采集终端设备

采集终端设备（精选十篇）

采集终端设备 篇1

随着坚强智能电网的建设在我国全面展开,为加快用电信息采集系统的建设,国家电网公司提出在全系统范围内公变、电力用户实现“全覆盖、全采集”的工作目标[1,2]。目前,用电信息采集系统的建设已经取得了初步成效,但在实际工作中,因大部分配变终端、用电采集设备安装在户外,运行环境不佳,故障率高。远程主站监测到配变终端、用电采集设备不能正常采集数据,需要现场运维人员进行维护,需要对配变终端、采集设备的通讯状况、设备的参数、硬件故障、RS485接线等方面是进行分析处理[3,4,5],但在维护过程中缺少有效工具,只能应用故障排除法进行处理,对于一些参数或RS485接线短路等故障无法判断,只能通过更换采集设备的方式处理,这样造成大量能正常运行的配变终端、采集设备被拆除或多次前往现场进行维修。本文根据实际工作需要,根据配变终端、采集设备特点,开发了一款简易实用的检测装置,适用于现场准确分析判断配变终端与用电采集设备的故障,从而提升配变终端与用电采集设备现场运行维护的工作效率。

1 现场检测装置设计

1.1 系统架构

配变终端与用电采集设备现场检测装置在对终端、采集设备的检测过程中,通过红外通信和RS485端口进行测试,主通信框架如图1。

1.2 检测流程

在检测过程中,为了达到检测省时、准确、操作简单,优化了检测方案,按照图2的流程进行检测。检测内容主要有:

(1)电源检测:接入电源,设备电源指示灯正常运行。

(2)参数配置检测:主要涉及通讯参数、控制参数、表计信息等,如果错误就会造成配变终端、采集设备不能正常运行,可能会出现远程通讯不畅、不能采集数据等故障。

(3)485端口检测:如发生故障则配变终端、采集设备RS485功能异常,不能正常抄收表计。

(4)存储器检测:对内部FLASH和内存芯片检测,检测正常则设备正常运行,否则数据不能正常存储,上送主站数据为错误数据或空数据。

(5)SIM卡检测:SIM卡故障会造成配变终端、采集设备不能GPRS通信。

(6)时钟异常检测:时钟芯片故障时配变终端、采集设备仍能运行,但不能正常存储数据。

2 现场检测装置应用

2.1 电源检测

配变终端、采集设备上电后,检查是否电源指示灯为常亮状态,如不亮,则配变终端、采集设备已出现硬件故障,无需后续测试,判为故障,否则,进行后续测试。

2.2 采集装置自动检测

为便于现场操作,装置采用手持式,具备38k Hz的红外接口或RS485接口,可与终端、采集器进行RS485通讯或红外通讯。体积小,使用方便,且具有显示功能。使用时,只要将485信号连接线与终端、采集器的485端口进行连接,红外口对准终端、采集设备,按键按下即可进行自动测试,并将检测结果进行自动显示,不需要人工参与,测试过程需要90秒左右。检测效果如图3所示。

2.2.1 参数配置

通过红外方式读取终端、采集设备中的通信参数、逻辑地址和抄表参数等与采集设备系统进行比较,如果正常,则显示检测成功。如不正常,需要进行校对配置。为了防止设备存在故障,校对后仍会丢失参数,进行下发硬件复位命令,使设备重新启动,等待10秒后采集设备启动后再次进行读取比对。具体按图4流程处理。

2.2.2 485端口检测

检测时将检测装置的485端口与终端、采集设备的485端口用485信号线连接,通过红外端口配置一块虚拟表计参数到终端、采集设备中,然后下发中继抄表命令,终端、采集设备收到命令后向485端口转发,检测装置通过485信号连接线接收到这条命令后,通过485通讯线返回一条数据应答命令给终端、采集设备,终端、采集设备收到后通过红外发送到检测装置的红外口,通过红外口接收到的值与485口发送的值进行比对,如果相同则认为检测合格;如不一致或接收不到则认为485端口异常。

2.2.3 存储器检测

主要分参数区和数据区检测。此检测过程是模拟终端、采集设备运行时的状态进行的。参数区判断是通过红外下发一条表计档案,再进行读取,将设置内容与读取内容进行比对,一致则正常,不一致则判断终端、采集器故障。数据区是模拟终端、采集器数据存储的过程进行的,将检测装置485端口与终端、采集设备端口进行连接,采用虚拟表计的方式更改终端、采集设备时钟进行判断冻结数据是否正常。

2.2.4 时钟检测

校验检测装置的时钟为北京时间,用红外读取终端、采集设备的时钟,与检测装置的时钟进行比对,如不一致则进行设置校时,再次读取判断,如仍不准确,则判断终端、采集设备异常。

2.2.5 通信测试

终端、采集装置自动检测过程中,对终端、采集设备的通讯参数进行配置,检测完成后对终端、采集设备进行硬件复位,终端、采集设备自动登陆连接主站,人工根据终端、采集设备的指示灯或液晶显示判断终端、采集设备能否登陆远程主站。如不能,则需检查SIM卡和天线安装情况,并将SIM卡拆下利用检测装置进行检测;如sim卡及天线安装都正常,仍不能登陆,则判断终端、采集设备故障。

3 现场检测装置特点

3.1 外形结构特点

外形结构小,便于携带,且具有液晶显示和按键,软件设计上采用自动检测,不需要人工干预。操作简单,与庞大测试台相比,更适合维护人员在现场使用,且不用将终端、采集设备拆回分析。

3.2 功能特点

3.2.1 采用流程化方式检测

在检测时,通过对终端、采集设备的运行特点,对各异常进行测试,并对参数、时钟异常进行修复。为避免重复操作,制定了科学的检测流程,整个检测过程简单、快速。如通讯测试时需要检测通讯参数,则先对终端、采集设备进行自动测试,测试完后进行设备重启,以便后续通讯测试,这样既避免通讯测试时再次进行通讯参数查询,缩短了检测时间。

3.2.2 快速检测、准确判断故障

如果不借助检测装置,对于终端、采集设备中配置的参数、时钟、存储器、485端口等设备异常,只能通过现场更换终端、采集设备排除故障,势必造成因判断不当拆除,或计量人员无法分拣。现场检测装置可实现自动获取数据,自动开展数据分析,且整个测试过程为傻瓜式操作,自动逐项进行检测,并将检测结果显示在显示屏上。

3.2.3 可操作性强

检测装置满足实际应用的需求,外形设计上使用了手持机的方式,属于独立设备,可通过红外接口和RS485接线进行通讯测试,操作过程中不需要人工干预,自动显示检测的进度和检测结果,操作简单,容易掌握。

4 结语

在配变终端、采集设备运行维护中,若无专业装置,现场只能采用更换终端、采集设备的方式进行排查故障,造成资源浪费、工作效率低。本文结合工作需求,研发了一款配变终端与用电采集设备现场检测装置,可在现场自动判断故障点是属于RS485布线问题还是终端、采集器故障,同时对终端、采集器的参数、时钟等异常进行自动修复,提高配变终端、采集设备的运维效率,提升用电信息采集率。

摘要：针对公用配变、电力用户信息采集运行维护中,存在故障率高,故障判断困难等问题,本文研究了一款配变终端与用电采集设备现场检测装置,实现在现场对配变终端、用电采集设备的电源、参数、485端口、存储器、时钟的自动检测,判断故障点,由此提高采集运维效率,提升用电信息采集率,降低采集运行成本。

关键词：配变终端,用电采集设备,现场检测装置,研发

参考文献

[1]Q/GDW-11-099-2010,公用配变监控终端技术规范[S].北京:中国电力出版社,2010.

[2]Q/GDW373-2009.电力用户用电信息采集系统功能规范[S].北京:中国电力出版社,2009.

[3]陈盛,吕敏.电力用户用电信息采集系统及其应用[J].供用电,2011,31(01).

[4]用电信息采集信号现场检测及管理研究[J].科技广场,2015,6.

