环保数据采集系统

第一篇：环保数据采集系统

电力系统监控和数据采集系统

测控技术与仪器

0840308234

张臻欢 摘要：

介绍了监控和数据采集系统各部分的功能和运行原理,以及一种基于USB和CAN总线技术的数据采集系统，该系统主要由一个USB-CAN节点和多个数据采集结点构成，采用CAN总线构成通信网，以USB总线接口实现主节点与计算机的通信，数据采集结点完成电力设备参数采集，可以通过一台主机监控多个电力设备状态参数。该系统实现了电力监控系统中的电力参数检测和总线通信，具有实时性强、可靠性高、抗干扰能力强、容易扩展新节点等优点。 关键词：

电力监控、数据采集、功能运行原理、通用串行总线、控制器局域网总线

引言：

计算机的出现，使监控系统的设计与使用发生了巨大的变化。在引入以计算机为基础的系统前，监控系统的功能局限于远程控制和简单的状态信号显示。当以计算机为基础的监控系统出现后，大容量的数据采集和处理才有可能被广泛地运用，并成为计算机系统的基本功能之一。随着电力工业的发展，电力系统的可靠性和电能质量越来越多的受到人们的关注，对电力监控也提出了更高的要求。 1监控及数据采集的功能

1.1数据采集

周期性地从RTU中采集数据是它的基本功能。电力系统中的大多数系统是以查询方式采集数据，即RTU仅在接收到主站对其请求后，才把数据传送给主站。它有2种可选用的RTU响应方式：第一种方式是发送所需点或点集的实际值或状态;另一种方式是仅发送前一次查询请求以来状态发生过的变化或数据值超过一预先定义的增量变化范围的点或点集。后者称为报告异常事件方式。此方式的主要优点是减少了主站处理时间。通信线路中平均负荷也比第一种方式要小。不过，通信线路必须具有足够的带宽容量，以适应最坏情况，即在电力系统出现大干扰时，大量点的数据会发生快速变化，而此时调度员却最需要及时和准确的数据。

数据采集过程可认为是一些专用及高度相关子过程的过程集。这些子过程为：a.对RTU内部数据库的查寻及快速修改;b.主站周期性地对RTU进行查询;c.把主站所需的RTU数据传送给主站;d.校核因传送所引起的数据错误;e.换算数据工程单位;f.通过写入来覆盖数据库中的原有状态或数值。

1.2信息显示

信息显示是有选择地检索数据库中固定数据及实时数据，并将其组合后提供给运行人员的过程。通常将其显示在有限的图形CRT彩色屏幕上。固定数据包括发电厂、变电站接线图的信息及其它不随时变化的可显示信息。可变数据包括二态或三态设备的状态和数量变化，并可能带有符号的模拟量。通过名字或标识符来表示的设备名称和点的标志常被认为固定值，并被附在变量后面。

显示常常选择分层的树结构形式。在此结构中，索引页面(或者叫菜单)允许运行人员用光标定位技术(键盘、鼠标、跟踪球或屏幕接触定位法)来选择各种信息的显示。在同一系统中，常常提供多种显示选择方法，如专用功能键、显示标识符或名字的键盘输入。 专用功能键使显示的时间大为缩短。但由于受空间的限制，因而这种键的数目是有限的。用标识符进行键盘选择，要求运行人员记住及使用相互参照表。

也有除CRT之外的其它显示介质。一般有动态模拟盘，它主要通过灯光的变化来显示。也有在模拟盘上装配数显来显示重要的模拟量数据。

1.3监控

监控是指能操纵远距离设备的运行。这个过程包括发电厂或变电站的选择、被控设备的选择以及执行开关的断开或闭合。因此需采用选择—确认选择—操作的顺序(简称为操作前校核)。必须避免未被选中设备的操作或未发命令就进行错误操作的情况发生，这是监控及数据采集系统中一个重要的设计环节。为了高度安全，通常采用如图1所示的“操作前校核”信息顺序。

1.4报警处理

告诉运行人员发生了异常事件并报告发生的时间、站号、设备和事件的实质，一般称为报警处理。它有多种报警处理及表示方式。处理方法的细节大都被纳入监控及数据采集系统中的一个功能块中。最常用的报警处理输出是按时间先后排列，显示在CRT报警表、打印机硬复制输出和语音报警中。运行人员确认报警之后，立即把运行状态直接转到与其相关的运行位置，进行人工直接干预。

1.5信息存贮及报告

记录和保存运行过程中的状态和数据是电力系统运行中的一项重要任务，通过精确的记录，用来满足各种统计要求和对系统未来运行情况及用电规划进行预测。

记录保存一般的实现方法是按一定的周期间隔获取预先选定的数据集，并把它们保存在一个滚动文件中。存贮周期常被设定为1 h，但某些特殊情况下则需要更频繁获取和保存信息。

监控及数据采集系统中的历史文件为各种表、报告提供了一个有效数据和状态信息源。可在保存历史数据文件的基础上设置各种报表格式，如日、月、年报表等。

1.6事件顺序采集

事件顺序是获得和记录异常事件的发生过程，具有毫秒级事件间隔的时间分辨率。事件一般以离散状态(两态)出现，如断路器的断开或闭合状态。获取记录异常事件，其时间分辨率与中心主站对RTU进行查询的周期无关。当发生异常事件时，RTU主动向主站发送告警信号，因此RTU中的精确时间基值或时钟是事件顺序记录的基础。在大量分散的RTU中，时间基值的精确同步是事件顺序记录的关键，通常主站定时向各RTU发送广播校时命令，以达到与RTU时钟同步。不同RTU之间事件时间分辨率大约为±10 ms。各RTU将所发生的异常事件发送给主站，主站对这些异常事件一起按时间先后排列，随后打印在一张事件顺序记录表上。 1.7数据计算

在监控及数据采集系统中，需要不断利用所采集的数据进行计算，其中包括工程量转换和在给定时间间隔内最大或最小值的计算，以及对时间的积分。对大变压器组进行负荷监视，就是一个计算过程实例。大变压器的最大容量是由它们的最大温升值来确定，而变压器的发热与MVA负荷有密切的联系。与变压器有关的最普通的测量为MW和Mvar，而不是它的输送电流(安培)。监控数据采集系统通过下列公式(MVA)2=(MW)2+(MVAR)2，定期计算MVA，并把它作为实时数据与额定值相比较。

