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數據采集論文范文1
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
數據采集論文范文2
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
數據采集論文范文3
關鍵詞：MCF5249uClinuxWeb數據采集
引言
現在嵌入式系統的應用越來越廣泛。隨著網絡技術發展和市場需求的變化，工業設備實現網絡化管理控制已經成為一種必然趨勢。M2M（MachinetoMachine）的網絡通信已成為國內外研究熱點，而Web技術為工業設備實現網絡化管理提供了一種解決方案。本文從硬件和軟件設計兩個方面討論了摩托羅拉MCF5249處理器在數據采集方面的應用，并實現了采集數據的遠程Web表征。
由于這一系統面向廣義的過程，所以只要可獲得過程參數，就能實現過程行業的遠程在線表征。特別是基于Web完成實時數據庫生成，真正實現遠程集群系統的數據資源無人工干預自動獲取。其應用將會不斷地延伸。
本文描述的摩托羅拉MCF5249是以ColdFire32位微處理器為基礎的高性能處理器，該處理器內部集成了一個片內12位ADC，可用于工業數據采集。且數據采集系統基于嵌入式操作系統uClinux。由于uClinux是為沒有MMU的微處理器設計的。且源泉代碼公開，為降低成本和獲取軟件的自有產權提供了方便。當然，uClinux不是一個強實時系統，為支持一般過程系統，可以通過一些補丁程序來提高其實時性，所以本文討論的數據采集系統主要應用于一些實時性要求不高的場合。
1數據采集系統的硬件設計
摩托羅拉MCF5249處理器內部集成了一個片內12位∑—ΔADC，它有四路輸入（ADIN0～ADIN3），任一時刻只允許一路輸入，由多路選擇器決定。ADC的數字部分在MCF5249的內部，而模擬電壓比較器由電路提供。A/D轉換的輸出引腳以脈寬調制的格式提供參考電壓，因此，該輸出需要一個的阻容電路，將其轉換成直流電壓，以備外部的電壓比較器電路使用。數據采集系統的硬件原理圖如圖1所示。
由于微處理器不可承受負電壓，所以必須將輸入電壓限制在0～+3V之間。Motorola公司不建議使用外部箝位二極管直接在模擬輸入端進行過壓保護，而在輸入端引入1～10kΩ的限流電阻和低通濾波器，在低通濾波器的輸入端連接二極管對輸入電壓進行箝位。
2數據采集系統的軟件設計
數據采集系統的軟件設計主要分為兩大模塊，即數據采集模塊與數據顯示模塊。
2.1數據采集模塊的設計
數據采集模塊是系統的核心模塊，為了提高數據采集的實時性，應采用中斷方式完成數據采集。其流程圖如圖2所示。
MCF5249微處理器為其內部ADC提供了一個控制寄存器ADCONFIG，其地址是MBAR2_ADDR+0x402,在初始化程序中需要指定MBAR2_ADDR地址。
通過ADCONFIG寄存器可以設置A/D轉換器工作方式、采樣頻率、是否采用中斷方式等。下面給出設置ADCONFIG寄存器實例。
#defineMBAR2_ADDR0x8000000
#defineAD_CONFIG0x402
#defineAD_VALUE0x406
…………
//設置ADC
*(volatileunsignedshortint*)(MBAR2_ADDR+AD_CONFIG)=0x442;
該設置確定ADIN0作為模擬信號輸入通道，采樣頻率設置為1/4系統總線時鐘頻率。當時鐘產生4095次翻轉時，系統產生一個軟件中斷（中斷號為63）。一次采樣結束，并將采樣結果存于ADVALUE寄存器（其地址為MBAR2_ADDR+0x406）。A/D轉換值可以用如下公式計算：
Vi=(X/(2n-1))×Vfullscate
其中，Vi為ADC的輸入電壓；Vfullscate為滿量程輸入電壓；
X為ADC輸出的數字量；
n為ADC的位數。
A/D轉換的結果在中斷處理程序中讀取。讀取一次轉換的程序代碼如下：
Volatileunsignedshortintm;
m=*(volatileunsignedshortint*)(MBAR2_ADDR+AD_VALUE);
通常，A/D轉換需要連續采樣。采樣結果應存放在一個多訪問循環隊列MACQ（MultipleAccessCircularQueue）中。