用电信息采集终端检测装置技术协议 篇2

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用电信息采集终端检测装置技术协议

1．范围

本技术规范适用于用电信息采集终端检测装置（FKC-301）的订货，能够校验集中器、专变终端、用电管理终端和三相电能表。

本技术规范未提及的技术条件需符合《Q/GDW 373-2009》至《Q/GDW 380.6-2009》和《DL/T698-2010》相关规程和标准规定。

2．引用标准

Q/GDW 373-2009 电力用户用电信息采集系统功能规范 Q/GDW 374-2009 电力用户用电信息采集系统技术规范 Q/GDW 375-2009 电力用户用电信息采集系统型式规范 Q/GDW 376-2009 电力用户用电信息采集系统通信协议

Q/GDW 377-2009 电力用户用电信息采集系统安全防护技术规范 Q/GDW 378-2009 电力用户用电信息采集系统设计导则

Q/GDW 379-2009 电力用户用电信息采集系统检验技术规范 DL/T 645-1997

多功能电能表通信规约 DL/T 645-2007

多功能电能表通信规约

Q/GDW 129-2005

电力负荷管理系统通用技术条件 Q/GDW 130-2005 电力负荷管理系统数据传输规约

DL/T698-2010.3 电能信息采集与管理系统:电能信息采集终端技术规范

 DL/T698-2010.4 电能信息采集与管理系统:通信协议  JJG597-2005 交流电能表检定装置检定规程  JJG307-2006 机电式交流电能表检定规程  JJG596-1999 电子式电能表检定规程

注：上述几个标准中的所有引用标准中的所有条款均作为本技术条件的引用，不再逐一列出。           

3．技术条件

采集终端检验装置的生产完全符合上面引用文献中的各项国家标准和规程中的有关技术要求。

装置的表位数为：16表位(8个专变III型，8个集中器)3．1性能要求

3.1.1、装置精度

装置精度：0.1级。

标准表精度：0.05级。3.1.2、电压、电流档位

电压档位：57.7V、100V、220V、380V。

电流档位：0.001A、0.005A、0.01A、0.05A、0.1A、0.5A、1A、2.5A、5A、10A和25A。

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3.1.3、电压电流调节： 电压调节范围：0%～120% 调节细度：10%、1%、0.1%、0.01％、0.001%。3.1.4、相位调节

调节范围：0～359.99°；

调节细度：10°、1°、0.1°、0.01°。3.1.5、频率调节

调节范围：45Hz～65Hz；

调节细度：1Hz、0.1Hz、0.01Hz 3.1.6、负载变化率: 电压输出：≤±0.3% 满度值 电流输出：≤±0.3% 满度值 相位输出：＜±0.3° 频率输出：＜±0.5% 3.1.7、稳定度和失真度

功率稳定度：≤0.05%/120秒 波形失真度：≤0.8% 3.1.8、输出功率

电流>1000AV/相.电压>500VA/相。3.1.9、三相对称度: 任一线电压和相电压与其平均值之差不大于0.5%； 各相电流与其平均值之差不大于1%；

每个相电流与对应相电压之间的相位差之差不应大于2°。3.1.10、监视仪表准确度等级及分辨率： 电流、电压：±0.2%。相位：±0.5° 频率：±0.2% 3.1.11、谐波输出

谐波次数：2～21次；

谐波幅度：相对基波0～40%；

谐波相位：相对基波0～359.9度； 叠加个数：1～10。3.1.12、工作环境

工作电源：3×220/380V±15%，50Hz； 工作环境：0℃～30℃；

3.2功能要求

3.2.1、电能脉冲

1，检测路数：2路（有功、无功）。

2，脉冲宽度：60～80ms。

3，输入方式：有源、无源脉冲。3.2.2、脉冲输出

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1，输出路数：8路。

2，脉冲宽度：1～1000ms可调

3、输出电平：无源、+5V、+12V。

4，输出方式：有源脉冲或无源脉冲。3.2.3、控制检测

1，输入路数：4路。

2，输入方式：应为不带电的开／合切换触点。

3，检测方式：脉冲检测，电平检测。3.2.4、遥信检测

1，输入路数：8路。

2，输入方式：应为不带电的开／合切换触点。

3，检测方式：通、断次数不少于105 次。3.2.5、直流电压输出

1，输出回路：1路。

2，输出容量：0～12V直流电压。

3，调节细度：约0.01V。3.2.6、直流电压测量

1，测量回路：1路。

2，输出容量：0～25V直流电压。

3，测量精度：<1%。3.2.7、直流电流输出

1，输出回路：1路。

2，输出容量：1～30mA直流电流(负载100Ω)

3，调节细度：约0.1mA。3.2.8、门信号

1，输出回路：1路。

2，触点寿命：通、断不少于105 次。3.2.9、报警信号

1，输入回路：1路。

2，输入方式：应为不带电的开/合切换触点。3.2.10、秒脉冲检测

1，检测回路：1路。

2，日误差准确度：<0.01秒;

3、晶振稳定度：±1×10-9

4、频率测量准确度：±2×10-6

3.2.11、通信模式

1、本地通信维护接口：RS232和RS485。

2、每表位共计3路RS485接口1路RS232接口。

3、装置支持GPRS/CDMA、RS232、小无线等通信方式。

4、每表位支持以太网和RS232与终端通信。

3．3功能特点

 支持中国电力科学研究院《采集终端功能测试软件SGC_GJ_02》. 能够检测支持交流采样具有计量功能的采集终端。

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 可以检测用电管理终端、专变采集终端、集中器、采集器和电能表。 终端III型、集中器支持一体式接线表座，实现电压、电流、信号端子的一次性接线。

 专变终端I型、专变终端II型支持手动接线。

 支持秒脉冲检测、日计时误差、0～30mA直流电流输出。

 选配载波通信模块, 支持青岛东软、北京晓程、深圳瑞斯康。 选配功耗测试单元可以测试每表位终端的功耗. 模拟电能表支持DL/T645-1997和DL/T645-2007规约。

 支持电压接地故障抑制试验、电压暂降和短时中断试验、谐波影响量。 具有高稳精密时钟源，准确测量日计时误差。

 计算机通过网线与装置连接控制，装置的100M高速通信。

 电流自动短接功能。不挂表的表位实现电流自动短接，省去短接电流线。 与终端通信方式：RS232、RS485、网络、GPRS/CDMA。

4．结构要求

4.1 结构形式

采集终端检测装置为分体式结构，电源柜和挂表架分离。装置标配为16表位，8个专变表位和8个集中器表位，其尺寸大小为：

电源柜：(高)1820mm×（宽）800mm×(长)800mm 挂表架：（长）2600mm×(高)1850mm×(宽)650mm 4.2 一体式表座

一体式表座支持专变采集终端、集中器的快速接线。其引脚的功能定义和尺寸完全满足《Q/GDW 375-2009 电力用户用电信息采集系统型式规范》要求。

专变III型表座

集中器表座 4.3 测试导线

每表位标配有一体化表座、四组12芯信号测试线、网络测试线和RS232测试线。

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信号测试线

RS232测试线

网络测试线

5．测试项目

用电信息采集终端检测装置（FKC-301）对采集终端的性能功能测试项可以实现以下功能试验项目。

                               硬件测试 常温基本误差 时钟召测和对时 基本参数设置 状态量采集

电能表数据采集 12个/分脉冲量采集 120个/分脉冲量采集 电压基本误差 电流基本误差

有功功率基本误差 无功功率基本误差 功率因数基本误差 实时和当前数据 直流模拟量采集 历史日数据 历史月数据

电能表运行状态检测 电压越界事件 电流越界事件

视在功率越界事件 直流模拟量越界

TA/TV变比及电能表常数 启动试验 潜动试验 走字试验 时段功控

厂休功控

(专变终端)(专变终端)(专变终端)(专变终端)营业报停功控

当前功率下浮控

功率控制的投入或解除

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                                           总加组日和月电量采集

月电控

购电控

遥控功能

电能量定值闭环控制 催费告警

终端参数变更 抄表参数

费率时段参数 保电功能

剔除功能

电流反向事件 电能表常数变更事件 电能表时段变更事件 电能表抄表日变更事件 电能表电池欠压事件

(专变终端)(专变终端)(专变终端)(专变终端)(专变终端)

