数据采集系统
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数据采集系统范文第1篇
关键词：多路数据；采集系统；单片机
多路数据采集系统的构建主要借助于单片机进行数据的收集和传输，整个设计包括数据显示、报警、数据测量和系统的控制四大部分，可以说现阶段智能化的多路数据采集系统更是成为了电气生产中不可缺失的一项综合技术设备，与传统的数据采集系统相比其数据的准确率更高、数据的采集更快，且所出现的故障更少，因此备受现阶段设电气行业的追捧。随着我国多路数据采集系统在行业中应用的范围越来越大，对其设计的整体要求也就有增无减，所以相关的设计人员需要不断的完善自身的专业知识，在多路数据采集系统的实际工作中找寻到其中存在的问题，通过完善设计的方式加以纠正，使其更加适应于现阶段的行业应用中，满足于市场的需要。
1系统硬件电路设计
整个多路数据采集系统的硬件设备可以分为以下几部分：1)以ATmega8单片机为基础构建的控制电路；2)LCD12864显示电路；3)以MAX487为基础构建的485通信电路；4)以AT24C64为基础构建的数据存储电路和键盘电路；5)A/D转换电路。这五部分共同构建成了多路数据采集系统的硬件电路，其具体的设计如图1。由图中电路图显示可知ATmega16单片机是多路数据采集系统中的核心，其主要负责整个多路数据采集系统的控制，因此其本质上是一个八位的微处理器，且具有性能较高、功耗较低的特点，其结构是最为先进的RISC结构；因此整体的运算时间大大缩小了，且可以做到读写同步。ATmega16但骗子自身的驱动能力很高，在工作室5V时其I/O口的输出电压可达5V，每一个I/O口的输出电流也可以达到40mA。由于整个系统的主要作用就是采集数据，所以一般需要ADC芯片的参与。但是当我们在多路数据采集系统设计中加入ATmega16单片机之后，由于其本身就具有8路10位A/D，所以就不需要用单独的芯片参与了，不仅节约了成本，还提高了速度。变送器和传感器主要以电流信号为主要方式在输出回路中强度在4～20mA之间随后变成1～5V的电压信号输送到单片机AD中，在转变的过程中需要电阻的参与，所以在设计上需要在回路上增加一个250欧的电阻以弯沉该工作。AT⁃mega16自身携带ADC，因此只要和8通道的模拟多路复用器连接在一起就可以对端口A的所输入的电压数据进行采样收集。
一端的电压输入是以0V(GND)为基准。ADC由AVCC引脚单独的提供电源，AVCC和与VCC之间产生的偏差不得大于±0.3V。为了更好的减少噪音可以在在AREF引脚上加一个电容进行解耦。现场显示的实现主要是借助于LCD12864完成的，具体来讲是4位和8位相并行的一种接口方式，且2线和3线的串行也具有多种形式，同时液晶显示器模块是点阵图形且具有国标简体中文字库，显示为中文文字方便信息读取。其显示的为128×64的分辨率，其中包含8000多个16平方点的汉字以及128个16乘以8点ASCII字符集。这一显示电路的接口方式更为的简单，在其指令的过程中需要的指令和操作简洁明了，所以可以实现人机之间的直接中文的交流，更加方便与理解其显示的含义所在，对于专业程度技术不高的人员来说中文显示器的使用提高了工作效率。在设置多路数据采集系统的时候考虑到实用性其单片机的PD口连接LCD12864的数据线，PC3到7口连接控制的总线，其可变电阻的RV1可以对显示屏的亮度进行一定的调节。
单片机的PB5到B7连接键盘电路，从而可以确保所输入信息的准确性，同时引脚逐一接到1K的上拉电阻上，在其程序上的设置上设定为沿触发。多数据线路现场采集的信号的储存是借助AT24C64来实现的，其由64K位串行的CMOSE2PROM构成的，且内部具有8k的8位字节，数据传送的控制由两部分构成，即产生串行的时钟以及所有起始停止的信号相对应的主器件来实现的。主器件或者从器件都能作为接收器或者是发送器等等，但是因为主器件自身功能在于控制数据的传输，是通过A0、A1和A2等构件的共有八种情况，换句话说就是要借助器件的地址输入端与多个AT24C64器件构件连接在总线上而实现的，所以需要对于选择器件上进行合理的配置考虑。在这一设计过程中仅仅运用了一个AT24C64，所以A0、A1和A2的连接还要接地。为了保证对现场现场数据的准确信号的传输并确保主机中的数据的准确读取，本次设计多路数据采集系统的时候选择了RS485总线，这种总线自身就具有平衡发送和差分接收的特点，所以其抗干扰的能力更强，对于波特率下且距离过长的传输具有一定的优势。
