時間：2023-03-27 16:37:47
導(dǎo)語：在數(shù)據(jù)采集論文的撰寫旅程中，學(xué)習(xí)并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優(yōu)秀范文，愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感，引領(lǐng)您探索更多的創(chuàng)作可能。
電池管理系統(tǒng)多通道高精度數(shù)據(jù)采集電路具體設(shè)計方案如圖1所示。圖1中左側(cè)是電池組檢測的相關(guān)模擬量數(shù)據(jù)，包括12路單體電壓數(shù)據(jù)、充放電2路電流數(shù)據(jù)、電池組工作溫度及環(huán)境溫度數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對應(yīng)的物理量可能是電壓、電流、電阻，考慮到A/D轉(zhuǎn)換只能以電壓的形式實(shí)現(xiàn)模擬量的獲取，因此相應(yīng)的設(shè)計了信號轉(zhuǎn)換電路，實(shí)現(xiàn)不同類型信號的電壓轉(zhuǎn)換；考慮到A/D轉(zhuǎn)化模擬量量程的需求，設(shè)計了不同的信號放大電路；為了防止超量程的模擬量對A/D器件造成的影響，設(shè)計了對應(yīng)的保護(hù)電路；為了防止干擾信號對數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的影響，設(shè)計了濾波電路。16路電壓模擬量產(chǎn)生后，A/D器件在MCU的控制下逐次對16個通道數(shù)據(jù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量用于實(shí)現(xiàn)對電池管理系統(tǒng)的SOC評估及其它管理工作。
2硬件電路設(shè)計
2.1動力電池電壓信號檢測電路設(shè)計
動力電池組是由眾多單體電池串聯(lián)而成。本設(shè)計中，選取12個單體電池串聯(lián)而成的動力電池組，相應(yīng)的就有12個電壓模擬量信號。圖2所示為電壓采集電路設(shè)計。動力電池組中，各個動力電池串聯(lián)而成。在地參考點(diǎn)的作用下，各個電池正負(fù)極對地參考電壓近似比例增大，為實(shí)現(xiàn)輸出的是電池電壓，最有效的實(shí)現(xiàn)途徑是借助由運(yùn)算放大器“虛短”與“虛斷”原理構(gòu)成的減法電路。圖2中，由雙運(yùn)放運(yùn)算放大器LM358構(gòu)建2級網(wǎng)絡(luò)：第1級即為由R1~R4組建的差分放大電路形成減法電路，第2級構(gòu)成電壓跟隨器，起到緩沖及隔離的作用。LM358使用單5V電源供電。
2.2動力電池雙向電流檢測電路設(shè)計
電池組在充放電過程中，由于只有一個充放電通道，理論上而言電流檢測通道只有一個。根據(jù)電路理論電流在其參考方向下存在正負(fù)之分，因此必須單獨(dú)設(shè)計充電電流、放電電流各自的檢測信號。圖3所示為集成的雙向電流檢測硬件電路設(shè)計。從電路中可以看出，該電路的設(shè)計非常類似于電氣中的互鎖電路。從采樣電阻中采集的電阻兩端電壓在電阻分壓網(wǎng)絡(luò)下，產(chǎn)生不同的電壓。結(jié)合運(yùn)放的差分放大功能，分別引入LM358運(yùn)算放大器的2組不同的運(yùn)放輸入端，由于引入同相輸入端和反相輸入端的電壓不同，使得2組運(yùn)放各自工作在線性工作區(qū)與非線性工作區(qū)中。當(dāng)電池組中有任意方向的電流時，均會產(chǎn)生一組運(yùn)放工作在線性放大區(qū)域產(chǎn)生對應(yīng)的模擬電壓信號同時另外一組運(yùn)放工作在非線性區(qū)域而作為電子開關(guān)輸出供電電源的參考地電壓。在實(shí)際的電動汽車中，通常選用100AH的動力電池組為電動汽車提供動力源，這樣，采樣電阻的選擇就有了依據(jù)。本設(shè)計中，選用0.05R/2W的采樣電阻多個并聯(lián)成0.01R的功率電阻作為充放電電流檢測元件。
2.3動力電池組溫度檢測電路設(shè)計
溫度檢測保證電池組工作在可靠溫度范圍內(nèi)而不引起電池故障，是電池管理系統(tǒng)中必不可少的有效組成部分。溫度檢測傳感器選用PT100系列溫度傳感器。最新制造工藝出產(chǎn)的PT100體積小，精度高，比較適合應(yīng)用在電池管理系統(tǒng)溫度檢測單元中。本設(shè)計中，選用三線式橋式測溫電路，其最大優(yōu)點(diǎn)在于將地線單獨(dú)引出，參考電阻網(wǎng)絡(luò)的地線電阻可以與PT100的地線電阻匹配，減小電阻差異帶來的偏差問題，提高溫度測量精度。其設(shè)計原理同電壓采集電路基本相同。
3調(diào)試數(shù)據(jù)與分析
設(shè)計完畢后，對該套電池管理系統(tǒng)的硬件電路進(jìn)行了制版調(diào)試。在解決了焊接遺留的硬件問題后，通過MCU的監(jiān)測獲取了大量數(shù)據(jù)。調(diào)試過程中某一時刻點(diǎn)的狀態(tài)量。從測試數(shù)據(jù)可以看出，無論是電壓、電流、還是溫度，其相對誤差都控制在1%以內(nèi)，特別是電壓檢測數(shù)據(jù)，精度更是達(dá)到了3‰，這樣的誤差在電池管理系統(tǒng)誤差允許范圍之內(nèi)，達(dá)到了電池管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集前端模塊硬件電路設(shè)計的目的。
4總結(jié)
管理平臺指標(biāo)體系的內(nèi)容應(yīng)包括學(xué)校發(fā)展的各方面情況，必須真實(shí)準(zhǔn)確。同時平臺數(shù)據(jù)的填報要具有規(guī)范性，指標(biāo)體系應(yīng)從指標(biāo)名稱、指標(biāo)概念、統(tǒng)計口徑、數(shù)據(jù)來源等方面進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)范和要求，力求數(shù)據(jù)采集的科學(xué)化。再者數(shù)據(jù)平臺采集中的部分?jǐn)?shù)據(jù)具有時點(diǎn)要求，也就是數(shù)據(jù)的及時性，統(tǒng)計指標(biāo)的填報應(yīng)保證時間點(diǎn)，提供及時的統(tǒng)計報表，為相關(guān)決策提供準(zhǔn)確及時的信息。
1.數(shù)據(jù)采集方法分類
按照數(shù)據(jù)平臺的填寫方式和時間要求，對平臺采集中數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)要求進(jìn)行分析。按照上述的要求，以2012年填報數(shù)據(jù)為例，將采集的數(shù)據(jù)分為以下幾個大類：無條件；自動生成；一次性+及時更新；按年度；按會計年度；按學(xué)年；按學(xué)期；一次性；學(xué)年+更新；及時更新+條件。
2.平臺數(shù)據(jù)采集關(guān)聯(lián)分析