(专变终端)(专变终端)电能表编程次数变更事件

电能表最大需量清零次数变更事件 电能表示度下降事件 电能表断相次数变更事件 电能表飞走事件 电能表超差事件

电能表时间超差事件 终端相序异常事件 终端停/上电事件

电压断相事件

电压/电流不平衡超限事件 剔除试验

购电参数设置

终端RS485抄表错误事件 失压事件 电源影响量 谐波影响量 频率影响量 电流不平衡影响量 抗接地故障抑制 功耗试验

定时发送一类数据 定时发送二类数据 载波透明转发

载波数据转发

载波成功率统计 72小时试验

（集中器）（集中器）（集中器）

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6、装置配置

              程控电源柜一台 挂表架一台

GPRS拔号器一台

GPS-T接收器（含GPS天线）一套； 5、24口网络交换机一台； 总控中心一台

载波通信模块一台

功耗测试模块一台(选配)信号测试导线一套（16*4根）

网络测试线、RS232测试各线一套（16根）电压测试线一套。装置使用手册一本 软件使用手册一本 出厂检测报告一份

（备注：装置的默认配置和价格不含功耗测试模块。）

7．质量保证和其他

7.1质量保障

在正常工作条件下，采集终端检测装置可靠寿命不少于5年，平均使用寿命为10年。7.2售后保证

售后保证：服务响应时间2小时以内，72小时到达。质保时间：产品自售出之日起三年内免费维修，终身保修。

安装培训：交货时由三晖公司负责安装调试，提供免费培训，使操作人员熟悉仪器使用方法和维护保养知识。

搬迁协助：供货方应协助使用方进行试验设备二次搬迁调试工作。软件升级：三晖公司对售出产品的软件和固件终身免费升级。

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专变用电信息采集终端故障分析 篇3

关键词：专变用电信息采集终端；运行；常见故障；分析

中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 24-0000-01

近年来，随着我国电力行业的不断发展，用电用户的数量也在不断地增加，而传统的抄表计量方式已经不能适应我国当前电力行业的发展，因此，用电信息采集系统就应运而生了。

近两年来，我国电力行业中的用电信息采集系统发展速度很快，但实际上其上线率与抄表成功率还是相对比较低，特别是作为承担着大电量专变用户的用电负荷控制、电能量监控等的专变用电信息采集终端，其运行的不稳定性对于我国数据采集终端的全面应用有着一定的制约。因此，我们要对专变用电信息采集终端的运行功能以及常见故障进行深入的分析，从而保证专变用电信息采集终端的正常运行，并进一步实现用电信息采集系统的全面应用。

一、专变用电信息采集终端的工作功能

当前我国的专变用电信息采集终端所覆盖的功能包括五个方面，即数据通信、数据采集、数据处理、负荷控制以及维护功能。（1）数据通信。专变用电信息采集终端的数据通信主要包含两个方面，一是终端与主站的通信，二是终端与电能表的通信。（2）数据采集。专变用电信息采集终端通过下行通信与电能表通信，从而对电能表的数据进行实时监控与接收。（3）数据处理。专变用电信息采集终端能够对电能表所采集到的数据进行解析，并将系统判定的重要信息上报到主站。（4）负荷控制。专变用电信息采集终端可以接收主站的控制命令，进行跳闸来停止对专变用户的供电，或者是进行合闸来继续对用户的供电。（5）维护功能。专变用电信息采集终端可以利用有效的设备进行相关数据的备份与升级，从而对自身的通信通道进行远程维护。

二、专变用电信息采集终端的常见故障分析

（一）专变用电信息采集终端的通讯类故障。这类故障在实际生活的应用过程中，我们还可以具体分析五类，即IP地址的无法获取，设备掉线或是无法上线，身份验证无法通过，注册前置机失败以及通讯设备损坏。其的具体表现为，专变用电信息采集终端在正常安装到使用现场后，其拨号正常且信号强度也显示正常，但其仍是无法通过身份验证并及时获取IP地址，更没有相应的提示信息。从笔者的实际经验来看，造成此种现象的原因可能是由于专变用电信息采集终端在搬运过程中出现了某些问题，导致终端内部的通讯模块松动，或者是由于使用现场的环境问题，而导致的通讯模块的变形扩张，从而使得终端内部的SIM卡槽松动，并进一步导致SIM卡接触不良。

另一方面，SIM卡表面存在污渍或者SIM卡表面的铜模被氧化以及专变用电信息采集终端的天线松动等也都能导致此类故障的发展。

（二）专变用电信息采集终端的数据采集类故障。此类故障，在我们的实际应用中还可以细分为两类，即终端安装后无法采集电能表数据和使用过程中无法采集电能表数据。在专变用电信息采集终端安装到使用现场后，发生的数据采集故障，其主要原因可能是终端表计地址、数据位等参数的错误设置，或者是终端与电能表之间的采集协议不匹配等。而在专变用电信息采集终端的使用过程中，突然地数据采集故障，其的主要原因可能是现场表计停电所致，或者是表计本身程序的设计缺陷所导致的电表堵死等。

三、处理专变用电信息采集终端故障的主要方法

（一）专变用电信息采集终端的通讯设备损坏问题的确定。终端本身内部通讯设备的损坏与SIM卡损坏或SIM卡数据损坏所表现的故障问题相类似，所以，对于终端的通讯设备损坏，我们要具备相应的确定方法。

首先我们可以用一张确信有效的备用SIM卡来替换终端内部的原SIM卡，如果在重新启用终端后，成功注册并上线，则说明为原SIM卡的故障问题，其由移动公司来解决；但如果问题依旧没有得到解决，我们就可判断为终端的内部通讯设备的损坏故障。

（二）专变用电信息采集终端通讯类故障的处理方法。对于专变用电信息采集终端的身份验证无法通过，IP地址无法获取等故障的处理，我们可以首先将终端内部的SIM卡取出，并将SIM卡表面的污垢进行及时地清理，然后再将SIM卡重新放入终端内。另一方面，我们还要对终端的天线连接进行查看，并对其进行稳固，保证终端使用现场的信号强度达到标准要求。一般性的通讯类故障问题，在此处理方法下都能得到解决，否则，技术人员可以考虑专变用电信息采集终端的更换问题。

（三）专变用电信息采集终端数据采集类故障的处理方法。对于终端安装后的数据采集故障，我们可以根据表计厂家提供的说明书以及实际现场的表计接入情况，对各个参数进行核准，从而解决参数设备有误的问题。

而对于终端在使用过程中的数据采集故障，我们可以指派技术人员到实际现场将表计进行重新起到或是更换其他型号的电表。

（四）专变用电信息采集终端的其他故障问题的处理方法。比如说，对于表计485端口损坏等问题，我们可以将485端口损坏的表计进行及时地更换，以保证表计功能的正常使用。同时，我们还要注意终端的升级维护问题，终端设备的定期升级可以在一定程度上对其起到维护的作用，从而保证专变用电信息采集终端的正常运行与使用。

四、结束语

专变用电信息采集终端作为我国智能电网应用、发展的主要内容之一，其的正常运行及广泛使用对于我国电力行业的发展、壮大有着不可忽视的现实意义。尽管，我国智能用电信息采集系统的发展速度较快，但是在实际的使用过程中，其所表现出许多问题与缺陷，并在一定程度上制约着我国智能电网的普及。因此，我国在提高电力行业技术人员的专业技能的同时，还要制定相关制度规范我国用电信息采集终端的生产与制造，从而从基础上为我国智能电网的实现奠定良好的基础，并推动我国电力行业的进一步发展与壮大。

参考文献：

[1]于朝惠.浅谈专变采集终端常见故障的分析处理[J].建筑遗产，2013（08）.

[2]陈静.浅析专变用电信息采集终端通讯故障[J].科技资讯，2013（07）.

[3]龚舒.浅析专变用电信息采集终端运行及维护[J].科技创新与应用，2013（18）.

[4]王虎飞.浅谈专变采集终端常见故障处理[J].中小企业管理与科技，2012（12）.

土壤墒情信息采集终端设计研究 篇4

将土壤中的监测探头所测得的值叫做绝对含水率, 土壤的绝对含水率通常有两种表示方法:重量含水率与容积含水率, 这里传感器探测的是重量含水率。它的计算公式为:重量含水率=水分重/烘干土重×100%。重量含水率=容积含水率×土壤容重。可以根据这些关系来来转换成所需要的物理量。土壤墒情监测是指定点定时对土壤含水量及水势进行测定预测, 及时了解土壤水分过多、适宜、缺少与严重缺乏等情况的一项经常性的农业基础工作。做到连续检测土壤含水量的变化, 较好的反映土壤水分的变化趋势[1]。适时掌握土壤墒情, 对于合理灌溉、节约用水、抗旱保收具有重要的指导意义。在我国大部分地区粘壤的饱和含水量不会大于35%, 壤土饱和含水量在31%左右, 砂壤的饱和含水量不会超过30%。

1 结构框图

监测采集系统结构由土壤墒情、雨量、蒸发量、温湿度等前端探头, 电源部分, 通讯模块, 微处理器以及相关接口组成。采集探头可根据实际需要选择。

2 墒情采集

频域反射法 (Frequency Domain Reflectometry) , 简称FDR法, 是通过测量传感器在土壤中因土壤介电常数的变化而引起频率的变化来测量土壤的水分含量[2]。

FDR测量土壤含水量的原理:FDR的探针主要由一对电极组成一个电容, 其间的土壤充当电介质, 电容和振荡器组成一个调谐电路。FDR用100MHz正弦曲线信号, 通过特殊设计的传输线传到FDR探头, FDR探头的阻抗依赖于土壤介质的介电常数。振幅最大时, FDR使用扫频频率来检测共振频率, 土壤含水量不同, 发生共振的频率不同。测量这种振幅, 通过振幅和土壤含水率的函数关系, 然后利用函数关系进行土壤含水率推算。这些关系转变为与土壤含水量对应成为三次多项式关系的电压信号。同轴传输线的阻抗决定于它的物理尺寸和绝缘材料的介电常数ε。