MACQ是一個定長有序的數據結構。源進程（生產者，ADC采樣程序）將數據存入MACQ，一旦初始化，MACQ總是滿的。當有新的數據被存入（PUT）MACQ，舊數據即被丟棄（如圖3）。應用進程（消費者）可以從MACQ中讀取任何數據。讀功能是非破壞性的，即讀操作不會改變MACQ。
在uClinux中，A/D轉換中斷程序的編寫方法是將A/D轉換器作為一個字符設備來處理。中斷程序是在linux/drivers/char目錄下編寫，其結構如下：*file:m5249_adirq.c
#include<linux/interrupt.h>
#include<asm/irq.h>
#defineADC_IRQ(128+63)//定義中斷號
#defineMBAR2_ADDR0x8000000
#defineAD_CONFIG0x402
#defineAD_VALUE0x406
/*定義中斷處理函數*/
voidadirq_interrupt(intirq,void*d,structpt_regs*regs){
在此讀取A/D轉換的值并存入隊列中。
}
/*設備初始化函數*/
intadirq_init(){
intresult;
unsignedshortadc_irq;
adc_irq=ADC_IRQ;
result=request_irq(adc_irq,&adirq_interrupt,SA_INTERRUPT,5249_adirqNULL);//注冊中斷
if(result==-1)
{printk(“Can''''tgetassigned%d”adc_irq);
returnresult;}
return0;
}
中斷服務程序的添加方法如下：
①編輯uClinux/drivers/char目錄下的mem.c，添加“adirq_init();”;
②編輯此目錄下的Makefile加入“obj-y+=m5249_adirq.o”;
③編譯（make）。
2.2數據顯示模塊的設計
為了實現采集到的數據以Web方式顯示，需要選擇一個Web服務器。本文采用的Web服務器是BOA。在CGI程序中編寫一個函數讀取MACQ隊列中的數據并顯示。
主要有以下顯示模塊。
（1）編寫一個CGI程序
*編寫一個讀取MACQ隊列中數值的函
readFromMacq()。
*編寫一個生成動態HTML頁面的函數show()。
Voidshow_t(){
……
printf("Content-type:text/html");
prinft{"
<html>
<head>
<metahttp-equiv=pragmacontent=no-cache><metahttpequiv=expirecontent=now>
<title></title>
</head>
<body>");
在此將MACQ中的數據讀出，假設值賦給變量n
prinft("<center")Thevalueis%x!</center>
</body>
</html>",n);
}
*編寫一個CGI的主程序main_cgi。
在主程序中需要讀取HTML頁面中的字符，并判斷應執行那一個CGI程序。
（2）用HTML語言編寫一個主頁
在主面中應包含：
<ahref=/cgi-bin/main_cgi.cgi?flag=10target=main>鍵接字符</a>.
其中，flag的值是main_cgi用于判斷應執行哪一個CGI程序的標志。
數據采集論文范文4
關鍵詞：DSPUSBFPGACPLDFirmware驅動程序
隨著DSP芯片功能越來越強，速度越來越快，性價比的不斷提高以及開發工具的日趨完善，廣泛用于通信、雷達、聲納、遙感、生物醫學、機器人、控制、精密機械、語音和圖像處理等領域。作為計算機接口之一的USB（UniversalSerialBus）口具有勢插拔、速度快（包括低、中、高模式）和外設容量大（理論上可掛接127個設備）的特性，使其成為PC機的設備擴展中應用日益廣泛的接口標準。本文設計并實現了基于DSP的USB口數據采集分析系統，該系統的DSP負責數據的采集和運算處理，處理結果通過USB口送計算機顯示分析，其結構如圖1所示。
