據(jù)的高速存儲(chǔ)及提取。對(duì)于第一個(gè)問題，由于制造ADC的技術(shù)不斷進(jìn)步，這個(gè)問題已經(jīng)得到解決。而對(duì)于第二個(gè)問題，一般的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是將A／D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)先存儲(chǔ)在外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，然后再對(duì)其進(jìn)行處理。對(duì)于高速數(shù)據(jù)采集而言，這種方式將嚴(yán)重影響采集速度，且存儲(chǔ)值也會(huì)受到很大限制。而改進(jìn)方案是將A／D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)直接送至計(jì)算機(jī)內(nèi)存，這樣，采集速度將大大提高，而且可存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)，以便于下一步的處理。

為了解決同步問題，可以由CPLD產(chǎn)生同步時(shí)鐘信號(hào)提供給ADC和FX2。在本數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，CPLD同時(shí)還可用于產(chǎn)生不同的控制信號(hào)，以便對(duì)采樣進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。CPLD是復(fù)雜可編程邏輯器件，它包括可編程邏輯宏單元、可編程I／O單元和可編程內(nèi)部連線。由于CPLD的內(nèi)部資源豐富，因而可廣泛應(yīng)用在數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)控制、通訊等各個(gè)領(lǐng)域。在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，筆者選用的CPLD是Lattice公司的ispLSI1016。圖2所示是其整個(gè)USB接口卡的硬件電路圖。

3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)軟件主要包括USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序、設(shè)備固件和應(yīng)用程序。

3．1設(shè)備固件（Firmware）設(shè)計(jì)

設(shè)備固件是設(shè)備運(yùn)行的核心，可采用匯編語言或C語言設(shè)計(jì)。其主要功能是控制CY7C68013接收并處理USB驅(qū)動(dòng)程序的請(qǐng)求（如請(qǐng)求設(shè)備描述符、請(qǐng)求或設(shè)置設(shè)備狀態(tài)，請(qǐng)求或設(shè)置設(shè)備接口等USB2．0標(biāo)準(zhǔn)請(qǐng)求）、控制芯片CY7C68013接收應(yīng)用程序的控制指令、控制A／D模塊的數(shù)據(jù)采集、通過CY7C68013緩存數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)上傳至PC等。

即使外部邏輯或內(nèi)置的普通可編程接口(GPIF)在沒有CPU的任何干涉下能夠通過四個(gè)大的端點(diǎn)FIFO來處理高速寬帶數(shù)據(jù)，固件還是有如下固定的工作：

配置端點(diǎn)；

通過控制端點(diǎn)零來響應(yīng)主機(jī)請(qǐng)求；

控制和監(jiān)測(cè)GPIF的活動(dòng)；

利用USART處理所有的特殊請(qǐng)求任務(wù)，如計(jì)時(shí)器、中斷、I／O引腳等。

3．2USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)

USB系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序采用分層結(jié)構(gòu)模型分別為較高級(jí)的USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和較低級(jí)的USB函數(shù)層。其中USB函數(shù)層由兩部分組成：較高級(jí)的通用串行總線驅(qū)動(dòng)程序模塊（USBD）和較低級(jí)的主控制器驅(qū)動(dòng)程序模塊（HCD）。

在上述USB分層模塊中，USB函數(shù)層（USBD及HCD）由Windows提供，負(fù)責(zé)管理USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和USB控制器之間的通信；加載及卸載USB驅(qū)動(dòng)程序；與USB設(shè)備通用端點(diǎn)（endpoint）建立通信并執(zhí)行設(shè)備配置、數(shù)據(jù)與USB協(xié)議框架和打包格式的雙向轉(zhuǎn)換任務(wù)。目前Windows提供有多種USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，但并不針對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集設(shè)備，因此需采用DDK開發(fā)工具來設(shè)計(jì)專用的USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。該設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序應(yīng)由初始化模塊、即插即用管理模塊、電源管理模塊以及I／O功能等四個(gè)模塊來實(shí)現(xiàn)。

初始化模塊可提供一個(gè)DriverEntry入口點(diǎn)以執(zhí)行大量的初始化函數(shù)。

即插即用管理模塊用來實(shí)現(xiàn)USB設(shè)備的熱插拔及動(dòng)態(tài)配置。當(dāng)硬件檢測(cè)到USB設(shè)備接入時(shí)，Windows查找相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序，并調(diào)用它的DriverEn-try例程，同時(shí)告訴它添加了一個(gè)設(shè)備；然后，驅(qū)動(dòng)程序?yàn)閁SB設(shè)備建立一個(gè)FDO（功能設(shè)備對(duì)象）。在此處理過程中，驅(qū)動(dòng)程序收到一個(gè)IRPMNSTARTDE-VICE的IRP，在它之中包括有設(shè)備的資源信息。至此，設(shè)備被正確配置，驅(qū)動(dòng)程序開始與硬件進(jìn)行對(duì)話。當(dāng)然，在設(shè)備運(yùn)行過程中，如果設(shè)備狀態(tài)發(fā)生變化（拔除、暫停等），PnP管理器也同樣發(fā)出相應(yīng)的IRP，以便由驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行相應(yīng)的處理。