其中r1和r2分别是信号导体和屏蔽导体的半径。

传感探头供电电压5~12VDC, 工作电流25m A, 测量范围0~100%, 输出信号0~2.5VDC, 工作温度-20~65℃, 精度±3%, 特殊标定后±2%。接线为四线制, 一组为电源输入和信号输出。

3 可选采集参数

通过对RTU配置, 该通道可根据需要选择。雨量桶两线制, 直接输出开关信号, 脉冲个数由微处理器计数。根据计数和雨量桶的计数单位可计算出雨量。蒸发器工作过程同雨量计, 通过对补水翻斗脉冲计数折算出蒸发水量。温、湿度两线制, 直接测量探头电阻变化, 变换出温湿度。风速传感器输出频率的信号, 风向传感器的变换器为码盘和光电组件。当风标随风向变化而转动时, 通过轴带动码盘在光电组件缝隙中转动。产生的光电信号对应当时风向的格雷码输出。变换器采用精密导电塑料电位器, 将检测参量变换为0~5V或者4~20m A终端所需信号。

4 控制终端

XC95144XL高特性CPLD与ATmega128A作为采集控制芯片。ATmega128A是一款高性能、低功耗AtmelRAVR八位微处理器。ATmega128为基于AVR RISC结构的8位低功耗CMOS微处理器。由于其先进的指令集以及单周期指令执行时间, ATmega128的数据吞吐率高达1MIPS/MHz, 从而可以缓减系统在功耗和处理速度之间的矛盾。

微处理器统筹仪器的数据采集和处理、传输。通过内置A/D将传感器采集过来的模拟信号转换成数字信号, 并按照预先设计的校正函数进行修正。控制发送模块进行数据发送。

CPLD选用XC95144XL10TQ144C, 其最高主频可达178 MHz, 144个宏单元和3200个可用门电路, 其TQFP封装有117个可用I/O引脚, 满足各种采集设计需要;实现异步存储器Flash扩展;产生必要的逻辑控制和时序, 通过DMA将数据从缓存区读取SDRAM等。

通过GPRS模块通过串口与微处理器相连, 发送短信数据, 根据召测或者定时回发采集数据至数据发布中心。

5 数据标定拟合

测量土壤饱和含水量和对应的电压值:将传感器插入土壤中, 测量饱和电压值。在墒情测站观测场距传感器1平米内, 用铝盒分别取10、20、40cm三个深度的土样, 取3个铝盒, 分别记录铝盒编号、盒重, 取3份土样放入铝盒, 分别记录湿土+盒重。将3盒土样放入烘干箱中, 温度105度进行恒温烘干4-6小时。用烘干法测出其饱和含水量[3]。

土壤重量含水量计算公式:

式中θ为土壤重量含水量, w1为湿土+盒重, w2为干土+盒重, wo为铝盒的重量。

传感器输出电压信号0~2.25V对应的含水量0~0.32, 通过三次多项公式回归添加趋势线确定标定关系。三次次多项式的方程转换法标定:θ=-0.5603x3+1.7359x2+13.186x-0.148是此种壤土的特性曲线公式, x代表传感器输出电压信号, θ代表含水量。RTU终端设备自动采集出一个X值通过此公式计算出土壤的含水量。土壤容重与土壤类型、形状等密切相关, 不同地区差异较大。为保证检测准确和普遍性, 需要对不同的地土质校核标定[4]。

6 结束语

在监测点按照10cm、20cm和40cm不同的深度埋设三个传感器, 通过传感器测量出电压信号和该标定的关系换算出来含水量的数据, 真实反映出广州该站点土壤墒情信息和趋势。为墒情监测决策系统提供了实时、准确、连续的数据来源, 提高了墒情监测、决策的自动化和智能化水平, 有利于防灾减灾。

摘要：基于频域反射FDR原理监测土壤含水率, 设计研究在线监测系统。RTU终端可设采样周期和时间, 根据需要召测采样。采用标准的烘干称重实验对测量结果进行标定拟合。实现对土壤墒情实时连续检测, 对智能决策具有重要现实意义。

关键词：FDR,在线监测,标定拟合

参考文献

[1]张宪, 姜晶.基于FDR技术的土壤水分传感器设计[J].自动化技术与应用, 2011, 30 (11) .

[2]基于频域反射的土壤水分探测传感器设计[J].传感技术, 2011, 24 (9) .

[3]SL 364-2006土壤墒情监测规范[S].北京:中国水利水电出版社, 2006.

采集终端设备 篇5

一、卷烟零售终端信息采集操作中存在的问题

（一）卷烟零售终端信息采集网络不健全，渠道不畅通。无论是零售终端机采集还是人工采集，都是在多渠道卷烟市场管理信息网络和大容量经济信息来源的支撑下完成的。如果没有丰足而真实的信息资源，卷烟零售终端信息采集工作就不可能在瞬息万变的市场经济环境中把握工作的主动权。然而，在我们烟草系统中，却没有很好地重视信息的收集、开发和利用工作，没有很好地构建一套完整、严密、科学的信息管理网络体系。其主要表现是：（1）基层单位的信息收集不齐，信息源还未能开拓到尽可能广泛的程度。（2）有些信息渠道虽已开通，但还没有充分发挥效用。（3）部分信息渠道时常出现阻塞现象，形同虚设，实际上只是连着一些信息“空白点”。

（二）信源渠道狭窄，占有的信息质量偏低。实施卷烟零售终端信息采集工作后，一些基层卷烟市场部及客户经理依赖有证卷烟零售户自己填报方式间接获取的信息，而有些卷烟零售户在规范经营中存在不同程度的问题，还存在这样或那样的思想顾虑（税收政策、工商管理费用、同业竞争等）。同时有些地方还存在大量的无证卷烟零售户（大多是移民搬迁户和下岗人员），经营者法制意识淡薄或对法律法规认识不足，分布较广，管理难度大，扰乱正常经营秩序，卷烟社会库存量一部分在无证卷烟零售户手中，而不在我们采集范围内，这样就会造成信息被人为地进行了技术处理，只为报表而报，多少有些失真。另外，录入综合业务平台的数据资料还存在残缺不全和时间滞后的问题。

（三）卷烟零售终端信息采集方法相对单一，缺少灵活性，致使采集工作出现漏洞。科学、合理的采集方法应该是根据本辖区的实际，采取人机结合、动静结合等灵活多样的方式开展采集工作，这样才能使采集工作有的放矢。而有些地方或是仅仅依托于零售终端机采集，或是进行人工采集，但往往由于占有数据资料不充分、采集指标的不科学、采集人员的素质不高等问题，使采集工作出现很大偏差。

另外，还存在信息收集、传递、整理、分析的制度不健全，奖罚措施未完善等各项基础性配套工作未跟上的问题，这些都不同程度地影响采集工作质量的提高。

二、完善、强化卷烟零售终端信息采集工作的几点意见

（一）建立良好的卷烟市场秩序，加强专销结合力度

在全县范围进一步提升诚信等级管理水平，加强对卷烟零售户的服务，规范货源供应，在确保诚信零售户利益的前提下实现双赢。充分运用现行的专卖政策，主动为零售户营造良好的经营环境，努力避免无序竞争，保护诚信户的应得利益。适度调整网点布局及扩网、特别是对无证经营行为要引起高度重视，对符合办证条件的零售户纳入网内，对不符合办证的经营户，分

步清理整顿，并对挂靠户跟踪服务和管理。

（二）建立多元化的卷烟零售终端信息采集网络

如果没有丰足而真实的信息做后盾，采集就会成为“无源之水、无本之木”，即使采集指标设计再科学、采集办法再完善、采集手段再先进，也是“巧妇难为无米之炊”。因此，客观上要求打破部门界限、行业界限，扩大信息采集的开放程度，尽快建立一个纵横交错、内外相联、专销结合、辐射范围广、传递速度快、监控能力强的烟草信息采集网络。只有把信息工作的“触角”延伸到社会的四面八方，多层次、多角度地了解情况，观察问题，获取信息，为信息采集提供第一手资料，保证信息采集的时效性和及时性。

（三）完善人机结合采集方法

如何加强卷烟零售户的跟踪控管，探索并完善信息采集方法是及时、准确地掌握信息数据变化情况，提高信息采集质量的一个重要条件。目前，最佳的选择是实行“人机结合”的办法，并成立采集小组，以解决随意采集、盲目采集和重叠采集的问题。人机结合，就是人工采集与零售终端机采集相结合。两者的结合，能够有效地弥补了对方采集中存在的缺陷，实现多层次监控。

