無線采集模塊在數據采集方面應用研究

發布時間：2020-08-08所屬分類：計算機職稱論文瀏覽：1次

摘 要： 摘要：數據采集技術主要指從傳感器輸出的微弱信號，經信號調理、數模轉換到存儲、記錄這一過程所涉及的技術。當前被廣泛應用的數據采集卡大部分以電纜或插槽連接，受到插槽數不足、安裝不便、傳輸距離等眾多因素的限制。伴隨著無線通信技術的發展，使用簡單

　　摘要：數據采集技術主要指從傳感器輸出的微弱信號，經信號調理、數模轉換到存儲、記錄這一過程所涉及的技術。當前被廣泛應用的數據采集卡大部分以電纜或插槽連接，受到插槽數不足、安裝不便、傳輸距離等眾多因素的限制。伴隨著無線通信技術的發展，使用簡單、分布靈活的無線數據采集卡慢慢涌現出來，成為數據采集卡新的重要發展方向。因此，設計這種低功耗的基于SIM900A的無線數據采集卡，以滿足用戶越來越多的新要求。

　　關鍵詞：無線采集模塊;數據采集;應用研究

　　1 無線采集模塊在數據采集方面應用系統概述

　　1.1 上位機側重監控功能

　　上位機系統通常包括數據采集服務器、工程師站、web服務器等，這些設備通常采用以太網聯網。根據安全性要求，上位機系統還可以實現冗余，即配置2臺數據采集服務器，當一臺出現故障時，系統自動切換到另外一臺工作。

　　1.2 下位機側重于數據采集功能

　　下位機配置的各種輸入設備(DI，AI等)進行數據采集;下位機接收上位機的監控，并且向上位機傳輸各種現場數據。實現上、下位機數據交換，通信網絡實現數據采集系統的數據通信，是數據采集系統的重要組成部分。與一般的過程監控相比，通信網絡在數據采集系統中扮演的作用更為重要，這主要因為數據采集系統監控的過程大多具有地理分散的特點，如無線通信機站系統的監控。

　　2 無線采集模塊在數據采集的整體結構

　　2.1 無線通信原理

　　基于的無線網絡通信系統結構,主要由三部分構成:位于數據采集現場的數據采集模塊、網絡運營商提供網絡與遠程服務器。數據采集模塊位于各個數據采集現場,由于移動公司的通信范圍已覆蓋我國的絕大部分地區,各數據采集模塊可分散地安裝在各種復雜的地理環境中而不必考慮線路鋪設等復雜的問題。網絡是現場數據采集系統與遠程監控中心數據交換的橋梁。數據采集模塊與測量儀表進行數據通信,將測量儀表產生的檢測數據通過移動基站實時發送到網絡服務商所提供的GGSN(GatewaySupportNode)服務器,GGSN分配給數據采集終端相應的IP地址,從而實現了數據采集終端與Internet的連接,再通過In-ternet網絡將采集的數據發送到位于監控中心的數據采集服務器。

　　2.2 數據采集模塊的結構

　　數據采集模塊負責檢測儀器與遠程監測終端的無線數據傳輸,模塊以Winbond的高性能單片機W77E58為控制核心,通過將串口采集到的數據經初步處理后傳送給模塊實現無線網絡通信。W77E58是Winbond公司推出的一款快速8051兼容微控制器,它的內核經過重新設計,整體運行速度要比標準的8051快2.5倍。W77E58具有1KB的片上外部數據存儲器和32KB的FLASHEPROM,省去了外擴SRAM所需的I/O引腳,從而用來擴展鍵盤與液晶顯示屏。W77E58較為突出的特性是它具有兩個增強型全雙工串行口,在數據采集模塊中可將一個串口采用RS232協議與模塊進行數據通信,另外一個串口則采用RS485協議接收檢測儀器發送的數據。RS485是在工業檢測現場應用非常廣泛的現場總線,總線上一臺主機可以與多達32臺從機進行通信。在實際應用中可將一臺數據采集模塊與多臺檢測設備通過RS485總線相連,提高通信模塊的利用率,這在電表、水表等低成本的檢測儀表無線通信應用中十分重要。