2软件设计
在对于多路数据采集系统设计的思路中，整个系统控制都需要由ATmega16单片机来完成，在软件设计的单片机中选择ATmega16第一要完成实现初始化的设置，特别是对于引脚寄存器、LCD12864等进行的初始化操作。第二是依照相应的顺序通过PA口对所有数据电路上的模拟电压进行读取，并把它转换成相应的数字量，使其可以在LCD12864上进行中文和数值的显示，且通过AT24C64将所得到的数据存储起来，这些数据在通过485总线将数据信号传输到主机中去。本文中所选择的ATmega16单片机的AD转换以及MAX487之间的通信传递，其他的模块不多赘述。ADC在对输入的模拟电压进行转变的时候是借助逐次逼近的手段使其转换成一个10位的数字量。其中最小值用字母GND表示，最大值用字母AREF表示。借助设置AD-CSRA寄存器的形式可以实现ADC的启动。向ADC启动转换位ADSC位写"1”运用这种方式可以进行单次的启动转换。对ADCS⁃RB寄存器的设置中要注意ADC的触发选择位于ADTS上因此可以依照其选择相应的触发源。在软件系统的设置中所选择的触发信号产生一定的上跳沿的时候ADC预分频器复位且可以进行一定的转换，当转换结束了之后触发信号依旧还仍然，但是还不能自动的启动下一次转换。图2AD转换时序图MAX487有2个控制端RE和DE，1个TTL(CMOS)数据接收RO端和1个TTL(CMOS)数据发送端DI，以及1对RS485差分信号端A和B。当TXD为高电平时，经74HC04反向为低电平，使得RE=0且DE=0，接收器R打开,驱动器D关闭，此时MAX487处于数据接收允许状态；当TXD为低电平时，经74HC04反向后，DE/RE为高电平，使接收器R关闭，驱动器D打开，此时MAX487处于数据发送允许状态。
3结论
综上所述，设计多路数据收集系统其本身需要保证收集数据准确，所以在设计过程中不仅需要确保各组织之间的接线准确，还需要根据多线路局收集系统的应用范围选择合适的硬件设施，并进行合理的软件系统的设置，使其具有优越的性能才能广泛的运用到生产生活中去，本文的研究主要对硬件设计和软件设计两个方面进行了论述，为多路数据采集系统的完善提供相应的理论基础。
参考文献：
[1]张理京.基于96通道智能多路数据采集系统的软硬件设计与实现[J].西安:西安电子科技大学,2014.
[2]林颖,罗金炎,刘骄,,等.智能多路数据基于RS485总线的PC机与多单片机系统的串行通信[J].机械与电子,2016(1).
数据采集系统范文第2篇
【关键词】综合数据采集系统；参数测试；总线
1、引言
随着直升机不断向高度综合化、智能化和通用化方向发展，用于记录飞机姿态信息和各种重要飞行信息的飞行参数记录系统[1]逐渐被综合数据采集系统取代，其功能也得到了进一步扩展。综合数据采集系统应用AFDX、1553B等数字总线技术实现对直升机维护数据、状态数据和飞行数据的采集。本文阐述了综合数据采集系统试验测试依据与标准，对试验测试的典型故障进行分析和总结。
2、测试的意义及必要性
综合数据采集系统是直升机重要机载系统之一。所记录的数据经地面数据处理站分析处理后，可用于直升机维护、训练评估和事故分析[2]。由于部件集成度高，与机载设备交联复杂，采集信号多样化，因此为了保障系统工作的可靠性，需要对其性能进行检测。
建立综合数据采集系统的试验能力，其意义和必要性主要体现在以下几点：
（1）在科研、生产过程中，如果将系统部品直接装机，一旦出现故障无法定位，还会给其它交联的机载设备带来安全隐患，因此需要对其进行装机前校验。