電源管理模塊負(fù)責(zé)設(shè)備的掛起與喚醒。

I／O功能實(shí)現(xiàn)模塊可完成I／O請(qǐng)求的大部分工作。當(dāng)應(yīng)用程序提出I／O請(qǐng)求時(shí)，它將調(diào)用Win32API函數(shù)DeviceIoControl向設(shè)備發(fā)出命令，然后由I／O管理器構(gòu)造一個(gè)IRP并設(shè)置其MajorFunction．域?yàn)镮RPMJDEVICECONTROL。在USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序收到該IRP后它將取出其中的控制碼并利用一個(gè)開關(guān)語句查找對(duì)應(yīng)的程序入口。

3．3應(yīng)用程序設(shè)計(jì)

應(yīng)用程序設(shè)計(jì)由兩個(gè)部分組成：動(dòng)態(tài)鏈接庫和應(yīng)用程序。動(dòng)態(tài)鏈接庫負(fù)責(zé)與內(nèi)核態(tài)的USB功能驅(qū)動(dòng)程序通信并接收應(yīng)用程序的各種操作請(qǐng)求，而應(yīng)用程序則負(fù)責(zé)對(duì)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示、分析和存盤。

動(dòng)態(tài)鏈接庫的工作原理如下：當(dāng)它收到應(yīng)用程序開始采樣的請(qǐng)求后，首先創(chuàng)建兩個(gè)線程：采樣線程和顯示存盤線程。采樣線程負(fù)責(zé)將采樣數(shù)據(jù)寫到應(yīng)用程序提交的內(nèi)存；而顯示存盤線程則負(fù)責(zé)給應(yīng)用程序發(fā)送顯示和存盤消息。當(dāng)應(yīng)用程序接收到此消息后，便從它提交的內(nèi)存中讀取數(shù)據(jù)并顯示和存盤。要注意的是：采樣線程和顯示存盤線程在讀寫應(yīng)用程序提交內(nèi)存時(shí)要保持同步。

PC機(jī)或工控機(jī)應(yīng)用程序是數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)的中心可采用Labview編程。它是當(dāng)今國際上唯一的編譯型圖形化編程語言，其特點(diǎn)如下：

（1）能完成對(duì)固體表面速度的實(shí)時(shí)測(cè)量；

（2）主介面與多重窗口結(jié)合可完成數(shù)據(jù)連續(xù)采集、實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)分析、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、信號(hào)波形顯示、被測(cè)參數(shù)輸出等綜合系統(tǒng)功能。

（3）能充分利用Labview開發(fā)平臺(tái)和WINDOWS視窗所提供的良好操作環(huán)境集曲線、圖形、數(shù)據(jù)于一體可準(zhǔn)確描述過程參數(shù)的變化。

圖3所示是用高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集通過Lab-view顯示的一個(gè)波形實(shí)例，其輸入信號(hào)是一個(gè)頻率為5MHz的正弦波。

第6篇：數(shù)據(jù)采集論文范文

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集，J2ME，TC65，GPRS

 

0引言

無線數(shù)據(jù)采集目前廣泛應(yīng)用在電力自動(dòng)抄表、水文氣象監(jiān)測(cè)、工業(yè)數(shù)據(jù)采集、交通、安防等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，傳統(tǒng)的無線數(shù)據(jù)采集終端多采用GSM網(wǎng)絡(luò)收發(fā)短信來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)無線傳輸，隨著GPRS網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸終端也開始得到大量應(yīng)用。

為此本文設(shè)計(jì)了基于TC65的GPRS遠(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)采集終端，采用 ATmega128單片機(jī)來采集數(shù)據(jù)，Siemens公司的TC65 GPRS無線通信模塊來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸。