分別對10類數(shù)據(jù)采集時的關(guān)聯(lián)度進(jìn)行分析?！盁o條件”指的是系統(tǒng)初始化好的，各學(xué)?？梢灾苯邮褂玫墓δ苣K，直接填報即可，與其他的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)?！白詣由伞睌?shù)據(jù)，不需要填報，由其他數(shù)據(jù)自動產(chǎn)生邏輯數(shù)據(jù)，與學(xué)校整體數(shù)據(jù)有關(guān)，關(guān)聯(lián)性非常強(qiáng)。例如2.1.3在校生人數(shù)則是由2.3.2專業(yè)列表在校生人數(shù)（二級學(xué)院）自動匯總而來，如果后者填報有誤，那么前者不會準(zhǔn)確，關(guān)聯(lián)密切。“一次性+及時更新”數(shù)據(jù)是由初次導(dǎo)入數(shù)據(jù)加上及時更新的數(shù)據(jù)組成。對初次導(dǎo)入數(shù)據(jù)進(jìn)行更新時需要考慮數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)性。例如二級單位已經(jīng)有專業(yè)、教職工信息等和二級單位相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)，則此二級單位無法被刪除。如需刪除，需要對二級單位相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除。再如新建一個專業(yè)后，直接刪除，但是并未刪除掉，這是因為系統(tǒng)自動為其建立了“專業(yè)招生狀態(tài)”，此專業(yè)已被“專業(yè)招生狀態(tài)”使用了，如真的需要刪除此專業(yè)，則先點(diǎn)擊“正在招生”鏈接，進(jìn)入專業(yè)招生狀態(tài)頁面，將其建立的一條招生狀態(tài)記錄刪除掉，再回到專業(yè)列表，便可刪除剛新建的專業(yè)。所以及時更新時，一定要考慮到數(shù)據(jù)原有的關(guān)聯(lián)系。“按年度”的數(shù)據(jù)，統(tǒng)計的時間段是年度，需要注意的是，年度要求有區(qū)別。以2012年上報數(shù)據(jù)為例，數(shù)據(jù)上報時間分別是2009年起、2011年起，數(shù)據(jù)填報從2009級起、2012~2013學(xué)年第一學(xué)期起，采集數(shù)據(jù)時需要關(guān)聯(lián)不同年度的數(shù)據(jù)。“按會計年度”數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性相對較低，只采集上報年的會計年度的數(shù)據(jù)，考慮學(xué)校收入和支出之間的平衡?！鞍磳W(xué)年”、“按學(xué)期”、“學(xué)年+更新”數(shù)據(jù)，在采集數(shù)據(jù)時要充分考慮到統(tǒng)計時間的要求，還要考慮到數(shù)據(jù)間的關(guān)聯(lián)。例如3.6國際合作采集的數(shù)據(jù)要以2.3.1專業(yè)基本信息為基礎(chǔ)；4.2課程評價采集數(shù)據(jù)要以4.1課程安排數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，課程狀態(tài)有時不能更改，是因為一旦完成了課程評價，即將課程狀態(tài)設(shè)置為“結(jié)束”，并保存了課程評價，則無法再將課程狀態(tài)設(shè)置為“開課”。“一次性”數(shù)據(jù)是指一次性采集完成、不能更改、不需更新的數(shù)據(jù)。例如7.2.3高考情況，記錄學(xué)生的高考成績。這類數(shù)據(jù)采集之初關(guān)聯(lián)系不強(qiáng)，但是作為其他數(shù)據(jù)的支撐，關(guān)聯(lián)性就比較強(qiáng)。“及時更新+條件”數(shù)據(jù)，是指隨時可以更新的數(shù)據(jù)，如師資培訓(xùn)情況、實(shí)踐情況、學(xué)生畢業(yè)后的創(chuàng)業(yè)情況等，在采集這類數(shù)據(jù)時，也是先區(qū)分好統(tǒng)計的時間段，再填寫各項內(nèi)容，數(shù)據(jù)采集是沒有關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的，采集后的數(shù)據(jù)對平臺的第8大項報告的生成產(chǎn)生很大影響。
二、管理平臺數(shù)據(jù)的共享性分析
管理平臺數(shù)據(jù)的采集涉及到學(xué)校的各個方面、各個部門，如教學(xué)部門、財務(wù)部門、人事部門、資產(chǎn)部門等。通過管理平臺所形成的數(shù)據(jù)具有共享性，如某實(shí)訓(xùn)室實(shí)訓(xùn)條件數(shù)據(jù)的采集，可以利用資產(chǎn)部門所建立的數(shù)據(jù)平臺，抽取其中的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，從而得到實(shí)訓(xùn)室的基本硬件資料，使得原不同平臺間的數(shù)據(jù)不再單一不可復(fù)用，這就是利用數(shù)據(jù)平臺實(shí)現(xiàn)信息共享的優(yōu)勢所在。通過這種方式，學(xué)校內(nèi)的數(shù)據(jù)可以通過重用其他領(lǐng)域數(shù)據(jù)而獲利，學(xué)校數(shù)據(jù)也可以促成其他領(lǐng)域沒有的活動，并產(chǎn)生新的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)，使得數(shù)據(jù)成為一個成長著的有機(jī)體。管理平臺關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)采集的意義在于：一是各種基礎(chǔ)信息由各基層單位通過審核生成，通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)平臺的填報使各職能部門能及時掌握企業(yè)的運(yùn)行狀況，滿足各職能部門需要；二是各職能部門能及時做出對比，及時分析研究解決問題的措施，把各種綜合信息向?qū)W校領(lǐng)導(dǎo)、各職能部門及基層單位及時反饋，分別滿足其管理決策、研究問題和解決問題的需要。為確保統(tǒng)計資料的系統(tǒng)性、完整性，應(yīng)該在各部門的工作職責(zé)中明確相應(yīng)的統(tǒng)計責(zé)任，要求其按統(tǒng)一確定的口徑、范圍及時間提供相應(yīng)的統(tǒng)計資料及分析報告，最終將統(tǒng)計信息自基層通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)覆蓋整個學(xué)校。
三、總結(jié)
1利用電子郵件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的背景
隨著人們的生活日漸信息化，越來越多的人會使用電子郵件這種方式，這令使用電子郵件做數(shù)據(jù)采集成為可能，目前已經(jīng)有部分企業(yè)、部門、個人使用這種方式做數(shù)據(jù)統(tǒng)計、研究工作。在信息化的社會里，人們可以使用很多信息化的方式采集數(shù)據(jù)，目前人們可用三種方法采集電子數(shù)據(jù)。第一種，通過在網(wǎng)上傳播某一個主題，請網(wǎng)友共同來討論，根據(jù)網(wǎng)友的討論采集數(shù)據(jù)，這種數(shù)據(jù)采集的方式影響力不夠、精確性不夠，且采集的數(shù)據(jù)難以統(tǒng)計。第二種，通過在網(wǎng)站上問卷的方式進(jìn)行采集，這種方式可以采集到標(biāo)準(zhǔn)化的答案，然而這種采集方式需受到網(wǎng)站的限制、主題吸引力的限制等，它只適合采集非常熱門的主題調(diào)查數(shù)據(jù)。第三種，就是制作一份調(diào)查問卷，然后利用群發(fā)郵件的工具將該問卷批量的、大范圍的發(fā)給用戶，用戶在使用電子郵箱的時候，就有可能看到這份問卷，雖然這種調(diào)查問卷有可能被用戶視作垃圾郵件而不予回答，然而它的調(diào)查范圍廣、使用成本小、統(tǒng)計答案易，所以它是作網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集的一種極佳的方式，使用這種方式特別適合采集熱門主題以外的各類數(shù)據(jù)。
2利用電子郵件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的方法
2.1制作一份直觀的引文用戶在閱覽電子郵件的時候，一般喜歡郵件能夠直入主題，用電子郵件的方式發(fā)放問卷時，如果客戶不了解自己到底需要干什么，他們可能就不會再關(guān)注這封郵件。所以在使用電子郵件采集數(shù)據(jù)時，需先設(shè)計一個直觀的、友好的引文，讓客戶了解自己可以做些什么。比如以圖1為例，它表明回答問卷的方式很簡單，只需要占用客戶幾分鐘的時間，客戶只需要點(diǎn)幾下鼠標(biāo)就能完成問卷，客戶就會認(rèn)為自己可以在工作、閑暇之余配合做調(diào)查問卷，于是就會嘗試閱讀接下來的內(nèi)容。