（四）制定严谨、科学的各项工作制度

严谨、斟学的工作制度，是提高信息采集真实性、准确性的重要保证。如果没有制度加以规范和约束，信息采集工作就很难有序地组织起来或持久地开展下去。因此，我们应尽快地建立一套完整的切合实际的信息采集（传递、管理、反馈）制度，调查研究制度，工作联系制度，协调例会制度，信息通报制度，信息采集工作报告制度和奖罚制度。进一步明确信息采集职责和范围，传递手续和时限，奖、罚措施和办法等等。

（五）搞好培训，提高信息采集人员的业务水平

采集终端设备 篇6

【关键词】收费管理系统；终端通讯技术；采集数据

随着科技的不断发展，通讯网络技术和信息技术也得到了提高，终端通讯数据的采集与分析技术能在不同的通信场合实现信息的接收，且具有功耗低、成本低、方便快捷等特点。要实现收费管理系统在手机和分析终端通讯数据是更为精准和便利，很有必要确定串行通讯格式与协议的转换和统一。由于本次研究所应用的是国外的收费管理系统，系统內核不可避免地存在着内核的不确定性和不透明性，因此无法运用系统的内核分析数据并得到结果[1]。为此，可以巧妙运用MCS-51单片机中的开发器对串行通讯的数据进行截获，并在反复的试验下，通过详细的分析与细致的检验，找到系统的内在运行规律和系统所反映的通讯数据的具体格式，进而分析数据所代表的具体意义。

1、确定串行口数据的发送方式

串行接口指的是数据一位一位地顺序地传送出去，其特点是通信线路较为简单，只需一对传输线就能够实现双向通信，这样就使得传送成本得以大幅度地降低，因此串行接口适用于近距离的通信，但其传送速度比较慢。一条信息的各位数据被逐位按顺序传送的通讯方式称为串行通讯。串行通讯的特点属于数据位的传送，传送方式是按顺序进行，至少只需一根传输线就可以完成传送工作，传送的成本相对较低但传送速度较慢。串行通讯的距离可以从几米到几千米。

分析该收费管理系统的串行口数据的发送方式，可以从了解系统的工控机和键盘开始。深入观察发现，系统的磁卡机与工控机之间是运用RS-232C为串行通讯接口的，且该接口为异步串行通讯接口。一般情况下，串行口所采用的数据发送方式一共有四种，分别是方式0、方式1、方式2以及方式3。以传统的处理方式，将发送方式的具体模式输入示波器进行检测，可以得到该系统的通讯模式的具体波形。经过详尽的分析比对，可以精准地确定烯烃的数据发送方式[2]。在系统运行正常的情况下，磁卡机周期性地发出了如下图1所示的发送信号波形。

为进一步展开分析和研究工作，需对串行接口的四种工作方式中所具体表现出来的通讯形式与该系统的波形信号进行比对，以得出系统的串行通讯的工作方式，经过对比分析发现其串行口的工作方式为模式一。

串行口工作的方式1是在设定的SM0、SM1为01的情况下出现的，它的数据传输率是可变的8位异步通信方式，即：由TXD发送，RXD接收，一帧数据为10位，1位起始位，1位停止位8位数据位。串行口工作的方式1的数据传输率取决于定时器1或2的溢出速率和数据传输率是否加倍的选择位SMOD。如图2所示：

根据模式1的具体特征，在获取该波形信号的数据信息时，要去掉数据的其实为何停止位，这样，就选取了随货取得两端进制为二的数据：

（00001100） （10110001）

对数据进行反向处理，则有：

（00110000） （10001101）

将这两段二进制数据转化为十六进制数据，则为：

（30H） （8DH）

2、通讯波特率的确定

在电子通信领域，波特率事实上就是调制速率。在信号被调制出来之后，在单位时间内符号传送的变化，即单位时间内载波参数变化的次数，就是通讯波特率。通讯波特率是对符号传输速率的一种度量方式和数量计算，1波特即指每秒传输1个符号。

通过运用NCS51单片机的开发器来设置各种各样的波特率，来接收上文所提及的磁卡机向工控机所发送的数据信息，假如所接收到的数据信息为30H、8DH，并且体现出一定的周期性，就证明NCS51单片机的开发器所设置波特率与系统串行接口的通讯波特率是相同的[3]。运用NCS51单片机的开发器时，可以用定时器1来作为波特率的发生器，并将开发器的波特率设置为定值，对TH1与TL1进行设置，以此改变波特率，具体可按以下公式计算：

在循环往复的试验下，通过不间断地变换TH1与TL1，当TH1与TL1设置为FDH之时，收集到的数据信息与数据的信号波形相契合，并可以计算出该系统的磁卡机想工控机所传诵的数据的波特率为9.6K。

3、串行数据的接收

串行数据输出是将组成数据和字符的码元，按时序逐位予以传输。该方式需要在信道数目较少的情况下进行，一般是运用于远距离无线通讯。传输时，传送和接收两方均要有约定，以统一格式传送和接收数据。串行通信一次只传送一位二进制的数据，从发送端到接收端只需要一根传输线[4]。串行方式虽然传输率低，但适合于远距离传输，在网络中（如公用电话系统）普遍采用串行通信方式。

根据磁卡机向工控机发送的数据，可以发现，该系统的设计思想是将磁卡机和工控机之间相互传输熏洗的串行接机上，连接好接口板和对应线，让接口板上能够有过路信号通过。在这种情况下，运用NCS51单片机的开发器的串行口进行中断操作，并详细地编写中断服务程序，使得截获的数据能够被存储到所制定好的单元，方便之后的分析与使用。

4、串行数据的细化接受及分析

收费操作系统的运行过程必须遵守一定的操作规范和操作原则，收费必须严格按照程序要求和相关标准进行。在此次的试验过程中，可以明显地发现，每次操作都很有可能会使得工控机和磁卡机二者所产生的通信讯号不大相同，这些信号对于建立通讯协议具有重要的作用，是通讯协议建立所必不可少的东西[5]。通讯协议对于系统的具体操作和通讯网络的结构创建具有重要的意义，因为通讯协议是通过将通信信道和设备相互连接起来，构建多个不同地理位置的数据通信系统，使其能通过一定的协议的设定在工作中实现信息交换和资源共享，通讯网络之间必须具有共同的语言，这样，网络化的通讯工具在执行交流工作时，交流什么、怎样交流及何时交流，都能够遵循某种互相都能接受的规则，并在通信协议的制约下进行合理的操作。

本次的实验研究过程中，收费管理系统的通讯协议就是在工控机和磁卡机之间互相发送和响应的数据在信号的交换之中建立起来的。此次的研究方法同样可以用开获取此卡的数据格式等各方年的数据信息。这些信息与数据的取得，是完善系统通讯协议的基础。

小结

本次的研究是在未能明确掌握收费管理系统的核心技术即串行通讯的各种格式与通讯协议的情况下上进行的，本次研究采用的是传统的数据分析法，该方法不仅简洁便利，而且操作过程相当可靠。在数据分析法的有效解析下，系统的串行口中所有的通讯数据都获取到了，对系统有了更为深层次的掌握。在这个基础上，本次研究开发了IC卡的读写系统以、对报价的识别系统以及语音发送系统，这对于优化收费管理系统的整体水平，提高收费管理系统运行机制的效益具有积极的意义。总之，收费管理系统终端通讯数据的采集及分析对于优化收费管理系统具有重要的意义。

参考文献

[1]刘辉.提高高速公路收费服务水平 完善收费服务设施[J].现代经济信息，2012（10）：23-24.

