八通道串口數據采集與處理虛擬儀器系統設計

　　系統采用串口通信。利用處理器內部的10位D／A轉換器，將采集到的模擬信號轉換成數字信號，再經過調理電路后送由MiniBus采用RS2-32協議送達上位機。另外采集板集成了一塊單CAN高速隔離收發器CTMl050，可以通過網口通信。串口通信需注意的問題是轉換電平，數據采集端供電電平為+5 V，而處理器能接受的電平是+3．3 V，因此系統采用MAX3221電平轉換器，以達到處理器要求。另外系統上位機串口名稱與下位機一定要設置為同一名稱，否則數據不能成功送到上位機，如圖4所示。

　　1．2 上位機系統設計

　　數據流程如圖5所示，數據經下位機采集處理后，由通信模塊通過串口發送到上位機，上位機主要包括數據讀取、數據驗證、數據處理及數據存儲4部分。

　　1．2．1 數據讀取

　　即虛擬儀器設備串口初始化，包括：串口名稱設置、超時設置、波特率設置、數據位設置、奇偶校驗設置，等等。本系統采用的設置為：超時l000 ms；波特率115200；數據位為8位；無奇偶校驗；其他采用默認值。

　　1．2．2 數據驗證

　　數據驗證包括數據讀取、判斷是否是有效數據以及數據報頭是否正確。數據報頭為8個FE，然后緊跟數據包。程序判斷讀取8個FE時開始讀數并顯示。

　　1．2．3 數據處理

　　系統為8通道，一次循環讀取16位的數組，將數組第O個元素作為第1通道的低位，第1個元素作為第l通道的高位……，第15個元素作為第八通道的高位，分別顯示：當滿足采樣點位數時，置位重新讀取數據。在顯示之前對數據進行預處理：去直流、峰值計算、濾波等等，由于Labview程序框圖中有Matlab腳本文件，所以可以和Matlab混合編程，在Labview腳本框中直接寫Matlab代碼。由于程序運行時要調用Matlab控制臺，所以混合編程要求控制機必須裝載Matlab軟件。

　　1．2．4 數據存儲

　　當點擊采集數據按鈕時，系統提示選擇存儲路徑，并存儲為后綴名為‘.lvm’的二進制測量文件。上位機主程序如圖6所示。

　　2 用戶界面

　　將8個MEMS傳感器并排，然后拍擊桌面的信號波形圖。8個通道可獨立使用，如直接一路傳感器，其他通道數據都為0。可手動更改串口名稱、波特率、停止位、奇偶校驗、流控制、傳輸數據位和顯示信號線的線性、顏色，界面友好。可根據需求添加峰值顯示、頻譜顯示，傅里葉變換等復雜信號處理內容。通道l至通道8信號波形分別用：紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫、洋紅顯示。

　　3 系統特色

　　1）系統采用了雙緩沖技術，即將計算機Buffer分為2個相同區域Bufferl和Buffer2，數據先存往Bufferl，當Bufferl存滿時，標志位置位，數據繼續存往Buffer2，同時將Bufferl中的數據送往處理器進行處理，完畢后，Bufferl存數，Buffer2發送，如此循環，注意正確設置存儲速度和處理速度之間的關系，以保證數據無遺漏。

　　2）Labview編程與Matlab編程相結合進行數據處理分析。對于Labview中沒有的數據處理功能可直接調用Matlab腳本文件，功能更加強大。

　　3）上位機程序采用條件循環結構和事件結構設置，前面板和程序框圖同時執行，最大程度地節省了CPU資源。界面友好，具有良好的可操作性。

　　4 結論

　　本系統主要用于實驗數據的采集，由于采用串口通信，所以設備布設簡便，方便操作。經實際測試證明系統性能穩定，信號失真度較小，很好替代了NI公司數據采集卡：同時可擴展性強，修改板子處理器ARM程序，采用CAN通信后，結合算法，即可用于工程需要，實時監測待控領域。