2.2制作一份友好的問卷
2.2.1界面友好在使用電子郵件采集數(shù)據(jù)的時候，試卷設(shè)計人員需了解到，人們使用電子郵件是因為接受電子郵件方便、快捷的服務(wù)方式，他們不希望自己在處理一份電子郵件，特別是一份與自己本身利益無關(guān)的電子郵件上耗費(fèi)太多的時間。如果用戶覺得自己要花費(fèi)很多力氣才能做完數(shù)據(jù)調(diào)查問卷，他們就會放棄配合數(shù)據(jù)采集。為了提高用戶的參與性，試卷設(shè)計人員要盡量將調(diào)卷設(shè)計得直觀化。比如參看圖2，如果試卷設(shè)計人員能夠用窗體化的方式設(shè)計試卷，讓用戶直接用做選擇題的方式回答問卷，用戶就會樂于回答。
2.2.2行文友好在設(shè)計試卷問題的時候，如果試卷出現(xiàn)問題敘述不清或者答案敘述不清的時候，用戶就會不了解自己應(yīng)當(dāng)如何回答，他們就有可能放棄回答問題，或者隨便選擇一個答案當(dāng)作回答。要確保調(diào)查數(shù)據(jù)采集的有效性與準(zhǔn)確性，試卷設(shè)計人員在設(shè)計問題時，要用準(zhǔn)確的、明晰的語句提問，且需準(zhǔn)確的給出問題的答案。以圖3為例，它的問題為請說明你所在的崗位。它列出的答案有4個，然而用戶可能工作的崗位在這四個范圍以外，如果試卷要求客戶補(bǔ)充答案，客戶就會覺得回答這個問題太麻煩，他們可能會因為不愿意打字而不愿意繼續(xù)完成問卷。為了準(zhǔn)確的采集數(shù)據(jù)，試卷設(shè)計人員需給出更多種類的答案，以該問題為例，它可以添補(bǔ)部分常見的工作崗位，而部分冷門的答案不需要特別作統(tǒng)計時，可以用“其它”這一個答案來概述。
2.2.3版面友好在設(shè)計問卷的時候，如果試卷出現(xiàn)版面局促、布局不合理的現(xiàn)象；顏色過于雜亂，讓用戶心情煩亂的現(xiàn)象，用戶就可能會因為覺得做調(diào)查問卷不愉快，從而不愿意接受數(shù)據(jù)采集。為了讓客戶愿意耐心的閱讀調(diào)查問卷中的文字、愿意積極的配合數(shù)據(jù)采集，問卷設(shè)計人員要做好排版設(shè)計、顏色設(shè)計這兩項工作。以圖4為例，它將背景色計為簡潔的白色，使用窗體的方式引導(dǎo)用戶回答問題，這種問卷設(shè)計非常接近用戶瀏覽網(wǎng)頁的習(xí)慣，用戶會因為習(xí)慣這種設(shè)計而接受數(shù)據(jù)采集。
2.3制作一份簡潔的尾頁用戶做完問卷以后，會想了解自己應(yīng)當(dāng)怎樣處理這份問卷。如果沒有一份簡潔的、具有引導(dǎo)性的尾頁，客戶會因為回答問題后不知道怎樣處理這份問卷而隨意的處理答案。為了便于客戶了解應(yīng)當(dāng)如何處理數(shù)據(jù)采集的問卷，問卷設(shè)計人員要設(shè)計一份簡潔的尾頁。以圖5為例，它提供用戶重新回答問題的機(jī)會、結(jié)束并完成數(shù)據(jù)采集的機(jī)會、將該問卷保有在計算機(jī)設(shè)備中的機(jī)會、將該問卷打印保存的機(jī)會等。問卷的尾部給予簡潔、優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，同時給予用戶一個真誠的感謝，會讓用戶愿意接受下一次的問卷調(diào)查。
3利用電子郵件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的要點(diǎn)
3.1利用電子郵件的速度電子郵件具有高速、便捷性，要利用電子郵件做好數(shù)據(jù)采集工作，就要利用電子郵件的高速性。從以上電子郵件的問卷調(diào)查設(shè)計中看到，它的問卷設(shè)計要時時處處為客戶考慮到快捷性的體驗。這包括問卷設(shè)計的內(nèi)容不能太多、太長，否則用戶會失去協(xié)助數(shù)據(jù)采集的耐心；問卷設(shè)計要友好直觀，讓用戶能一眼明了自己正在接受怎樣的數(shù)據(jù)采集，自己需要用怎樣的方式配合等；問卷設(shè)計的回答方式要便捷，為了提高數(shù)據(jù)采集的速度，問卷設(shè)計人員要盡量使用是非題、選擇題等采集數(shù)據(jù)。
3.2利用電子郵件的成本如果使用電子郵件問卷以外的調(diào)查方式，數(shù)據(jù)采集人員需額外的支付各種資金。然而如果使用電子郵件調(diào)查的方式，它幾乎等于零成本。然而正因為電子郵件數(shù)據(jù)采集的方式成本幾乎等于零，這就意味著數(shù)據(jù)采集人員需了解自己到底需要采集怎樣的數(shù)據(jù)，然后有針對性的發(fā)放問卷。如果數(shù)據(jù)采集人員沒有事先作好客戶范圍規(guī)劃，將有可能收到大量的無效郵件，它反而造成數(shù)據(jù)資料統(tǒng)計的低效性。
3.3利用電子郵件的范圍在做電子郵件的數(shù)據(jù)采儲時，數(shù)據(jù)采集人員需了解使用電子郵件人群范圍的思維習(xí)慣。經(jīng)統(tǒng)計，我國絕大部分的網(wǎng)民對陌生人郵寄來的電子郵件興趣不大，他們擔(dān)心開啟陌生人寄出的電子郵件會感染上病毒，這會造成電子郵件數(shù)據(jù)采集的低效性。目前會經(jīng)常使用電子郵件的人群一般一青年學(xué)生、企業(yè)白領(lǐng)、商務(wù)人員、公務(wù)人員為主，這會造成數(shù)據(jù)采集范圍的狹窄性。如果數(shù)據(jù)采集人員能了解電子郵件使用人群的范圍、掌握他們的思維習(xí)慣優(yōu)化電子郵件數(shù)據(jù)采集問卷，將能取得良好的數(shù)據(jù)采集效果。
3.4利用電子郵件的反饋與其它的數(shù)據(jù)調(diào)查方式相比，電子郵件的數(shù)據(jù)采集方式具有反饋性，如果數(shù)據(jù)采集人員因故需要深入的了解答卷人員一些問題，可以利用電子郵件的反饋性進(jìn)一步溝通，它有可能會取得良好的溝通效果。
4總結(jié)
關(guān)鍵詞：USBRS485數(shù)據(jù)采集
在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)研究的各行業(yè)中，常常利用PC或工控機(jī)對各種數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。這其中有很多地方需要對各種數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，如液位、溫度、壓力、頻率等?，F(xiàn)在常用的采集方式是通過數(shù)據(jù)采集板卡，常用的有A/D卡以及422、485等總線板卡。采用板卡不僅安裝麻煩、易受機(jī)箱內(nèi)環(huán)境的干擾，而且由于受計算機(jī)插槽數(shù)量和地址、中斷資源的限制，不可能掛接很多設(shè)備。而通用串行總線（UniversalAerialBus，簡稱USB）的出現(xiàn)，很好地解決了以上這些沖突，很容易就能實(shí)現(xiàn)低成本、高可靠性、多點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集。
1USB簡介
USB是一些PC大廠商，如Microsoft、Intel等為了解決日益增加的PC外設(shè)與有限的主板插槽和端口之間的矛盾而制定的一種串行通信的標(biāo)準(zhǔn)，自1995年在Comdex上亮相以來至今已廣泛地為各PC廠家所支持?，F(xiàn)在生產(chǎn)的PC幾乎都配備了USB接口，Microsft的Windows98、NT以及MacOS、Linux、FreeBSD等流行操作系統(tǒng)都增加了對USB的支持。
1.1USB系統(tǒng)的構(gòu)成
USB系統(tǒng)主要由主控制器(HostController)、USBHub和USB外設(shè)(PeripheralsNode)組成系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖1所示。
1.2USB的主要優(yōu)點(diǎn)