　　無線通信模塊負責整個系統的數據收發,無線網絡通信需要TCP/IP/PPP協議支持,當前常見的模塊可分為自帶TCP/IP協議棧與不帶協議棧的兩大類,自帶協議棧的模塊有Simcom的SIM100,使用方便,用戶只需通過AT指令來控制數據傳輸就能實現無線通信,當然價格相對較高;而不帶協議棧的模塊還需用戶自己在單片機中實現嵌入式TCP/IP/PPP協議棧來實現數據傳輸。考慮到模塊的成本與W77E58高性能,這里選用了西門子的MC35i通信模塊。MC35i穩定性及性價比都比較高,接口簡單,AT指令完善,支持CLASS10。使用時只需自行設計外圍電路,包括電源供電、RS232通信、SIM卡接口電路以及通信天線。該模塊不帶TCP/IP/PPP協議,需要自己編寫,在單片機中實現。

　　3 無線采集模塊在數據采集卡軟件設計

　　3.1 底層驅動程序

　　數據采集卡硬件部分，通過對ATmega128單片機編程實現對溫度、蓄電池電壓等參數的采集、處理、發送等功能。采集卡上電復位后，驅動軟件先執行初始化操作，初始化包括主控芯片的端口，串口波特率(與GSM/模塊串口波特率一致)，EEPROM中的固定參數，以及GSM/模塊的GSM通道通道設置，模塊串口設置。之后主控芯片定時判斷是否有來自遠程終端或手機短信的預設的數據請求命令接口。其外部時鐘電路每分鐘觸發的一次中斷信號，開始采集傳感器中獲取的數據值。當有命令傳來時，就組建信息報文，通過串口將報文數據通過無線發送模塊傳送出去。由于環境參數變化緩慢，在外部中斷信號觸發后，按照約定的采樣間隔采集數據。數據保存在全局緩沖區中，減少多次調用采集數據指令，減輕了采集系統的負擔。

　　3.2 終端平臺軟件設計

　　終端平臺軟件運行于裝有LINUX系統的具有固定IP的計算機上。本設計選擇LINUX操作系統作為軟件開發平臺，LINUX最大的特點就是免費開源，支持多用戶、多任務、支持多線程和多CPU的操作系統。終端平臺軟件的設計，采用了模塊化的設計思想，各功能模塊之間功能相互獨立，其中主程序是整個終端平臺軟件的核心，通過主程序有機地調用系統各類子程序及模塊，形成一個聯系緊密的整體，有條不紊地完成各項預定的操作指令。終端軟件平臺軟件采用多進程多線程編制，實現對基于的數據傳輸模式的數據參數的接收、顯示、存儲和控制。

　　3.3 數據庫設計

　　數據庫對基于的數據傳輸模式采集回來的數據參數進行存儲，以備日后查看，為用戶存儲原始數據。本設計中采用MYSQL數據庫，MYSQL是一個開放源碼的小型關聯式數據庫管理系統，其體積小、速度快、總體擁有成本低，且滿足設計需要。

　　其中數據透傳測試:

　　①打開測試軟件“USR-TCP232-Test.exe" ,選擇USR-W600對應的端口號，串口默認波特率115200，校驗位:none，數據位8，停止位1，打開串口。

　　②網絡設置區選擇TCP Client模式，服務器IP地址輸入10.10.100.254，此為USR-W600默認的IP地址，服務器端口號8899，此為USR-W600默認監聽的TCP端口號，點擊連接建立TCP連接。

　　至此，我們就可以在串口和網絡之間進行數據收發測試了，串口到網絡的數據流向是:計算機串口→USR-W600串口>USR-W600→Wi-Fi→計算機網絡，網絡到串口的數據流向是:計算機網絡→Wi-Fi→USR-W600串口→計算機串口。具體演示如下圖1所示

　　4 結語

　　基于數據采集系統，利用數據采集的數據庫，從而實現了數據的遠程無線傳輸和監控。該系統可以應用到流程控制領域的重要裝置和設備的遠程在線監測和遠程數據傳輸，還可以對大型機組或大型設備進行監控和在線診斷。——論文作者：馬亮

　　相關期刊推薦：《數據采集與處理》由中國電子學會、中國儀器儀表學會所屬信號處理學會，中國儀器儀表學會、中國物理學會所屬微弱信號檢測學會和南京航空航天大學聯合主辦，內容范圍：(1)數字信號處理的新理論、新算法;(2)譜分析、譜估計與高階譜分析;(3)小波理論、神經網絡、免疫算法;(4)自適應濾波及應用;(5)DSP、FPGA及軟件無線電;(6)水聲信號與陣列信號處理;(7)雷達、聲納信號處理;(8)生物醫學信號處理;(9)計算機視覺與可視化;(10)人工智能與模式識別;(11)導航與現代通信技術;(12)圖像分析、理解、分割與識別，圖像編碼、壓縮與傳輸;(13)數據挖掘與知識發現。