該結構圖中，CPLD和FPGA實現模塊接口，包括串并轉換、8位和32位數據總線間的轉換、SRAM等功能。采樣結果經過CPLD送至DSP運算處理（FFT變換、相關分析、功率譜分析等）后，由FPGA和USB接口送至主控計算機存儲和顯示。計算機應用程序易于實現豐富的圖形界面，具有良好的人機接口。
1模數模塊
本系統主要用于振動信號和噪聲分析，要求采樣精度高，采樣頻率不超過100kHz。根據要求選用CRYSTAL公司的CS5396。該芯片原本用于立體聲采樣，基于∑-Δ結構，采樣精度高，24位分辨率，120dB的動態范圍；采樣頻率32kHz、44.1kHz、48kHz、96kHz可選；內部集成采樣保持器、模擬低通濾波器、數字濾波器，同時還具有時采樣功能；兩路同時采樣，串行輸出，串行數據由CPLD轉換成24位并行數據；由于該芯片量程是4V，差分輸入，所以模擬部分只需再加上簡單量程放大電路即可。這樣模擬電路十分簡單，抗干擾能力強、精度高。
2DSP處理器
選擇DSP處理器時主要考慮其運算速度、總線寬度和性價比。本系統采樣結構24位，最好選用32位DSP；系統要進行實時信號分析、模態分析等，要求有較高運算速度，所以選用TI公司的32位浮點DSP——TMS320VC33。該芯片采用哈佛結構，6級流水線操作，指令執行周期7ns，外設包括一個DMA控制器和一個緩沖串口。
N點復數FFT變換約做2N×Log2N次實數乘法運算和3N×Log2N實時加法運算。TMS320VC33的乘法、加法都是單周期指令，取N=1024，不計內存訪問和其它時間，則一次FFT所需時間為：10×5120×17ns約0.9ms。而按96KSPS的采樣頻率計算，1024點的采樣時間約10ms，可見該DSP速度足以滿足要求。
該DSP啟動模式可選，上電后執行駐留在低地址空間的BOOTLOADER；然后根據4個中斷輸入信號的狀態判斷啟動模式，可以從RAM、ROM或串行口啟動。本系統選擇串行口方式。這樣，DSP程序可以直接從PC下載送至DSP接口，做到在系統調試，具有極大的靈活性。
3USB接口
USB協議的實現基于網絡的思想，是一種共享式的總線，在總線上數據以包（Packet）的形式發送。USB的數據傳送有4種模式：塊傳輸（BulkTransfers）、中斷傳輸（InterruptTransfers）、同步傳輸（IsochronousTransfers）、控制傳輸（ControlTransfers）。當需要快速傳輸大批量的準確數據時，一般采用塊傳輸模式；當傳輸實時性較強的數據時，采用中斷傳輸模式。
當USB設備插入計算機時，計算機和USB設備之間產生一個枚舉過程。計算機檢測到有設備插入，自動發出查詢請求；USB設備回應這個請求，送出設備的VerdorID和ProductID；計算機根據這兩個ID裝載相應的設備驅動程序，完成枚舉過程。
由于USB協議非常復雜，開發者不可能在底層基礎上進行開發。目前，市場上對USB協議進行封裝的接口芯片，如：NationalSemiconductor公司的USBN9602、Plilips公司的PDIUSBD12等。本系統選用CYPRESS公司的帶單片機內核的EZ-USB系列的AN2131QC.該芯片遵從USB1.0規范（12Mbps），將8051單片機內核、智能USB接口引擎、USB收發模塊、存儲器、串行口等集成一起，從而減少芯片接口時序。其內部結構如圖2（虛線內是芯片部分）。
EZ-USB的8051代碼（Firmware）可以固化在ROM內；更好的方案是通過USB口從主機下載到內部RAM，這樣，易于修改、調試和更新。之所以能下載代碼是因為芯片一上電完全在硬件上自動完成枚舉過程，不需要Firmware。完成枚舉后便可作為一個USB設備（叫做缺省USB設備）與計算機通訊，此時即可進行Firmware下載。下載完后，8051內核脫離RESET狀態開始執行代碼。可以通過Firmware對USB設備重新配置，這個重新配置過程叫做再枚舉。
在EZ-USB中，缺省USB設備的接口中包括14個Endpoints，如表1所示。
表1缺省USB端點（Endpoint）
EndpointTypeAlternateSetting
012
MaxPacketSize(bytes)
0CTL06464
1ININT01664
2INBULK06464
2OUTBULK06464
4INBULK06464
4OUTBULK06464