（2）由于综合数据采集系统主要应用于直升机飞行事故评估，其记录数据的可靠性将直接影响判定结论，因此必须建立系统试验能力，实现对系统记录数据可靠性检测。
（3）对综合数据采集系统试验能力的建设，利于对其它机载系统故障的判读与解析，极大地提高了解决总装通电和试飞时故障问题的能力。
（4）可建立对单机试验测试数据的管理，形成测试档案提供给用户，为直升机今后的故障预测与系统维护提供科学依据。
3、测试依据与标准
按照GJB6346-2008《军用直升机飞行参数采集要求》的规定，采集信号的类型分为模拟量、数字量、开关量和频率量信号，标准中对各类参数的采集精度、采样间隔、信号源和采集范围都进行了明确规定。在对综合数据采集系统记录参数进行测试时，结合此标准，针对不同机型用户的要求，来制定相应的系统参数采集标准。
试验测试时对对参数的采集应遵循以下原则：
（1）参数的模拟范围应全面、准确。既能够反映整机工作状态，又能够准确反映飞机状态急剧变化及飞机系统工作瞬间异常变化的情况。
（2）对每个参数的采集点设计，应从机载信号源头进行引接，确保真实、准确的反映机载设备的工作状态，中间未经转接与数据处理。
（3）与机载其它系统交联进行参数采集测试时，不能影响其它系统的正常工作。
4、典型故障分析
4.1采集点选择错误
对发动机系统的“发动机停车”参数进行测试时，发现不管如何模拟信号状态变化，测试结果均显示“停车”状态。
“发动机停车”参数是开关量信号，源于油门杆位置微动开关，其接口参考图1所示[3]。拉动油门杆置“停车位置时”，其内部继电器触点NC闭合，采集点（B）的电压由原来的悬空状态转换为+28V直流高电平信号输入，通过测量采集点的电压由低电平到高电平状态的变化，来判断“发动机停车”的状态。
由于采集点未出现电平状态变化，经分析可能原因有：（1）油门杆位置微动开关损坏，不能实现接通；（2）在“发动机停车”功能未接通时，采集点信号虽然是低电平，但处于＋3.3V与7V之间高阻状态，输出可能是低电平或是高电平，无法实现电平状态变化，（3）采集点错误。
通过对“发动机停车”参数采集点的电压测试，发现“发动机停车”功能接通和未接通两种状态下，测量值都是+28V，表示没有有效信号输入。测试油门杆位置微动开关的信号输出点（A）的电压值，发现未接通时为3.5V，接通后为28V其输出值是正确的，那么只说明采集点出现了错误。经检查发现采集点（B）接到了28V输出点处，线路连接修改后故障排除。
4.2测试方法错误
4.3测试标准设计错误
数据采集系统范文第3篇
关键词：数据采集系统；信号干扰；消除
随着信息技术的发展，数据采集系统被广泛应用到各行各业，数据采集系统是其他系统运行的基础。在应用实践中，数据采集系统可以实现对数据的处理和分析。数据采集系统能够很大程度上提高社会生产效率，便捷了人们生活，数据采集系统在运行过程中，可能收到环境因素的影响，降低数据采集的准确性，使得数据系统工作效率降低。
1数据采集系统信号干扰问题分析
在数据采集系统工作过程中，通常现场环境复杂恶劣，诸多因素会对工作效率产生影响，对信号产生干扰，影像数据采集系统的结果。通过对信息采集系统的干扰因素进行分析，进行分类。
1.1干扰的内外部影响
外部环境会对信号采集系统产生干扰，系统的内部信号也会对电路产生干扰。在工作过程中，由于电路电阻受热产生热噪音，电力元件长期运行，未及时进行更换，使元件运行效果产生变化；晶体管同其他配件相配合时产生工作噪音。信号采集系统在工作环境中，受到外部信号干扰，对采集系统信号产生干扰。例如，在运行过程中，由于运行故障，出现电火花，或者设备之间相互产生电磁信号，造成对数据采集系统的影响，降低数据采集的有效性。
1.2干扰信号的影响频率
通过对数据采集系统的干扰信号分析，可以发现有的干扰信号呈现出规律性。比如，当某数据信号采集系统附近存在较较强电力设备时，干扰源规律性出现，形成固定干扰信号。此外，还会出现不确定性干扰信号，这种呈现不确定性和不稳定性的信号，对数据信号采集系统产生周期性影响，这种信号干扰通常是外界环境的偶然干扰。比如在某电器使用过程中，出现雷电或者其他设备运行异常等的干扰，都会带来信号干扰，这类干扰信号难以进行预测，不能采取具有针对性的措施。