布尔计算用于离散点或点集，并把计算处理结果作为一个新的信息。这个过程被称为“组合过程”，它能确定电力系统中某些部分的特殊状态，如断路器的通断状态等。

2监控及数据采集系统基本运行原理

2.1问答式

电力系统监控及数据的采集大多采用问答(polling)运行方式，主站与各个RTU之间几乎都是问答式。在通信中，这种方式被称为需求分配/时分多路存取。主站控制所有活动，处于主动位置，定时对RTU进行顺序查询。RTU仅对主站查询作出响应。目前，最普通的2种通信配置方式如图2所示。

其中图2(a)是用多条2线或4线制电话线从主站向外辐射。这些通信回路均以半双工方式运行，并且相互独立，一条回路可专用于单个RTU。但通用且比较经济的方法是在一条公共通信线路上连接几个RTU支路。这些线路的媒质可用电话线路、专用电缆、电力载波。在每条线路上，主站查询命令以及RTU响应回送数据采用多路复用技术。主站以异步方式独立地为接在主站处的每条线路服务。每个通道上的信息传送速率可在3 000～9 600 bit/s范围内。这种通信方式数据传输率高，连续传送的信息量大。采用应答方式时，其循环周期只受各RTU支路响应时间的影响，但这种通信方式成本较高。

图2(b)是无线通信方式构成的监控及数据采集系统。无线通信是以民用电台或数传电台作为通讯工具。国家无线电管理委员规定超短波段为数据传输通讯使用频段，频率范围为223～460 MHz。由于无线电台不能长时处于发射状态，因此由无线电台构成的系统主站查询扫描周期一般选择间隔为15，30，60 min。用无线组成的监控数据采集系统基本与用户供电设施相对独立，具有投资少、见效快、维护检修方便、容易扩充等优点。

上述由有线、无线通信方式构成的监控及数据采集系统，其工作原理是主站以串行方式逐一查询扫描各RTU，当查询到某一RTU时，RTU根据接收到的不同命令及控制要求，加以区分，并逐个对应。对线路断路器操作的命令总是按选择—校核—操作顺序以避免错误操作。

在大型变电站或厂矿能源管理中，分布数据采集及控制的监控数据采集系统，可采用不同的查询方式。对于地理上相距较近的所有RTU，可以通过一个局域网来相互联接，并与主机相连。这样的配置允许在系统单元或结点之间的通信有较大灵活性，能代替传统的、完全由主站控制下的顺序查询方法。采用局域网连接系统，允许任意2个结点之间直接交换信息。

2.2数据采集

电力系统运行中的监控及数据采集系统常用于监视从变电站传送来的信息，如母线电压，线路电压、电流、有功、无功，变压器的分接头位置，线路上的断路器、隔离开关及其它设备状态，报警，总有功功率，事件顺序等。

以上大部分为模拟量输入，它们均来自强弱转换的二次仪表变送器。常用简单的二进制“0”，“1”两种状态来表示变压器分接头位置和断路器、隔离开关的状态。

因为RTU运行在高压环境中，必须在设计中采取相应措施，以防止干扰、损坏、数据出错和误操作。

2.3控制输出

在监控及数据采集系统中，监控是调度运行人中全面调度的有效手段，由运行人员选择被控RTU及对操作顺序即设备—确认—选择—操作的运行。正确选择和操作是避免人身伤亡和供电安全的保证。

控制输出是RTU接收到主站发来操作命令后发出的一高电平信号，该信号是由继电器瞬间闭合而产生的，与此同时提供起动电源，使断路器“跳闸”或“合闸”。

2.4人—机对话

现代监控及数据采集系统中，最有吸引力和挑战优势的是提供一个有效的并对用户“友好”的人—机接口。这种人—机接口不仅由硬件设备(如CRT、控制台、模拟屏、打印机及声音报警)组成，而且还需有支持实现这些工作的程序。所谓“友好”的人—机接口，焦点是提供快捷清晰的画面，操作简便能使运行人员迅速掌握运行概况。

模拟盘(模拟屏)的使用及与CRT显示器之间的关系，历来存在着争论，主要原因是模拟盘一次性投资费用及经常修改所需的费用和精力花费较大。但是，模拟盘可提供一个电力系统网络的总的概貌，这些信息在单个CRT显示器上是难以实现的。所以，模拟盘与CRT之间有互补性。

3采用USB和CAN总线的电力监控数据采集系统

在电力监控系统中电力参数的检测和总线通信是两个基本而且重要的组成部分。目前电力监控装置中常见的通信方式是RS232和RS485接口。RS232接口是不能直接构成实际意义上的通信网络，因为它只能是一对一通信，而且通信距离最长只有15m。RS485接口是一种使用较多的通信方式，具有结构简单、抗干扰能力强、传输距离远、网络节点多、成本低等优点。但是RS485接口是单主结构，同一时刻，总线上只能有一个节点发送数据(或命令)，所以总线只能用巡回检测的方式，实时性差。此外，RS485接口的系统故障限制能力差，中继结构复杂。

控制器局域网(CAN)总线是一种“多主竞争”的总线形式。它废除传统的站地主编码方式，代之以对数据信息进行编码，协议采用总线型拓扑结构，利用总线结构电缆长度短、布线容易、可靠性高、易于扩充等优点;且通信速率高，在距离不超过40cm的条件下通信速率最大可达1Mb/s;利用短帧数据结构，占用总线时间很短;提供错误处理能力，保证数据通讯可靠。

通用串行总线(USB)是一种快速的、双向的、同步传输的、廉价的并可以进行热拔插的串行接口。速度快是USB技术的突出特点之一。全速USB接口的最高传输率可达12Mb/s，比串口快了整整100倍，而执行USB2.0标准的高速USB接口速率更是达到了480Mb/s。对于广大的工程设计人员来说，USB是设计外设接口时理想总线。

