多路信號數據采集器設計

梁韶華（甘肅長風電子科技有限責任公司，甘肅　蘭州730070）

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多路信號數據采集器設計

梁韶華
（甘肅長風電子科技有限責任公司，甘肅蘭州730070）

摘要：多路信號數據采集器具有模擬量采集、模擬量輸出、數字量輸入輸出、串口數據采集功能。數據采集器用于設備的數據采集及存儲，支持數據錄取、數據回放、數據瀏覽、數據導出和導入。

關鍵詞：采集及存儲；錄取；回放

1　概述

數據采集器將設備的多路輸出狀態信息實時地采集到計算機中，并存儲為相應的文件。通過察看文件中存儲的被采集信息，可以進行設備測試數據分析和故障判斷。

2　系統結構

圖1　數據采集器系統結構

數據采集器系統包含兩個部分：信號調理接口卡和數據采集工控機。數據采集系統采用單機一體化結構，數據采集工控機為基礎硬件平臺，模擬量、開關量以及串口數據的采集設備均以PCI總線插卡的方式置于數采工控機的PCI插槽上。信號調理接口卡主要完成兩個功能：（1）調理設備輸入的待采集信號，使之符合數據采集工控機的輸入信號要求；（2）隔離設備與數據采集工控機。數采工控機完成模擬信號、開關量信號的采集，以及串口數據的接收與解算。

3　信號調理接口卡

目前，決大多數的數據采集卡要求對于輸入信號有以下的要求：（1）模擬輸入的電壓范圍為-10～+ 10V；（2）數字輸入符合TTL電平規范（0～5V）。由于設備的待采集信號中包含了-15～+15V的直流慢變信號和高達28.5V的開關量信號，因此，必須在信號采集前對輸入信號進行調理。信號調理接口卡的結構如圖2所示。

圖2　信號調理接口卡結構

所有的待采集信號必須經過信號調理單元后，然后接入數采工控機的相應采集通道。不同的信號采用不同的信號調理單元，模擬信號調理單元如圖3所示。通過設置不同Ra和Rb，可以完成不同的信號衰減。

開關量信號（包括TTL）采用基于光耦器件的電路進行隔離和調理。

圖3　模擬信號調理單元

4　數據采集工控機

數據采集工控機使用便攜式一體化機箱，液晶顯示屏，并具備至少4個PCI插槽，便于以后的硬件擴充。

5　數據采集軟件

數據采集軟件是完成數據采集通道配置，數據采集任務管理和采集數據管理的一體化應用程序，其框架結構如圖4所示。

圖4　數據采集軟件結構

各個模塊的功能簡介：

“任務型教學法”（Task-based Teaching,簡稱 TBT）是從20世紀80年代在交際教學法的基礎上逐漸發展起來，以交際任務為核心，強調“做中學”和“以學生為主體”的教學思想。Nunan（1989）認為，任務型教學將語言教學真實化，其主要目的是讓學生不僅在運用中學，而且為了運用而學，直接通過課堂教學讓學生去用英語完成各種情景中真實的任務，從而培養學生綜合應用英語的能力。

1）軟件自檢：數據采集所需的配置文件是否完整，并檢測本軟件的一個實例已經在運行。

2）硬件檢測：檢查當前機器上是否有完成數據采集的硬件設備（采集卡和422串口卡）。

3）應用程序界面：完成數據采集，配置管理的應用程序主窗口。包括軟件配置，配置通道配置，采集任務管理，采集數據管理等。

4）系統配置信息：（1）設置采集數據的存儲目錄；（2）設置采集數據文件的命名規則及存儲方式。

5）采集通道參數配置管理：（1）通道管理。對于AD采集端口，包括采樣速率（10～100Hz），電壓范圍，增益等參數。對于DI采集端口，采樣速率（10～ 100Hz）等。

對于串行端口，包括串口類型，波特率，數據位，停止位，解算方式等；（2）通道組管理。本數據采集器的數據采集方式是基于采集通道組的，一個采集通道組至少包含任一AD端口或DI端口或串行端口。此外，為了保持靈活性，通道配置是基于組的，即對應于不同的組，采集通道可以允許不同的配置。

6）采集任務管理：（1）根據采集組創建采集任務，其相應的信息包括，任務名，采集組名，起止時間，輸出文件目錄等；（2）手動啟動采集任務，手動中止正在運行的采集任務；（3）創建連續的采集任務；（4）刪除采集任務；（7）采集數據管理：本軟件可以對已經完成的采集任務數據進行管理，并對采集的數據文件進行查看（使用記事本程序）。

8）退出應用程序：在采集任務正在進行時，必須首先結束正在進行的采集任務，然后才能采集應用程序。

6　采樣數據實時顯示

本數據采集器支持采樣數據的實時顯示功能。在啟動采集任務時，軟件界面將提示用戶是否需要啟動數據實時顯示的功能。用戶可以選擇不啟動，則數據存儲在后臺進行；否則，可以設置以下參數來配置實時數據顯示。如該任務曾經啟動過，軟件界面將顯示上次配置的參數，供用戶修改。

1）實時顯示的數據通道；

2）顯示和回訪的分辨率（最高10ms最低100ms）；

在采樣數據實時顯示的過程中，用戶可以完成以下的操作；

3）放大（復原）曲線?？梢詫⒛硹l曲線放大至全屏，或恢復至顯示所有曲線的界面；

4）刪除曲線，即從實時數據顯示界面中刪除某采樣數據曲線；

5）增加曲線，在不超出總顯示曲線限制的前提下，從當前任務中動態增加顯示某采樣數據曲線；

6）轉后臺存儲，關閉實時數據顯示界面，轉后臺存儲；

7）結束采樣任務。

7　采樣數據回放

本數據采集器支持采樣數據的回訪功能。數據回訪功能界面與數據實時顯示功能的界面類似。不同之處在于，數據回訪是從本地的硬盤讀取采樣數據而已。數據回訪軟件界面中，可以完成以下的操作。

1）放大（復原）曲線?？梢詫⒛硹l曲線放大至全屏，或恢復至顯示所有曲線的界面。

2）刪除曲線，即從實時數據顯示界面中刪除某采樣數據曲線。

3）增加曲線，在不超出總顯示曲線限制的前提下，從當前任務中動態增加顯示某采樣數據曲線。

4）結束數據回放。

8　采集數據格式

針對每一個采集任務，其采集的數據放在一個與采集任務對應的目錄下。數據采集文件為txt或dat文件，里面包含時間和對應于該時間的采樣值或數據。這樣，可以非常方便地使用第三方工具（如ORIGIN）來完成事后的數據分析。

中圖分類號：G633.7