數據采集
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數據采集范文第1篇
硬件系統為:監控層、數據采集層、現場層〔2〕。
1．1監控層監控層采用總線形網絡結構，在總線上掛接的設備主要有:數據采集I/O服務器、IH數據庫服務器、關系型數據庫服務器、APP服務器、Web服務器、調度操作站、工程師站等。1)數據采集I/O服務器，分為電力、動力、水三個系統，采用冗余配置，服務器安裝IFIX5．1組態軟件，在IFIX5．1的SCU中配置IGS、PFC、IEC驅動同數據采集站通訊，具體通訊方式如下，采集西門子PLC系統數據的，則以工業太網為橋梁，IFIX通過IGS驅動與其實現實時通訊;采用RTU采集系統數據的，IFIX通過PFC驅動與其實現實時通訊;采集申瑞765G綜保管理機系統數據的，IFIX通過IEC驅動與其實現實時通訊。2)GPRS服務器，能控無線遠傳站通過柜內S7－200、SINAUTMD720－3GPRS調制解調器、天線和GPRS通信管理軟件SINAUTMICROSC構成GPRS網絡，最后通過OPC驅動與能控中心GPRS服務器實現通訊連接。3)IH數據庫服務器，IH數據庫服務器上安裝GE公司的ProficyiHistorian實時數據庫軟件，IH通過配置Collector采集器軟件從數據采集I/O服務器抓取數據，采集的數據周期以秒、分為單位刷新。4)關系型數據庫服務器，安裝有DB2和Oracle兩種關系型數據庫軟件，完成數據的長期歸檔以及數據的壓縮和數據的備份。5)APP服務器和Web服務器，APP服務器運行基礎能源管理模塊，Web服務器用于Web。6)調度操作站，通過調度操作站能控調度可以對能控系統的相關數據及設備的運行狀態進行監控，而且能夠通過B/S(客戶端/服務器)的方式訪問APP服務器的基礎能源管理模塊，使用自己權限所分配的功能。
1．2數據采集層數據采集層有124個數據采集站，包括西門子S7－300PLC82套、通訊柜41套，力控RTU(Remo-teTermialUite，遠程終端單元)46套，覆蓋工源廠區、東風廠區、南芬露天礦及歪礦，地域分散。同監控系統的通訊方式有有線方式和無線方式。其中有興安解凍庫、四水源等十個站點敷設電纜困難且條件惡劣，增加了建設和維護的成本，因此采用GPRS無線通信方式;有線方式采用環網加星形的網絡結構，整個環網有7個主站，從EMS01到EMS07分別是能源中心、焦化儀表室、朱莊柜、六高爐主控室、4#轉爐機房、維檢中心、冷軋機房，環網將7個主站點連接起來，再由主站點以星形的結構向外輻射用于連接所有的數據采集站。
1．3現場層1)本鋼現場層的設備現狀現場一次儀表有電磁流量計、超聲波流量計、差壓流量計、渦街流量計，提供4～20mA標準信號，PLC和DCS系統有西門子S7、施耐德、AB、ABB、浙大中控JP－300XP、Honeywellpks系統HoneywellHC900等系統，電力綜保系統有北京四方、上海申瑞、清華紫光等廠家，電度表有湖南威勝和黑龍江龍電兩種型號。信號類型分為計量點和工藝點，計量點只對數據進行采集;工藝點包括數據的采集和設備的控制。2)采集方案的確定針對現場設備的實際情況確定了如下的數據采集方案:(1)RTU采集方式，此種方式只對數據進行采集。對于支持RS485協議的超聲波流量計，例如本溪新宇超聲波流量計，將該表通過串口通訊線接入到RTU的串口，通道協議選擇ModbusMaster，端口選擇Serial。采集原有西門子PLC系統數據的，將系統通過以太網方式接入RTU的網口，RTU配置軟件中通道協議選取西門子PLC，通訊口:TCPClient，IP地址為所通訊的PLC地址，端口號為102。原有系統為DCS，例如十一加的HoneywellHC900，將系統通過以太網方式接入RTU的網口，通道協議為ModbusTCP，通訊口:TCPClient，IP地址為所通訊的DCS地址，端口號為502。浙大中控的JP－300XP系統，如發電廠32號機和氧氣廠4#制氧機。將系統通過以太網方式接入RTU的網口，是通過OPC協議進行數據采集，在原有系統中安裝OPCTunnellerServer，然后在另外一臺計算機上使用OPCTunneller驅動進行采集，在RTU中通道協議中選擇OpcTunnellerMaster。與電力綜保通訊，將系統通過以太網方式接入RTU的網口，通道協議選擇IEC104，需要說明的是采用此種通信方式的只有清華紫光和北京四方，不包括上海申瑞，申瑞通過綜保管理機765G直接同電力服務器通信。智能電表的數據采集，威勝龍電兩種電表都有網口，同威勝的電能采集器通訊，采集器通過以太網方式接入RTU的網口，通道協議選擇威勝WFET2000s，IP地址為電能采集器端設置的IP，端口號為9001。(2)I/O采集方式，數據的采集和設備的控制。計量點，新增的或原有的需接入能管中心的點通過儀表提供4～20mA標準信號接入到PLC柜或I/O柜的AI輸入模板。工藝點，例如燃氣廠五加、六加、九加等煤氣加壓站既有采集數據的要求，還有對現場閥門進行控制要求的，系統則通過在原有西門子S7－300或400系統中加裝CP模板的方式進行數據的采集和設備的控制。新增加的CP模塊規劃的IP地址同原有系統的IP地址不在同一個網段，為兩個獨立的網段，可以實現數據采集控制功能和對病毒隔離功能。
2系統功能