本文以CAN总线构成骨干通信网络，以USB总线接口实现主节点与计算机的通信，完成了USB总线和CAN总线的协议转换。各个基于CAN总线的数据采集节点完成电力设备参数的采集。这个数据采集系统实现电力监控系统中的电力参数检测和总线通信。

按照以上论述，研制了基于USB和CAN总线的电力监控数据采集系统样机，并对该系统中的USB-CAN节点和各数据采集节点进行了多次测试，测试结果表明该系统具有如下特点：(1)实时性强。USB总线除了具有易于使用、双向、可同步传输外，还能够高速、高效完成大量数据交换。USB-CAN节点实现了各数据采集节点与计算机之间的高速通信，提高了系统的实时性;(2)可靠性高。CAN总线具有错误处理和检错机制，当发送的信息遭到破坏后，系统会自动重发，从而提高了系统的可靠性和抗干扰能力;(3)传输距离远。CAN总线的直接通信距离可达10km,通信速率最高可达1Mb/s，此时通信距离最长为40m。(4)易于扩展。在实际电力监控系统中，有时需要增加或减少监控节点，由于CAN总线具有很强的开放性，所以增加或减少节点，不需要更改系统的硬件和软件，也不影响其他节点正常工作。

4结语：

电力监控及数据采集系统不仅适用于电力系统，同样也适用于供水、煤气、工矿企业的能源管理、污水计量等分散目标的集中管理及控制。基于USB和CAN总线技术的数据采集系统能够满足电力监控的需要，对提高电力系统的自动化水平、提高供电的安全性和可靠性具有重要意义。随着电子技术的发展和计算机速度及存贮容量的不断提高，将会出现功能更加齐全的监控和数据采集系统。

第二篇：单位数据采集系统用户手册

西安市医疗保险数据采集系统(单位端)

西安市医疗保险管理信息系统

单位数据采集子系统

用 户 手 册

Ver 1.0

沈阳东软软件股份有限公司

二零零二年四月 西安市医疗保险数据采集系统(单位端)

目

录

目 录............................................................. 2 版权声明............................................................ 3 第一章 系统概要介绍................................................ 5

§1.1 系统进入说明 .................................................................................................................. 5

§1.2 系统主界面介绍 .............................................................................................................. 5 §1.3 系统主要功能介绍 .......................................................................................................... 5

第二章 缴费工资................................... 错误!未定义书签。

§2.1 界面布局如下： .............................................................................................................. 6 §2.2 操作说明 .......................................................................................................................... 6

第三章 医疗保险数据采集............................................ 8

§3.1界面布局如下图： ........................................................................................................... 8 §3.2操作说明： ....................................................................................................................... 9

第四章 其他........................................................ 9

§4.1 实用工具 ........................................................................................................................ 10 §4.2 窗口 ................................................................................................................................ 11 §4.3 退出 ................................................................................................................................ 11 §4.4 帮助 ................................................................................................................................ 11

2 西安市医疗保险数据采集系统(单位端)

版权声明

西安市医疗保险信息管理系统Ver1.00版权归沈阳东软软件股份有限公司所有，任何侵犯版权的行为将被追究法律责任。未经沈阳东软软件股份有限公司的书面准许，不得将本手册的任何部分以任何形式、采用任何手段(电子的或机械的，包括照相、复制或录制)、或为任何目的，进行复制或扩散。

(C) copyright 2000—2003沈阳东软软件股份有限公司。版权所有，翻制必究。

是沈阳东软软件有限公司的注册商标。

单位数据采集系统用于单位报盘，各单位操作员在使用本系统时必须详细阅读此说明书，严格按照操作规范;如果因为操作员的失误而造成数据的不准确性，其后果由操作员自行负责。

3 西安市医疗保险数据采集系统(单位端)

阅读指南

〖手册目标〗

本手册是沈阳东软软件股份有限公司的软件产品——西安市医疗保险管理信息系统单位数据采集子系统的用户手册。本手册详细介绍了该系统的操作过程。

〖阅读对象〗

本手册是为西安市医疗保险信息管理系统单位数据采集子系统涉及的医疗保险参保单位相关的操作人员编写的。用户在使用西安市医疗保险信息管理系统单位数据采集子系统之前，应该首先阅读本手册，以避免误操作。

4 西安市医疗保险数据采集系统(单位端)

第一章

系统概要介绍

§1.1 系统进入说明

正确安装单位数据采集子系统(在桌面有快捷图表) ：企业数据采集，点击即启动本系统。

§1.2 系统主界面介绍

双击图标后出现如下主界面：

§1.3 系统主要功能介绍

系统包括的功能有：

单位年审：完成参保职工在每年工资变更时的维护工作。 新参保人员上报：采集本次要进入医疗保险信息库中的数据。 单位基本信息变更：完成对医疗保险信息库中的单位信息的修改。

5 西安市医疗保险数据采集系统(单位端)

第二章 单位年审

该业务主要是用于对参保职工工资变更时由单位批量的修改后再报盘给医疗保险管理事业处。主要是在每年年审的时候使用!

§2.1 界面布局如下：

图2-1 §2.2 操作说明

1. 点击【取档】按钮，出现如下的选择文件的选择文件的窗口：

6 西安市医疗保险数据采集系统(单位端)

图2-2 选择一个扩展名为dbf的文件，然后打开，如果数据格式不是很符合规范或不是有效的导出数据，会出现一些提示，禁止用户导入。选择确定，取出数据，如图2-3：

图2-3 在此基础上修改数据，修改完毕后，点击【保存】按钮，进行数据准确性校验并且保存，然后出现如图2-2的界面，把数据重新存储为一个扩展名为dbf的文件，用于上报医保处。

【单位名称输入】如需在打印“工资申报花名册”报表时，在表头添加单位名称，则需在此录入单位名称。

【打印】把所有的数据打印出来;

【清屏】清除屏幕，使窗口回到如图2-1界面。

【关闭】关闭此窗口，进行其他业务的工作。如果数据修改，也会提示保存! 注意：修改数据时要格外仔细，以免造成数据的不准确性。 【查询】点击此查询按钮的时候，弹出如2-4的查询条件窗口：

7 西安市医疗保险数据采集系统(单位端)

图2-4 输入姓名或者身份证号然后按【确定】按钮可以查找出对应的数据，并定位光标到符合条件的行，如果没有符合条件的数据，则查询不出!