6INBULK06464
6OUTBULK06464
8INISO016256
8OUTISO01616
9INISO01616
9OUTISO01616
10INISO01616
10OUTISO01616
計算機與USB設備的數據通信主要包括兩個方面：一是讀取采樣數據；二是給USB設備發送控制命令。發送控制命令先發送一個命令包（消息），然后根據情況發送后續數據或從設備讀取響應數據。因此，根據EZ-USB芯片的功能，直接使用缺省配置中的6個Endpoint。
EndpoitOUT2BULK：用來發送控制命令包。
EndpointIN2BULK：接收從USB設備發來的DSP消息。
EndpointIN4BULK：用來從USB設備讀取數據，如讀取采樣數據、配置參數等。
EndpointOUT4BULK：用來向USB設備發送數據，如下載8051程序、下載FPGA程序等。
EndpointOUT6BULK：作輔助判斷用，當PC傳送完大量數據至USB設備時，向該端口寫任意數據以起到通知USB設備的作用。
EndpointIN1INT：用來從USB設備讀取響應信號，如下載FPGA程序是否成功的標志等。
在缺省配置基礎上可以編寫適合需要的代碼，如果對8051編程經驗豐富的話，完全可以在不需要調試工具的情況下編寫Firmware。
本系統Firmware結構建立在對消息隊列不斷服務基礎上，即構建一個消息隊列，當接收到任何一方（DSP或計算機）的消息時，將其放入消息隊列。消息的接收是通過中斷服務程序來實現的。當處理完一個消息時，從消息隊列取出下一個消息進行處理。這種軟件結構非常簡單，思路清晰，對調試十分有利。
USB設備驅動程序基于WDM。WDM型驅動程序是內核程序，與標準的Win32用戶態程序不同。采用了分層處理的方法。通過它，用戶不需要直接與硬件打它道（在USB驅動程序中尤為明顯），只需通過下層驅動程序提供的接口號訪問硬件。因此，USB設備驅動程序不必具體對硬件編程，所有的USB命令、讀寫操作通過總線驅動程序轉給USB設備。但是，USB設備驅動程序必須定義與外部設備的通訊接口和通訊的數據格式，也必須定義與應用程序的接口。
本系統的驅動程序是在CompuwareNumegaDriver-Works的基礎上采用面向對象語言C++開發的。Driver-Works可以很快構造出驅動程序的框架。主要構造了兩個類：ClassUSBDAC和classUSBDACDevice。ClassUSBDAC繼承了classKdriver，負責裝載驅動程序和創建功能設備對象時要做的一些操作。ClassUSBDACDevice繼承了classKpnpDevice，是驅動程序的主要部分，負責設備啟動、停止的操作以及與設備的數據通訊。API函數調用和CreateFile()、ReadFile()、WriteFile()、DeviceIO-Control()、CloseFile（）等的實現也在classUSBDACDevice中完成。
ClassUSBDAC的定義如下：
classUSBDAC:publicKdriver
{
SAFE_DESTRUCTORS
public：
/*DriverEntry()，在系統引導或I/O管理器裝入驅動程序時，調用這個例程。執行大量的初始化函數，包括建立到其它驅動程序的指針、查找和定位由驅動程序使用的任何硬件資源等，不過，這部分工作大多由基類Kdriver完成。*/
virtualNTSTATUS
DriverEntry(PUNICODE_STRINGRegistryPath);
/*AddDevice(),創建一個Device對象。調用其構造函數對設備初始化，創建設備的名稱等。*/
virtualNTSTATUS
AddDevice(PDEVICE_OBJECTPdo);
Intm_Unit;
};
ClassUSBDACDevice的定義如下：
ClassUSBDACDevice:publicKpnpDevice
{
//Constructors
public:
SAFE_DESTRUCTORS
USBDACDevice(PDEVICE_OBJECTPdo,ULONGUnit);
～USBDACDevice()；
//MemberFunctions
public:
…
//添加自己的成員函數