本鋼能管中心數據采集監控系統從試運行以來，實現了以下功能:1)數據采集設備控制對電力系統的電量、電流、電壓、功率、功率因數等，燃氣系統、熱電系統、氧氮氬系統的流量、壓力、溫度、柜位等，水系統的流量、壓力、水位等進行采集，對電力系統的開關、燃氣系統的加壓機、水系統的泵等重要能源設備進行遠方操作控制和實時調整。2)報警功能監控中心匯聚大量的數據，系統根據故障程度和重要性，設置了重故障、輕故障和事件三種報警類型，提示調度員進行相應的操作。3)操作記錄對重要設備的操作進行記錄，當故障發生后可以為事故的原因分析提供依據。4)數據處理包括流量累計、計算煤氣熱值、多個數據之和或差等，例如混合煤氣的和。5)數據歸檔對于短時歸檔數據，提供過程曲線顯示;長時歸檔數據，可按信號內容、起/訖時間、時間粒度(分鐘/小時/天/月)、數值類型(Min/Max/Ave/Sum)進行歷史數據查詢，并可進行曲線顯示。6)Web用戶可通過IE瀏覽器來訪問Web服務器，獲取現場設備的狀態和運行參數，在Web畫面上不能進行參數設定等操作。內容包括各系統的工藝畫面，重要的報警畫面。
3結論
數據采集范文第2篇
關鍵詞：數據采集 CompactRIO LabVIEW FPGA RTOS
中圖分類號：TP274.2 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）06-0000-00
Abstract： In order to meet the requirements of portable field testing system in this paper， the NI’s CompactRIO 9068 embedded controllers and seven C Series data acquisition modules are used to built a portable multi-channel real-time data acquisition test system. LabVIEW FPGA is used to develop the FPGA module underlying the CompactRIO while implementing the control and management of data acquisition module. The LabVIEW RTOS are used to develop the real-time operating system inside the CompactRIO while implementing the organization， management of acquisition data and communicating with the host. Finally， LabVIEW are used to develop the host software and implement the real-time display and storage of acquisition data. fully meet the needs of portable multifunction field testing.
Keywords： Data Acquisition； CompactRIO； LabVIEW； FPGA； RTOS
隨著現代電子技術的不斷發展和應用，數據采集測試系統的研制正在朝著多功能，多通道，低功耗的方向發展，便攜式數據采集測試系統更是要求達到更高的速度、更小的體積以及更低的成本。國內現在已有不少數據采集和測試系統，但很多系統存在功能單一、采集通道少、采集速率低、操作復雜，并且對測試環境要求較高等問題[1]。傳統的便攜式數據采集系統，難以滿足大部分需求，采樣電路的添加使得系統的可靠性和兼容性有所降低[2]。
基于小型化、集成化、原位化、便攜化的設計目標，本文利用虛擬儀器LabVIEW圖形化語言對NI公司的CompactRIO控制器進行開發，研制出一套運行穩定、精度高、功耗低、數據存儲量大的便攜式數據采集測試系統。充分利用其豐富的硬件資源，系統能有效的實現實時多通道數據采集，數據流實時存盤，試驗數據的分析處理，歷史數據查詢和波形回顯，生成及打印試驗報告等功能。
1系統組成及工作原理
便攜式數據采集測試系統主要由上位機和下位機兩部分構成，上位機主要完成指令的發送和實時數據的接收、處理、顯示、儲存、回放等任務；然而，下位機的任務是完成各個采集模塊的調度，以及數據的采集、預處理和發送，實現多通道多變量的同步，如圖1所示。
上位機選用筆記本計算機，預裝NI LabVIEW 2014、NI LabVIEW Real-Time、NI LabVIEW FPGA、Xilinx Vivado2013.4和NI RIO 14f1等軟件。一方面作為 LabVIEW 軟件圖形化編程開發平臺，另一方面通過以太網接口實現CRIO數據采集系統的配置以及測試數據的讀取分析 存儲和人機交互。