1.3不同类型的信号干扰
信号采集系统的信号干扰主要有静电干扰、磁场藕合干扰、电磁辐射干扰以及电导通路藕合干扰。净干扰是指寄生电容对周围设备运行产生干扰，人与电气设备之间相互摩擦会产生静电，对数据采集系统产生扰动；磁场耦合扰动是指收到周围环境的影响，闭合回路中出现电流，这种影响可能是受到变压器、电动机等设备的磁场信号干扰，这种干扰通常呈现为交流干扰；电磁辐射干扰是指数据采集系统受到周围辐射信号的扰动，通常是由大功率装置运行造成的高频电磁波造成的；电导通路干扰是指在电流回路上出现的阻碍行扰动。由于不同的节点，多条回路阻碍造成噪音，对数据采集系统信号产生扰动。电磁感应是指在导体的磁通量发生变化，从而产生电动势，闭合回路中就产生了电流，这种现象就成为电磁感应。电测仪表进行测量过程中，通过电磁耦合，会形成相互干扰。电测仪表周围有较多设备时，或者所处环境较复杂时，就会产生交变磁场，变压器、交流电动机等都会产生相互感应，电测仪表的稳定性就会降低。在两个物体发生相对位置移动情况下，物体间的电容作用就会造成两一个物体点位发生变化，造成电压干扰，电的耦合在进行测量时经常遇到。电测仪表干扰源和测量信号源间的容性耦合，压线电容耦合到信号电路就会造成信号干扰，电测仪表的稳定性就会降低。
1.4数据采集系统软件操作造成的干扰
由于软件的操作不当造成干扰信号产生，在数据采集系统中，算法不合理性，造成程序运行过程中，相似性对结果产生一定的误差，造成干扰信号，在数据进行最后处理时，对动作产生误导。计算机设备的精度问题，造成最后计算结果时，产生信号干扰。
2提高数据采集系统信号抗干扰的有效措施
外部环境因素和系统内部因素都会对数据采集系统的运行高效性和准确性产生影响，为了提高信号采集系统运行的效率，可以采取适当的措施，减少信号的干扰，增强信号的抗干扰措施，提高系统的工作效率，提高企业的经济效益。
2.1安置隔离变压器设备
隔离变压器能够降低噪音，可以直接降低寄生电容，能够有效地提高数据采集系统的抗干扰能力。在数据采集系统中，低下会形成电流回路，两者之间的电位差，从而造成干扰噪音的产生，出现信号干扰。安置隔离变压器能够对数据采集系统和电网进行隔离，减少噪音，降低寄生电容。电测仪表的安装环境会对测量结果产生较大的影响，在进行电测仪表安装时，要控制周围环境的温度、湿度、电磁干扰、震动等因素，选择合适的仪表进行测量，控制安装环境可以提高电测仪表的稳定性。
2.2采用电源低通滤波器
通过低通滤波器能够对大于50Hz的高次谐波进行过滤，从而除去电网中的大部分干扰，从而改善电源的性能。通过在滤波器前增设分布参数噪音衰减器，防止滤波器进入磁饱和。低通滤波器使用过程中，要注意低通滤波器本身的屏蔽，屏蔽盒要同系统外壳进行良好接触。导线要靠近地面进行布线，从而减少耦合现象。
2.3保证电路的接地原则
在数据采集系统接地时，要尽量使接地距离最短，从而降低噪音，在选择数字地和模拟地时，要尽量使用一点进行连接，按照一点接地原则进行，可以保障不出现共模干扰现象。在进行接地线路布设时，要选择尽可能粗的线进行接地。在不同的地理位置点电位差各不相同，在一些大功率电器周围，这种电位差更大，因此在大功率电器周围进行测量时，这种点测量仪表受到的干扰就更大，稳定性就越差。
2.4数据采集仪表选用要科学合理
数据采集系统测量的结果准确性受到电测仪表种类的影响较大，因此应重视电测仪表的选择。根据要测量物体的位置，对干扰情况进行分析，同时预测测量结果的大小，在根据精确度要求进行仪器选择。不同厂家生产的仪表的测量误差和稳定性各不相同，因此要选择稳定性高、测量误差小的仪表。同时要根据经济情况和测量要求进行仪表选择，提高电测仪表的精确度。
2.5对数据采集系统进行防干扰保护性处理
进行测量时，可以对数据测量仪器进行保护，比如通过金属屏蔽方法对信号导线进行包裹，减少周围环境对磁场的干扰。测量时对周围的干扰因素进行排查。可以通过信号源和仪表外壳接地的方法保证仪表的电势为零，提高测量准确性。通过对电测仪表的保护措施，能够降低耦合现象，提高电磁测量稳定性。