NTSTATUSUSBDAC_GetACK(int&);
NTSTATUSUSBDAC_StartADConversion(void);
NTSTATUSUSBDAC_StopADConversion(void)；
NTSTATUSUSBDAC_DownloadFPGA(KIrp)；
NTSTATUSUSBDAC_Download8051(KIrp);
NTSTATUSUSBDAC_SetChannelParameter（PUCHAR，ULONG，int）；
…
}；
4FPGA
數據采集論文范文5
關鍵詞：USBRS485數據采集
在工業生產和科學技術研究的各行業中，常常利用PC或工控機對各種數據進行采集。這其中有很多地方需要對各種數據進行采集，如液位、溫度、壓力、頻率等。現在常用的采集方式是通過數據采集板卡，常用的有A/D卡以及422、485等總線板卡。采用板卡不僅安裝麻煩、易受機箱內環境的干擾，而且由于受計算機插槽數量和地址、中斷資源的限制，不可能掛接很多設備。而通用串行總線（UniversalAerialBus，簡稱USB）的出現，很好地解決了以上這些沖突，很容易就能實現低成本、高可靠性、多點的數據采集。
1USB簡介
USB是一些PC大廠商，如Microsoft、Intel等為了解決日益增加的PC外設與有限的主板插槽和端口之間的矛盾而制定的一種串行通信的標準，自1995年在Comdex上亮相以來至今已廣泛地為各PC廠家所支持。現在生產的PC幾乎都配備了USB接口，Microsft的Windows98、NT以及MacOS、Linux、FreeBSD等流行操作系統都增加了對USB的支持。
1.1USB系統的構成
USB系統主要由主控制器(HostController)、USBHub和USB外設(PeripheralsNode)組成系統拓撲結構，如圖1所示。
1.2USB的主要優點
·速度快。USB有高速和低速兩種方式，主模式為高速模式，速率為12Mbps，另外為了適應一些不需要很大吞吐量和很高實時性的設備，如鼠標等，USB還提供低速方式，速率為1.5Mb/s。
·設備安裝和配置容易。安裝USB設備不必再打開機箱，加減已安裝過的設備完全不用關閉計算機。所有USB設備支持熱拔插，系統對其進行自動配置，徹底拋棄了過去的跳線和撥碼開關設置。
·易于擴展。通過使用Hub擴展可撥接多達127個外設。標準USB電纜長度為3m（5m低速）。通過Hub或中繼器可以使外設距離達到30m。
·能夠采用總線供電。USB總線提供最大達5V電壓、500mA電流。
·使用靈活。USB共有4種傳輸模式：控制傳輸(control)、同步傳輸(Synchronization)、中斷傳輸(interrupt)、批量傳輸(bulk)，以適應不同設備的需要。
2采用USB傳輸的數據采集設備
2.1硬件組成
一個實用的USB數據采集系統包括A/D轉換器、微控制器以及USB通信接口。為了擴展其用途，還可以加上多路模擬開關和數字I/O端口。
系統的A/D、數字I/O的設計可沿用傳統的設計方法，根據采集的精度、速率、通道數等諸元素選擇合適的芯片，設計時應充分注意抗干擾的性能，尤其對A/D采集更是如此。
在微控制器和USB接口的選擇上有兩種方式，一種是采用普通單片機加上專用的USB通信芯片。現在的專用芯片中較流行的有NationalSemiconductor公司的USBN9602、ScanLogic公司的SL11等。筆者曾經采用Atmel公司的89c51單片機和USBN9602芯片構成系統，取得了良好的效果。這種方案的設計和調試比較麻煩，成本相對而言也比較高。
另一種方案是采用具備USB通信功能的單片機。隨著USB應用的日益廣泛，Intel、SGS-Tomson、Cypress、Philips等芯片廠商都推出了具備USB通信接口的單片機。這些單片機處理能力強，有的本身就具備多路A/D，構成系統的電路簡單，調試方便，電磁兼容性好，因此采用具備USB接口的單片機是構成USB數據采集系統較好的方案。不過，由于具備了USB接口，這些芯片與過去的開發系統通常是不兼容的，需要購買新的開發系統，投資較高。
USB的一大優點是可以提供電源。在數據采集設備中耗電量通常不大，因此可以設計成采用總線供電的設備。
2.2軟件構成