·速度快。USB有高速和低速兩種方式，主模式為高速模式，速率為12Mbps，另外為了適應(yīng)一些不需要很大吞吐量和很高實(shí)時性的設(shè)備，如鼠標(biāo)等，USB還提供低速方式，速率為1.5Mb/s。
·設(shè)備安裝和配置容易。安裝USB設(shè)備不必再打開機(jī)箱，加減已安裝過的設(shè)備完全不用關(guān)閉計算機(jī)。所有USB設(shè)備支持熱拔插，系統(tǒng)對其進(jìn)行自動配置，徹底拋棄了過去的跳線和撥碼開關(guān)設(shè)置。
·易于擴(kuò)展。通過使用Hub擴(kuò)展可撥接多達(dá)127個外設(shè)。標(biāo)準(zhǔn)USB電纜長度為3m（5m低速）。通過Hub或中繼器可以使外設(shè)距離達(dá)到30m。
·能夠采用總線供電。USB總線提供最大達(dá)5V電壓、500mA電流。
·使用靈活。USB共有4種傳輸模式：控制傳輸(control)、同步傳輸(Synchronization)、中斷傳輸(interrupt)、批量傳輸(bulk)，以適應(yīng)不同設(shè)備的需要。
2采用USB傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采集設(shè)備
2.1硬件組成
一個實(shí)用的USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括A/D轉(zhuǎn)換器、微控制器以及USB通信接口。為了擴(kuò)展其用途，還可以加上多路模擬開關(guān)和數(shù)字I/O端口。
系統(tǒng)的A/D、數(shù)字I/O的設(shè)計可沿用傳統(tǒng)的設(shè)計方法，根據(jù)采集的精度、速率、通道數(shù)等諸元素選擇合適的芯片，設(shè)計時應(yīng)充分注意抗干擾的性能，尤其對A/D采集更是如此。
在微控制器和USB接口的選擇上有兩種方式，一種是采用普通單片機(jī)加上專用的USB通信芯片?，F(xiàn)在的專用芯片中較流行的有NationalSemiconductor公司的USBN9602、ScanLogic公司的SL11等。筆者曾經(jīng)采用Atmel公司的89c51單片機(jī)和USBN9602芯片構(gòu)成系統(tǒng)，取得了良好的效果。這種方案的設(shè)計和調(diào)試比較麻煩，成本相對而言也比較高。
另一種方案是采用具備USB通信功能的單片機(jī)。隨著USB應(yīng)用的日益廣泛，Intel、SGS-Tomson、Cypress、Philips等芯片廠商都推出了具備USB通信接口的單片機(jī)。這些單片機(jī)處理能力強(qiáng)，有的本身就具備多路A/D，構(gòu)成系統(tǒng)的電路簡單，調(diào)試方便，電磁兼容性好，因此采用具備USB接口的單片機(jī)是構(gòu)成USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)較好的方案。不過，由于具備了USB接口，這些芯片與過去的開發(fā)系統(tǒng)通常是不兼容的，需要購買新的開發(fā)系統(tǒng)，投資較高。
USB的一大優(yōu)點(diǎn)是可以提供電源。在數(shù)據(jù)采集設(shè)備中耗電量通常不大，因此可以設(shè)計成采用總線供電的設(shè)備。
2.2軟件構(gòu)成
Windows98提供了多種USB設(shè)備的驅(qū)動程序，但好象還沒有一種是專門針對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的，所以必須針對特定的設(shè)備來編制驅(qū)動程序。盡管系統(tǒng)已經(jīng)提供了很多標(biāo)準(zhǔn)接口函數(shù)，但編制驅(qū)動程序仍然是USB開發(fā)中最困難的一件事情，通常采用WindowsDDK來實(shí)現(xiàn)。目前有許多第三方軟件廠商提供了各種各樣的生成工具，象Compuware的driverworks,BlueWaters的DriverWizard等，它們能夠很容易地在幾分鐘之內(nèi)生成高質(zhì)量的USB的驅(qū)動程序。
設(shè)備中單片機(jī)程序的編制也同樣困難，而且沒有任何一家廠商提供了自動生成的工具。編制一個穩(wěn)定、完善的單片機(jī)程序直接關(guān)系到設(shè)備性能，必須給予充分的重視。
以上兩個程序是開發(fā)者所關(guān)心的，用戶不大關(guān)心。用戶關(guān)心的是如何高效地通過鼠標(biāo)來操作設(shè)備，如何處理和分析采集進(jìn)來的大量數(shù)據(jù)，因此還必須有高質(zhì)量的用戶軟件。用戶軟件必須有友好的界面，強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和處理能力以及為用戶提供進(jìn)行再開發(fā)的接口。
3實(shí)現(xiàn)USB遠(yuǎn)距離采集數(shù)據(jù)傳輸
傳輸距離是限制USB在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用的一個障礙，即使增加了中繼或Hub，USB傳輸距離通常也不超過幾十米，這對工業(yè)現(xiàn)場而言顯然是太短了。
現(xiàn)在工業(yè)現(xiàn)場有大量采用RS－485傳輸數(shù)據(jù)的采集設(shè)備。RS－485有其固有的優(yōu)點(diǎn)，即它的傳輸距離可以達(dá)到1200米以上，并且可以掛接多個設(shè)備。其不足之處在于傳輸速度慢，采用總線方式，設(shè)備之間相互影響，可靠性差，需要板卡的支持，成本高，安裝麻煩等。RS－485的這些缺點(diǎn)恰好能被USB所彌補(bǔ)，而USB傳輸距離的限制恰好又是RS－485的優(yōu)勢所在。如果能將兩者結(jié)合起來，優(yōu)勢互補(bǔ)，就能夠產(chǎn)生一種快速、可靠、低成本的遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
這種系統(tǒng)的基本思想是：在采集現(xiàn)場，將傳感器采集到的模擬量數(shù)字化以后，利用RS－485協(xié)議將數(shù)據(jù)上傳。在PC端有一個雙向RS－485～USB的轉(zhuǎn)換接口，利用這個轉(zhuǎn)接口接收485的數(shù)據(jù)并通過USB接口傳輸至PC機(jī)進(jìn)行分析處理。而主機(jī)向設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)的過程正好相反：主機(jī)向USB口發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通過485～USB轉(zhuǎn)換口轉(zhuǎn)換為485協(xié)議向遠(yuǎn)端輸送，如圖3所示。
在圖3的方案中，關(guān)鍵設(shè)備是485～USB轉(zhuǎn)換器。這樣的設(shè)備在國內(nèi)外都已經(jīng)面市。筆者也曾經(jīng)用NationalSemiconductor公司的USBN9602+89c51+MAX485實(shí)現(xiàn)過這一功能，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果。
需要特別說明的是，在485～USB轉(zhuǎn)換器中，485接口的功能和通常采用485卡的接口性能（速率、驅(qū)動能力等）完全一樣，也就是說，一個485～USB轉(zhuǎn)換器就能夠完全取代一塊485卡，成本要低許多，同時具有安裝方便、不受插槽數(shù)限制、不用外接電源等優(yōu)點(diǎn)，為工業(yè)和科研數(shù)據(jù)采集提供了一條方便、廉價、有效的途徑。
4綜合式采集數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