第三章 新参保人员上报

该业务主要是用于一个新参保单位的员工批量新参保时的数据采集。

§3.1界面布局如下图：

图3-1 8 西安市医疗保险数据采集系统(单位端)

§3.2操作说明：

点击【添加】按钮，出现如下界面：

图3-2 在此界面下录入一个新参保人员的基本信息，录入完后，再按【添加】按钮再次添加一个新参保人员的基本信息。

如果发现其中某条信息不正确，则选中其中该条信息，按【删除】按钮就可以删除光标所在行的信息，注意：删除时要十分小心，以免误操作!

在数据正确无误的录入完毕后，按【存盘】按钮，出现如图3-2所示的界面，把所有数据存为一个扩展名为dbf的文件，用于上报医保处。

【打印】把所有数据打印出来;

【关闭】关闭该窗口，进行其他的业务操作。关闭窗口的时候会提示保存数据! 注意：录入数据时要格外小心，如果由于录入员疏忽造成数据不准确，其后果由录入员自行负责。

【取上次存档文件】紧接上次保存文件进行数据录入。

第四章 单位信息变更

该业务主要是用于单位基本信息的变更修改。

9 西安市医疗保险数据采集系统(单位端)

§4.1界面布局如下图：

图4-1 §4.2操作说明：

在此界面下录入单位需要变更的基本信息，录入完后，再按【添加】按钮再次添加一个新参保人员的基本信息。

如果发现其中某条信息不正确，则选中其中该条信息，按【清屏】按钮就可以删除光标所在行的信息，注意：删除时要十分小心，以免误操作!

在数据正确无误的录入完毕后，按【存盘】按钮，出现如图3-2所示的界面，把所有数据存为一个扩展名为bg的文件，用于上报医保处。

【打印】把所有数据打印出来;

【关闭】关闭该窗口，进行其他的业务操作。关闭窗口的时候会提示保存数据! 注意：录入数据时要格外小心，如果由于录入员疏忽造成数据不准确，其后果由录入员自行负责。

第五章

其他

§5.1 实用工具

为了方便操作员，程序中集成了windows操作系统的工具：计算器和记事本。

10 西安市医疗保险数据采集系统(单位端)

§5.2 窗口

可以改变窗口的几种显示方式，用户可以根据自己的需要选择。

§5.3 退出

退出系统操作。

§5.4 帮助

关于，可以查阅一些基本信息，如系统信息，软件版本信息等，如下图：

图5-1 11

第三篇：电能表远程数据采集系统

目录

前言 .................................................................................................................................................. 2 正文 .................................................................................................................................................. 2

一、关键技术........................................................................................................................... 2

1、现场可编程门阵列(FPGA)技术 ................................................................................. 2

2、多线程技术 ................................................................................................................. 2

3、无线数传电台技术 ..................................................................................................... 3

4、CRC校验技术; .......................................................................................................... 3

5、防止电平触发方式下发生不必要的中断 ................................................................. 3

二、系统设计........................................................................................................................... 3

1、系统的整体设计方案; ............................................................................................. 4

2、数据采集部分解决方案; ......................................................................................... 4

3、存储与传输部分解决方案 ......................................................................................... 4

4、无线传输解决方案 ..................................................................................................... 4

三、系统实现........................................................................................................................... 5

1、采集与存储部分 ................................................................................................................. 5

2、用户接口部分 ............................................................................................................. 5

3、数据传输部分 ............................................................................................................. 6

4、测试分析 ..................................................................................................................... 6

总结 .................................................................................................................................................. 6 致谢 .................................................................................................................................................. 7 参考文献 .......................................................................................................................................... 7

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前言

目前，国内很多企业和个人的电能表现场数据的获得还是依靠人工现场抄数，这种方式工作强度大，获得数据的时效性差，管理成本高，在边远地区、无人值守的地方非常不方便，在高压计量点更具有一定的危险性。基于此，自动化的远程数据采集越来越受到重视。在各种自动化量测与控制应用系统中，经常要实现对远距离的现场中各种参数的监测，根据结果掌握研究对象或生产过程的运行情况，并做出相应的分析与控制。在这种过程中，广泛地使用了现场参数的远程采集技术，从而确保整个系统工作过程安全、有效且具有智能化，并且能提高生产率、降低生产成本。

正文

一、关键技术

远程数据采集系统由数据采集部分、存储和传输部分、远程控制站组成。系统设计以基于FPGA的逻辑控制模块作为数据采集部分，嵌入式系统板单片机作为存储和传输部分、PC机作为远程控制站。嵌入式系统板为整个系统的控制核心，在该板上使用Linux作为系统软件。

1、现场可编程门阵列(FPGA)技术

在基于实时嵌入式微处理器的数据采集系统中，嵌入式软件必须从传感器上接收输入数据，数据采集的过程也影响嵌入式软件的设计以及执行时间。传统数据采集的方法是使用入路输入开关从不同传感器上传输数据。而多路开关通道的选择、控制信号的生产和数据读取都是由嵌入式软件来实现。现场可编程阵列(FPGA)的应用，可将某些软件功能由硬件来实现，从而从逻辑上可以大大简化嵌入式软件的设计。在可靠性方面，FPGA有很强的优势，与处理器顺序执行的方式相比，用VHDL设计的硬件，如果设计得当，将不会存在类似于MCU的复位不可靠和PC可能跑飞等问题。

2、多线程技术

进程(Process)与线程(Thread)是现代操作系统进行多任务处理的核心内容。UNIX操作系统通常以进程作为计算机资源分配的最小单位，这些资源包括处理器、物理及虚拟内存、文件I/O缓冲、通信端口等。为了适应多处理器环境下日益增长的细粒度并行运算的需要，现代操作系统提供了线程支持。线程是进程中执行运算的最小单位，它也是处理器调度的基本单位，我们可以把线程看成是进程中指令的不同执行线路。一个线程同所属进程中其他线程共享该进程占有的资源。线程有时被称为轻权进程。