Windows98提供了多種USB設備的驅動程序，但好象還沒有一種是專門針對數據采集系統的，所以必須針對特定的設備來編制驅動程序。盡管系統已經提供了很多標準接口函數，但編制驅動程序仍然是USB開發中最困難的一件事情，通常采用WindowsDDK來實現。目前有許多第三方軟件廠商提供了各種各樣的生成工具，象Compuware的driverworks,BlueWaters的DriverWizard等，它們能夠很容易地在幾分鐘之內生成高質量的USB的驅動程序。
設備中單片機程序的編制也同樣困難，而且沒有任何一家廠商提供了自動生成的工具。編制一個穩定、完善的單片機程序直接關系到設備性能，必須給予充分的重視。
以上兩個程序是開發者所關心的，用戶不大關心。用戶關心的是如何高效地通過鼠標來操作設備，如何處理和分析采集進來的大量數據，因此還必須有高質量的用戶軟件。用戶軟件必須有友好的界面，強大的數據分析和處理能力以及為用戶提供進行再開發的接口。
3實現USB遠距離采集數據傳輸
傳輸距離是限制USB在工業現場應用的一個障礙，即使增加了中繼或Hub，USB傳輸距離通常也不超過幾十米，這對工業現場而言顯然是太短了。
現在工業現場有大量采用RS－485傳輸數據的采集設備。RS－485有其固有的優點，即它的傳輸距離可以達到1200米以上，并且可以掛接多個設備。其不足之處在于傳輸速度慢，采用總線方式，設備之間相互影響，可靠性差，需要板卡的支持，成本高，安裝麻煩等。RS－485的這些缺點恰好能被USB所彌補，而USB傳輸距離的限制恰好又是RS－485的優勢所在。如果能將兩者結合起來，優勢互補，就能夠產生一種快速、可靠、低成本的遠距離數據采集系統。
這種系統的基本思想是：在采集現場，將傳感器采集到的模擬量數字化以后，利用RS－485協議將數據上傳。在PC端有一個雙向RS－485～USB的轉換接口，利用這個轉接口接收485的數據并通過USB接口傳輸至PC機進行分析處理。而主機向設備發送數據的過程正好相反：主機向USB口發送數據，數據通過485～USB轉換口轉換為485協議向遠端輸送，如圖3所示。
在圖3的方案中，關鍵設備是485～USB轉換器。這樣的設備在國內外都已經面市。筆者也曾經用NationalSemiconductor公司的USBN9602+89c51+MAX485實現過這一功能，在實際應用中取得了良好的效果。
需要特別說明的是，在485～USB轉換器中，485接口的功能和通常采用485卡的接口性能（速率、驅動能力等）完全一樣，也就是說，一個485～USB轉換器就能夠完全取代一塊485卡，成本要低許多，同時具有安裝方便、不受插槽數限制、不用外接電源等優點，為工業和科研數據采集提供了一條方便、廉價、有效的途徑。
4綜合式采集數據傳輸系統的實現
現在的數據采集系統通常有分布式和總線兩種。采用USB接口易于實現分布式，而485接口則易于實現總線式，如果將這兩者結合起來，則能夠實現一種綜合式的數據采集系統。實現方法是：仍然利用上面提到過的USB～485轉換器實現兩種協議的轉換。由于USB的數據傳輸速率大大高于485，因此在每條485總線上仍然可以掛接多個設備，形成了圖4所示的結構，其中D代表一個設備。
這種傳輸系統適用于一些由多個空間上相對分散的工作點，而每個工作點又有多個數據需要進行采集和傳輸的場合，例如大型糧庫，每個糧倉在空間上相對分散，而每個糧倉又需要采集溫度、濕度、二氧化碳濃度等一系列數據。在這樣的情況下，每一個糧倉可以分配一條485總線，將溫度、濕度、二氧化碳濃度等量的采集設備都掛接到485總線上，然后每個糧倉再通過485總線傳輸到監控中心，并轉換為USB協議傳輸到PC機，多個糧倉的傳輸數據在轉換為USB協議后可以通過Hub連接到一臺PC機上。由于糧倉的各種數據監測實時性要求不是很高，因此采用這種方法可以用一臺PC機完成對一個大型糧庫的所有監測工作。
5前景展望
數據采集論文范文6
關鍵詞:虛擬儀器;微機保護;實驗系統
中圖分類號:TP391文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2010)19-5381-02
繼電保護裝置是一種利用電磁感應原理而發展起來的電力系統保護裝置,隨著電子技術和網絡通信技術的飛速發展,目前已經發展到微機型階段,并且利用軟件技術可以實現由軟件技術驅動硬件而實現微機繼電保護,這就是目前研究很熱的技術――基于虛擬儀器技術的繼電保護系統。利用虛擬儀器技術實現的微機繼電保護裝置,具有傳統微機繼電保護裝置所不具備的優勢,例如控制更加安全可靠等。