LabVIEW 2014圖形化開發語言，利用計算機強大的圖形環境，采用可視化的圖形編程語言和平臺，完成對上位機的軟件開發；LabVIEW Real-Time模塊為創建可靠獨立的嵌入式系統提供了圖形化編程的完整解決方案。LabVIEW Real-Time模塊有助開發和調試圖形化應用程序，這些程序可下載至嵌入式硬件設備（CompactRIO）并在這些設備上執行；LabVIEW FPGA提供了一個高度集成的開發環境和一個由IP庫、高保真仿真器和多個調試功能組成的大型生態系統，大大提高了對FPGA復雜系統的開發效率；Xilinx Vivado2013.4（FPGA Compile Worker）用于多機式、任務轉交式、并行式FPGA編譯的軟件，用于創建現場服務器以輕松管理FPGA編譯，完成FPGA.vi的編譯并生成比特位文件。
下位機由NI CompactRIO嵌入式控制器和NI C系列I/O模塊構成。
2004年，NI推出的CompactRIO提出了可重構的解決方案，將自定義設計的靈活性與快速上市的現成即用產品相結合，重新定義了嵌入式市場。CompactRIO控制器包括一個處理器和可重配置FPGA。該處理器運行的是確定、可靠的NI Linux Real-Time操作系統，可實現網絡通信、數據記錄、控制和處理等應用； NI C系列I/O模塊在設計上屬于自我包含（self-contained）的測量模塊。模塊自身包含信號調理與隔離等所有用于特定測量的電路。
2系統硬件構建
本系統由NI CompactRIO-9068控制器和NI C系列I/O模塊構成。其中C系列I/O模塊分別選用NI-9213，16通道熱電偶輸入模塊、NI-9217，4通道熱電阻PT100模塊采集溫度；NI-9205，16路差分模擬輸入模塊采集電壓；NI-9375，16路7?s漏極數字輸入模塊、NI-9425 32路7 ?s漏極數字輸入模塊采集開關量；NI-9401，8路5 V/TTL高速雙向數字I/O模塊采集頻率，共7塊I/O模塊。便攜式數據采集測試系統實物如圖2所示，可見該系統可實現溫度、壓力、開關量和速度信號等多個通道的同步在線采集測試，其參數見表1。
2.1 控制器：NI CompactRIO-9068
NI cRIO-9068在單個機箱中結合了雙核處理器、可重配置FPGA和8個用于C系列I/O模塊的插槽。該系統配備一個運行NI Linux Real-Time操作系統和Artix-7 FPGA的667 MHz雙核ARM Cortex-A9處理器，非常適合用于高級嵌入式控制和監測應用。CRIO-9068的工作溫度范圍為-40℃至70℃，配有9V至30 VDC雙電源輸入，適用于需要堅固耐溫控制器的應用。 該設備具有用于嵌入式操作的512MB DDR3內存、用于數據記錄的1 GB非易失性內存以及各種連接選項，包括兩個千兆以太網端口、一個USB高速端口和三個串行端口。加上高效的圖形化開發語言LabVIEW，非常適合用于上位機存儲的實時數據采集測試系統的開發。
2.2 溫度采集：熱電偶NI 9213、熱電阻NI 9217
NI 9213是一款針對C系列外盒的高密度熱電偶模塊，專為高通道數系統設計。在高速模式下，每個通道的采樣速率達75 S/s。本系統僅使用了4路，每路通道的最大采樣率可增加至100 S/s。
具有4通道、24位分辨率的NI 9217電阻溫度探測器（RTD）模擬輸入模塊。可配置成兩種不同的采樣率模式。高采樣率模式下，每通道采樣率可達100 S/s，而高分辨率模式下， 每通道采樣率為1.25 S/s，并配有50/60 Hz內置式去噪功能，可提供每通道1 mA的電流激勵，精度誤差小于1℃。
2.3 模擬量采集：NI 9205
NI 9205具有32路單端或16路差分模擬輸入，16位分辨率和250 kS/s的最高采樣率。每個通道具有±200 mV、±1 V、±5 V和±10 V可編程的輸入范圍。為了防止信號瞬變，NI 9205的輸入通道和COM之間還具有高達60 V的過壓保護。 另外，NI 9205還具有通道-地面-接地雙重隔離保護，實現了安全性、抗擾性和高共模電壓范圍。 它具有1，000 Vrms的瞬時過壓保護。
2.4 開關量采集：NI 9375、NI 9425
NI 9375是一款數字I/O混合模塊，16條專用數字輸入線均可兼容12V和24V的邏輯電平，該模塊結合工業邏輯電平和信號，可直接連接至各種工業開關、傳感器和其他設備。
NI 9425是一款32通道7?s漏極數字輸入C系列模塊，每條通道都兼容12 V和24 V電平，并具有通道至地面的1000 Vrms瞬時過壓保護。本系統將NI 9375與NI 9425相結合，完成40路開關量采集。
2.5 轉速采集：NI9401
NI 9401是一款8通道、100 ns的雙向數字輸入模塊，可根據輸入和輸出需要，以半字節（4位）為單位靈活配置NI 9401上各條數字線的方向。因此，NI 9401可編程為3種配置：8路數字輸入、8路數字輸出或4路數字輸入和4路數字輸出。借助Compact RIO，可使用NI LabVIEW FPGA模塊對NI 9401進行編程，以實現自定義高速計數器/定時器、數字通信協議、脈沖生成等。每個通道可兼容5 V/TTL信號，且I/O通道和背板之間具有1000 Vrms的瞬態隔離電壓。
3軟件開發
本測試系統以CompactRIO的硬件結構體系為基礎，CompactRIO系統是一款結合RT（Real-time）和 FPGA技術的工業級數據采集系統，其開發模式有兩種：掃描模式與FPGA模式。掃描模式簡單方便，只需編寫部署在CRIO實時控制器端的RT.vi 程序，就可在程序中直接調用預先開發好的I/O掃描接口，實現數據采集，但是CRIO系統工作在掃描模式下可支持的最大掃描速率僅僅1kHz。在本測試裝置中采用的是FPGA接口模式，在該模式下通過LabVIEW Real-Time中的FPGA接口VI來訪問I/O模塊，FPGA的特定數字化功能支持高達40 MHz的計數器，可為用戶提供更多自定義的可能。可以實現數據的高速采集（大于1kHz）、最大的數據吞吐率及訪問的靈活性，提高I/O模塊的工作性能。