1GPRS和J2ME概述

GPRS(General Packet Radio Service)是通用分組無線業(yè)務(wù)的簡(jiǎn)稱，是通過在現(xiàn)有GSM系統(tǒng)硬件的基礎(chǔ)上增加了SGSN（GPRS服務(wù)支持結(jié)點(diǎn)），GGSN（GPRS網(wǎng)關(guān)支持結(jié)點(diǎn)），PCU（分組控制單元）三個(gè)主要的組件，通過軟件升級(jí)來實(shí)現(xiàn)。它采用了分組交換的傳輸模式，用戶只有在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)期間才獨(dú)占無線信道，從而大大提高了資源的利用率。GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸速率高，可以提供115Kbit/s的傳輸速率，GSM只有9.6kbit/s。由于GPRS網(wǎng)絡(luò)，只有在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)時(shí)才占用信道，可以按流量或包月等方式來收取，大大降低了數(shù)據(jù)傳輸?shù)某杀?。GPRS支持因特網(wǎng)上應(yīng)用最廣泛的IP協(xié)議和X.25協(xié)議，能提供Internet和其它分組網(wǎng)絡(luò)的全球性無線接入，方便用戶組網(wǎng)需要。

J2ME（Java 2 Platform，Micro Edition），又稱為Java微型版，是Sun公司專門為滿足移動(dòng)終端設(shè)備而設(shè)計(jì)的。Java技術(shù)具有開放性、安全性和跨平臺(tái)性的優(yōu)點(diǎn)，不同設(shè)備廠商的設(shè)備可以更好兼容。

在工業(yè)控制中利用J2ME技術(shù)，不但可以實(shí)現(xiàn)嵌入式環(huán)境中基于服務(wù)級(jí)的互操作，而且可以使系統(tǒng)靈活可靠，降低開發(fā)難度，與傳統(tǒng)的開發(fā)手段相比：

1）有利于節(jié)省開發(fā)成本。

2）易于開發(fā)維護(hù)，可以根據(jù)需要及時(shí)對(duì)終端的軟件系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程升級(jí)維護(hù)。

3）代碼重用，通過Java虛擬機(jī)可以產(chǎn)生一種結(jié)構(gòu)中立的目標(biāo)文件，可以在多種設(shè)備上運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了“一次編程，到處可用” 。論文參考網(wǎng)。

2數(shù)據(jù)終端硬件設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)的整體構(gòu)成

2.2數(shù)據(jù)采集終端設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集主要通過單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)選用ATmega128。ATMEGA128是AVR8位RISC系列微控制器，工作頻率最快可達(dá)到16MHZ，有兩個(gè)USART口，53個(gè)通用I/O口，128K的內(nèi)置FLASH存儲(chǔ)器，在設(shè)計(jì)上采用低功耗的CMOS技術(shù)，并在軟件上有效地支持C高級(jí)語言，能夠作為嵌入式操作系統(tǒng)的嵌入式處理器。

數(shù)據(jù)通過RS485總線，經(jīng)過RS485/232轉(zhuǎn)換，將數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)ATMEGA128，ATMEGA128再將數(shù)據(jù)通過RS232串口0傳送到無線通信模塊，由無線通信模塊進(jìn)行打包處理后，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

2.3數(shù)據(jù)傳輸終端設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)傳輸通過TC65模塊實(shí)現(xiàn)。TC65模塊是Siemens公司設(shè)計(jì)的一款基于GSM/GPRS引擎的無線通信模塊，主要工作于900MHZ和1800MHZ兩種頻率。帶有十個(gè)通用接口，兩個(gè)串口以及語音模塊，為用戶提供了1.7MBFlash和400KBRAM，內(nèi)置JAVA虛擬機(jī)和TCP/IP協(xié)議棧，通過J2ME平臺(tái)進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，通過TCP/IP協(xié)議傳輸采集數(shù)據(jù)，可通過OTA（OverTheAir）進(jìn)行遠(yuǎn)程軟件升級(jí)。

電源電路圖如圖2所示：

TC65模塊工作的電壓范圍是+3.2—4.5V，在數(shù)據(jù)通信的過程中它還會(huì)產(chǎn)生2A的峰值電流,會(huì)產(chǎn)生0.35的電壓損失,所以電源電壓一般選用典型值3.8V。LM2596 開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器是降壓型電源管理單片集成電路，能夠輸出3A 的驅(qū)動(dòng)電流，輸出電壓

==3.8V

TC65的基帶處理器集成了符合ISO8716 IC卡標(biāo)準(zhǔn)的SIM接口，可以通過板到板連接器連到外部SIM卡座，其硬件連接電路圖如圖3所示：

TC65作為一個(gè)DCE使用，ASC0為8線串行接口，是TC65模塊AT指令控制接口，同時(shí)也是Java程序下載接口。在Java運(yùn)行模式下ASC0作為RS-232接口可進(jìn)行程序調(diào)試。系統(tǒng)采用了MAX3237E芯片來實(shí)現(xiàn)電平的轉(zhuǎn)換。

3數(shù)據(jù)采集終端軟件設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集終端軟件設(shè)計(jì)主要從兩個(gè)方面來考慮：儀表數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)通過突出TC65GPRS遠(yuǎn)程無線網(wǎng)路發(fā)送到監(jiān)控中心。

