多路数据自动采集系统的设计与实现

绍兴天然气投资有限公司，浙江绍兴，312000

摘 要：在实际生产中，往往有对多路数据进行不间断集中监测的情况发生，这就需要设计一个多路数据的自动采集系统。本文介绍了一个可同时对多个采样点进行数据读取的主—从机体多路无线数据采集系统。该系统可实现采集数据的自动化分析，而且系统可靠性较高，成本较低，数据分析及时。

关键词：多路无线数据；采集系统；数据传输；数据接收

引言

本系统设计的主要任务是实现多路无线数据采集系统的设计。系统设计分为数据采集端设计、无线数据的传输以及数据接收端的设计三大块。数据采集端主要对环境的物理参量进行多路采集，然后以无线方式进行数据的传输，并传至数据接收端进行数据的简单处理，最终展现在用户面前。

1数据采集端设计

数据采集端主要用于获取各种现场测量数据。在计算机控制系统或计算机信息管理系统中，需要采集各种信息并将其送入计算机内部进行处理。主要包含有压力传感器、信号调理电路、A/D转换器件、单片机及无线收发模块。

系统中的压力传感器为压阻式传感器，主要作用是把外部压力的变化转化为4～20mA的电信号，方便计算机进行信息处理。压力传感器的下级单元为放大器，主要功能是将压力传感器转化而来的较小的电信号进行放大处理，从而获得易于识别和灵敏度较高的信号源。经过放大的电信号通过A/D转换器件，将由放大得来的模拟量信号转换为便于计算机识别的数字信号。之后，该数字信号在计算机内部传输，并最终交由系统中的单片机进行数据分析。采集系统中还有一路温度采集电路，主要是采集现场温度场的变化传输到单片机进行综合分析。无线收发模块是采集系统中数据传输模块，是把系统的压力数据以无线方式发送给数据接收端。主要设计线路如图1所示。

2無线数据传输模块设计

短距离无线通信具有不受地理条件限制，抗干扰能力强，安全性好，安装工艺简易，而且可靠性较高等优点。目前应用较为广泛的短距离无线通信技术包括无线局域网、蓝牙及红外数据传输等。短距离无线通信是现代科技应用的重点，同时也是本系统传输模块的核心与难点。本系统无线数据传输模块中的收发芯片选用的是nRF401芯片。

该传输系统可以以单工系统、双工系统或半双工系统工作。所谓单工系统是指信息传输仅介于生成信息的信号源与请求信息的目的地之间，即信息只能单向传送；如果信息能够在两者之间双向传输，即发送信息的同时也可以接受信息，且两台发射机同时工作，则为双工系统；如果双工系统的两台发射机不能够同时工作，则该系统为半双工系统。

信息传输的顺序是：信号源经过信号调理装置进行数据的调整，经过调整的数据通过发送装置发出，发出的数据经过传输介质传递给接受装置，然后再经过信号调理装置进行数据整理，并将信息存储于信宿。此过程就完成了从信息的发送到信息的接受。

3数据接收端的电路设计

数据接收端组成包括无线收发模块、单片机、显示器件、存储器件以及用户输入端。单片机是整个接受端电路模块的核心部分，通过它可以完成数据的处理与转换。一般无线收发模块接受到的压力信号被单片机接收后，在其内部进行信号的必要处理，然后处理过的信号通过显示设备显示给各大用户，同时也可以根据需要把数据存储到存储器件中。最后用户可以通过用户输入端，用键盘与系统进行交互，嵌入想要某种控制的设计参数，对系统参量进行实时控制。

数据接收端的核心部件是MCU，它的选型与系统速度有着密切关系，同时也关系到系统的体积与功耗。选用优质的MCU能够使整个系统设计复杂度降低很多，而且结构布局更加紧凑。对于信息处理量较大的系统，一般选用16位ARM处理器，如果信息处理量更加巨大，处理器任务十分繁重，且要求系统具有一定速度，一般选用更高位32位ARM处理器。本系统选用51系列8位单片机即可胜任信息处理任务。

本系统需要实现的功能较多，而且需要实现报警纪录、采样纪录及系统配置参数的存储，因此需要外加两片EEPROM可擦式只读存储器。该存储器通过IIC总线与MCU通信，可实现存储器的即插即用功能。系统对每次采样数据均以文件形式进行存储，可实现对多个采样点多次采样进行存储，有助于存储空间的合理利用。

本系统设计是一种基于RF的无线数据采集系统的设计方案，选用的nRF401芯片能够较好的完成预定任务。同时系统设计较为简单，而且所耗成本不高，具有一定的实用性和可扩展性。但系统设计中仍然存在一些需要改进的地方，而且针对实际不同需要，需要对系统做相应的改动与调整，有待在实际应用中进一步实验验证。

参考文献：

[1]于正同，王雅荟，邢金富.基于FPGA多路A/D自动采集系统设计[J].电子技术，2016，02：57-59+50.

作者简介：

陈鑫钢/男/1988年生/ 浙江绍兴人/ 助理工程师/ 本科/研究方向为自动化数据采集和控制