在数据采集系统这类问题中，采集与存储一般由两个不同的线程来实现。另外同时采集不同性质的数据，可以采集部分也要由多个线程来实现。比如本数据采集系统中，数据来源除了AD采集板外，还有方位仪的数据。这样实现时需要三个线程。

相比进程而言，使用线程有着自身的优点。首先，可以简化编程模型，它将

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处理多个异步事件的编程模型转化为多个线程来实现，使得每个线程处理同步事件的编程模型。其次，线程在共享资源时更加方便，比如文件的共享，内存的共享等等。另外，使用线程模型可以提高整个系统的吞吐率。最后，交互式的程序利用线程可以提高系统的响应速度。

3、无线数传电台技术

在本数据采集系统中需要进行短距离无线数据传输。可以采用建立专用无线数据传输系统或借用GSM、CDMA等公网信息平台两种方式来实现。相比较，用无线电台建立专用无线数据传输方式比其它方式具有投资少、开通快、维护简单、适应性强、扩展性好等优点。随着计算机应用技术和通信技术的飞速发展，采用无线数传电台的数据采集与控制系统在油田、水处理、电力、铁路、煤气、地震、气象、环保、GPS等行业开始普及应用。

4、CRC校验技术;

CRC检错方法的工作原理是：将要发送的数据比特序列当作一个多项式K(X)的系数，在发送端用收发双方预先约定的生成多项式G(x)去除，求得一个余数多项式R(x)。将余数多项式加到数据多项式之后发送到接收端。在接收端用同样的生成多项式去除接收到的数据多项式，如果除得尽，表明无差错;如果除不尽，表明有差错;余数将指明出错位所在的位置。CRC是一种线性分组码，具有较强的纠错能力并有许多特殊的代数性质，前k位为信息码元，后r位为校验码元，他除了具有线性分组码的封闭性之外，还具有循环性。其编码和绎码电路很容易用移位寄存器实现，因而在FEC(前向纠错系统)中得到广泛的应用。

5、防止电平触发方式下发生不必要的中断

系统在设计时，一般采集板的数据缓冲区满后，要通知系统板来取走数据，这种握手过程用中断来实现最为有效。在硬中断中，需要考虑的一个十分重要的问题是当中断源申请一次中断在CPU已响应此次中断请求后如何撤消中断请求。如果在CPU执行完此次中断服务程序并在返回原程序断点处之前尚未撤消中断请求，则会引起在CPU返回原程序后再次产生中断(由此类推，还可能引起更多中断)，而再次产生的这些中断是不希望的，也是不必要的，因此必须防止其发生。当采用边沿触发方式时不会产生这样的问题，而采用电平触发方式时却很有可能发生这样的问题。

解决这个问题的方法是由CPU控制撤消请求。假定CUP的中断请求INTR采用高电平触发方式，触发器的R复位端和S置位端均为上跳沿起作用。当中断源申请中断时，由产生的上跳变使触发器的Q端输出高电平以向CPU申请中断，而CPU在进入中断服务程序后，利用输出指令通过输出接口使触发器R端产生上跳变，使Q端复位，从而撤消了向CPU的中断请求，保证“申请一次，中断一次”。此方式既避免了上通用性差的缺点，又避免上使CPU效率降低的弊端，因此是一种很好的方法。

二、系统设计

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1、系统的整体设计方案;

理论上，完整的数据采集系统包括：用于切换输入通道的多路复用器;为不同输入范围提供增益和偏移电压调节的信号调理电路;模拟数据转换器和电压基准，以及处理器、存储器，通讯接口等部分。

根据远程数据采集系统的实际要求，将系统分为三个部分：数据采集部分、存储和传输部分、远程控制站。高速的数据采集由FPGA来实现，存储和传输则由ARM9嵌入式系统板来实现，远程控制站为PC机。FPGA在数据缓冲区填满时向嵌入式系统板发中断信号来通知其取走数据。在ARM9嵌入式系统板使用DMA技术将数据写入磁盘，从而提高系统的吞吐率。在从FPGA获取采样数据的同时，系统周期性的通过RS232串口从罗磁盘设备和GPS设备获取方位信息和时间值，这些值和采样数据在一起按照一定的格式打包，然后写入数据文件。数据文件通过Internet网络传送到远程控制站，在条件不具备时，可以通过无线方式发送数据，提高了系统的适应性。

2、数据采集部分解决方案;

在高性能数据采集系统中，通常采用单片机或DSP作为CPU，控制ADC(模数转换器)、存储器和其外围电路和工作。但基于单片机和DSP设计的数据采集系统都有一定的不足。单片机的时钟频率较低，各种功能都要靠软件的运行来实现，软件运行时间在整个采样时间是占很大的比例，效率低，难以适应高速数据采集系统的要求;DSP的运算速度快，擅长处理密集的乘加运算，但很难完成外围的复杂硬件逻辑控制。

在高速数据采集方面，FPGA有单片机和DSP无法比拟的优势。FPGA时钟频率高，内部时沿小，全部控制逻辑由硬件完成，速度快，组成形式灵活，可以集成外围控制、译码和接口电路;最主要的是FPGA可以采用IP内核技术，通过继承、共享或购买所需的知识产权内核提高开发进度。利用EDA工具进行设计、综合和验证，加速了设计过程，降低了开发风险，缩短了开发周期，效率高而且更能适应市场。FPGA的IP端口多，且可以自由编程支配、定义其功能，再配以Verilog语言进行软件设计;FPGA的最大优点是可在线编程，基于FPGA设计的数据采集器可以方便地进行远程功能扩展，可以适应不同应用场合的需要。

3、存储与传输部分解决方案

存储和传输部分是一个典型的嵌入式系统。该系统以应用为中心、以计算机技术为基础、软件硬件可裁剪、适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。

4、无线传输解决方案

ISM频段主要是开放给工业、科学、医学三个主要医学使用，该频段是依据美国联邦通讯委员会所定义出来，属于Free License，并没有所谓使用授权的限制，所以使用时不可申请许可证。工作于ISM频段的短距离射频通信技术主要有802.11标准，以及近几年来逐渐成熟的无线数传电台技术。