2.6选择专业人才进行专业管理
数据采集系统的使用有着一定的技术含量，周围环境会造成电测仪表的系统误差，人为因素也会造成人为误差。在进行数据采集时，要对采集人员进行培训，提高数据采集系统使用人员的专业技能，减少系统误差。不同的仪表有着不同的使用方法，进行电测仪表储存和使用时，要按照规定的测量程序，才能减少电测仪表的损害，提高测量精确度。
3结束语
在信号采集系统中，外界信号的干扰和系统内部信号的干扰都十分严重，对信号采集的质量产生影响，对后期数据处理和数据准确性都造成重要影响。因此，了解干扰产生的原因，并采取适当的措施减少干扰信号，增强系统抗干扰能力很有必要。在对数据采集系统进行分析时，要根据实际情况，对周围环境进行深入了解，并针对存在的干扰因素采取具体措施，提高数据采集系统抗干扰性能。数据采集系统被广泛应用于各行各业，很大程度上提高了社会生产率，促进了社会进步。
参考文献：
[1]李怀良.复杂山地多波宽频带地震数据采集关键技术研究[D].成都理工大学,2013.
[2]陈丛.近红外无创生化分析中快速高信噪比光谱信号检测技术研究[D].中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所),2013.
[3]王宗良.分布式光纤拉曼温度传感系统信号处理及性能提升[D].山东大学,2015.
[4]白燕.GNSS空间信号干扰评估及抑制方法研究[D].中国科学院研究生院(国家授时中心),2014.
[5]孔令琴.非接触式生理信号检测关键技术研究[D].北京理工大学,2014.
数据采集系统范文第4篇
引言
数据采集系统在各行各业都有广泛的应用。目前，已有各种各样高速、高精度、多通道的数据采集卡问世。计算机通过卡上的模数转换器采入数据，然后进行数据存储、数据处理和图形显示等工作。随着微电子技术和计算机技术的发展，Windows 95/98平台下的应用程序已经成为数据采集与处理软件开发的主流。
用于数据采集的常规Windows定时顺又存在着严重的不足。首先，常规Windows定时器的定时分辨率低。定时器每隔55ms中断1次，相当于最高采样频率仅为18.2Hz。对由于Windows 95/98下的应用程序无法直接与硬件打交道，不能通过对定时中断重新安装的方法改变定时时间长度。如此低的采样频率对于绝大多数的信号采集与处理都是不适合的，必须寻找能以更高频率采集的方法。
其次，Windows系统是一个多任务操作系统，它是基于消息来驱动事件的。定时器消息WMTIMER在串行消息队列中的优先级别很低，往往得不到及时响应，甚至消息队列中的几个未及时处理的定时器消息会被合并为一个；而应用程序无法确定由于这种处理而丢失的消息数，使实际的采样间隔不均匀。
针对以上问题，人们想出了很多方法予以解决。目前常用的方法都是在PC机上编程，一般来讲有以下3种方法：
（1）在Windows应用程序中，使用普通C语言中常用的函数delay()[2,3]。
delay()是C语言中常用的延延、定时函娄。使用delay()，最高采样率可达1kHz，但delay()与多任务的Windows操作系统不兼容。在Windows应用程序中直接使用delay()会发生编译警告和连接错误。可以通过程序中显示说明函数delay（）原型并在Windows库中包含DELAY模块的方法去除这一错误，从而可以在Windows应用程序中，像普通C程序一样使用delay()。然而，这种用软件等待的方法，对于主机的资源来讲是一个极大的浪费。
（2）使用Windows多媒体定时器的回调函数[4,5]
Windows多媒体定时器可以通过函数timeBeginPeriod来设置定时器分辨率，其分辨率最小为1ms，最大为16ms。这一分辨率代表了60～1000Hz的采样率，可以满足一般信号对采样率的要求。而且多媒体定时器采用中断完成定时服务，在中断时刻调用1个回调函数，而不是向消息队列发送WM_TIMER信息。在应用程序中，使用Windows多媒体定时器并不容易，必须遵循严格的步骤。在使用回调函数的赶集，在中断服务程序和用户主程序之间，要进行数据的共享，给编程和调试带来不便。程序的稳健性也会受到影响。在定时时间较短时，主机负荷过重。
