多路信号数据采集器设计

梁韶华（甘肃长风电子科技有限责任公司，甘肃　兰州730070）



多路信号数据采集器设计

梁韶华
（甘肃长风电子科技有限责任公司，甘肃兰州730070）

摘要：多路信号数据采集器具有模拟量采集、模拟量输出、数字量输入输出、串口数据采集功能。数据采集器用于设备的数据采集及存储，支持数据录取、数据回放、数据浏览、数据导出和导入。

关键词：采集及存储；录取；回放

1　概述

数据采集器将设备的多路输出状态信息实时地采集到计算机中，并存储为相应的文件。通过察看文件中存储的被采集信息，可以进行设备测试数据分析和故障判断。

2　系统结构

图1　数据采集器系统结构

数据采集器系统包含两个部分：信号调理接口卡和数据采集工控机。数据采集系统采用单机一体化结构，数据采集工控机为基础硬件平台，模拟量、开关量以及串口数据的采集设备均以PCI总线插卡的方式置于数采工控机的PCI插槽上。信号调理接口卡主要完成两个功能：（1）调理设备输入的待采集信号，使之符合数据采集工控机的输入信号要求；（2）隔离设备与数据采集工控机。数采工控机完成模拟信号、开关量信号的采集，以及串口数据的接收与解算。

3　信号调理接口卡

目前，决大多数的数据采集卡要求对于输入信号有以下的要求：（1）模拟输入的电压范围为-10～+ 10V；（2）数字输入符合TTL电平规范（0～5V）。由于设备的待采集信号中包含了-15～+15V的直流慢变信号和高达28.5V的开关量信号，因此，必须在信号采集前对输入信号进行调理。信号调理接口卡的结构如图2所示。

图2　信号调理接口卡结构

所有的待采集信号必须经过信号调理单元后，然后接入数采工控机的相应采集通道。不同的信号采用不同的信号调理单元，模拟信号调理单元如图3所示。通过设置不同Ra和Rb，可以完成不同的信号衰减。

开关量信号（包括TTL）采用基于光耦器件的电路进行隔离和调理。

图3　模拟信号调理单元

4　数据采集工控机

数据采集工控机使用便携式一体化机箱，液晶显示屏，并具备至少4个PCI插槽，便于以后的硬件扩充。

5　数据采集软件

数据采集软件是完成数据采集通道配置，数据采集任务管理和采集数据管理的一体化应用程序，其框架结构如图4所示。

图4　数据采集软件结构

各个模块的功能简介：

“任务型教学法”（Task-based Teaching,简称 TBT）是从20世纪80年代在交际教学法的基础上逐渐发展起来，以交际任务为核心，强调“做中学”和“以学生为主体”的教学思想。Nunan（1989）认为，任务型教学将语言教学真实化，其主要目的是让学生不仅在运用中学，而且为了运用而学，直接通过课堂教学让学生去用英语完成各种情景中真实的任务，从而培养学生综合应用英语的能力。

1）软件自检：数据采集所需的配置文件是否完整，并检测本软件的一个实例已经在运行。

2）硬件检测：检查当前机器上是否有完成数据采集的硬件设备（采集卡和422串口卡）。

3）应用程序界面：完成数据采集，配置管理的应用程序主窗口。包括软件配置，配置通道配置，采集任务管理，采集数据管理等。

4）系统配置信息：（1）设置采集数据的存储目录；（2）设置采集数据文件的命名规则及存储方式。

5）采集通道参数配置管理：（1）通道管理。对于AD采集端口，包括采样速率（10～100Hz），电压范围，增益等参数。对于DI采集端口，采样速率（10～ 100Hz）等。

对于串行端口，包括串口类型，波特率，数据位，停止位，解算方式等；（2）通道组管理。本数据采集器的数据采集方式是基于采集通道组的，一个采集通道组至少包含任一AD端口或DI端口或串行端口。此外，为了保持灵活性，通道配置是基于组的，即对应于不同的组，采集通道可以允许不同的配置。

6）采集任务管理：（1）根据采集组创建采集任务，其相应的信息包括，任务名，采集组名，起止时间，输出文件目录等；（2）手动启动采集任务，手动中止正在运行的采集任务；（3）创建连续的采集任务；（4）删除采集任务；（7）采集数据管理：本软件可以对已经完成的采集任务数据进行管理，并对采集的数据文件进行查看（使用记事本程序）。

8）退出应用程序：在采集任务正在进行时，必须首先结束正在进行的采集任务，然后才能采集应用程序。

6　采样数据实时显示

本数据采集器支持采样数据的实时显示功能。在启动采集任务时，软件界面将提示用户是否需要启动数据实时显示的功能。用户可以选择不启动，则数据存储在后台进行；否则，可以设置以下参数来配置实时数据显示。如该任务曾经启动过，软件界面将显示上次配置的参数，供用户修改。

1）实时显示的数据通道；

2）显示和回访的分辨率（最高10ms最低100ms）；

在采样数据实时显示的过程中，用户可以完成以下的操作；

3）放大（复原）曲线。可以将某条曲线放大至全屏，或恢复至显示所有曲线的界面；

4）删除曲线，即从实时数据显示界面中删除某采样数据曲线；

5）增加曲线，在不超出总显示曲线限制的前提下，从当前任务中动态增加显示某采样数据曲线；

6）转后台存储，关闭实时数据显示界面，转后台存储；

7）结束采样任务。

7　采样数据回放

本数据采集器支持采样数据的回访功能。数据回访功能界面与数据实时显示功能的界面类似。不同之处在于，数据回访是从本地的硬盘读取采样数据而已。数据回访软件界面中，可以完成以下的操作。

1）放大（复原）曲线。可以将某条曲线放大至全屏，或恢复至显示所有曲线的界面。

2）删除曲线，即从实时数据显示界面中删除某采样数据曲线。

3）增加曲线，在不超出总显示曲线限制的前提下，从当前任务中动态增加显示某采样数据曲线。

4）结束数据回放。

8　采集数据格式

针对每一个采集任务，其采集的数据放在一个与采集任务对应的目录下。数据采集文件为txt或dat文件，里面包含时间和对应于该时间的采样值或数据。这样，可以非常方便地使用第三方工具（如ORIGIN）来完成事后的数据分析。

中图分类号：G633.7