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IEEE802.11标准是IEEE(电气和电子工程师协会)制定的一个无线局域网标准，该标准定义了无线节点与网络中各种接入点间相互通信的接口和协议，IEEE802.11定义了三种不同的物理介质：红外线、跳频扩谱方式以及直扩方式。主要用于解决办公室局域网和校园网中的用户与用户终端之间的无线接入。IEEE802.11业务主要限于数据存取，传输速率最高只能达到2Mbps。由于IEEE802.11在速率上的不足，已不能满足数据相应的需求;因此，IEEE又相继推出了IEEE802.11b和IEEE802.11a两个新的标准。三者之间技术差别主要在媒介访问控制子层和物理层。

无线数传电台技术: 通过采用RF收发IC设计的无线数传电台技术近几年逐渐成熟。无线数传模块(电台)往往发射、接收、PILL合成、FSK调制以及高速率和低功耗等功能。其工作频率主要集中在433M-1OOOMHZ属于ISM频段。一般具有透明的数据传输: 提供透明的数据接F31能适应任何标准或非标准的用户协议。

三、系统实现

1、采集与存储部分

数据采集和存储系统由A/D采集板，系统板，单片机和PC上位机构成。A/D采集板是面向数据采集对象的，负责原始数据的采集。系统板是整个系统的核心，也是数据采集系统软件运行的硬件平台，负责将A/D采集板采集的数据写入磁盘，接收PC上位机的设置命令并设置A/D采集板以及设备的对时等都在此平台上实现。单片机用来提供工作模式的选择、显示系统工作状态，控制系统板的电源，以及处理无线传输命令。PC上位机是面向数据采集系统的管理员的，是系统与人的一个交互界面。管理员可以通过其来设置系统的参数。

整个数据采集系统由五大模块组成：系统0——远程控制软件，系统1——单片机，系统2——系统板，系统3——上位机，系统4——A/D采集板。在设置模式时，“系统3：上位机”通过RJ-45网络接口和“系统2：系统板”相连，完成参数预置、GPS授时、网络传输、时钟比较等功能。在运行模式时，“系统2：系统板”读取硬盘上的配置文件后开始工作。工作过程中，“系统0：远程控制软件”可以通过无线方式对“系统2：系统板”进行控制，包括获取少量采样数据、修改参数设置、开启/关闭系统板电源。

2、用户接口部分

单片机在系统中有三个作用：一是提供用户操作输入接口及系统状态指示灯等信息;二是当嵌入式CPU板在高速采集和存储时，可以异步的接收来自控制站的无线命令，并对命令进行分析和处理;三是对嵌入式CPU板进行电源控制，在不需要采样时可以将嵌入式CPU板的电源断开。

安全关机指示灯指示当前是否可以安全关机。系统工作时不亮，按下安全关机按钮后变红，关机准备好后变绿。系统1和系统2工作指示灯为绿色表示系统1或系统2正在工作。无线指示灯为绿色表示正在进行无线传输。硬盘指示灯为绿色表示硬盘正常上电工作。模式切换有效指示灯绿色表示当前可以进行模式切换，否则系统暂不会响应。设置模式指示灯在当系统2工作在设置模式时变绿。系统2工作在运行模 29 式时运行模式指示灯变绿。看门狗定时器溢出指示灯指示系统2的看门狗状

宜顺论文网5 态。系统产生故障无法恢复时故障指示灯变红。

3、数据传输部分

该部分由基于TCP/IP的网络传输部分和无线传输部分组成。这里主要关注后者。

整个数据采集系统里大量使用到了串口，有必要对串口通信的协议作专门的设计和说明。串口的通讯速度比较慢，一般传输当中均会有误码产生。传输的误码率与传输线路质量和采用的屏蔽措施有很大关系。串口传输当中误码是不可避免的，如何识别误码，并重传这些误码是解决此类问题的关键。如果出现一个错误就放弃整个文件，可能会造成永远传不成功，如果对错误不理，则会造成传输的文件与原文件内容不同，造成文件错误[42]。针对这种问题我们研究出一种将文件或命令分成长度可变的多个包，分包传送，如果某一包传输错误只重传出错的包的方法。通信涉及远程控制软件，单片机和系统板，我们将它们分别记为系统0，系统1，系统2。下面的讨论以此为准。

首先，通过串口传输的内容要有地址信息。从系统框图上可以看出，系统0与系统1通过串口通信;系统1与系统2也通过串口通信;系统0与系统2不能直接通过串口来通信，而只能由系统1来中转。这样，系统1在从串口收到数据后首先要弄清数据是否是发给自己的，如果是，则自己处理，否则就转发。于是，在发送数据时要添加发送源和发送目的信息，以便于处理。

其次，串口传输的数据单位大小不固定。根据工作流程的描述，串口传输内容包括命令，状态信息，数据文件，配置文件等，根据传输内容的不同，每次传输内容的长短不一。对于命令或状态，几个字节，比较短，一次就可传完;而文件传输过程中，数据文件可以达到几百兆，一般要分成若干个小数据包来分批传送。

另外，串口通信速度比较慢，一般传输过程中均会有误码产生。如何识别误码并重传是解决此问题的关键。例如在文件传输过程中，如果某个地方出错而重传整个文件，可能造成永远都传不成功。

最后，文件传输可能花费较长时间，在传输过程中，考虑到用户可能会中止传输过程，通信协议要考虑到这种需求。 针对以上这些特点，设计出以“长度可变的包”为基本传输单位的串口通信协议。一个包由同步字段，控制字段和若干个信息字段组成。

4、测试分析

EP9312(ARM9)嵌入式系统板，连接有一块用于存储采集数据的小硬盘，对应于前面讨论的系统2;一块在设计之中的基于FPGA的采集板。 主要包括以下工作：测试目的和范围、测试平台的搭建、测试过程、参数预置、数据采集、数据传输和数据回放。

总结

本文针对远程数据采集系统项目，对与之相关的一些关键技术进行了深入的研究和实践，提出了一整套满足项目的需求的高速数据采集系统。具体来说，主要进行了以下工作：介绍了远程数据采集系统中所用到的关键技术，包括现场可编程阵列技术、多线程技术、循环缓冲区技术、CRC校验技术、DMA技术等等。这些技术和理论论证了系统的可行性。

宜顺论文网6 同时对下面两部分进行了技术探讨：远程数据采集系统的设计与实现。系统设计以基于FPGA的逻辑控制模块作为数据采集部分、EP9312(ARM9)嵌入式系统板和单片机作为存储和传输部分、PC机作为远程控制站。系统采用无线数传电台技术实现无线数据传输。EP9312嵌入式系统板为整个系统的控制核心，在该板上使用Linux作为系统软件。 对数据采集系统进行整体的测试。包括测试平台的搭建、各功能模块的测试(系统的参数设置、数据采集、数据传输、数据回放)。

致谢

首先，我要衷心感谢指导老师高锋老师!导师严谨和实事求是的治学态度、渊博的知识、可敬的学者风范和高昂的工作热情，深深地影响着我。在此，向导师所给予的所有热切关心和巨大帮助表示衷心感谢!