系統的軟件開發分為上位機和下位機兩部分，FPGA和RT均集成在CompactRIO中，通常稱為下位機。基于NI公司的LabVIEW開發平臺，整個軟件可分成三部分，分別是FPGA.vi、RT.vi和Host.vi。其中，FPGA.vi模塊主要實現數據采集功能；RT.vi 模塊主要實現數據的讀取、預處理和發送；Host.vi模塊主要實現人機交互功能，如顯示數據、發送命令、管理數據等。
3.1 FPGA主程序
FPGA.vi主程序由上位機LabVIEW FPGA模塊開發，用FPGA Compile Worker編譯生成比特位文件并通過以太網部署到FPGA機箱中，按照配置的采集速率實現數據采集并將數據送到顯示控件或存放在DMA FIFO緩沖區，主要實現數據采集功能。
FPGA的開發為包含初始化、數據采集和結束三部分的一個順序平鋪結構，每部分為一幀。第一幀便是初始化FPGA及各個模塊的采樣率和I/O的設置，如圖3所示。第二幀為各模塊獨立的while循環，各模塊并行采集互不干擾。循環內部讀取各模塊的I/O節點數據并捆綁寫入DMA FIFO緩存或顯示控件，如圖4所示。其中，除了NI 9205模塊采用DMA FIFO與RT端進行數據傳輸外，其他模塊（如NI 9213、NI 9217、NI 9375、NI 9425、NI 9401）均采用讀寫控件的方式向RT傳送數據。另外，本系統中采集轉速，所采用的方法是周期測量法，讀取每一路脈沖單周期內的FPGA時鐘個數，FPGA的40MHz的時鐘進一步提高了測試精度，如圖4-e所示。
3.2 RT主程序
RT.vi主程序由上位機LabVIEW Real-Time開發并部署到實時控制器中運行，定時讀取顯示控件的數值或取出DMA FIFO緩沖區中數據，稍作處理后通過以太網總線發送到上位機，主要實現數據的讀取、預處理和發送。
RT主程序需要駕馭整個測試系統的核心――CompactRIO控制器，同時保證與上位機Host.vi和FPGA.vi兩部分的通訊，完成指令和數據的輸送。本文采用模塊化編程思想[3]將RT主程序按功能劃分為數據采集和網絡通信兩個模塊，上位機通過網絡通信模塊將指令（如Start、Stop等）送到數據采集模塊實現RT的控制及FPGA的調度，如圖5-a所示；FPGA.vi采集的數據則通過采集模塊將數據送到網絡通信模塊進而送至上位機，如圖5-b所示。
實時控制器與上位PC機之間可以通過不同的方式進行通信，不同的通信方式具有各自的優缺點，常見的通信方式有：網絡共享變量、TCP/ IP、網絡流/隊列等，共享變量傳輸數據較慢[4]，相對來說，TCP具有非常好的靈活性，而且是標準的協議，可以與別的語言（C語言）進行網絡通訊，較僅限NI協議的共享變量更易于開發拓展，故這里采用TCP隊列技術，上位機通過TCP/IP協議將控制命令下達至下位機開始采集，將采集到的數據寫入隊列中，再次利用TCP協議將數據上傳。
3.3 Host主程序
本文Host.vi主程序正是由虛擬儀器LabVIEW開發，運行于上位機中，通過以太網發送指令、接收數據，PC機處理數據、顯示數據，如圖6所示。
4實驗及結果
為了驗證該測試系統的準確性、穩定性等功能，在實驗室現有的條件下，用J型熱電偶采集溫度可控焊臺的溫度、用PT100采集室溫、用三節7號電池分別作模擬量的三路信號源、用安捷倫DG1002U信號源模擬兩路霍爾傳感器的脈沖型號，經過多次試驗，采集大量的數據，分別用TDMS查看器和Excel打開TDMS文件看到測試結果如圖7 所示，5個傳感器的數據分別存儲在5個通道組中，每個通道組中通道的個數由圖7-b可看出。通過分析，完全接近理論值，同時該實驗過程操作方便、簡潔、畫面直觀，為研究提供了大量的實驗數據。
5結語
本文通過對NI公司的CRIO控制器和若干C系列I/O模塊的集成，經過虛擬儀器LabVIEW的開發，研制出一套便攜式數據采集測試系統。試驗表明，該裝置能多線程同時采集并實時顯示5種傳感器輸出的數據，并可實現數據存儲、回放及分析等功能。LabVIEW軟件的圖形化特性使得此測試系統具有友好的交互界面[5]，大大簡化了復雜系統的測量，同時，由于CRIO系統結構堅固、靈活便攜且易于功能擴展，并具有離線數據采集記錄功能，可以根據被測對象的實際情況，安裝在適當的位置，最大限度地滿足用戶現場測試的要求
參考文獻
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數據采集范文第3篇