現(xiàn)在的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常有分布式和總線兩種。采用USB接口易于實(shí)現(xiàn)分布式，而485接口則易于實(shí)現(xiàn)總線式，如果將這兩者結(jié)合起來，則能夠?qū)崿F(xiàn)一種綜合式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)方法是：仍然利用上面提到過的USB～485轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)兩種協(xié)議的轉(zhuǎn)換。由于USB的數(shù)據(jù)傳輸速率大大高于485，因此在每條485總線上仍然可以掛接多個設(shè)備，形成了圖4所示的結(jié)構(gòu)，其中D代表一個設(shè)備。
這種傳輸系統(tǒng)適用于一些由多個空間上相對分散的工作點(diǎn)，而每個工作點(diǎn)又有多個數(shù)據(jù)需要進(jìn)行采集和傳輸?shù)膱龊?，例如大型糧庫，每個糧倉在空間上相對分散，而每個糧倉又需要采集溫度、濕度、二氧化碳濃度等一系列數(shù)據(jù)。在這樣的情況下，每一個糧倉可以分配一條485總線，將溫度、濕度、二氧化碳濃度等量的采集設(shè)備都掛接到485總線上，然后每個糧倉再通過485總線傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，并轉(zhuǎn)換為USB協(xié)議傳輸?shù)絇C機(jī)，多個糧倉的傳輸數(shù)據(jù)在轉(zhuǎn)換為USB協(xié)議后可以通過Hub連接到一臺PC機(jī)上。由于糧倉的各種數(shù)據(jù)監(jiān)測實(shí)時性要求不是很高，因此采用這種方法可以用一臺PC機(jī)完成對一個大型糧庫的所有監(jiān)測工作。
5前景展望
【關(guān)鍵詞】地籍測量；數(shù)據(jù)采集；質(zhì)量；控制
地籍測量是地籍信息管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)性工作，其測量結(jié)果將直接影響到地籍信息管理系統(tǒng)運(yùn)行的好壞，所以要認(rèn)真對詩地籍測量的數(shù)據(jù)采集。地籍測量中界址點(diǎn)的計算、宗地面計算、成圖等工作都要依靠詳細(xì)的地籍?dāng)?shù)據(jù)，同時面對每平方公里的上千個控制點(diǎn)或圖根點(diǎn)，如果沒有一個系統(tǒng)的采集流程，數(shù)據(jù)的收集和處理都是相當(dāng)繁雜的，因此我們要對地籍?dāng)?shù)據(jù)的采集問題進(jìn)行系統(tǒng)的研究和分析，通過科學(xué)的方法和技術(shù)手段來完善地籍測量的數(shù)據(jù)采集工作，為地籍管理提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)依據(jù)和質(zhì)量保障。本文從地籍測量外業(yè)的控制方案出發(fā)，論述了地籍測量的數(shù)據(jù)收集及處理，并詳細(xì)的分析了地籍測量采集數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制。
1 地籍測量外業(yè)的控制方案
地籍測量的外業(yè)工作主要是對地籍進(jìn)行權(quán)屬調(diào)查，并通過測量和數(shù)據(jù)采據(jù)來獲得地籍信息，其工作量較大，測量內(nèi)容較多，實(shí)施過程具備相應(yīng)的法律效力。在外業(yè)實(shí)測時需要申報調(diào)查勘測方案，作業(yè)組實(shí)施全方位的作業(yè)模式，這可以有效的防止誤差或遺漏現(xiàn)象的產(chǎn)生，從而確保測量和采集的地籍?dāng)?shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。目前，我國的地籍?dāng)?shù)據(jù)采集主要依靠全解析法進(jìn)行作業(yè)，通常利用外業(yè)數(shù)據(jù)軟件進(jìn)行，如：EPSW測繪系統(tǒng)、CASS系統(tǒng)、DRMS系統(tǒng)等，其數(shù)據(jù)采集的過程相同，都是以界址點(diǎn)、地形點(diǎn)、控制點(diǎn)為基礎(chǔ)，通過輸入編碼及連接信息來繪制初步的草圖，并把采集數(shù)據(jù)錄入到地籍信息管理系統(tǒng)中，編輯數(shù)據(jù)和繪制地籍圖，最終把完整的地籍?dāng)?shù)據(jù)入庫。地籍外業(yè)控制中要注意地籍元素的核對，然后經(jīng)具體的測算后方可繪制地形圖，地形圖繪制前應(yīng)對草圖進(jìn)行制作，注意選用最佳的測算圖形，以減少成圖數(shù)據(jù)的誤差，在未知點(diǎn)坐標(biāo)測逄中要注意引入已知點(diǎn)和勘丈邊，提高成圖效率，對界址點(diǎn)和界址線都做長度檢核或坐標(biāo)校核，避免人為采集的誤差。
2 地籍測量的數(shù)據(jù)采集
地籍測量的數(shù)據(jù)采集是以宗地的關(guān)系位置圖和編宗地號為基礎(chǔ)，突出宗地邊長、界址點(diǎn)、關(guān)系圖的采集與繪制。
2.1 數(shù)據(jù)采集
在地籍測量數(shù)據(jù)采集過程中要對現(xiàn)場宗地的界址點(diǎn)進(jìn)行設(shè)置，同時丈量宗地的邊長并填寫相應(yīng)的調(diào)查數(shù)據(jù)表，然后繪制宗地草圖。數(shù)據(jù)采集時要表現(xiàn)的宗地關(guān)系的位置，標(biāo)注好宗地的名稱、地號、界址點(diǎn)坐標(biāo)及順序號，對權(quán)屬信息要錄入到計算機(jī)中分街道進(jìn)行存儲，形成宗地的屬性文件。
2.2 界址點(diǎn)的采集
在界址點(diǎn)數(shù)據(jù)采集時要依據(jù)宗地的權(quán)屬關(guān)系進(jìn)行調(diào)查，通過實(shí)地的核實(shí)找出相應(yīng)的界址點(diǎn)，并在關(guān)系圖中標(biāo)明點(diǎn)號，利用全站義測出界址點(diǎn)的實(shí)際坐標(biāo)值加以記錄，同時把點(diǎn)號、街道等采集數(shù)據(jù)的編號錄入到計算機(jī)中。
2.3 地籍要素
地籍要素在數(shù)集采集中也是非常重要的，采集中要結(jié)合權(quán)屬調(diào)查表中的地物點(diǎn)、線、界址點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，然后根據(jù)地物數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)繪到地籍圖上，對于繪成地籍圖也要進(jìn)行修測。地籍圖中所有的地籍要素要有體現(xiàn)，如居民房屋、樓體、鐵路、公路、橋涵、管線等。
3 地籍測量采集數(shù)據(jù)的處理與輸出
3.1 采集數(shù)據(jù)的處理
對采集后的界址點(diǎn)坐標(biāo)文件進(jìn)行處理，對宗地屬性文件和地物要素數(shù)據(jù)應(yīng)利用軟件進(jìn)行轉(zhuǎn)換，生成可供處理的宗地圖和可供剪切的文件，方便日后地籍圖的成圖，同時對分幅地籍圖數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，然后輸入地籍圖的文字與信息，強(qiáng)調(diào)分幅圖的繪制質(zhì)量，對調(diào)查的區(qū)域或街道應(yīng)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，利用解析法推算出區(qū)域的總面積，并根據(jù)界址點(diǎn)坐標(biāo)算出各街道的面積。
3.2 采集數(shù)據(jù)的輸出
采集數(shù)據(jù)的輸出應(yīng)根據(jù)實(shí)測后的坐標(biāo)進(jìn)行解析法的計算，然后對數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出處理，把界址點(diǎn)坐標(biāo)文件轉(zhuǎn)換成中間文件。對于各街道內(nèi)的水域、道路、管線等非宗地面積的區(qū)域，利用求積儀進(jìn)行計算，并比較宗地面積與非宗地面積，一般比例應(yīng)小于1：400，并把比較結(jié)果輸入到計算機(jī)中。面積統(tǒng)計應(yīng)對各街道宗地面進(jìn)行匯總，并打印宗地面積的匯總表，然后依據(jù)地類代碼進(jìn)行各區(qū)域的分類，統(tǒng)計完成全區(qū)的分類面積統(tǒng)計。輸出后的數(shù)據(jù)也要進(jìn)行相應(yīng)的整理和存儲，并建立區(qū)域性的地籍?dāng)?shù)據(jù)庫。