3.1數(shù)據(jù)采集終端軟件設(shè)計(jì)

ATmega128串口USART1負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行打包，通過串口USART0傳輸?shù)絋C65數(shù)據(jù)傳輸模塊。

開始采集數(shù)據(jù)時(shí)，通過TC65發(fā)送指令，ATmega128根據(jù)接收到的指令將數(shù)據(jù)發(fā)送到TC65,然后通GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到遠(yuǎn)程監(jiān)控中心。論文參考網(wǎng)。程序部分代碼如下：

void ringrx()

{

unsigned char tr; unsigned char i;

for(i=0;i<16;i++)

{

if(rx_counter0>1)

{

if(getchar()=='T')

{

if(getchar()=='I')

{

tr=PINA; tr&=0x07;

printf('ATE0 '); printf('ATH ');

printf('AT+CMGR=1 ');

readdata();

…

}; };

};

};

}

3．2 TC65數(shù)據(jù)傳輸終端軟件設(shè)計(jì)

TC65數(shù)據(jù)傳輸終端將數(shù)據(jù)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送到服務(wù)器，服務(wù)器端通過Internet訪問遠(yuǎn)程采集到的數(shù)據(jù)。在小批量數(shù)據(jù)采集應(yīng)用，例如無線監(jiān)控系統(tǒng)中，可以將數(shù)據(jù)傳送到個(gè)人手機(jī)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。此時(shí)手機(jī)可以直接發(fā)送短信控制TC65無線模塊。論文參考網(wǎng)。因此TC65數(shù)據(jù)傳輸終端軟件設(shè)計(jì)充分利用JAVA多線程的特點(diǎn)，根據(jù)終端功能設(shè)計(jì)要求及軟件程序設(shè)計(jì)需要，程序包括以下幾個(gè)線程:短信息處理線程、數(shù)據(jù)采集線程、GPRS通信線程。

TC65數(shù)據(jù)傳輸終端主程序流程圖如圖4所示：

短信息處理程序負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)對(duì)TC65遠(yuǎn)程控制；數(shù)據(jù)采集線程負(fù)責(zé)將ATmega128采集的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到TC65指定緩沖區(qū)；GPRS通信線程負(fù)責(zé)將緩沖區(qū)數(shù)據(jù)發(fā)送到監(jiān)控中心服務(wù)器，主要包括GPRS網(wǎng)絡(luò)連接和收發(fā)數(shù)據(jù)。

TC65無線通信模塊在進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的時(shí)候要遵循TCP/IP協(xié)議，IP層和網(wǎng)絡(luò)接入層是通過PPP協(xié)議來實(shí)現(xiàn)。GPRS通信線程流程圖如圖5所示：

TC65數(shù)據(jù)傳輸終端通過PPP協(xié)議實(shí)現(xiàn)GPRS網(wǎng)絡(luò)連接，可以一直在線，連接成功獲取IP地址后就可以和服務(wù)器端通過HTTPS實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。

4結(jié)束語

本文提出了基于TC65的GPRS遠(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)傳輸終端設(shè)計(jì)。結(jié)合了J2ME和GPRS網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，系統(tǒng)適用性強(qiáng)，而且運(yùn)營成本也比較低，適合我國的基本國情，將在遠(yuǎn)程無線通信領(lǐng)域得到大量應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 毛詩柱．基于J2ME的GPRS遠(yuǎn)程無線自動(dòng)抄表的研究 [D]．廣州：廣東工業(yè)大學(xué)，2007．

[2]張小瑋．J2ME無線平臺(tái)應(yīng)用開發(fā)[M]．北京：清華大學(xué)出版社,2004．

[3]TC65 Cellular Engine Hardware InterfaceDescription. Siemens Corporation.2005．

[4]徐敏．GSM/GPRS無線數(shù)據(jù)通信終端技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)[D]．上海：華東師范大學(xué)，2004．

[5]AT­ Command set for TC65. Siemens Corporation.2005.

[6] TC65 HardwareInterface Description, Version 02.000.siemens 2006

第7篇：數(shù)據(jù)采集論文范文

關(guān)鍵詞：虛擬儀器，力傳感器，標(biāo)定

 

1 引言

力傳感器是目前廣泛使用的傳感器，在長(zhǎng)期使用過程中，由于使用環(huán)境、本身結(jié)構(gòu)的變化，需要對(duì)其進(jìn)行標(biāo)定，以此保證測(cè)量的精度。近年來，隨著虛擬儀器技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，越來越多的技術(shù)人員開始基于該技術(shù)來開發(fā)自動(dòng)化測(cè)量設(shè)備。博士論文，標(biāo)定。虛擬儀器是基于計(jì)算機(jī)的儀器。計(jì)算機(jī)和儀器的密切結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向[1]。而在眾多的虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)中，美國國家儀器公司（NI）的LabVIEW應(yīng)用最為廣泛。本文主要介紹了基于LabVIEW的力傳感器標(biāo)定程序的設(shè)計(jì)。

