八通道串口數(shù)據(jù)采集與處理虛擬儀器系統(tǒng)設(shè)計

　　無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是近幾年國際研究的熱點(diǎn)問題，而數(shù)據(jù)采集又是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性能*估、應(yīng)用的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。在數(shù)據(jù)采集過程中應(yīng)用虛擬儀器可以盡可能地縮短數(shù)據(jù)采集的時間，同時降低實(shí)驗(yàn)成本，因此虛擬儀器在測控領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的前端數(shù)據(jù)采集設(shè)備都是，TI公司的數(shù)據(jù)采集卡，成本高且維修不便。本系統(tǒng)下位機(jī)采用NXP公司LPC2378為依托的數(shù)據(jù)采集電路板，上位機(jī)操作系統(tǒng)基于La-bview8．5編寫，通過串口通信實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實(shí)時采集，可以對采集信號進(jìn)行處理分析并顯示。

　　1 系統(tǒng)設(shè)計

　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分為下位機(jī)和上位機(jī)2部分，二者通過驅(qū)動程序組成采集系統(tǒng)。下位機(jī)是指直接控制設(shè)備獲取設(shè)備狀況的計算機(jī)，一般是PLC／單片機(jī)之類；上位機(jī)是可以直接發(fā)出操控命令的計算機(jī)，一般是PC，屏幕上顯示各種信號變化，如圖l所示。圖中程序部分采用Labview來實(shí)現(xiàn)。在數(shù)據(jù)采集之前，先對下位機(jī)采集板卡進(jìn)行初始化，其中處理器Buffer是下位機(jī)采集存儲的重要環(huán)節(jié)?？梢圆捎猛獠坑|發(fā)(比較精確)，也可采用軟件觸發(fā)(容易實(shí)現(xiàn))。由于上位機(jī)數(shù)據(jù)處理階段要對采集到的一個周期的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，所以系統(tǒng)采用軟件觸發(fā)，每個周期采樣1024點(diǎn)。

　　1．1 下位機(jī)系統(tǒng)

　　下位機(jī)系統(tǒng)為數(shù)據(jù)采集硬件平臺，主要包括采集卡前端設(shè)備即傳感器電路、核心處理器(即算法實(shí)現(xiàn)電路)、電源模塊電路和通信模塊電路。

　　1．1．1 采集卡前端設(shè)備

　　前端傳感器采用飛思卡爾MMA7260加速度傳感器。相比于老式線圈式振動傳感器，MEMS傳感器具有量程大、不易溢出、受外界氣候因素影響較小等優(yōu)點(diǎn)。采集原理圖如圖2所示，在采集信號放大之前進(jìn)行抗混疊濾波，有效濾除了高頻干擾。需要注意的是，探頭需要提供+5 V供電才能穩(wěn)定工作。本系統(tǒng)采集傳感器Z軸數(shù)據(jù)，對探頭安裝位置沒有特殊要求；若要采集X軸數(shù)據(jù)，必須注意探頭X軸方向與地面平行，否則信號會發(fā)生畸變。

　　1．1．2 核心處理器

　　從價格、操作系統(tǒng)、接口類型、內(nèi)存大小等條件考慮，該系統(tǒng)設(shè)計的處理器采用LPC2378，它是一款基于ARM的微處理器，包含10／100 Ethernet MAC、USB 2．0全速接口、4個UART、2路CAN通道、1個SPI接口、2個同步串行端口(SSP)、3個I2C接口、1個I2S接口和MiniBus(8位數(shù)據(jù)／16位地址并行的總線)。工作頻率為72 MHz，ARM局部總線上有32 KB的SRAM，可以進(jìn)行高性能CPU訪問和簡單的算法實(shí)現(xiàn)。

　　1．1．3 電源模塊

　　考慮到MEMS傳感器最佳工作電壓為5 V，所以系統(tǒng)采用ZY2405WHBD-3W型DC-DC變換器，輸入電壓9～36V，輸出電壓為5V。其他部分主要起穩(wěn)壓作用。

　　1．1．4 通信模塊

　　系統(tǒng)采用串口通信。利用處理器內(nèi)部的10位D／A轉(zhuǎn)換器，將采集到的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再經(jīng)過調(diào)理電路后送由MiniBus采用RS2-32協(xié)議送達(dá)上位機(jī)。另外采集板集成了一塊單CAN高速隔離收發(fā)器CTMl050，可以通過網(wǎng)口通信。串口通信需注意的問題是轉(zhuǎn)換電平，數(shù)據(jù)采集端供電電平為+5 V，而處理器能接受的電平是+3．3 V，因此系統(tǒng)采用MAX3221電平轉(zhuǎn)換器，以達(dá)到處理器要求。另外系統(tǒng)上位機(jī)串口名稱與下位機(jī)一定要設(shè)置為同一名稱，否則數(shù)據(jù)不能成功送到上位機(jī)。