（3）实时钟定时[6]
实时钟芯片在基准频率作用下驱动内部时钟电路工作，同时可通过对内部寄存器A（D3～D0）编程，选择22分频输出信号频率。实时钟周期性地输出方波和周期中断请求信号（该中断请求连到IRQ8），从而为程序中实现时间控制提供了另一条途径。同时，在Windows机制中，使用优先级高于一般的任务级，而等于系统级的VxD编制驱动程序，可以保证驱动程序在运行时享有最高优先权，在进行硬件设备的管理、控制时不会被其他任务所中断，充分保证了驱动程序返还给用户的数据是完全真实的值。而且可以直接对硬件进行访问，因而通过编写VxD直接管理实时钟中断，定时分辨率更高。但VxD对调试者的编程水平要求较高，稍有不慎，很容易出现异常错误或死机。
不难看出，直接在PC机上编程解决定时问题要求调试者有较高的编程水平，程序调试困难，可靠性差。
为此，我们设计了一套智能数据采集系统。用单片机89C51作为中央处理单元，控制模/数据转换、外部数据存储器等外围设备，进行数据的定时采集和预处理。通过绝大多数电脑都具备的并行口作为数据采集系统与计算机的接口，与PC机进行数据传输。由单片机管理定时采样和进行部分信号预处理工作，解决了Windows 95下定时采样的问题，减径了PC机方面编程的工作量，使应用程序可以精力进行数据采集后的处理工作。
智能数据采集系统
智能数据采集系统的框图如图1所示。信源信号经放大滤波后进入A/D转换器。单片机以一定的采集率在定时中断内读取A/D转换器的输出，送入RAM中暂存，在定时断外则将RAM中存储的数据不断经并口送入PC机。PC机中的应用程序由并口接收单片机发送的数据，并对其进行数据处理和显示。
1.单片机与主机间的并口通信
随着计算机技术的发展，微机的并行口发生了很大的变化，由原来的只能打印，即只能向外设传输数据，发展成为可以在微机与外设之间进行双向、快速交换数据的双向并行接口。利用双向并行口使得PC机能与数据采集系统的单片机之间以异步的、全互锁的双向并行方式通信。它能减少用户交互地操作外部设备的次数，以更高的传输速率完成数据传送。
并口通信硬件部分原理如图2所示，软件部分流程图如图3所示。
并口通信利用了D触发器74HC74的预置和清零功能提供传输数据所需的握手信号。用八D锁存器74HC573完成单片机传出数据的锁存。在单片机向PC机送数时，单片机先将数据锁存在74HC573中。74HC573的输出端接到微机并行口的数据寄存器的输入端。数据锁存后，单片机将74HC74的清零端CD清零，使输出端Q输出低电平，Q端同时送至并行口的状态寄存器，通知PC机可以取数。PC机检测到这一信号后，经控制口选通数据锁存器，将锁存的数据取出，并将触发器置位端SD置1，使Q端输出高电平，通知单片机数已取出，可以送下一个数据了。单片机检测到触发器Q端输出变为高电平后，又将1个新数据锁存至74HC573中，同时使触发器输出电平翻转，通知PC机取数。如此往复，直到PC机不再需要读数为止。值得注意的是：为了避免由于时序的不匹配造成的清零和置位端同时有效，在单片机（PC机）进行清零（置位）前，应对PC机（单片机）的置位（清零）端进行检测；而为了避免数据的传输错误，每发16个数据即进行1次累加器和与异或和校验。PC机如发现检验结果错误，即通知单片机重发刚才的16个数。
采用这种电路进行并口通道，电路设计简单，只需1片74HC573和1片74HC74即可实现。74HC573和74HC74的使用都很简单，使得程序编制也很容易，大大提高了传输速度。
2.单片机与RAM间的数据交换