CC2530射頻模塊通過外引24個引腳，包括普通IO引腳P00-P24和電源、復位引腳，實現與電路的連接。電路包括復位電路、開關電路、傳感器接口電路、按鍵指示電路、通信調試電路、電源供電電路。主要電路功能介紹如下：按鍵指示電路：節點包括Led和蜂鳴器指示電路，用于本節點的指示功能；支持按鍵功能，進行節點工作模式的轉換。開關電路：由三極管電路組成，用于實現傳感器供電的通斷。通信調試電路：由串口電路和JTAG調試接口組成；串口負責與PC上位機軟件的連接，方便修改節點的參數；JTAG接口方便上位機集成環境IAR等調試用。電源供電電路：基本供電由外部USB接口電源5V通過AMS1117轉3.3V以及直接電池3.3V供電組成；傳感器可由內部3.3V供電，而大于3.3V則由外部電源直接提供。傳感器接口電路：包括危化品物流車輛常見的幾種信號（0-5V、4-20mA、開關量、數字量）采集電路，可同時接四種類型的傳感器。其中數字量主要是DS18B20、DHT11溫濕度傳感器的輸出信號；0-5V主要是氣體泄露檢測、光敏、真空度傳感器的輸出信號；4-20mA主要是壓力、液位傳感器的輸出信號；開關量主要是紅外、門開關、傾斜傳感器的輸出信號；信號接入后進行了信號隔離和二極管鉗位保護電路。
2節點軟件
2.1節點軟件架構軟件設計部分主要是基于TI公司的Z-stack協議棧進行應用程序的開發。Z-stack協議棧是一款穩定性強的Zigbee開發協議棧，是對Zigbee標準的具體實現。協議棧APL（應用層）包含了主要的API函數接口，方便進行應用開發，從而實現對CC2530芯片硬件資源的控制功能。具體軟件框架設計如圖4所示。應用層軟件主要包括節點間數據的接收/發送、節點內應用層與底層的交互。應用層的數據經過應用層數據幀格式進行封裝傳給底層繼續封裝并發送出去；接收數據則由底層先進行解釋，再由應用層進行解釋，然后進行數據的計算、更新參數等步驟。應用層還可通過API控制接口對底層進行控制與信號、參數獲取。
2.2數據幀格式Zigbee采集節點和主節點模塊的數據傳輸格式采用字符串形式進行數據的發送/接收。由于是采用字符進行數據傳輸，所以可以利用上位機現有的字符串處理函數，很容易校驗數據正確性，并從數據幀中提取有效信息，避免因幀長度判斷引起的錯誤。另外，基于Zigbee傳輸速率較低、傳感器數據量小、刷新速度慢的需求等特點盡量減小和限制了協議中各數據域的占位寬度，保證傳輸效率。具體數據格式如表1所示。幀頭：本協議節點間的應用層交互主要有命令幀和數據幀。幀頭是辨別命令幀和數據幀而設立的。幀頭包括：Set、Get、Ack、Data4種。Set指的是主節點對采集節點進行參數設定，為命令幀，是主節點需要對子節點進行參數配置的時候發送的，子節點收到此類型幀后，發回Ack幀，說明參數設置成功與否；Get指的是其他節點需要獲取本節點信息，為命令幀，本節點收到此類型幀后，發送數據幀；Ack指的是節點間通信應答狀態幀，SUCC為成功、FAIL為失敗；Data指的是數據幀，攜帶節點參數、傳感器采集數據。如表2所示。目的地址：目的地址指的是Zigbee網絡中的設備唯一標識的網絡ID。為十六進制0X0000-0XFFFF之間值。其中有幾個地址值有特殊的含義，0XFFFF表示廣播地址；0XFFFE表示所有接收功能打開的設備；0XFFFC表示所有路由設備；其余地址為單一設備的網絡地址。網絡地址的獲得過程是：主節點設備啟動成功后，自設定為Zigbee網絡的主網絡ID0X0000，子節點設備在申請加入成功后獲得一個網絡身份標志ID。幀類型：在幀頭為Set、Get、Data時，此幀位置都有意義，分別代表設置、獲取、攜帶相應類型的節點信息。這些類型包括，傳感器數據(Sensor)、節點網絡地址(NAdr)、節點網絡類型(NType)、采集周期(Cycle)、產品信息(Info)、發送方式(SWay)、功率模式(PMode)、信道選擇(Channel)、AD參考電壓(ADMode)、默認發送地址(DSAdr)。信道數據：DataChannel796F800\r\n(第11（0x0B）無線信號通道)載荷：載荷是整個通信幀中最重要的部分，包括了通信的主要內容。載荷的具體內容需要根據幀類型來確定。描述如下：（1）幀類型為傳感器數據：此時載荷部分包括傳感器類型、傳感器ID、傳感器值。傳感器類型包括危化品物流車輛常見信號：1.溫度、2.門開關、3.真空度、4.液位、5.壓力、6.電壓、7.濕度、8.氣體、9.紅外10.光敏、11.傾斜。傳感器ID從0開始分配，表示同種類傳感器的使用編號。（2）幀類型為非傳感器數據：此時載荷部分攜帶網絡地址、采集周期、發送地址等值。結尾符：本協議結尾符為字符“\r\n”，加上字符串結束符‘\0’,固定為3個字節。結尾符是一幀數據的界定符，上位機軟件可以根據此結尾符很快能判定幀的長度，避免一些數據長度判讀錯誤的發生。
2.3軟件處理流程Z-stack協議棧基于輪詢機制，事件是最小處理單元，每個事件都有相應的處理函數，當事件管理數據結構相應的位置位時，協議棧通過輪詢機制就能發現并跳入相對應處理函數進行處理步驟，處理完再返回輪詢大循環。這里主要設置了3個事件，分別是串口事件、無線事件和采集事件。串口事件主要處理與上位機的通信；包括根據上位機命令修改本節點參數、接收發送數據等；無線事件主要處理數據的無線發送和接收；采集事件主要處理傳感器的數據讀入、封裝、發送或者接收、解析、轉發等。處理流程圖如圖5所示。
