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

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是近幾年國(guó)際研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，而數(shù)據(jù)采集又是無(wú)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(guò)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(shí)間，同時(shí)降低實(shí)驗(yàn)成本，因此虛擬儀器在測(cè)控領(lǐng)域得到越來(lái)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(xiě)，通過(guò)串口通信實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，可以對(duì)采集信號(hào)進(jìn)行處理分析并顯示。

　　l 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　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(guò)驅(qū)動(dòng)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(jì)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(jì)算機(jī)，一般是PC，屏幕上顯示各種信號(hào)變化，如圖l所示。圖中程序部分采用Labview來(lái)實(shí)現(xiàn)。在數(shù)據(jù)采集之前，先對(duì)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(chǔ)的重要環(huán)節(jié)。可以采用外部觸發(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(duì)采集到的一個(gè)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(gè)周期采樣l024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(tái)，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(dòng)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(hào)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(duì)探頭安裝位置沒(méi)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(hào)會(huì)發(fā)生畸變。

　　1．1．2 核心處理器

　　從價(jià)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(jì)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(gè)UART、2路CAN通道、1個(gè)SPI接口、2個(gè)同步串行端口（SSP）、3個(gè)I2C接口、1個(gè)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(wèn)和簡(jiǎn)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，其電源模塊電路如圖3所示。