集中式信息通信运行数据的自主采集系统设计

李敏+王国欢

摘 要： 传统采集系统存在数据采集不准确、速度慢，不能满足高效数据采集标准，为此，对集中式信息通信运行数据的自主采集系统进行设计。设计系统硬件框图，分析多端口采集器，并使用多端口采集器将动态信号转变成静态信号；根据用户需求对系统软件设计流程展开分析，采取线性方程算法描述信息采集情况，进而对集中式信息通信运行数据进行准确采集。通过实验验证结果可知，该系统具有数据采集准确、速度较快，能够满足系统高效性采集要求等特性。

关键词： 集中式信息； 信息通信； 运行数据； 自主采集； 多端口采集器； 系统设计

中图分类号： TN911?34； TP242 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2018）05?0020?04

Abstract： Since the traditional acquisition system has inaccurate and slow?speed data acquisition， and can′t satisfy the standard of efficient data acquisition， an autonomous acquisition system of centralized information communication operating data is designed. The system hardware block diagram was designed. The multi?port collector is analyzed， and used to convert the dynamic signal into the static signal. According to the user demand， the system software design flow is analyzed， and the linear equation algorithm is adopted to describe the information acquisition situation， so as to acquire the centralized information communication operating data accurately. The experimental results show that the system has accurate and fast?speed data acquisition， and can meet the requirements of high?efficient acquisition.

Keywords： centralized information； information communication； running data； autonomous acquisition； multi?port collector； system design

0 引 言

数据采集系统发展受到通信网络、信息传感器技术、软件技术的影响，在很大程度上限制了数据采集系统的发展。针对集中式信息通信运行数据的自主采集提出了新要求，其准确性和高效性成为当下采集系统设计标准。随着科学技术的快速发展，现代化自动采集程度也在不断提高，技术难度增加，使自动采集方式不断发生变化[1]。从目前自动化发展趋势看，自动采集技术趋于全程化，且在制造过程中任何领域都可实现自动采集与管理，由于系统设计所处环境的特殊性与复杂性决定了测试软件中应具有多样的处理功能，但是国内仍有不少数据采集系统存在功能单一问题，数据采集不准确，且速度较慢，不能满足高效数据采集需求。

基于此，本文对集中式信息通信运行数据自主采集系统进行设计。该系统对数据采集速率与精准度方面极为苛刻，随着采集速率的增加，在相同时间内采样值就越多，因此，对数据分析处理时，获取的信息数据规模较大。为了验证系统设计的合理性进行实验，并通过实验结果可知，该系统采集效率较高，速度较快，能够满足系统高效性采集的要求。

1 自主采集集中式信息通信运行数据系统设计

在通信技术中应用数据自动采集系统可弥补传统数据采集不足的问题，改善了时间与空间之间的界限[2]。当数据采集的电路通过数据传输将采集到的信息进行量化后，可通过接口传送给计算机，并利用软件完成集中式信息通信数据的处理，数据采集的硬件与软件需通过图1原理图进行设计。

首先在通信网络环境安全的情况下，借助传感器检测信号是否安全；然后对集中式信息通信运行数据进行传输，将其转换成电信号，并进行信号调理和A/D转换；最后使之转换成系统中的处理信息信号，并记录。

1.1 自主采集系统硬件设计

针对集中式信息通信运行数据采集系统专用性决定了数据采集、通信网络传输应该遵守的应用环境[3]。在硬件设计过程中，被测试目标需要跟随硬件系统设计中的多端口采集器进行数据收集，根据物理量变化对收集的数据属性进行科学分析。由于进行数据采集时对设备要求极高，为此，在设计时需保持系统稳定性，如果失去了数据采集精准度，那么也就失去了数据采集系统的设计意义[4]。

通过通信网络传输使集中式信息运行数据收集难度增加，考虑到运行数据的集中性，在硬件系统中添加了双绞线对数据进行传输，如图2所示。

利用数据自主采集设备采集相关数据，使用多端口采集器将信号连接在接线柱上，该接线柱可将动态信号转变成静态信号。利用双绞线将被测目标的静态信号传送到采集器上，工作站接收信号后传递给系统，并对数据加以分析和处理[5]。

在硬件结构中，对多端口采集器进行数据自主采集具有数据库与非数据库之分，数据库被广泛应用到硬件设计之中，其优点是利用属性结构存储方式对信息进行采集；而针对非数据库进行数据自主采集存在伸缩性强、可靠性高等优势，遵循数据自主采集原则，其属性结构具有不确定性，为此，设计多端口采集器可节省大量采集时间。endprint

1.2 系统软件开发与设计

在数据采集系统软件设计中，根据用户提出的需求在宏观上对用户信息、设备信息进行管理；在微观上对数据采样时间进行设计[6?7]。系统软件严格按照安全环境状态下数据采集真实业务流程进行设计，其顺序为：设备校正、参数设置、数据存储、数据计算显示、导出。如图3所示。