4 地籍測量采集數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制
4.1 采集數(shù)據(jù)與底圖的核檢
采集數(shù)據(jù)需要與底圖數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，首先應(yīng)對數(shù)據(jù)采集的精度進(jìn)行檢查，以矢量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對矢量數(shù)據(jù)和數(shù)字正射影像圖進(jìn)行檢對，核查要素包括：位置誤差值、超限值、坐標(biāo)值、數(shù)據(jù)圖像清晰度等，分幅接邊的精度也要進(jìn)行檢查，尤其是邊界圖形之間兩圖是否有縫隙或重疊現(xiàn)象，相領(lǐng)區(qū)域的要素屬性是否一致等。分幅采集數(shù)據(jù)也要進(jìn)行要核查，核查包括：線狀地物、地類圖斑、點(diǎn)狀地物權(quán)屬界線等，同時注意檢查點(diǎn)狀地物及要素是否有遺漏，權(quán)屬界線位置、屬性、關(guān)系是否正確。
4.2 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)檢查
對于地籍圖來說，單層的拓?fù)錂z查是非常必要的，這是采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的重要體現(xiàn)，所以必須對拓?fù)鋱D進(jìn)行核檢，檢查內(nèi)容包括：點(diǎn)狀數(shù)據(jù)的共點(diǎn)檢查，自相交檢查、懸鏈檢查、島與洞的檢查，其中撲拓圖檢查中還應(yīng)對拓?fù)涞倪壿嬓赃M(jìn)行檢查，如：界址點(diǎn)與界址線的疊加檢查，房屋與宗地的疊加檢查、行政區(qū)與行政區(qū)界線的疊加檢查等，區(qū)分疊加數(shù)據(jù)，為成圖打下基礎(chǔ)。
4.3 屬性檢查
地籍?dāng)?shù)據(jù)的屬性檢查非常重要，因在數(shù)據(jù)采集過程中地籍?dāng)?shù)據(jù)往往會受到人為因素的干擾而產(chǎn)生一定的誤差值，有時還會因人工錄入而改變地籍屬性，所以必須對采集后的地籍?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行屬性檢查，同時依據(jù)《土地利用數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)》和《城鎮(zhèn)地籍?dāng)?shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)》的要求，也要對界線、區(qū)域、坡度圖、線狀地物等圖層和數(shù)據(jù)進(jìn)行屬性檢查。檢查項目應(yīng)包括以下內(nèi)容：各圖層字段值填寫是否合格，字段長度及類型是否符合標(biāo)準(zhǔn)；圖層類型及要素代碼是否符合國家標(biāo)準(zhǔn)；地類編碼及地名是否與行政區(qū)域保持一致；行政界線的類型、界線性代碼、界線屬性、界線值是否符合字典要求，同時對坡度級別、地類編碼屬性代碼等要素進(jìn)行檢查；扣除地類面積檢查應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范要求進(jìn)行檢查，強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)的真實(shí)性和可靠性，一般扣除地類面積的算法為扣除地類面積=（地類圖斑面積-線狀地物面積-零星地物面積）*扣除地類系數(shù)，對于計算也結(jié)果要考慮到誤差值帶來的影響。
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結(jié)合鐵路基礎(chǔ)設(shè)施健康監(jiān)測的特點(diǎn)，從硬件和軟件兩個方面設(shè)計數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)；首先，分析振動傳感器的選用原則和輸出信號的特點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計；然后，提出利用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的模擬，詳細(xì)論述各個模擬模塊的建立過程；最后利用所屬方法建立用于鐵路基礎(chǔ)設(shè)施檢測的數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)，系統(tǒng)的建立為鐵路基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測理論研究提供了方法，為同類型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計提供參考。
關(guān)鍵詞：
鐵路基礎(chǔ)設(shè)施；監(jiān)測；振動傳感器；數(shù)據(jù)采集
0.引言
進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國鐵路建設(shè)發(fā)展迅猛，取得了良好的經(jīng)濟(jì)與社會效益。隨著鐵路運(yùn)輸速度的迅速提升，再加上其相對方便舒適的環(huán)境和價格上的優(yōu)勢，勢必能吸引越來越多的人選擇鐵路作為他們旅行的交通工具，然而，伴隨著鐵路運(yùn)輸?shù)娘w速發(fā)展給人們帶來的交通上的快捷與方便，車體與鐵軌的振動故障對公共財產(chǎn)及人身安全構(gòu)成了前所未有的威脅。伴隨著我國鐵路立體跨越式的迅猛發(fā)展，輪軌間激擾力與激擾頻率隨著車輛行駛速度的不斷提高，逐漸增大，變寬，結(jié)果會造成電機(jī)等吊掛設(shè)備和車內(nèi)設(shè)備的高頻高幅振動，引起車體設(shè)備振動能量的急速加劇。如果超過了鐵路各設(shè)備所允許的振動強(qiáng)度范圍，未來的工作性能指標(biāo)及使用壽命將會受到過大的動態(tài)載荷和噪聲的嚴(yán)重影響，情況越發(fā)嚴(yán)重會導(dǎo)致零部件的早期失效。當(dāng)前大量事實(shí)表明，在長期作用的情況下，鐵路振動故障可能會導(dǎo)致貨物破損，軌道破壞，列車脫軌等危險情況。為確保鐵路“安全、經(jīng)濟(jì)、快捷、舒適”的特點(diǎn)和優(yōu)勢，鐵路建設(shè)要不斷發(fā)展完善其各項功能，才能在越發(fā)激烈的市場競爭中取得優(yōu)勢，因此，各國都加強(qiáng)了對鐵路振動的檢測及分析，也增加了對其的投入力度。今年我國對鐵路振動檢測領(lǐng)域的人力物力投入有明顯增加，并且研究范圍擴(kuò)展到眾多方面。以往鐵路振動檢測系統(tǒng)只配備在一些重要單位或者要害部門，而在2000年以后，各個鐵路站段及各個振動檢測站點(diǎn)基本都已經(jīng)涉及發(fā)展應(yīng)用到。鐵路振動檢測系統(tǒng)的重要性越來越被人們所認(rèn)可，近些年又不斷完善各項相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。為了保證鐵路的運(yùn)輸安全、高效舒適的科學(xué)發(fā)展及以人為本的發(fā)展要求，確保鐵路的優(yōu)勢和特點(diǎn)，如何準(zhǔn)確檢測高速鐵路的振動并判斷故障是擺在鐵路工作者面前不容緩的實(shí)際問題。
1.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計方案