感谢浙江大学远程教育这个平台，在两年的求学生涯中，给我提供学习与交流的平台，给我创造了就业后续学历的机会!

感谢国网浙江省电力公司宁波供电公司营销部的电能表远程数据采集系统负责人，提供了专业的知识及相关资料!

感谢国网浙江省电力公司宁波供电公司宁波供电营业厅的班长，在工作的同时开展学习与探讨，给予很大的帮助!

最后，感谢我的家人和所有给予本人关心、支持和帮助的人们。

参考文献

(1)纪越峰.现代通信技术(M).北京：北京邮电大学出版社，2002 (2)肖忠祥.数据采集系统原理.西安:西北工业大学出版社,2001.1-2 (3)沈兰荪.数据采集技术.合肥:中国科学技术大学出版社,1990.1 (4)李江,常葆林.嵌入式操作系统设计中的若干问题.计算机工程,2000,26(6):80-90 (5)罗海天,雷晓平.基于FPGA的嵌入式实时数据采集系统.计算机系统应用,2006,10:52-54 (6)姚七栋,张春玉.CRC校验及其软件实现.现代电子技术,2006,13:67-69 (7)李峰,张志杰.无线数传电台实现数据可靠传输技术的探讨.机械管理与开发,2006,1:107 (8)米根锁.防止电平触发方式下发生不必要中断的方法.计算机工程与设计,2006,27(2):214-215 (9)徐海军,叶卫东.FPGA在高性能数据采集系统中的应用.计算机技术与应用,2006,25(1):40-43 (10)姚占东,游大海.一种基于串口通讯的大文件传输方法.微计算机信息,2004,20(1):99-100

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第四篇：数据采集系统设计研究论文

摘要：

针对LabVIEW及MSP430F5529单片机构成的多路数据采集系统研究及设计，分为上位机和下位机两个主要模块来进行阐述。MSP430F5529作为前端数据采集系统进行数据采集，采集到的电压通过串口传到上位机LabVIEW界面。

关键词

：MSP430F5529，单片机，数据采集，LabVIEW

LabVIEW程序设计方面相对来说比较简单，但是，Lab-VIEW的使用灵活性和功能完整性也很强大。MSP430F5529单片机多路电压数据采集系统的设计，从结构上来看比较简单，此类单片机工作电压区间比较低，耗能相对较低，内部集成了许多功能模块，功能完整性比较强大。结构简单的单片机系统与LabVIEW上位机的串行通信的功能结合，增加了系统灵活性。同时，又利用了MSP430F5529的超低耗功能，降低成本，使用简便。另外，虚拟仪器除了在物理形式上实现之外，也可以实现系统内的软件、硬件资源共享。将两者结合的多路电压数据采集系统无论是从运行效率还是编程方式，都展现了强大的优势。

1数据采集系统

1.1数据采集系统需求基于LabVIEW及单片机构成的多路电压数据采集系统研究和设计，其中MSP430F5529单片机、ADC转换器组成的下位机数据采集系统实现采集电压的功能;采集到的多路电压信号被发送至LabVIEW程序功能模块进行分析和处理，并显示数据处理的结果;研究电平的转换。下位机的TTL电平转换成上位机能够接收的RS232电平。首先系统进行初始化，然后单片机通过串口进行多路数据采集，打开ADC转换器，开始转换，读取转换结果。然后发送到上位机界面，显示得到的数据处理结果。1.2数据采集系统方案设计的采集系统以上位机数据显示界面和数据采集系统实物的形式呈现，研究上位机与下位机的数据交互机制，实现数据的交互。方案：在上位机与下位机之间需要研究一个电平转换，采用MSP430系列单片机作为下位机采集模块，LabVIEW作为上位机处理模块;两个模块之间加入电平转换模块，采用的是CP2102转换芯片。此方案编程简单且方便，成本也相对较低，从整体来说也比较严谨。系统初始设计时，第一部分设计下位机单片机模块，启动A/D转换，得到的转换结果发送到单片机处理。并且加入了LCD显示模块;第二部分设计上位机LabVIEW程序处理模块，将采集到的结果上传到上位机显示。设计方案的流程图如图1所示。