2 標(biāo)定的原理

所謂標(biāo)定（或現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)）[2]就是指用相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的量來確定測(cè)試系統(tǒng)電輸出量與物理輸入量之間的函數(shù)關(guān)系的過程。標(biāo)定是測(cè)試中極其重要的一環(huán)。標(biāo)定除了能夠確定輸入量和輸出量之間的函數(shù)關(guān)系之外，還可以最大限度地消除測(cè)量系統(tǒng)中的系統(tǒng)誤差。

傳感器的校準(zhǔn)采用靜態(tài)的方法，即在靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件下，采用一定標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)（其精度等級(jí)為被較傳感器的3~5倍）的校準(zhǔn)設(shè)備，對(duì)傳感器重復(fù)（不少于3次）進(jìn)行全量程逐級(jí)加載和卸載測(cè)試，獲得各次校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，以確定傳感器的靜態(tài)基本性能指標(biāo)和精度的過程。為簡(jiǎn)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，此處標(biāo)準(zhǔn)量采用砝碼加載的方式獲得。

3 系統(tǒng)組成

3.1硬件組成

系統(tǒng)的硬件組成如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)硬件組成

由圖可以看出，系統(tǒng)主要包括計(jì)算機(jī)、力傳感器，數(shù)據(jù)采集卡、接線盒等。本系統(tǒng)中，力傳感器采用電阻應(yīng)變式壓力傳感器，四個(gè)應(yīng)變片采用全橋的工作方式。數(shù)據(jù)采集卡采用NI公司的PCI-6221，該采集卡的主要參數(shù)如下：它具有16個(gè)模擬輸入端口，2個(gè)模擬輸出端口，24個(gè)數(shù)字輸入輸出端口，采樣速率最高可達(dá)到250kS/s。接線盒采用NI公司的SC-2345，此接線盒直接與數(shù)據(jù)采集卡相連，接線盒上有SCC信號(hào)調(diào)理模塊插座。SCC模塊是NI公司提供的信號(hào)調(diào)理模塊，其上面包含信號(hào)調(diào)理電路，可以將傳感器處采集的信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合數(shù)據(jù)采集卡讀取的信號(hào)。本系統(tǒng)所用的SCC模塊為SCC-SG04，此模塊適用于連接采用全橋工作方式的電阻應(yīng)變式壓力傳感器。

3.2軟件組成

本系統(tǒng)軟件基于LabVIEW 8.2來開發(fā)。LabVIEW是一種圖形化的編程語言。博士論文，標(biāo)定。博士論文，標(biāo)定。與其他開發(fā)工具不同，用LabVIEW編程的過程不是寫代碼，而是畫“流程圖”。這樣可以使用戶從煩瑣的程序設(shè)計(jì)中解放出來，而將注意力集中在測(cè)量等物理問題本身。它主要針對(duì)各個(gè)領(lǐng)域的工程技術(shù)人員而設(shè)計(jì)，非計(jì)算機(jī)專業(yè)人員[1]。博士論文，標(biāo)定。

因?yàn)樗玫牧鞲衅鲗儆趹?yīng)變式電阻傳感器，其電阻變化率與應(yīng)變可以保持很好的線性關(guān)系，即輸入與輸出量之間呈線性關(guān)系，所以可以用一條直線對(duì)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。此直線就稱為擬合直線，所求得的方程為擬合方程。圖2所示為傳感器標(biāo)定程序的采樣頁面。

此程序采用LabVIEW的事件驅(qū)動(dòng)編程技術(shù)進(jìn)行編制的。事件[3]是對(duì)活動(dòng)發(fā)生的異步通知。事件可以來自于用戶界面、外部I/O或程序的其它部分。在LabVIEW中使用用戶界面事件可使前面板用戶操作與程序框圖執(zhí)行保持同步。事件允許用戶每當(dāng)執(zhí)行某個(gè)特定操作時(shí)執(zhí)行特定的事件處理分支。

圖2 標(biāo)定程序采樣頁面

圖3 采樣程序

直線擬合的方法[2]有很多種，比如最小二乘法、平均選點(diǎn)法、斷點(diǎn)法等等。其中，最小二乘法精度比較高，此處利用它進(jìn)行直線擬合。根據(jù)最小二乘法，假定是一組測(cè)量值，是相應(yīng)的擬合值，mse為均方差，則擬合目標(biāo)可以表達(dá)為，期望mse最小。