在并口通信中引入RAM，是为了解决Windows下应用程序在数据采集时无法及时响应消息的问题。RAM在系统中起到了“蓄水池”的作用：数据采集卡上单片机89C51以200Hz的采样率在定时中断内读取模/数转换器MAX126各通道转换结果，送入外部RAM中暂存；而在主程序内，则将RAM中存储的数据取出，通过并口通信传给笔记本电脑。数据在RAM中以循环队列方式存储。这样，在Windows响应其他消息，笔记本电脑速度较慢时，采入的数据在RAM中暂存；而在笔记本电脑速度快时，单片机将RAM中存储的数据取出传出。因为总体来讲笔记本电脑的速度是足以在中断时间内传完RAM中存储的数据的。所以只要RAM的存储量足够大（几倍于Windows响应其他消息可能花费的最大时间），就可以保证数据的连续传输。单片机与RAM数据交换流程如图4所示。
3.最高采样率的限制
对最高采样率的讨论可以分为两种情况：实时传输和非实时传输。
在实时传输时，像前面提到的那样，单片机采集到数据，在定时中断内经RAM暂存，在定时断外则不断经并口向PC机发送。因而采集系统的最高采样率由于受到单片机与RAM间数据交换以及与PC机并口通信指令执行时间的限制，并假设在使用89C51，12MHz晶振时，采样数据精度是单字节的，则单通道采样率不应高于32kHz。
如果对数据处理的实时性要求不高，允许对信号进行事后处理，则可以选择非实时传输方式。即在单片机采集到数据后，放入大容量RAM中存储，而不向PC机送数。在全部数据采集完成后，才进行单片机与PC机的并口通信，将RAM中存储的数据一次送入PC机。非实时传输方式的最高采样率不受单片机与RAM间地址比较以及并口的数据通过率的限制，使采样的定时分辨率可以小于（1/32）ms。
采用以上原理实现的一套生理电数据采集系统，单片机使用12MHz晶振，可以以500Hz的采样率，进行16通道生理电信号的实时采集和处理。如果采用更高的晶振频率，或采用较少的通道数，这一采样率还可以进一步提高。
小结
数据采集系统范文第5篇
关键词：多路数据；采集系统；单片机
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）14-0214-02
多路数据采集系统的构建主要借助于单片机进行数据的收集和传输，整个设计包括数据显示、报警、数据测量和系统的控制四大部分，可以说现阶段智能化的多路数据采集系统更是成为了电气生产中不可缺失的一项综合技术设备，与传统的数据采集系统相比其数据的准确率更高、数据的采集更快，且所出现的故障更少，因此备受现阶段设电气行业的追捧。随着我国多路数据采集系统在行业中应用的范围越来越大，对其设计的整体要求也就有增无减，所以相关的设计人员需要不断的完善自身的专业知识，在多路数据采集系统的实际工作中找寻到其中存在的问题，通过完善设计的方式加以纠正，使其更加适应于现阶段的行业应用中，满足于市场的需要。
1系统硬件电路设计
整个多路数据采集系统的硬件设备可以分为以下几部分：
1）以ATmega8单片机为基础构建的控制电路；
2）LCDl2864显示电路；
3）以MAX487为基础构建的485通信电路；
4）以AT24C64为基础构建的数据存储电路和键盘电路；
5）A/D转换电路。
这五部分共同构建成了多路数据采集系统的硬件电路，其具体的设计如图1。
由图中电路图显示可知ATmega16单片机是多路数据采集系统中的核心，其主要负责整个多路数据采集系统的控制，因此其本质上是一个八位的微处理器，且具有性能^高、功耗较低的特点，其结构是最为先进的RISC结构；因此整体的运算时间大大缩小了，且可以做到读写同步。ATmega16但骗子自身的驱动能力很高，在工作室5V时其I/O口的输出电压可达5V，每一个I/0口的输出电流也可以达到40mA。
由于整个系统的主要作用就是采集数据，所以一般需要ADC芯片的参与。但是当我们在多路数据采集系统设计中加入ATmega16单片机之后，由于其本身就具有8路10位A/D，所以就不需要用单独的芯片参与了，不仅节约了成本，还提高了速度。变送器和传感器主要以电流信号为主要方式在输出回路中强度在4～20mA之间随后变成1～5V的电压信号输送到单片机AD中，在转变的过程中需要电阻的参与，所以在设计上需要在回路上增加一个250欧的电阻以弯沉该工作。AT-mega16自身携带ADC，因此只要和8通道的模拟多路复用器连接在一起就可以对端口A的所输入的电压数据进行采样收集。一端的电压输入是以OV（GND）为基准。ADC由AVCC引脚单独的提供电源，AVCC和与VCC之间产生的偏差不得大于±0.3V。为了更好的减少噪音可以在在AREF引脚上加一个电容进行解耦。