2.4上位機配置軟件Zigbee設備邏輯類型包括3種，分別是主節點、路由節點、終端節點。對于不同設備類型的具體處理流程，本設計編寫了統一的參數配置服務函數，可通過上位機軟件方便進行配置。比如，終端節點配置成具有傳感器數據的采集功能，可選擇無線和串口兩種發送方式，而對于路由器或者協調器，基于功耗考慮，則配置成不具有傳感器數據采集功能。通過設計節點上位機配置軟件ZigConfig來實現參數的配置，簡單的界面操作就能通過串口以上述數據格式下載到節點，并燒寫到CC2530的flash中永久保存起來，節點下一次啟動將以新的參數啟動。上位機配置軟件介紹如下：（1）配置軟件由QtCreator開發。QtCreator是Qt被Nokia收購后推出的一款新的輕量級跨平臺集成開發環境（IDE）。支持的系統包括Linux（32位及64位）、MacOSX以及Windows。開發人員能利用該應用程序框架更快速及輕易地完成開發任務。（2）該配置軟件完成節點的設備類型、接口采集邏輯、入網參數等的配置。可直接通過串口線與待配置節點連接，也可以通過一個中間節點對待配置節點進行無線配置，中間節點通過串口線與上位機連接。操作界面如圖6所示。（3）如圖7，圖8所示，通過上位機配置軟件S1（實物圖如圖6所示）可方便地對待配置節點S2進行參數配置。對于待配置設備，如果是終端設備，配置前需先按下配置按鍵，指示燈亮后，裝置即進入配置模式；而如果是路由設備或協調器設備則無需此步驟。（4）有線配置如圖6所示：上位機通過串口線連接待配置設備，然后配置軟件上收到待配置節點S2發送過來的設備信息，并顯示在界面上，然后點擊配置按鈕，即發送配置幀到節點S2，點擊讀取配置按鈕，則將節點S2各項參數顯示在界面上，如果節點S2是數據透傳模塊，則可以直接接收數據或填寫目標地址發送數據。配置完后再按一下按鍵，指示燈不亮，表示配置完成。可以配置設備類型為Zigbee終端設備、路由設備、協調器設備和點對點透傳設備；可以配置入網參數，比如PANID值、信道、網絡模型、網絡層次等；可以配置傳感器發送周期，使各傳感器通道數據可以同一周期發送，也可以不相同周期發送等。（5）無線配置如圖8所示，采用一個節點作為數據中轉與上位機有線連接，通過這個節點無線發送指令到待配置節點進行配置，配置過程中的操作步驟與有線時類似。
3節點測試
3.1信號強度RSSI(ReceivedSignalStrengthIndication)是接收端的信號強度指示，可用來判定鏈接質量。實際應用中，普遍采用簡化后的Shadowing模型，即如下公式計算RSSI值。其中Pr（d）為接收端接收信號強度，Pr（d0）為參考處接收端接收信號強度，d為接收端與發送端實際距離，d0為接收端與發送端參考距離，n為路徑損耗指數，通常取2~4。取d0=1m，實測得Pr（d0）的值代入，并取n=3代入公式（1）得新的計算公式。實際測試中取兩個節點，分別設為協調器節點和終端節點。將協調器節點固定，令終端節點遠離，終端節點加入協調器節點網絡后，每隔1s發送一次數據到協調器節點。協調器接收到數據包后，從TI協議棧Z-Stack的數據結構afIncom-ingMSGPacket_t中提取RSSI值記錄下來。100M范圍每隔5M記錄一次RSSI值，每次記錄100個值，然后取100個中的隨機值和平均值分別作為本次終值繪制曲線。
3.1.1空曠環境下測得Pr（d0）=-28dbm，按照公式(2)與實際數據，繪制對比曲線。從圖9和圖10對比曲線可以看出，隨著兩節點間距離增大，RSSI值會逐漸衰減，符合一般規律。0-20m范圍內，RSSI衰減較快，之后較為平緩。40m后信號質量普遍較理論值平緩，可能是受硬件條件影響，誤差增大。圖9由于每次記錄取的隨機值，存在較大誤差，圖10每次記錄取100個數據的平均值，曲線較為平緩。誤差因素包括硬件設計、周邊環境影響等。
3.1.2危化品物流車輛環境下采用深圳市中集集團液化氣罐(空罐)危化品物流車輛進行實地測試，測試車輛長度14m，寬度2.5m。將協調器節點放置在車駕駛座，終端節點自由放置于車廂體內部，加入網絡并發送數據到協調器節點。測得Pr（d0）=-44dbm，根據公式（2）和實際數據的結果曲線如下：由圖11和圖12可以看出，在車輛環境下，節點信號普遍較空曠環境下差，這主要是因為接收節點被放進車輛箱體內部，信號一定程度上受到廂體衰減。大于40m距離后信號變得不穩定，通信斷續和重連情況發生頻繁，此時RSSI值普遍>82dbm，80m后多次測試接收端均接收不到數據。
3．2數據傳輸將協調器節點放置在車駕駛座，終端節點自由放置于車輛廂體內部，加入網絡并發送數據到協調器節點。在協調器端統計接收數據包個數，并計算丟包情況和最大穩定通信距離(即數據通信情況良好，極少發生重連情況)，結果如下。由表3可以看出，主節點在車駕駛室情況下，車正前方和側面信號要好于車后方信號，節點丟包率較低，通信距離>=25M，滿足一般危化品物流車輛要求。另外，通信的最大穩定傳輸RSSI值是極少斷網重連情況發生下的統計值，所以普遍低于信號強度曲線中的極限值。隨著距離增大，節點間的網絡傳輸也會變得不穩定，常常發生斷網重連，甚至無法重連狀況。實際數據包傳輸受節點間不同阻擋物、不同車型、車體電磁干擾、程序執行等因素影響。
3．3功耗通過萬用表、示波器和在程序中設計測試模塊的結合進行功耗測試，測試結果如下。從表4的測試結果可以看出，節點滿足低功耗要求，休眠情況下，節點功耗低至0.33uA。
4結語
數據采集范文第4篇
關鍵詞:交通旅游 電子地圖 信息庫建設 內外業
中圖分類號:P28 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2012)07(b)-0044-02
1 建庫需求