LabVIEW中的分析軟件庫提供了多種線性和非線性的曲線擬合算法，例如線性擬合、指數(shù)擬合、通用多項(xiàng)式擬合等等。本程序選擇Linear Fit.Vi 來實(shí)現(xiàn)最小二乘法線性擬合。

標(biāo)定子程序的工作流程如下：用戶先通過多次采樣，獲得各個(gè)輸入量對(duì)應(yīng)的輸出量，通過While循環(huán)的移位寄存器保存這些值。博士論文，標(biāo)定。采樣完成后，把這些值輸入Linear Fit.Vi進(jìn)行擬合，擬合的曲線在Graph控件中顯示出來，同時(shí)該Vi自動(dòng)求出方程y=ax+b中的斜率a和截距b，這樣，輸入輸出量之間的函數(shù)關(guān)系就可以確定下來了，如圖4所示。

圖4 標(biāo)定程序擬合前面板

4 小結(jié)

基于虛擬儀器的力傳感器標(biāo)定程序能夠方便地對(duì)力傳感器進(jìn)行標(biāo)定。博士論文，標(biāo)定。該系統(tǒng)具有人機(jī)界面友好，靈活方便，自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

【1】.候國屏;王珅;葉齊鑫.LabVIEW7.1編程與虛擬儀器設(shè)計(jì)[M].清華大學(xué)出版社.2005

【2】.張迎新等.非電量測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2001

【3】.NationalInstrumentsCorporation.LabVIEWHelp[CD].ni.com/china,2008

第8篇：數(shù)據(jù)采集論文范文

關(guān)鍵詞：PLC，溫度程序，可編程終端

 

1 引言

S7-200 是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)及控制的自動(dòng)化。S7-200系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。論文格式，PLC。因此S7-200系列具有極高的性能/價(jià)格比。

脈動(dòng)真空蒸汽滅菌器的工作原理是采用設(shè)備自身的真空系統(tǒng)強(qiáng)制抽出滅菌室內(nèi)的空氣，再導(dǎo)入飽和純蒸汽并維持一定的時(shí)間、一定的溫度（壓力）。當(dāng)飽和純蒸汽與被滅菌物接觸時(shí)利用散熱原理導(dǎo)致細(xì)菌微生物的蛋白質(zhì)變性死亡，從而達(dá)到滅菌消毒的作用。當(dāng)滅菌過程結(jié)束后，再排出滅菌室內(nèi)的蒸汽，啟動(dòng)真空系統(tǒng)對(duì)內(nèi)室抽真空，抽出內(nèi)室的蒸汽及滅菌物品內(nèi)水份，從而達(dá)到對(duì)滅菌物品干燥的作用。

2 設(shè)計(jì)方法

2.1電控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)備運(yùn)行的流程及所要控制的電氣元件，安排PLC的接口，寫出I/O地址分配表。

表1 PLC I/O地址分配

Table 1 PLC I/O addressassignment

觸摸屏與PLC COM1口進(jìn)行通訊，打印板通過PLC COM2口進(jìn)行通訊。論文格式，PLC。

圖1 人機(jī)界面聯(lián)接

Figure 1 man-machine interface connection

2.2程序設(shè)計(jì)

該設(shè)備共設(shè)置六種滅菌方式，每種滅菌有三步驟，因此在設(shè)計(jì)程序時(shí)需要六個(gè)標(biāo)志位（M儲(chǔ)存區(qū)）來控制參數(shù)的傳送和程序的運(yùn)行。

設(shè)備采用溫度壓力雙重控制運(yùn)行步驟。下面就對(duì)溫度與壓力采集進(jìn)行一下詳解。

在滅菌室內(nèi)用Pt100鉑電阻檢測(cè)室溫，然后送給PLC的模擬量輸入模塊，經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換后得到與溫度成比例的數(shù)字量，CPU將它與溫度給定值比較來控制進(jìn)蒸汽閥門，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度的控制。

圖2 溫度采集程序

Figure2 temperature collection procedures

在溫度數(shù)據(jù)采集程序中我們可以看到，首先將EM231采集的模擬量數(shù)據(jù)傳送至VW4814,然后進(jìn)過計(jì)算與濾波處理得到溫度值。論文格式，PLC。

在滅菌室內(nèi)用壓力傳感器檢測(cè)內(nèi)室壓力，然后送給PLC的模擬量輸入模塊，經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換后得到與壓力成比例的數(shù)字量，CPU將它與壓力給定值比較來控制進(jìn)蒸汽閥門，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力的控制。

圖3 壓力采集程序

Figure3 pressure collection procedures

在壓力數(shù)據(jù)采集程序中我們可以看到，首先將EM231采集的模擬量數(shù)據(jù)傳送至VW4818,然后進(jìn)過計(jì)算與濾波處理得到壓力值。論文格式，PLC。