本論文用于鐵路基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測的振動傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由下位機(jī)系統(tǒng)和上位機(jī)節(jié)點(diǎn)兩個大的部分組成。系統(tǒng)設(shè)計方案的結(jié)構(gòu)框圖下位機(jī)系統(tǒng)里包含了振動傳感器數(shù)據(jù)采集模塊、IIC實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸模塊、微處理器模塊和電源模塊五個單元。振動傳感器把接收到的振動信號數(shù)字化，通過IIC數(shù)字傳輸方式，將數(shù)據(jù)發(fā)送給微處理器STM32F103ZET6。微處理器作為控制單元，用于接收振動傳感器數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析計算，通過RS-232串口通信，運(yùn)用MAX3232電平轉(zhuǎn)換芯片及CH340RS-232串口轉(zhuǎn)USB芯片，實(shí)現(xiàn)了XYZ三軸振動數(shù)值發(fā)送到上位機(jī)進(jìn)行控制顯示。因為目前個人電腦上已很少有串口，所以我們使用RS-232串口轉(zhuǎn)USB口芯片CH340G，數(shù)據(jù)可以從USB口進(jìn)入PC上位機(jī)。由于每一個節(jié)點(diǎn)的檢測范圍有限，使用多個這樣的節(jié)點(diǎn)共同檢測則可以擴(kuò)大系統(tǒng)的監(jiān)測范圍，提高系統(tǒng)的整體工作性能。整個鐵路振動檢測系統(tǒng)是由多個下位機(jī)節(jié)點(diǎn)互相協(xié)作共同完成系統(tǒng)功能的。
2.系統(tǒng)硬件設(shè)計
2.1系統(tǒng)硬件設(shè)計思想
本論文的鐵路振動檢測系統(tǒng)是由振動傳感器數(shù)據(jù)采集模塊，IIC實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸模塊，微處理器模塊以及RS-232有線通信模塊和電源模塊組成。振動傳感器數(shù)據(jù)采集模塊對鐵路振動的振動數(shù)據(jù)信號進(jìn)行實(shí)時采集，將采集到的數(shù)據(jù)數(shù)字化，并通過IIC實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸方式與單片機(jī)處理器通信，接著單片機(jī)處理器模塊將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析，通過有線通信模塊上傳到上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時顯示及存儲，為鐵路振動故障的判斷提供合理依據(jù)。微處理器中有數(shù)據(jù)處理分析算法的設(shè)計，完成對采集到的實(shí)時振動信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析，判斷當(dāng)前得到的振動數(shù)據(jù)是否在鐵路設(shè)備所能產(chǎn)生的振動范圍之內(nèi)并對數(shù)據(jù)進(jìn)行干擾點(diǎn)剔除，去直流及多項式趨勢項和平滑處理，計算出與自然坐標(biāo)系夾角的角度，使整個鐵路振動檢測系統(tǒng)的性能與數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性得到大幅度提高，很大程度上降低了系統(tǒng)的錯誤上報率。
2.2系統(tǒng)介紹
系統(tǒng)硬件部分可以分為五個部分：振動傳感器數(shù)據(jù)采集模塊、IIC實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸模塊、微處理器模塊、RS-232有線通信模塊和電源模塊。數(shù)據(jù)采集模塊：由單片機(jī)處理器模塊發(fā)出相應(yīng)的控制指令配置振動傳感器的控制寄存器，內(nèi)部控制寄存器來決定信號的采集速度、通信方式、數(shù)據(jù)輸出格式與帶寬，振動傳感器根據(jù)內(nèi)部控制寄存器的值按要求采集振動信號。實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸模塊：振動傳感器采集的實(shí)時數(shù)據(jù)通過IIC傳輸方式，將數(shù)據(jù)發(fā)送給處理器，為之后的數(shù)據(jù)處理分析奠定了基礎(chǔ)。微處理器模塊：主要工作是通過系統(tǒng)軟件控制數(shù)據(jù)采集模塊完成振動數(shù)據(jù)信號的采集，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，然后控制RS-232有線通信模塊將處理完成的數(shù)據(jù)上傳至PC上位機(jī)進(jìn)行顯示及存儲。該模塊是振動傳感器數(shù)據(jù)采集模塊和RS-232有線通信模塊進(jìn)行聯(lián)系的核心部分。RS-232有線通信模塊：將微處理器模塊處理完畢的數(shù)據(jù)，通過RS-232串口通信的方式傳遞給上位機(jī)，上位機(jī)會自動顯示及存儲數(shù)據(jù)，供振動故障的判斷使用。電源模塊：通過該模塊，將5V外部直流電源轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)所使用的3.3V電源。
結(jié)論
本論文設(shè)計了一套鐵路振動檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用下位機(jī)整體檢測模塊PC上位機(jī)整體控制數(shù)據(jù)流向，并對上傳的檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示保存。從與傳統(tǒng)檢測方法的比較來看，它能夠更加高效、深入、細(xì)致的對鐵路振動信號進(jìn)行檢測、處理分析及顯示存儲，并為鐵路振動故障的判斷提供可靠依據(jù)。
作者：魯楠 唐嵐 廖若冰 朱加豪 單位：西華大學(xué)汽車與交通學(xué)院 西華大學(xué)西華學(xué)院
參考文獻(xiàn)
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【關(guān)鍵詞】光纖光柵傳感器 數(shù)據(jù)采集 光纖布拉格光柵
光纖傳感器是通過檢測光信號來測量環(huán)境中參量變化（生物量、物理量或化學(xué)量），這些參量變化會引起光的傳輸特性變化。光纖傳感器有很多種類，按照傳感機(jī)理它可以分為強(qiáng)度型、干涉型和光纖布拉格光柵型這三種。這其中光纖布拉格光柵不僅具有強(qiáng)度型和干涉型的優(yōu)點(diǎn)，并且具有波長分離能力強(qiáng)、靈敏度高、傳感精度好、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢。光纖光柵傳感器有著很大的發(fā)展前途，它可以在需要精確定位或者是絕對數(shù)字測量時，可以構(gòu)成多光柵空間分布單一光纖傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
本文研究的基于光纖光柵的數(shù)據(jù)采集，光纖光柵傳感器即采用的是光纖布拉格光柵，光纖光柵的原理如圖1所示。
光纖布拉格光柵的中心波長隨著外界環(huán)境參量的變化而隨之變化，它廣泛應(yīng)用于壓力、溫度、應(yīng)變等參數(shù)的測量。
一、基于光纖光柵數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成
（一）光纖光柵傳感系統(tǒng)
該系統(tǒng)通過光纖光柵傳感器采集數(shù)據(jù)，這是該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的前提條件。不同功能的光纖光柵傳感器能夠?qū)⒉煌奈锢韰⒘咳鐪囟?、壓力、?yīng)變和加速度等調(diào)制為相對應(yīng)的光柵波長。光纖光柵傳感器輸出光波以后直接通過光纜便可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳送。