系统软件功能主要有：

1） 对数据进行初始化采集，设置各个采集通道；

2） 设置采集环境和参数信息；

3） 控制数据采集自动化过程；

4） 在采集过程中，各个采集通道数据需要经过存储、计算、分析和显示等步骤才能进行同步处理；

5） 严格管理用户群，提高系统安全性与保密性。

在软件设计过程中，设定每隔1 min对集中式信息通信运行数据变化进行记录，时间间隔为50 ms，采集周期上限为10 min，每个采集器进行连接时，容易丢失10个数据[8]。为此，需利用多端口采集器对丢失的数据进行采集。

通常情况下，采取线性方程算法描述信息采集情况，采集数量选取区间的数据上限或者下限[9?10]，即为或5 200。设为采集时间，为数据采集数量，由此获得的采集曲线任意方程为：

式中：和分别为数据采集的起始和终止时间；和分别为数据采集的起始和终止数量值[11]。

根据该计算方法，对集中式信息通信运行数据进行准确采集。

2 实 验

为了验证集中式信息通信运行数据自主采集系统设计的合理性，进行了如下实验。在软件开发过程中，使用多种方法进行设计与编程，但是，由于软件本身不具有形态，而且知识高度密集，导致实验验证极易发生错误，为此，需经过系统测试才可进行自主采集。

进行测试时，需注意以下原则：

1） 测试数据应由输入数据和预期数据组成。

2） 测试数据需要选择合理输入和不合理输入这两种数据，只有这种选择方式才能提高系统的可靠性。

3） 系统程序是否可自动完成所有功能。

4） 制定实验测试计划，排除随意性。

5） 长期保留实验测试数据。

6） 针对出现错误较多的模块，应该进行深入测试。

2.1 实验结果与分析

根据实验条件，按照表1的实验环境，每隔1 min读取一次数据。

根据实验条件，对比理想数据收集、丢失数据收集、传统系统收集、本文设计系统自动收集的工艺曲线，如图4所示。

由图4可知：传统采集系统在丢失数据时间内，自动采集效率较低；而采用集中式信息通信运行数据的自主采集系统采集效率较高，工艺曲線也是最贴近理想情况下的曲线，数据采集较为准确。

为了验证本文设计系统自主采集速率的快慢，选择时间段内，传统系统与本文系统对数据的采集情况，如图5所示。

由图5可知：在时间段内，使用传统系统对数据进行自主采集速度最高为60 kb/s，随着时间的增加，速度逐渐降低；而本文设计的系统恰好相反，随着时间的增加，自主采集速度逐渐加快，最高可达到100 kb/s。

2.2 实验结论

基于上述实验过程，可得出如下实验结论：传统采集系统在丢失数据时间内，自主采集效率较低，且速度较慢，无法满足集中式信息通信运行数据高效采集的需求；而本文设计的系统采集效率较高，速度较快，工艺曲线也最贴近理想情况下的曲线，数据收集较为准确。

3 结 语

数据自主采集系统是根据环境实验中心所提出的数据采集要实现智能化与一体化的构思而进行设计的，该项目研究主要包含整体方案的实现和基础通信运行数据的分析处理，为集中式信息通信运行数据高效自动采集提供了一条切实可行的实现路径。该系统设计不仅大大提高了数据自主采集效率，且速度较快，具有较高的实用性和可靠性。

参考文献

[1] 乔旭彤，耿海洲，董峰.集中式电动汽车电池管理系统设计[J].电子测量与仪器学报，2015，29（7）：1019?1027.

QIAO Xutong， GENG Haizhou， DONG Feng. Design of centralized battery management system for electrical vehicle [J]. Journal of electronic measurement and instrumentation， 2015， 29（7）： 1019?1027.

[2] 卢伟，孟婥，孙以泽，等.基于Modbus/TCP及FINS/TCP协议的数据采集与通讯系统设计[J].仪表技术与传感器，2017，20（1）：88?91.

LU Wei， MENG Zhuo， SUN Yize， et al. Data acquisition and communication system design based on Modbus/TCP and FINS/TCP protocol [J]. Instrument technique and sensor， 2017， 20（1）： 88?91.

[3] 孙旭，杨印生，刘春霞，等.生鲜农产品供应链近场通信智能数据采集终端系统设计与开发[J].农业工程学报，2015，31（8）：200?206.

SUN Xu， YANG Yinsheng， LIU Chunxia， et al. Design and development of near field communication intelligent data acquisition terminal system in fresh agricultural product supply chain [J]. Transactions of the Chinese society of agricultural engineering， 2015， 31（8）： 200?206.endprint