设备运行状态声音采集分析系统设计 篇7

噪声是设备运行中的重要参数之一,其中包涵了有关运行状态的丰富信息。目前,对于设备运行状态特征的测量主要是采用加速度等接触式传感器,来面向相应的物理学参数进行测量,例如切削力大小,位移等。这些测量方法对于传感器的安装和实验设备要求具有一定的局限性。本文搭建的设备运行状态声音采集分析系统,采用无接触式传感器进行噪声测量,通过时、频域分析方法,可以精确获得设备的运行状态,用以保证设备的正常运行。

1 测试系统的硬件组成

系统的硬件组成由高灵敏度传声器、信号放大器、信号调理仪、A/D采集卡以及计算机组成,如图1所示。系统采用CHZ223型驻极体传声器,其理论灵敏度为-29.0d B re 1 V/Pa。前置放大器采用4m A恒流源供电,BNC接口输出,适合于远距离信号传送。信号调理仪采用5倍固定增益以调节电压信号。考虑到测试系统的灵活性,选取USB-2523型采集卡,最大采样频率可达1MHz,采样分辨率为16 bits,能够满足绝大多数的设备噪声采集要求。通过搭建声音采集分析系统的硬件平台,实现对设备运行状态的实时监测和高精度测量。

2 系统的软件开发

2.1 软件功能模块

声音采集分析系统的软件部分是基于声音对设备运行状态监测技术的核心。本文所介绍的采集分析系统支持多通道声音信号采集、不同型号传感器标定。系统包涵丰富的数字信号分析处理算法,如时域加窗、FFT算法、数字滤波函数等,以满足采用多种算法结合的分析方法的要求。通过系统软件模块对噪声信号进行分析处理,完成对设备运行时所产生噪声中的特征变量的辨识,达到对设备运行状态的监测。另外,系统软件应具有一定柔性,以满足不同的测试条件和设备要求。测试系统的软件功能模块框图如图2所示。

本文所介绍的系统是基于visual studio2008开发平台开发的。噪声采集界面如图3所示,分析界面如图4所示。

2.2 传声器的标定

传声器采集到信号是在声场中某一点距离声源的振动时域信号。图4中振动图(通道1)所示的是经A/D转换成电压值后的噪声振动信号。系统采集过程中,传感器的灵敏度起到了关键的作用,灵敏度的计算如式1所示。

式中:S—传声器的声压灵敏度,m V/Pa。

U—传声器输出端电压,V。

p’—校准器中的声压,Pa。

校准器的声音信号输出一般用声压级表示,利用公式2将声压级换算回声压:

式中:p 0——基准声压值,取20μPa。

Lp——校准器中的声压级,d B。

实际测试中,由于p的大小趋近与1 Pa,将电压信号转变为声压信号的方法一般是将电压有效值除以系统灵敏度,系统灵敏度包括了传声器的灵敏度、放大倍数、以及各种滤波衰减。不同实验条件下的系统灵敏度各自不同,实际测量中系统灵敏度可以通过校准器来校准。本文中采用的校准器发出的1000Hz,94db的标准正弦信号,通过测试系统采集校准器发出的信号,得到的电压有效值即为系统的灵敏度,单位为m V/Pa。通过测量计算得到本文所介绍的噪声测试的实际系统灵敏度为165.4m V/Pa。

转化为的声压信号为瞬时声压,瞬时声压由于变化太快,不方便使用,一般采用有效声压进行计算。在一定时间间隔内,瞬时声压对时间取均方根值则为有效声压,如式3所示:

式中:p——瞬时声压值,也就是振动幅值,Pa。

T——平均的时间间隔,可以是一个周期或者比周期大得多的时间间隔,s。

得到有效声压之后,计算出有效声压的声压级,如式4所示:

式中:Lp’为噪声信号的声压级

换算声压级后的信号图如图6所示。

3 测试实验

本文通过实验来验证测试系统采集分析模块的性能。测试实验基于HK5032型铣床,对简单的金属铣削过程进行噪声测试,实验现场运行图如图5所示。实验采用单通道信号采集,为了使测量数据最大程度的接近实际情况,将传声器架设在距离铣削加工面0.2m的位置,并对传感器系统进行调试和改善,以尽量减少背景噪音的干扰。

为了保证采集信号的高保真性,采用44100Hz的采样频率对典型工况进行信号采集。实验选取从主轴静止时刻为零点,到加工结束停止为终点,对噪声信号进行时、频域上的初步地分析。实验产生的噪声信号的振动、声压级、和频谱图分别如图6、图7、图8所示。

设备运行过程中产生的噪声声压级的变化与振动信号的幅值和频率有关。瞬时声压越大,有效声压级越大;频率越高,有效声压级也越大。频域上主要能量集中在3800Hz左右。本测试系统通过铣削噪声测试实验,很好地完成了铣削噪声的数据采集,在线监测和时频分析。在满足现场测试需求的条件下,能够精确地测量到铣削过程中噪声信号的时频域上的特征。系统运行稳定,测试效率理想。

4 结论

通过搭建噪声测试系统,能够对设备运行状态进行实时监测。实现了对设备噪声在时、频域上的基本分析功能,具有可观的扩展功能以及柔性。经分析得到噪声信号的不同特征,可用以对不同工况的识别和监测。通过实验验证,基于噪声信号对设备运行状态进行监测是一项可行的方法,该方法可替代人耳对设备加工状态听测的传统方法。

参考文献

[1]马瑞,王增才,王保平.基于声波信号小波包变换的煤矸界面识别研究[J].煤矿机械2010(5):44-46.

[2]Congpeng Zhang.Development of flexible three-dimensional machining force measurement and analysis system.2011Second International Conference on Mechanic Automation and Control Engineering(MACE),Page(s):7299-7302.

[3]李峥,刘强.基于切削噪声测试的数控加工颤振识别系统[J].机床实验研究技术.2009(2):16-18.

[4]薛宝.C#2008编程参考手册[M].清华大学出版社,2009.

智能采集设备仿真系统设计与实现 篇8

随着控制领域科技的发展,数据采集已经成为测控系统重要的组成部分[1]。智能设备在数据采集系统中发挥着重要的作用。数据采集程序的测试过程需要在实验室部署不同型号的智能仪表,延长了开发周期,降低数据采集程序的测试效率。本文设计的智能设备仿真系统解决了测试过程中部署设备繁琐的问题。它可以同时模拟多种智能采集设备,通过软件仿真就可以替代真实的智能采集设备,显著降低了项目开发周期,提高了测试开发效率。

1仿真系统总体设计

1.1 仿真系统功能

智能采集设备仿真系统的功能是用于实现各种型号数据采集智能仪表的模拟。不同型号的智能采集设备内部体系结构不同,外围硬件接口和通信协议不同,功能也不同。因为只是用于测试采集程序,该仿真系统没有硬件采集模块,也没有连接传感器采集真实的数据,所有的数据都由软件来实现。

图1是数据采集系统结构图[2]。数据采集服务器是采集系统的中心。它通过不同接口与数据采集设备相连,控制智能设备采集数据,通过互联网将采集到的数据传输到数据后台处理中心和显示端。

图2的结构中用智能设备仿真系统替代了各种型号智能设备。该系统有多种通信接口,提供的数据格式与对应型号的设备完全相同,通信协议也相同。在采集程序开发过程中,如果增加一种型号的智能采集仪表,只需在该系统中新增设备的仿真程序,测试阶段不用布置真实设备,用该仿真程序测试采集程序的可靠性与稳定性。

1.2 仿真系统体系结构

智能采集设备仿真系统由3层结构组成。体系结构如图3所示。最底层是硬件部分,硬件核心控制器采用ARM9架构的32位CMOS微控制器,还有内存SDRAM、闪存FLASH以及通信接口硬件部分。中间层是系统层,它负责整个系统的资源调配,主要包含系统内核、硬件驱动程序,以及通信协议部分。最上层是运行仿真程序和CVM虚拟机的应用层,CVM虚拟机是运行仿真程序运行必不可少的部分,CVM具有完好的网络功能,支持Java编写的仿真程序。

2系统硬件设计

系统硬件部分主要由5个模块组成如图4所示。包括:协议处理模块、电源电路模块、网络接口模块、串行通信接口模块和JTAG接口模块。

协议处理模块是系统的控制中心,任务调度、通信协议、功能协调都需要这个模块的支持,该模块具有较高的可靠性和稳定性。它由微控制器S3C2440AL-40,内存SDRAM,闪存NAND FLASH,NOR FALSH以及电源稳压芯片构成[3]。

网络接口模块采用DAVICOM公司的芯片DM9000。由于S3C2440AL-40芯片内部并没有以太网的处理模块,所以使用DM9000作为100 MHz的网络接口芯片。该芯片是一款完全集成的快速以太网MAC控制器,支持32位接口访问内部存储器。此外该模块还有一个型号为H1102NL的网络滤波器芯片,起到信号过滤、隔离的作用。串口通信模块采用应用最广泛的RS 232串口标准。JTAG接口模块在系统软件的移植和调试时起到重要作用,通过外部的JTAG调试电缆或仿真器与该系统连接。

系统中的协议处理模块使用天嵌公司的TQ2440核心板,采用6层军工布线设计,运行稳定。该模块通过192个外围引脚引出了S3C2440AL-40控制器的大部分功能。其他硬件电路选择了天嵌TQ2440开发板底板的部分功能,根据其底板自主设计了仿真系统硬件部分。

2.1 电源电路模块

S3C2440AL-40 CPU的内核供电电压是1.25 V,I/O接口是3.3 V供电,在核心板上使用经过低噪声、低压差线性稳压源MAX8860EUA稳压芯片,为CPU内核提供所需电压1.25 V。I/O接口使用的3.3 V电压由稳压芯片AS2815AR-3.3[4]提供,仿真系统采用的输入电源是5 V,经过稳压芯片稳压,可为系统提供3.3 V的电源。