2.3控制畫面的設(shè)計(jì)

該設(shè)備使用了MT6056i觸摸屏，其參數(shù)為：400MHz CPU，128MB內(nèi)存，5.6寸，TFT LCD，分辨率320x234，1個(gè)USB2.0接口。能實(shí)時(shí)監(jiān)視系統(tǒng)和設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)，及時(shí)報(bào)告設(shè)備的故障和解決方法，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行操作。論文格式，PLC。

在畫面設(shè)計(jì)時(shí)，我們可以通過6056的編程軟件中的“PLC控制”元件來控制畫面的跳轉(zhuǎn)，如設(shè)置VW0為畫面切換設(shè)置地址，將需要切換的畫面號(hào)送入VW0即可切換畫面。論文格式，PLC。

圖3 運(yùn)行畫面

Figure 3Operation

畫面中的文字顯示可以在字符串中設(shè)置，并且在對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)里寫入各個(gè)字符的數(shù)值。其中溫度和時(shí)間的可以通過數(shù)值顯示元件進(jìn)行顯示。

3 結(jié)束語

在脈動(dòng)真空滅菌器上應(yīng)用PLC,提高了設(shè)備的自動(dòng)化程度，使設(shè)備可靠、穩(wěn)定地運(yùn)行。存在不足之處就是在溫度方面采用了開環(huán)控制，溫度得不到很好的控制，其波動(dòng)性較大。

參考文獻(xiàn)

[1]SIEMENSSIMATICS7-200可編程序控制器

[2]殷洪義主編可編程序控制器選擇設(shè)計(jì)與維護(hù)機(jī)械工業(yè)出版社2003

[3]宋伯生編著可編程控制器----配置編程聯(lián)網(wǎng)中國勞動(dòng)出版社1998

[4]朱善君等編著可編程序控制系統(tǒng)----原理應(yīng)用維護(hù)清華大學(xué)出版社1994

第9篇：數(shù)據(jù)采集論文范文

    關(guān)鍵詞:計(jì)算機(jī)應(yīng)用;實(shí)驗(yàn)系統(tǒng);設(shè)計(jì);液位系統(tǒng);控制算法;過程控制;實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

    1 研制液位過程控制綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的背景

    最近幾年,科教儀器受到了高等院校的重視,碩士論文 許多教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備都是由許多公司、企業(yè)和高等學(xué)校共同來完成的,由學(xué)校提供教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的想法和技術(shù),由企業(yè)來實(shí)現(xiàn)。作為學(xué)校方既得到實(shí)驗(yàn)設(shè)備,更重要的是在生產(chǎn)過程中,教師通過這個(gè)途徑來實(shí)現(xiàn)自己的設(shè)計(jì)并能在生產(chǎn)實(shí)踐中不斷總結(jié)改進(jìn),及時(shí)反饋給企業(yè);而企業(yè)則獲得了高校的技術(shù)支持并獲取了經(jīng)濟(jì)效益,這顯然是一個(gè)很好的思路,可達(dá)到雙贏的目的。

    液位不僅是工業(yè)過程中的常見參數(shù),且便于直接觀察、容易測(cè)量,過程時(shí)間常數(shù)小。許多科教公司生產(chǎn)了不少液位過程控制系統(tǒng),這些液位過程控制系統(tǒng)生產(chǎn)的目的是基于本科學(xué)生的實(shí)驗(yàn)教學(xué),大都采用的一階和二階對(duì)象,提供了許多種控制手段,但是可擴(kuò)展性不強(qiáng),不利于更高層次科研開發(fā)的需要,而且售價(jià)高昂。因此,筆者考慮設(shè)計(jì)了如下的水箱系統(tǒng),組建計(jì)算機(jī)液位過程控制系統(tǒng)。

    2 液位過程控制系統(tǒng)的基本組成

    液位系統(tǒng)的工作介質(zhì)是水,其基本組成如圖1所示。圖1 中箭頭表示水流方向。運(yùn)行前,操作手動(dòng)閥構(gòu)成一定特性的被控過程,再接入調(diào)節(jié)器即可構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)。系統(tǒng)測(cè)量容器液位和管道壓力的變送器,送給計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集卡,并通過相應(yīng)的控制算法輸出控制信號(hào)給電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和變頻器,來改變輸入流量的大小,以實(shí)現(xiàn)對(duì)液位、壓力等參數(shù)的控制。

    3 硬件電路設(shè)計(jì)