交通旅游信息數據種類繁多,數據量大,對交通旅游信息的分類方法有多種。交通旅游信息數據庫主要按交通旅游信息使用對象的不同對其進行分類,交通旅游信息數據庫的使用對象主要是旅游者,還有其他與交通旅游相關行業的潛在客戶。旅游者使用旅游信息數據庫主要是查詢一些與自身旅游相關的信息,如旅游目的地的旅游活動項目、旅游花費、旅游線路、交通、食宿、娛樂、當地的風土人情、當地居民的好客度、飲食習慣等,以便能夠做出合理的旅游決策,選擇最佳旅游路線和旅游時間,花最少的錢而得到最大的旅游消費,潛在客戶主要指旅游供給商,旅游者和旅游供給商之間的關系,并不是普通的供需關系,而是具有獨特性,其獨特性在于:旅游供給商向游客提供的并不是旅游資源本身,而是旅游資源及其與旅游資源緊密相關的社會、經濟、文化各方面的信息和服務;旅游資源對旅游者來說是其花錢所得到的商品,這種商品又有其獨特性,這種商品雖然是以實物的形式存在的,但卻不能進行實物的消費,旅游資源并不因旅游者的消費而減少,旅游者通過消費旅游資源這種商品所得到的只是感覺、經歷和體驗。
2 數據分類選取
2.1 專題數據分類
對旅游者來講,去一個城市旅游,吃、住、行、游、購、娛等方面的信息是他們最關心的,所以交通旅游電子地圖的行業分類主要側重子旅游服務、交通設施、賓館酒店、商場百貨、醫療衛生、公共服務、科教文化、黨政機關、辦公居住、金融保險十大類。
1984年12月1日《國民經濟行業分類和代碼》作為國家標準,GB/T4 754-84將我國全部經濟活動劃分為13個門類,75個大類,310個中類,668個小類。
1994年第一次修訂國民經濟行業分類與代碼(以下簡稱國標1994),GB/T4 754-94共劃分716個門類,92個大類,368個中類,846個小類。2002年第二次修訂國民經濟行業分類與代碼(以下簡稱國標2002),GB/T4 754-2002共劃分720個門類,95個大類,396個中類,913個小類。
對兩次修訂的國民經濟行業分類與代碼的類別進行比較。門類增加4個,大類增加3個,中類增加31個,小類增加124個。從以上數據可以看出,隨著我國經濟的持續攀升,行業分類越來越趨于細化。對于電子地圖用戶來講,他們需要的行業分類目前來講還不需要如此細化,但是經濟的發展牽引著用戶的需求,細化的趨勢是不言而喻的。
行業分類中黨政機關和社會群體參考了國標2002中公共管理和社會組織門類,仍然沿用了國標1994中的金融、保險業門類。辦公居住參考了房地產業門類,賓館酒店、餐飲場所參考了住宿、公飲業門類.科教文化參考了教育門類,商場百貨參考了批發零售業,醫療衛生參考了衛生大類,公共服務參考了居民服務大類,交通設施參考了航空運輸業和城市公共交通業大類,從國標2002中的公共設施管理業門類中獨立出旅游服務大類。
2.2 標志點的選取
電子地圖中的興趣點(Point of Interest, POI),是信息查詢的基礎,是空間位置、屬性特征的最佳結合點,是空間數據庫與地圖信息數據庫之間的橋梁,其內容類別基本覆蓋行業和公眾關心的各個方面。本文將興趣點分為標志點和信息點。標志點主要指在城市中具有重大影響、易于尋找和定位的建筑物、公共設施和地名等。信息點指除標志點以外的實用、有意義的興趣點。
設立標志點的條件與意義如下。
(1)指示性。
標志點必須對于到達、尋找或定位目的地在車輛導航、行走指南、郵政通訊等活動中起指示作用。
(2)穩定性。
選作標志點的建筑物、公共設施、地名等必須穩定且有影響力,在較長時間內不發生變化。如:莫愁湖、文昌閣、市政府等。
(3)均勻性。
城市內設置的標志點必須均勻地覆蓋整個城市市區,一個街坊內一般不少與5個標志點,市中心區域可適當增加,即所謂“一片森林與一顆樹的區別”。設立的標志點必須是有實際定位意義的點。對于有多個出入口、面積比較大的單位作標志點時,應該把主要的出入口作為標志點,其次要出入口可作為次級標志點或信息點。標志點對區域定位有實際意義,在位置描述中可以相對標志點的位置來描述所要查詢的目的地。
3 數據分級簡化
3.1 分級目的
(1)分級可以突出信息的重要性,當用戶查詢信息時,分級可以使得查詢結果中相對重要的信息優先顯示,便于用戶篩選。(2)在電子地圖的負載量相對較大的時候,可以通過分級來剔除相對不重要的信息,保證重要信息不缺失。
3.2 標志點分級
標志點等級劃分為兩級。
(1)一級標志點:市區內的重要建筑物、重要旅游景點、市級購物中心、交通樞紐、大型橋梁等。車輛導航影響半徑1km～2km,行走指南影響半徑500m～1000m,布設密度1～3個/km2。(2)二級標志點:街區內的明顯標志建筑物、有一定影響的地名、有較大影響的商服設施、大型工業企業等,車輛導航影響半徑在lkm以內,行走指南影響半徑200m～500m,布設密度5～30個/km2。
數據采集范文第5篇
硬件設計包括溫度與磁場探頭、供電電源、多通道數據采集儀器、PC上位機的選型以及機柜設計。
1．1溫度檢測溫度探頭類型為熱電阻，熱電阻測溫原理是給熱電阻通小電流，測量電阻上的電壓，得出熱敏電阻的阻值，對照熱敏電阻的參數曲線得出溫度。溫度探頭需要恒流源提供穩定的電流才可以保證讀取電壓的準確性，選擇lakeshore公司生產的121系列恒流源可滿足精度要求。該恒流源既提供固定檔位電源供電也可以通過編程實現連續可調電流輸出。由于超導線圈采用過冷液氮浸泡冷卻［2］，根據液氮溫區(70K～77K)對探頭型號進行選擇。對于需要在30K～800K之間對溫度測量的場合，可選擇PT100系列鉑電阻溫度計［3］，其額定電流為1mA。在這個溫度范圍內，鉑電阻溫度計具有很好的重復性和較高靈敏度，同時滿足在電抗器的磁場環境下使用的要求。70K以上鉑電阻溫度計具有通用的標準曲線，如圖2所示。相比較于其他種類溫度探頭具有更好的通用性，而且具有互換性。另外，在溫度測量中，探頭需要貼近超導帶材，薄膜型的鉑電阻溫度計滿足設計要求。探頭的接線方式有二線制和四線制。采用二線制接線方法，會引入線路電阻，造成測量誤差。因此在35kV電抗器的數據采集系統中，均采用四線制接線方法。