2.2 网络接口模块

现如今很多智能采集设备都是采用网络接口作为数据传送通道,例如温度采集设备DA100,MX100,DA100的采集模块DS600或DS400也都是通过网口串联的。网络接口是仿真设备必不可少的接口。

DM9000芯片作为网络通信的主芯片[5],它是100 Mb/s自适应以太网芯片,采用的封装是QFP-100P,支持16位数据总线宽度,具有低功耗的特性,有很强的数据处理性能。

它和微控制器的引脚连接如图5所示。IOR,IOW分别为处理器读写信号;AEN为片选信号与NGCS4连接;IOWAIT引脚为处理器命令就绪信号,低电平时候说明上一条处理器命令还没有结束,这条指令等待;LDATA(0-15)是16位数据总线、NRESET 是复位信号;CMD是访问类型信号,低电平访问地址端口,高电平访问数据端口;EINT7是外部中断信号。

3仿真系统软件设计

Linux具有稳定性、开源性、可裁剪的特性,所以选择将Linux内核作为仿真系统的系统核心。移植大体步骤如下[6,7]:

(1) U-boot移植:若没有U-boot,两种启动方式都无法在超级终端上显示。U-boot是系统运行时启动的第一段代码,负责调整系统到启动内核的最佳条件,移植时使用JTAG接口下载U-boot。

(2) Linux内核编译:首先要获取内核并配置编译,通过Make menuconfig命令打开系统配置单,根据具体的硬件设置(硬件上面已说明),去除不需要编译的硬件驱动模块,保存配置单。用Make zImage命令编译出zImage镜像,通过网口烧写到NAND FLASH中。

(3) 构建文件系统:使用的软件是busboy,先配置之后编译,过程和Linux内核很像。把构建好的文件系统镜像烧写到系统中,系统就可以正常启动。

(4) CVM移植,CVM是JAVA虚拟机JVM压缩版,系统中没有内置CVM,需要移植CVM虚拟机支持仿真程序[8,9]。

4系统验证与测试

大量智能设备都采用RS485串口通信协议, 下面以串口采集设备8775A仿真程序测试系统性能[10]。

8775A是青智仪器公司的电参数测量智能仪表,它通过串口与采集主机通信。当它接收到命令格式帧为10H,03H,A1 A2 A3连续帧时会回送数据:7DHA1A2A3D1D2…D52P1P2P37EH。其中7DH,7EH分别代表固定的数据头和数据尾。A1A2A3代表设备地址,30H,31H,35H代表地址15。D1～D52代表该设备提供的数据,分别为电压(D1～D5)、电流(D8～D12)、功率(D15～D19)、功率因数(D22～D29)、频率(D30～D33)、时间(D37～D42)和电能(D43～D49),P1P2P3是送回数据的校验和。采集程序在获取数据后会对连续的数据进行分析,获取有用的数据。该仿真系统在收到发送数据的命令后,判断是否为有效的命令格式,如果是则回送程序模拟的数据,数据格式完全相同。仿真程序流程如图6所示。

仿真程序设置串口的波特率、校验位、数据位等信息。采集程序中的设置应与其一样。保证采集程序和仿真设备有相同的串口设置。通过验证,采集程序可以从该系统采集到电压、电流、功率等数据。图6是通过串口小助手向仿真系统发送的采集命令后收到模拟软件返回的数据。经验证,与8775A设备提供的参数类型一致。同样,为网络接口的设备也可以通过该系统实现仿真。

5结语

本系统首次应用在了国内某大型家电产品公司冰箱测试软件中数据采集部分的测试阶段,通过把编写的智能仪表DA100,UT351,8775A仿真程序下载到本系统中完成了冰箱测试软件采集程序的可靠性测试。

摘要：为了提高采集软件开发与测试周期,在此设计了一种可模拟多型号智能采集设备的仿真系统。系统采用高性能、低功耗的ARM微处理器,有丰富的通信接口模块。只需通过在上位PC机进行相应设置,这种仿真系统可提供与某些设备相同通信协议的数据格式,并可同时模拟多种型号的智能采集设备。在采集软件开发中,可替代智能设备测试采集程序。在此结合了嵌入式技术和仿真技术,开发了一种新型采集软件测试系统。利用所开发的原型系统验证了设计方案的有效性。

关键词：智能设备,数据采集,ARM,仿真系统

参考文献

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[9]刘文.基于ARM平台的Linux内核分析与移植研究[J].现代计算机,2011(7):65-67.

虹膜识别算法和图像采集设备研究 篇9

关键词：虹膜识别算法,图像采集,身份识别

信息化社会的迅猛发展带动了识别技术的快速进步。通过各种手段对被识别目标所提供的信息进行快速鉴别, 以确定被识别者身份, 是身份识别的本质。目前采用的识别方式有IC卡识别、指纹识别、虹膜识别等。其中虹膜识别以其快速、准确、难于伪造特点, 成为识别技术中的佼佼者。但是, 目前的技术发展现状是, 虹膜识别过程中要采集到清晰的高质量图像仍然存在一定的问题。因此, 对虹膜识别算法和图像采集设备的进一步研究改进, 成为了识别技术不断发展的动力。

1. 虹膜识别算法和图像采集设备

人们眼睛瞳孔与巩膜间的区域被称之为虹膜。利用人眼虹膜图像纹理所进行的身份识别, 就是虹膜识别。这种技术拥有许多优越的特点, 例如:有唯一性和稳定性, 以及可采集性等。与其它的非接触式识别相比, 虹膜识别更具准确性。由于人与人之间的虹膜纹理一样的几率为零, 因此, 这种虹膜纹理是难以被改变的。它的形成是随机和无序的, 不能够被遗传, 只能决定于胚胎的最初形成环境中, 不存在人工伪造的可能。目前在虹膜识别过程中采用的图像匹配算法有:Cabor滤波器和相位编码、基于小波过零点描述和二维纹理分析, 以及基于拉普拉斯金字塔等。由于虹膜主要体现的是二维纹理特征, 因此采用Cabor滤波器算法进行计算是较为有效可行。

图像采集设备是通过图像采集卡, 将模拟制式的视频信号转换为数字信号采集到计算机中, 或者是通过摄像机本身的数字化部件, 利用计算机端口, 以及标准的设备将数字图像传输到计算机中。所采集图像的方式有五种:其一, 连续模式采集, 也就是实时的采集;其二, 伪连续模式采集;其三, 触发同步采集, 也就是对固定地方的图像进行采集;其四, 触发异步复位的采集, 是结合相机, 在准确的位置进行同步分离的采集;其五, 可编程控制的采集, 是结合相机后, 在准确的位置处理进行同步分离与输出精确数据控制的采集。

2. 虹膜识别中的图像采集

在进行虹膜识别后, 最困难的就是进行虹膜图像获取。由于虹膜很小, 只有约几十毫米, 并且根据人种的不一样, 虹膜的颜色也会不一样, 要想获取清晰、质量高的虹膜图像, 还是有一定难度的。目前采用图像灰度、自动调焦方法来解决这个问题。

在图像灰度处理自动调焦的过程中具有两种优势:其一, 通过调焦后, 虹膜识别更加具有智能化, 聚焦的判断因此也变得灵活与多样。在数字图像的处理过程中, 采用梯度信息和提取其它的图像信息进行判断, 使对焦更准确, 图像信号的频率得到提高的同时, 边缘也因此变得尖锐。当离焦时, 频率也会因此降低, 使其相对平滑。除此之外, 调焦还可以选取不同的判据根据各自不同的需求进行;其二, 通过图像灰度处理自动调焦后, 可以方便控制运动机构。软件在发出控制信号后, 用电机驱动镜片进行直接控制。这样不但更加灵活, 其响应的速度也符合调焦的需求, 还可以对电路与运动机构进行简化。但是依然存在着占用大量资源的劣势。其常见的调焦方式有:高频分量和平滑, 以及阀值积分和灰度差。所采用的系统是由摄像系统中的光学镜头与CCD和照明系统中的冷光源、计算机和运动控制卡, 以及图像采集卡和伺服电机等组成的。在确保图像采集满足要求后, 自动完成调焦。通过相互比较计算特征值后, 采集最准确的图像。

3. 虹膜图像的采集

首先, 进行预处理虹膜图像。因为在图像的采集时, 容易受到人眼、装置距离、光照等影响, 导致识别的效果和准确性降低。所以有必要对虹膜图像采集特征提取时进行预处理。目前采用的方法主要是定位和归一化, 以及对虹膜图像的加强。定位是由内边缘圆心和半径的粗定位, 由公式