    硬件部分主要有水泵、數(shù)據(jù)采集部分、變頻器和調(diào)節(jié)閥組成。

    3.1 PCI-1710 數(shù)據(jù)采集控制卡

    數(shù)據(jù)采集部分采用研華的PCI— 1710 數(shù)據(jù)采集控制卡。PCI— 1710 是一款PCI 總線的多功能數(shù)據(jù)采集卡。先進(jìn)的電路設(shè)計(jì)使其具有更高的質(zhì)量和功能。這其中包含最常用的測(cè)量和控制功能:12 位A/D轉(zhuǎn)換、D/A 轉(zhuǎn)換、數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出及計(jì)數(shù)器/定時(shí)器功能,具有16 路單端或8 路差分或組合模擬量輸入和2 路模擬量輸出通道。

    3.2 DLL 技術(shù)

    由于本系統(tǒng)采用組態(tài)王的工控軟件和Visual Basic 6.0 編程軟件,醫(yī)學(xué)論文 但VB 本身并不支持對(duì)硬件端口的操作。PCI—1710 的附帶軟件中包含了多種操作系統(tǒng)下的驅(qū)動(dòng)程序,并可在VB 和VC++、BorlandC++、Delphi 等多種開發(fā)軟件環(huán)境下使用,其中包含有一系列能對(duì)硬件設(shè)備進(jìn)行底層I/O 操作的函數(shù)。從VB 調(diào)用DLL 函數(shù)時(shí),先在全局模塊或窗體的說明部分,用Declare 聲明所要使用的DLL 函數(shù);然后,像使用VB 自己的函數(shù)一樣調(diào)用這些函數(shù)。進(jìn)行動(dòng)態(tài)鏈接庫調(diào)用前,必須安裝研華AdvantechDriver for WIN95/NT/XP 程序,程序安裝結(jié)束后才會(huì)添加其相關(guān)的DLL 庫到系統(tǒng)的Windows 安裝目錄下的System 子目錄中(如Advapi32.d11 庫等)。為方便用戶,研華開發(fā)商制作了“ Driver.bas”文件,其中聲明了有關(guān)DLL 函數(shù)及相應(yīng)的結(jié)構(gòu),只需把“ Driver.bas”導(dǎo)入VB 工程的模塊中,用戶就可省去聲明DLL 函數(shù)的麻煩。

    3.3 注意事項(xiàng)

    使用中,PCI— 1710 采集卡的信號(hào)線要盡可能遠(yuǎn)離電源線、發(fā)電機(jī)和具有電磁干擾的場(chǎng)所,也要遠(yuǎn)離視頻監(jiān)視系統(tǒng),因?yàn)樗鼤?huì)對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)產(chǎn)生很大的影響。在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中,如果信號(hào)線和電源線必須并行(比如在同一個(gè)電纜溝里),則兩者之間必須保持適當(dāng)?shù)陌踩嚯x,同時(shí)最好采用屏蔽電纜,以確保信號(hào)能夠安全準(zhǔn)確地傳輸。采集卡的每個(gè)通道的模擬量采集都有一個(gè)輸入電壓范圍,超過了這一范圍會(huì)造成采集卡A/D 轉(zhuǎn)換部分的燒毀。所以在采集模擬信號(hào)時(shí),要保證被采集的信號(hào)在設(shè)定的量程范圍內(nèi)。

    4 軟件設(shè)計(jì)

    軟件總體結(jié)構(gòu),如圖2 所示。

    利用工控組態(tài)軟件來實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)示意圖和動(dòng)態(tài)顯示,形成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)報(bào)表;利用VB 編寫數(shù)據(jù)采集程序獲取系統(tǒng)的液位和壓力等參數(shù);利用matlab軟件實(shí)現(xiàn)參數(shù)辨識(shí)、控制算法的編寫。

    5 控制算法設(shè)計(jì)

    本系統(tǒng)提供一個(gè)驗(yàn)證和比較各種控制算法的實(shí)驗(yàn)平臺(tái),控制算法的修改和參數(shù)攝制的變化均不影響其他的模塊,這樣可以為控制算法的驗(yàn)證提供一個(gè)通用的平臺(tái)。選控制對(duì)象為單回路,出水閥門開度保持不變,采用PID 控制算法對(duì)其進(jìn)行控制達(dá)到了很好的效果,響應(yīng)曲線如圖3 所示。

    6 結(jié)束語

    從目前實(shí)驗(yàn)效果上看,基本實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的目標(biāo),對(duì)于單容對(duì)象的控制取得了較好的控制效果,職稱論文 控制算法也只是PID 控制算法。但是,一個(gè)具有一定的通用性和擴(kuò)展性的控制算法的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)基本建成。今后,對(duì)于具有耦合的多輸入、多輸出系統(tǒng)可以研制更好的控制算法,能夠滿足更高層次教學(xué)科研的要求。

    參考文獻(xiàn):

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