1．2磁場檢測測量磁場強度的原理是霍爾效應，在半導體薄片兩端通以控制電流，并在薄片的垂直方向施加勻強磁場，則在垂直于電流和磁場的方向上，將產生霍爾電壓，根據產生的電壓就可以知道磁場的大小［4］。在實際測量中需要在兩個方向(軸向場與垂直場)對磁場進行測量。在35kV電抗器設計中，根據電磁設計仿真得到磁場的最大值約為2000高斯，并且該磁場探頭的工作環境為液氮溫區。Lakeshore公司生產的HGCA3020的軸向磁場探頭與HGCT3020的徑向磁場探頭，可滿足使用要求，其額定電流為100mA。
1．3數據采集系統數據采集系統還需要對探頭電壓進行記錄以及處理顯示等一系列后續工作［5］。實驗過程中實驗對象需要監測的信號比較多，采用數據采集儀器對各個數據進行采集記錄，節約人力成本而且可以減少由于人工錄入所導致的錯誤。在該套數據采集系統中，采集的信號有54路，溫度采集精度為1K，電壓精度為10mV。吉時利公司生產的3706數字開關萬用表作為數據采集儀器滿足使用要求。數據采集儀器采集數據以后，把數據傳輸到主機中通過程序對其進行處理，然后顯示在顯示器上供人員監測電抗器的工作情況。在電抗器實際運行過程中，主機工作環境可能較為惡劣，對工控機的穩定性和數據的安全性有一定要求，需要對主機進行加固、防潮、防輻射、防塵等特殊設計。研祥工控機IPC－810E滿足使用要求。
1．4硬件布局及搭建(1)溫度探頭布點方案35kV超導可控電抗器超導線圈分為內外兩圈，各由32個雙餅組成。工作在交流工況下，超導線圈存在交流損耗，根據仿真結果顯示端部線圈交流損耗功率最大，需要對線圈端部重點監控。單個超導線圈上布點25個，總計50個鉑電阻。鉑電阻在安裝時需要對其進行加固，防止被快速流動的液氮損壞。(2)磁場探頭布點方案電抗器中，帶材受垂直磁場影響較大，端部的帶材最易受到磁場的干擾，磁場探頭安裝在電抗器的端部。由于磁場探頭受到液氮的沖刷，磁場探頭需要通過夾子進行固定。通過對端部磁場兩個垂直方向數據的讀取，得到磁場強度的實時數據，為監測電抗器運行狀態提供數據支持。各個設備的集成布局以及安裝需要以機柜的形式實現。機柜的設計原則是整套裝置的實用性和外在的美觀性。機柜上主要安裝的設備和儀器有:吉時利3706數據采集儀、工控機(包括工控機主機、液晶顯示屏、鍵盤和鼠標)、探頭供電電源，同時在機柜下部預留一部分空間用于放置實驗過程中常用的一些工具和儀表等，如納伏表、波形記錄儀、鎖放和功率分析儀等，設計方案如圖4所示。
2軟件開發
軟件開發即控制界面開發，通過界面控制各種數據采集儀器的工作，并將采集到的數據傳輸到電腦上進行處理、顯示和保存等［6］。圖5所示的為軟件搭建流程示意圖，首先調試設備，完成工控機與3706數據采集儀器之間的通信，使數據能夠進入主機進行處理，然后對數據進行分類處理，實現多通道數據處理以及數據的分類顯示。基于LabVIEW開發的程序主要包含后臺程序以及操作界面。后臺程序(1)數據采集系統主程序數據采集系統主程序實現對數據采集儀器中的電壓數據讀取的功能［7］。通過在主程序中對數據進行通道選擇可以實現不同的處理功能，包括3706儀器的通訊設置和數據初始化。(2)數據傳輸程序數據傳輸是指將數據從數據采集儀器上傳輸到工控機上。LabVIEW中提供了多種通訊協議，如串口、并口和以太網傳輸協議，此處選擇以太網作為傳輸方式，數據采集儀器發送數據，工控機接收發送過來的數據，進行處理。(3)數據記錄程序LabVIEW中可以將數據保存為多種格式，其中就包括常見的Excel表格，“寫入電子表格．vi”可以將數據保存為Excel格式，并且該VI不需要啟動Excel，寫入速度較快、使用較為簡單，所以使用該VI進行數據保存。由于EXCEL是目前比較通用的數據處理軟件，所以保存數據的格式選為EXCEL表格，方便處理數據。程序中可以設定將EXCEL文件保存在某個文件夾下，分別將磁體溫度、磁場強度保存在兩個文件夾下，并且為方便查找數據，每個文件的文件名以日期和時間命名，這樣方便日后查找數據。對于不同類型數據也可以直接分開存儲，方便以后查詢使用。在以上程序的實現中，主要以子VI形式完成。子VI是指將特定的程序封裝，完成特定的功能的模塊。通過對程序的封裝既可以實現原有功能，并且使得主程序更加簡潔，便于查找錯誤，又增加了程序的可移植性，提高了程序的整體質量。操作界面該系統的操作界面首先確保了所有數據的顯示以及后臺記錄，另外對電抗器內部環境參數(杜瓦內部壓強)以及外部輔助設備的工作狀態(液氮制冷機流量)也進行了監控。針對溫度監控，單獨設置了更加直觀的波形顯示，更利于觀察超導體的溫度變化，如圖6所示。在35kV電抗器數據采集及監控系統的設計方案中，界面中沒有需要用戶設置的參數，在前面板中分列鉑電阻顯示控件來顯示數據。開始運行后，3706開始采集數據，并且將這些數據儲存到表格當中。在前面板中，同一個波形圖中可以顯示多個通道的數據，每個通道的數據有顏色不同，這樣就可以比較實驗磁體不同部分的溫度或不同超導雙餅的電壓等。
3總結