本論文主要將虛擬技術應用于微機保護實驗系統,擬對基于虛擬儀器技術的微機保護系統進行開發,并從中找到可靠有效的微機保護實驗方法與建議,并和廣大同行分享。
1 微機繼電保護概述
1.1 微機繼電保護的基本構成
微機繼電保護裝置,其基本結構構成與普通的電力保護裝置一樣,也是有硬件和軟件兩大部分構成。硬件部分主要由數據采集系統、數據處理系統及邏輯判斷控制模塊等幾個部分構成,主要由數據采集模塊負責對電力系統的相關電參數實現檢測與采集,并將數據傳送至數據處理系統,數據經過運算之后,由邏輯判斷控制模塊調用軟件控制程序,并發出相應的控制信號,驅動保護裝置執行保護動作,從而實現電力繼電保護的功能。
隨著集成電子電路技術的發展,目前發展的微機型繼電保護裝置,其硬件系統主要由CPU(微處理器)主機系統、模擬量數據采集系統和開關量輸入/輸出系統三大部分組成,盡管結構構成已經發生一定變化,但其實實現繼電保護的基本原理仍是一樣的,由模擬量數據采集系統負責相關保護參數的采集,微機繼電保護裝置是以微處理器為核心,根據數據采集系統所采集到的電力系統的實時狀態數據,按照給定算法來檢測電力系統是否發生故障以及故障性質、范圍等,并由此做出是否需要跳閘或報警等判斷。
1.2 微機繼電保護裝置的特點
微機保護與常規保護相比具有以下優點:
1) 微機繼電保護裝置主要由微處理器為核心而構成的硬件系統,因此借助于現代功能強大的微處理器,微機型繼電保護裝置可以實現一定程度的智能化。
2) 相比于傳統的機械式硬件實現的硬件保護裝置,微機型繼電保護裝置能夠依靠數據采集模塊實現對相關參數的檢測與采集,整個過程實現數字化流程,這就為繼電保護裝置的控制功能的穩定性、可靠性提供了技術條件;另一方面,依靠微處理器內部的軟件程序,微機繼電保護裝置能夠進行周期性自檢,一旦發現自身硬件或者軟件發生故障,能夠立即實施報警,從而保障了繼電保護裝置功能的可靠性。
3) 傳統的機械式硬件實現的硬件保護裝置,其保護功能較為單一,僅僅是實現基本的保護功能,動作依靠一次性機械元件完成,一旦該部件發生故障,則整個繼電保護裝置無法工作;而微機型繼電保護裝置除了能夠利用弱電驅動控制實現繼電保護的功能外,還能夠依靠數據采集系統對整個電力系統的相關電力參數都實施監測與采集,通過程序的分析,實現對電力系統整體性能的檢測,保護功能大大豐富。
4) 傳統的機械式硬件實現的硬件保護裝置,其功能調試復雜,工作量大,而且極容易造成內部晶體管集成電路的失效,而現代微機繼電保護裝置,依靠內部的核心微處理器,能夠開發專用的人機交互系統,利用人機交互系統實現繼電保護裝置的調試,簡單易行,還可以自動對保護的功能進行快速檢查。
5) 利用微機的智能特點,可以采用一些新原理,解決一些常規保護難以解決的問題。例如,采用模糊識別原理或波形對稱原理識別判斷勵磁涌流,利用模糊識別原理判斷振蕩過程中的短路故障,采用自適應原理改善保護的性能等。
2 基于虛擬儀器的微機保護實驗系統開發設計
2.1 總體結構設計
本論文探討的是基于虛擬儀器技術的微機繼電保護系統,因此首先面臨選擇合適的虛擬儀器開發平臺的問題,這里選擇基于G語言的LabView開發平臺是目前國際最先進的虛擬儀器控制軟件,集中了對數據的采集、分析、處理、表達,各種總線接口、VXI儀器、GPIB及串口儀器驅動程序的編制。基于虛擬儀器的微機繼電保護裝置系統,是利用虛擬儀器開發平臺,構建虛擬的微機繼電保護裝置,實現完整的微機繼電保護裝置的全部功能,并對設計的虛擬繼電保護裝置進行評估和改進,從而完成微機繼電保護系統設計的一種設計手段。
利用虛擬儀器技術進行微機繼電保護系統的開發設計,從具體設計流程來說,主要從以下幾個環節入手進行總體結構的設計:
根據微機繼電保護系統的設計目標、設計功能,列出所需要的相關硬件,構建整體微機繼電保護系統結構框架;另一方面,盡量采用模塊化的開發設計模式,將微機繼電保護系統按照不同的功能環節,設計各功能模塊之間的結構關系。
如下圖所示,是本論文所探討的利用虛擬儀器平臺所開發的微機繼電保護系統結構原理圖。這種方式既便于模塊的單獨調試,節省系統開發周期,又便于系統功能的改變,使系統具有更強的移植與升級功能。