完成内外边缘精的定位, 并进行区域的分割。其瞳孔的灰度要小于虹膜的灰度, 而虹膜的灰度则要小于巩膜的灰度, 所呈现的区域是一种峰值形式。在完成定位后, 就要进行虹膜的归一化。因为虹膜的大小是各不一样的, 比如会受到光照使瞳孔变化等因素影响, 所以要进行图像的调整。以瞳孔圆心作为中心点, 归一虹膜的区域。由于在归一化后会出现噪声信息的干扰, 因此还要进行噪声标记, 形成噪声的屏蔽模板来加强虹膜图像的采集, 获取灰度分布的图像。在动态范围得到扩大后, 实现虹膜的加强和图像的展开。

其次, 进行虹膜特征的提取和特征的编码。利用Cabor滤波器算法从经向和的方向提取虹膜的特征。其计算的形式为:。通过Cabor滤波器计算后得知, 在不一样的方向和频率下, 其虹膜的纹理也是存在着差异的, 结果为:。在获取结果后, 利用分块的形式提取信息进行编码, 所提取的信息通过公式

计算后得到一个大于或等于零的复数, 那么这个特征码就为1, 相反则为0。

第三, 对图像进行预处理工作主要涉及到颜色的空间转换处理、噪音滤除处理以及灰度拓展处理等三方面的内容, 进行图像预处理的主要目的是尽可能的消除噪音干扰以及不均匀的光照所带来的不利影响。为了实现图像信息简化、使图像主要特征更加突出的目标, 一般在图像识别中在进行图像处理时所实行的转换流程是由彩色图像到灰度图像再到二值图像。由于YUV颜色模型在彩色图像与灰度图像之间进行转换更加便利, 而RGB颜色模型却很难实现在彩色图像与灰度图像之间便捷的转换, 所以, 首先要做的工作就是将RGB颜色模型转化成YUV颜色模型。在YUV颜色模型中, Y所代表的是灰度分量, RGB颜色模型中的R、G以及B分别代表着红、绿以及蓝这三个彩色分量值, Y、R、G以及B都是八位的, 在0~255的数字区间内进行量化取值, 这样, 就可以得到一张256级的灰度图像, 为了方便起见, 可以将获取灰度的公式进行一定的简化处理。.

最后, 对虹膜进行分类并搭配。对虹膜图像进行特征的提取和编码以后, 就要进行向量的识别。由于虹膜图像与采集的图像进行比较, 对同类进行区分后存在着被搭配的问题, 因此, 在考虑虹膜识别的各种优势与缺陷, 利用距离分类器对其进行识别。假如所计算出来的结果存在着阀值大于均值与绝对变差均值时, 就可以辨别为属于一类, 如果相反小于的话, 就不是属于一类。通过结合图像采集和虹膜识别算法后, 采集到的虹膜图像就会更清晰, 纹理就会更明显, 自动调焦的精度也会变得更加精确。

综上所述, 由于虹膜识别技术属于一种新的身份认证技术, 被人们所关注和重视。尽管在某些程度上要比其它识别技术要有优势, 但是, 虹膜图像识别在日后的发展中还存在挑战性。为了对虹膜识别算法和图像采集设备进行改进, 通过预处理、特征的提取、编码、分类搭配进行计算, 以及选用合理的图像采集设备, 加快虹膜的识别速度和清晰度、精确度, 以及高识别率。

参考文献

[1]杜晓菡;萧泽新;曾庆宁;基于虹膜识别的自动调焦研究[A];中国兵工学会2004年光学与光电子学学术研讨会论文摘要集[C];2004年

[2]马义德;邵宇;王升哲;徐光柱;虹膜识别预处理算法研究[A];第十二届全国图象图形学学术会议论文集[C];2005年

温湿度数据采集终端设计 篇10

1 终端总体设计

根据数据采集终端的功能要求, 终端的主要工作是完成对温湿度的采集、显示、处理等操作, 之后再将数据按照一定的格式通过通信接口传输, 所以它具备有温湿度采集、显示、报警和通信等功能。采集终端共由5大部分构成, 分别是:传感器数据采集模块、STM32微处理器、显示及报警模块、通信接口以及电源模块。

2 数据采集终端模块及实现

2.1 数据采集终端各组成模块及其功能

下面对各相关模块进行简要说明。

(1) STM32微处理器。在综合考虑采集终端工作的稳定性以及对多种微处理器芯片进行对比之后, 决定选用意法半导体公司推出的基于ARM32设计的32位嵌入式微处理STM32F103RCT6。该芯片有着强大的计算能力以及丰富的片内外设和可以进行灵活配置的接口[3]。该芯片上集成有FLASH和SRAM, 还有ADC模数转换器。最主要的是该芯片有着JATG调试端口, 可以很方便的完成程序的下载与在线调试。通过STM32芯片来对采集终端各个模块进行控制, 最终实现采集、显示、传输等功能。

(2) 温湿度传感器模块。本文选用的是AM2320数字温湿度传感器, 它是一款数字信号输出的复合型传感器, 并且输出温湿度数据已经补偿与校准, 所以在使用中不需要再对其进行补偿校准。它有两种通信方式:单总线方式和I2C通信方式, 本文使用单总线通信方式。其温度测量范围-40℃~+80℃, 温度测量精度为±0.5℃;湿度测量范围0~99.9%, 湿度测量精度为±3.0%。完全符合测量要求。

(3) LCD显示及报警模块。LCD显示可以实现现场对于温湿度的查看。检测终端使用的3.2寸的LCD屏用来实时显示温湿度的值。利用STM32的GPIO中的16个端口与LCD屏的数据线及地址线相连接, 其余控制引脚可以通过GPIO来进行连接。LCD屏的驱动芯片为ILI9341, 通过对STM32的相关编程可以实现温湿度数据的显示。

(4) 通信模块。为了适应物联网的发展以及监测系统的整体设计, 采集终端必须具备有通信接口电路。本文设计了网络接口。网络接口使用的是ENC28J60芯片, 是为了实现采集终端与PC服务器之间实现网络通信, 实现在线管理。

2.2 主要模块的实现

各模块的功能不同, 但具体实现都是通过对STM32进行编程来实现的。这里主要对温湿度数据的采集以及通信进行介绍。

(1) 温湿度数据采集。STM32芯片具有多个GPIO口, 传感器AM2320芯片使用的是单总线通信模式, 所以在硬件上将AM2320的单总线接到STM32的一个引脚PA0上, 通过对PA0口进行设定以及相关编程即可实现温湿度的采集。

对于AM2320单总线通信的编程必须严格按照其时序进行控制, 才能顺利读取到温湿度数据。编程时先对GPIO初始化, 再检测传感器状态, 再读取温湿度值, 最后就完成了温湿度测量。

(2) 网络通信接口。系统使用的网络控制芯片ENC28J60, 它符合IEEE802.3协议规范并且可以被任何具有SPI接口的单片机使用来实现网络通信。主控芯片STM32通过SPI接口与其进行连接。

此外, 进行对u IP协议栈移植。u IP协议栈是专门为嵌入式处理芯片设计开发的网络通信协议, 仅保留网络通信过程中必需的协议如ICMP、TCP和IP协议, 将UDP协议和ARP协议当作备选的功能。这些特点使得该u IP协议栈很容易移植到STM32上, 实现网络TCP/IP通信[5]。

(3) 自定义数据传输格式。采集终端采集到数据之后需要通信接口传输, 数据是按照一定的格式来进行通信的。考虑到数据传输的安全等因素, 系统使用自定义的数据格式来对所传输数据进行约定。

共定义了6个字节的数据, 包括一个字节的起始帧头、四个字节温湿度值、一个字节校验位。这样就能够保证我们所传输的数据的完整性与安全性。

3 测量结果

在室内启动采集终端对室内温湿度进行实时检测, 可以完成对温湿度数据的采集。通过查看温湿度采集终端, 在开空调的室内温度显示25.6℃, 湿度37%, LCD液晶屏显示正常, LED指示灯工作正常, 整个采集终端稳定工作。

4 结语

本文以对温湿度数据采集为例, 设计了数据采集终端。系统硬件部分以STM32微处理器芯片为核心进行设计, 软件部分对各模块进行编程设计。测试表明, 检测终端能够稳定地对室内温湿度数据进行采集, 可通过LCD屏实时查看温湿度数据。

摘要：文章以温湿度为例, 设计了一种数据采集终端。采集终端以嵌入式的STM32微处理器为核心, 配以数据采集、显示、通信等电路进行设计, 使用温湿度传感器AM2320来检测温湿度, 网络接口使用的是ENC28j60芯片。结果表明, 采集终端可以准确的对温湿度数据进行采集, 并能将温湿度通过通信接口发送到pc上, 可实现远程通信。

关键词：温湿度,微处理器,物联网

参考文献

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