2下位机采集系统设计此次设计采用

MSP430F5529Launchpad，MSP430F5529开发板内部集成A/D转换模块，多路电压采集系统下位机的重点在于A/D转换，所谓A/D转换即指模拟量等转换为数字量。MSP430F5529单片机可以自定义参考电压，此次设计的参考电压设计的是3.3V。所以本数据采集系统可采集的电压范围是0～3.3V。本设计是采集多路电压，转换的方法模式是采用转换速度较快的序列通道多次转换，提高转换速率。在程序设计里面是用ADC12CONSEQ_3来选择采样模式。同时，定义了ADC12SHP等于1，来定义信号的来源是采样定时器。ADCMEMx存储器用来存储转换结果。此类存储器是CSTARTADDx位定义的。参考电压和通道是需要经过定义才能工作的，一般是通过ADC12MCTLx寄存器。多路电压数据采集的下位机流程图如图2所示。首先执行端口初始化，第一步便是关闭看门狗，在MSP430单片机中，主程序首先要关闭看门狗，如果不关闭看门狗，程序执行一段时间后，可能会导致程序无法运行。因为看门狗有定期重置CPU的功能。然后端口定义，ADC转换和串口通信的工作模式的初始化，之后进入中断采集数据，在有信号输入的时候才会进入中断，如果没有外部电压信号的输入不会进行中段。采集电压信号后开始转换，转换完成之后数据被传送两个方向：一是传送到LCD显示，二是发送到上位机LabVIEW程序界面显示。在AD转换的过程中是进入中断进行数据测量的，此次多路数据采集系统的下位机设计的中断标志位采用ADC12IFG寄存器设置。MSP430单片机的中断可以说是非常大的一个亮点。想要有效提高程序运行的速率，在程序中加入中断便可实现。MSP430单片机的每个片上运行后，CPU便被唤醒，此时低功耗模式是不存在的，中断完成后，CPU脱离唤醒模式。此时的单片机回到低功耗状态。在下位机串口发送方面，U-CA0CTL控制寄存器来定义了时钟源，需要通过相应的时钟源来确定波特率，此控制寄存器的第0位是USCWRST，它具有软件复位的功能，在设计中需要使它置1，那么逻辑将会在复位状态一直保持。第6到7位的UCSSEL，用来选择时钟源，时钟源选择的是AMCLK，那么UCSSEL的状态是01，此时的波特率需要求出相应的分频细数来定义，AMCLK的频率是32768Hz。跟据定义，在低频时钟的情况下，分频参数是时钟频率与波特率的比重，此次设计的波特率是9600，因此可以得出的是分频参数是3.41，所以，UCA0BR0等于3。

3显示界面上位机设计

3.1上位机LabVIEW设计此次多路电压数据采集系统的上位机LabVIEW程序流程图如图3所示。上位机的部分，首先设计了单路的电压数据采集系统，其程序框图如图4所示。上位机LabVIEW的设计首先是配置串口参数，参数的配置与下位机端要保持一致，参数配置完成后要进入while循环中的VISAREAD，读取从下位机传来的数据。单路数据采集就是直接显示电压。加入while循环的目的是使程序可以一直运行，而且是直接只运行读取缓冲区数据部分，不用每次都配置串口参数，提高了程序运行速率。3.2TTI与RS232电平转换MSP430单片机输出的L电平与上位机接收的电平不是同一种，分别为TTL和RS232。所以上位机与下位机之间需要进行转换，15V～5V指的是RS232电平逻辑1时的状态，而逻辑0的话，是在+5V～+15V，而TTL电平逻辑0在0～0.8V之间，逻辑1在2.4V～5V之间，所以在TTL电平与RS232之间，需要进行正负逻辑的转换。在此次设计中选用的是主要由CP2102转换芯片构成的转换模块。同时里面也集成了MAX2485和MAX232通信芯片。CP2102是一种品质较好，工作比较稳定的且性能强大的转换芯片。整个转换模块体积小，便于移动。此次设计用MSP430F5529专门用于串口发送的P3.3口与RX引脚连接。如图5所示。CP2102的RX引脚专门用来接收TTL电平。CP2102的另一端与电脑相连，打开上位机LabVIEW程序，串口信息配置好之后，便可以显示采集的电压数据。

4多路电压数据采集系统测试

为了便于系统能够成功采集数据，采集的电压采取就近原则，直接采集单片机管脚电压，此次测试三次电压分别为：3.3V电源管脚电压、普通管脚电压(1.78V)以及GND管脚电压(0V)。由于误差作用，系统不能准确测到3.3V，以及3.3V会对旁边线路产生影响，所以第二路电压信号会从1.78V拉高到2.76V，第三路接地，所以是0.00V。除去显示结果以外，增加了波形显示，使采集到的电压变化变得一目了然。此外加入了串口工作灯指示，在串口正常工作的情况下，串口灯是绿色，在串口工作异常的情况下，串口灯是红色。改变某一路电压后，把第三路采集电压的管脚从接地端拔了下来，悬空时的电压是1.78V，同样会被3.3V的电压拉高，电压的变化直接在上位机界面呈现出来，直观明了，如图7所示。波形显示的坐标是可以自动变换的，根据数据的大小智能变换，改变采集管脚的电压后，如图8所示。

5结束语

基于MSP430F5529和LabVIEW进行多路电压数据采集系统，实际应用的结果，下位机与上位机的通信功能正常，操作也非常简单方便，完成了设计之初的要求，可以实现的功能有：①采集三路0V～3.3V的电压;②采集到的电压在LCD屏显示;③采集到的电压上传至LabVIEW上位机数据采集编写模块显示;④上位机LabVIEW界面显示电压数据及电压波形。研究并实现了MSP430F5529单片机的数据采集及处理、ADC转换、TTL电平转RS232电平、上位机与下位机之间的串口通信。同时，此次设计也存在些许不足：①只能采集三路数据;②不能调取历史采集数据。

参考文献

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[2]王克胜.系统软件设计及控制分析[J].科技与企业，2013(4)：81-81

[3]段新燕.单片机液晶显示系统的设计[J].电子科技，2012，25(8)：13

[4]周丽，裴东兴.基于MSP430单片机的超低功耗温度采集系统设计[J].电子测试，2011(10)：35-38

第五篇：全国两癌数据采集系统填报说明

农村妇女“两癌”免费检查项目数据采集系统填报说明

一、 关于统计口径

当年的4月1日-次年3月31日为一个统计年度。 当年4月1日-当年9月31日为上半年; 当年10月1日-次年3月31日为下半年。

如：2013年4月1日-2014年3月31日为2013年度。

二、 关于填报.

1、《患病妇女情况简表》用于贫困母亲“两癌”救助基金的申报，填报时间为每年的10月份和次年4月份(其中第一年10月份和第二年4月份填报的总数算作第二年救助申报的总人数)，由县妇联填报，省级妇联审核。系统会对身份证号进行验证，同一个患病妇女在一个统计年度之内不能重复申报。由于新系统今年首次使用，所以本次填报数据为各省区市2014年度救助申报总人数。

三、用户名：东平县妇联 密码：123456 请接通知，录入中国妇女网，点网页右下边的网上填报，登记两癌填报系统进行录入本乡镇新增患两癌妇女简表，5月20日前录入的算2013年的人数

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