如圖1所示,基于虛擬儀器技術的微機保護系統結構主要由一次系統、轉換模塊、數據采集模塊、保護測量模塊及保護決策軟件系統等幾部分構成,一次系統主要負責面向電網系統模擬設置合適的傳感器,將相關擬生成電網的二次側電壓、電流信號,信號經過轉換、調理電路變換成符合要求的-5V～+5V模擬信號送數據采集模塊,數據采集模塊主要由DAQ數據采集卡構成,能夠自動將模擬產生的模擬電壓信號進行A/D轉換,并進行初步的數據處理轉換再傳送給以虛擬微處理器為核心的保護決策模塊,最終將生成的繼電保護控制決策信號輸出到保護策略模塊,最終實現微機繼電保護系統的功能。
2.2 數據采集模塊的設計與實現
本文中微機實現的繼電保護實驗系統輸入信號來源于繼電保護測試儀,根據保護系統測試輸入信號的特點,本論文采用數據采集卡來負責數據的采集與高速傳輸。
2.2.1 數據采集卡的選擇
要實現基于虛擬儀器技術平臺的微機繼電保護系統,一次系統在完成相應電力系統電參數的傳感檢測之后,數據采集模塊要能夠按照微機繼電保護系統的功能于設計要求實現相應數據的轉換與采集,因此,數據采集卡的選擇成為整個微機繼電保護系統保護功能實現的關鍵。目前的數據采集卡,主要有12位或16位的DAQ數據采集卡,在具體決定選用12位還是16位的DAQ設備時,主要從采集精度和分辨率這兩個指標考慮,可以由給定的系統精度指標衡量出DAQ卡需要的整體精度。
在本論文中,這里選取PCI-1716數據采集卡。PCI-1716是研華公司的一款功能強大的高分辨率多功能PCI數據采集卡,它帶有一個250KS/s16位A/D轉換器,1K用于A/D的采樣FIFO緩沖器。PCI-1716可以提供16路單端模擬量輸入或8路差分模擬量輸入,也可以組合輸入。它帶有2個16位D/A輸出通道,16路數字量輸入/輸出通道和1個10MHz16位計數器通道。PCI-1716系列能夠為不同用戶提供專門的功能。
2.2.2 虛擬數據采集程序的實現
在選擇了數據采集卡硬件設備之后,需要借助于虛擬儀器平臺為整個系統設計虛擬護具采集程序。在具體進行設計時,由系統內部虛擬程序產生數據采集卡鎖需要的相應信號,具體來說就是CT、PT信號,因此,在具體編程時,首先將CT、PT信號傳輸至相應的濾波器,LabVIEW提供了各種典型的濾波器模塊,根據需要可以設置成低通、高通、帶通、帶阻等類型的濾波器;其次,將經過數據濾波處理之后的數據進行輸出。數據采集模塊的程序如圖2所示。
2.3 微機保護模塊的設計與實現
既然在數據采集模塊之后需要進行數據的濾波,盡管LabVIEW提供了各種典型的濾波器模塊,但是仍然需要借助于虛擬濾波模塊設計專用的濾波算法,而且在微機繼電保護系統中,對電力系統的繼電保護功能的實現,主要是由相應的濾波保護算法實現的,因此有必要為虛擬微機電力保護系統設計濾波保護算法程序。
本論文采用如下的設計方法對濾波保護算法進行設計:
1) 利用LabVIEW自帶的濾波器進行數據的排序濾波。
2) 按照系統保護功能所需要的數據頻帶,設置相應的低通、高通、帶通、帶阻等燈濾波保護功能。按照上述方法,基于虛擬儀器平臺的微機繼電保護系統,其濾波器輸入得到的數據序列,多數是傳感器采集到的電參數,如電壓和電流,而電壓和電流數據是離散的數字量序列,其中包含了大量的諧波干擾信號,因此有必要進行濾波。在本論文中,采用了二級濾波保護算法,即分別進行前置濾波和后置濾波,實現對數據的二級濾波保護,從而提高整個微機繼電保護系統的穩定性和可靠性。前置濾波模塊如圖3所示,后置濾波模塊如圖4所示。其中前置濾波模塊提供了差分濾波器、積分濾波器、級聯濾波器、半波和1/4周波傅立葉濾波器、半波和1/4周波沃爾氏濾波器,可以根據需要自行選擇;后置濾波模塊提供了平均值濾波器、中間值濾波器,也可以自由選擇。
3 結束語
利用虛擬儀器技術進行微機繼電保護裝置系統的設計開發,能夠很好的避免了實物硬件開發設計所帶來的周期較長、調試較復雜以及成本較高等劣勢,所有的開發設計任務全部在虛擬儀器平臺上完成。本論文將虛擬儀器技術應用到了微機保護裝置的設計,對于進一步提高微機繼電保護裝置的可靠性與穩定性具有優勢,同時借助于虛擬儀器技術的開發,能夠更好的實現電氣繼電保護功能的完善與提升。
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