现场显示的实现主要是借助于LCD12864完成的，具体来讲是4位和8位相并行的一种接口方式，且2线和3线的串行也具有多种形式，同时液晶显示器模块是点阵图形且具有国标简体中文字库，显示为中文文字方便信息读取。其显示的为128×64的分辨率，其中包含8000多个16平方点的汉字以及128个16乘以8点ASCII字符集。这一显示电路的接口方式更为的简单，在其指令的过程中需要的指令和操作简洁明了，所以可以实现人机之间的直接中文的交流，更加方便与理解其显示的含义所在，对于专业程度技术不高的人员来说中文显示器的使用提高了工作效率。在设置多路数据采集系统的时候考虑到实用性其单片机的PD口连接LCD 12864的数据线，PC3到7口连接控制的总线，其可变电阻的RV1可以对显示屏的亮度进行一定的调节。单片机的PB5到B7连接键盘电路，从而可以确保所输入信息的准确性，同时引脚逐一接到1K的上拉电阻上，在其程序上的设置上设定为沿触发。
多数据线路现场采集的信号的储存是借助AT24C64来实现的，其由64K位串行的CMOS E2PROM构成的，且内部具有8k的8位字节，数据传送的控制由两部分构成，即产生串行的时钟以及所有起始停止的信号相对应的主器件来实现的。主器件或者从器件都能作为接收器或者是发送器等等，但是因为主器件自身功能在于控制数据的传输，是通过A0、A1和A2等构件的共有八种情况，换句话说就是要借助器件的地址输入端与多个AT24C64器件构件连接在总线上而实现的，所以需要对于选择器件上进行合理的配置考虑。在这一设计过程中仅仅运用了一个AT24C64，所以A0、A1和A2的连接还要接地。
为了保证对现场现场数据的准确信号的传输并确保主机中的数据的准确读取，本次设计多路数据采集系统的时候选择了RS485总线，这种总线自身就具有平衡发送和差分接收的特点，所以其抗干扰的能力更强，对于波特率下且距离过长的传输具有一定的优势。
2软件设计
在对于多路数据采集系统设计的思路中，整个系统控制都需要由ATmega16单片机来完成，在软件设计的单片机中选择ATmega16第一要完成实现初始化的设置，特别是对于引脚寄存器、LCD12864等进行的初始化操作。第二是依照相应的顺序通过PA口对所有数据电路上的模拟电压进行读取，并把它转换成相应的数字量，使其可以在LCD12864上进行中文和数值的显示，且通过AT24C64将所得到的数据存储起来，这些数据在通过485总线将数据信号传输到主机中去。本文中所选择的ATmega16单片机的AD转换以及MAX487之间的通信传递，其他的模块不多赘述。
ADC在对输入的模拟电压进行转变的时候是借助逐次逼近的手段使其转换成一个10位的数字量。其中最小值用字母GND表示，最大值用字母AREF表示。借助设置AD-CSRA寄存器的形式可以实现ADC的启动。向ADC启动转换位ADSC位写”1”运用这种方式可以进行单次的启动转换。对ADCS-RB寄存器的设置中要注意ADC的触发选择位于ADTS上因此可以依照其选择相应的触发源。在软件系统的设置中所选择的触发信号产生一定的上跳沿的时候ADC预分频器复位且可以进行一定的转换，当转换结束了之后触发信号依旧还仍然，但是还不能自动的启动下一次转换。
图2AD转换时序图MAX487有2个控制端RE和DE，1个TYL（CMOS）数据接收RO端和1个TTL（CMOS）数据发送端DI，以及1对RS485差分信号端A和B。当TXD为高电平时，经74HC04反向为低电平，使得RE=0且DE=0，接收器R打开，驱动器D关闭，此时MAX487处于数据接收允许状态；当TXD为低电平时，经74HC04反向后，DE/RE为高电平，使接收器R关闭，驱动器D打开，此时MAX487处于数据发送允许状态。具体设计如图2：