（二）光纖光柵網(wǎng)絡(luò)分析系統(tǒng)
該系統(tǒng)作用是將光纖光柵傳感器采集的光信號經(jīng)光纜的遠(yuǎn)程傳輸后，將光信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字量并以物理參量的方式在計算機(jī)終端記錄、顯示或存入數(shù)據(jù)庫中。
該系統(tǒng)主要由光開關(guān)、光纖光柵解調(diào)儀及光纖跳線組成。光纖光柵解調(diào)儀的作用是將光纖光柵中心波長解調(diào)為數(shù)字信號。光開關(guān)的主要作用是將多路光信號一起或是分別進(jìn)入光纖光柵解調(diào)儀，這樣就克服了光纖光柵通道數(shù)不能滿足工程應(yīng)用的缺點(diǎn)。
（三）光纖通訊傳輸網(wǎng)絡(luò)
該系統(tǒng)由光纜和光纖適配器等組成。光纜是光信號傳輸?shù)耐ǖ溃饫w適配器連接光纜且損耗很低，這樣就可以避免工程現(xiàn)場的光纖熔接。單橋監(jiān)控室采用光纜以低損耗方式接連光纜，將遠(yuǎn)距離采集的光信號引入中心監(jiān)控室的數(shù)據(jù)處理及分析系統(tǒng)上。
（四）數(shù)據(jù)處理及分析系統(tǒng)
該系統(tǒng)是對采集后的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理且分析，為后續(xù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)。該系統(tǒng)是由軟件系統(tǒng)組成，在現(xiàn)場工控機(jī)上運(yùn)行，為專家評估系統(tǒng)奠定堅實(shí)的基礎(chǔ)平臺，是后續(xù)工作提供可靠的依據(jù)。
二、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計
在光纖數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，首先運(yùn)用了多線程技術(shù)，以保證數(shù)據(jù)采集、實(shí)時顯示界面和數(shù)據(jù)存儲同時進(jìn)行；其次，運(yùn)用數(shù)據(jù)安全隊列來保護(hù)線程之間數(shù)據(jù)安全傳遞的同時，還要使采集到得數(shù)據(jù)可以在最快的時間內(nèi)得到顯示，最后在VS平臺下實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)程序，由于VS庫函數(shù)和空間豐富，編程環(huán)境界面友好，使得軟件不僅界面漂亮，而且開發(fā)難度大大的降低。數(shù)據(jù)采集的流程圖3-5所示。
在基于光纖光柵數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，為了使數(shù)據(jù)采集、儲存和實(shí)時顯示同時進(jìn)行，必須采用多線程技術(shù)。此外，還可以采用數(shù)據(jù)安全隊列使采集到的數(shù)據(jù)能夠在最快時間實(shí)現(xiàn)顯示并能夠保護(hù)線程之間數(shù)據(jù)的安全傳遞。由于VS平臺下庫函數(shù)和空間豐富、界面友好，采用VS平臺實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)程序可以使開發(fā)難度大大降低且軟件界面漂亮。數(shù)據(jù)采集的流程圖如圖2所示。
三、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的程序?qū)崿F(xiàn)
隨著社會的發(fā)展，大型橋梁的安全問題越來越受到人們的重視，為了保證橋梁運(yùn)行的安全性、可靠性及耐久性等，研究表明，得到科學(xué)管理的橋梁有著更好的安全性以及耐用性，橋梁健康監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)是橋梁建設(shè)中不可少的一部分，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)則是整個監(jiān)測系統(tǒng)的基石。對于橋梁健康監(jiān)測來說，傳感器具有數(shù)量大、種類多，信號采集的儲存實(shí)時性高等要求，這樣對于數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)有較高要求。本文以武漢某大型斜拉橋為例，研究基于光纖光柵的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計及具體實(shí)現(xiàn)。
根據(jù)要求，傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠提供監(jiān)測數(shù)據(jù)。以某斜拉橋為例的健康監(jiān)測系統(tǒng)中，系統(tǒng)采用光纖光柵應(yīng)力傳感器、光纖光柵溫度傳感器、光纖光柵位移傳感器、壓電式低頻加速度傳感器等等監(jiān)測斜拉橋應(yīng)力、溫度等參數(shù)。本文主要針對的是光纖光柵型傳感器，將采集到的光信號通過光纜傳輸后經(jīng)過解調(diào)儀解調(diào)，最后通過網(wǎng)口對解調(diào)儀采集到數(shù)字信號存入數(shù)據(jù)庫中，為后續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)做準(zhǔn)備。
光纖光柵解調(diào)儀具有以太網(wǎng)接口，根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編程，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)程序有很多種方式，Windows Socket是其中比較簡單的方法。本系統(tǒng)監(jiān)測對象比較多并且要求系統(tǒng)實(shí)時性高，多線程技術(shù)可以滿足系統(tǒng)要求，它支持系統(tǒng)一個進(jìn)程中執(zhí)行多個線程，多個操作可以在不同線程中同時進(jìn)行。光信號經(jīng)解調(diào)儀傳輸后是字節(jié)流，可以使用memmove函數(shù)對字節(jié)流進(jìn)行分解處理。
（一）光纖光柵傳感器的配置
數(shù)據(jù)采集方案的確定和傳輸方式的選擇一般是根據(jù)傳感器空間分布情況確定的。斜拉橋的跨度比較大，一般為幾百米到幾千米，橋上敷設(shè)的傳感器的數(shù)量種類也特別多，這個時候為了減少信號在傳輸中受到干擾、衰減失真等情況，首先要對傳感器進(jìn)行配置，再選擇合適的數(shù)據(jù)采集方案和傳輸方式。
數(shù)據(jù)采集之前要確定傳感器的總數(shù)、解調(diào)儀的數(shù)量、所需通道數(shù)、采樣頻率和存儲頻率等各方面信息。傳感器的總數(shù)決定了數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備的數(shù)量和數(shù)據(jù)的傳輸方式。傳感器的采樣頻率是由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的要求以及數(shù)據(jù)本身的動態(tài)特性決定的。在進(jìn)行傳感器配置的時，采取四層結(jié)構(gòu)，采用樹形控件，應(yīng)用如圖3所示。第一層是光纖光柵系統(tǒng)，第二層是光纖光柵解調(diào)儀，第三層是通道，第四層是傳感器。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)首次運(yùn)行時要進(jìn)行初始配置，這樣才能提高系統(tǒng)的運(yùn)行速率。傳感器配置有兩種方式，一種是在界面進(jìn)行配置，第二種是修改配置文件的內(nèi)容。開始配置時首先將配置信息顯示在界面上，對界面進(jìn)行配置，然后將數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫。
界面的配置步驟為：光纖系統(tǒng)總配置、光纖光柵解調(diào)儀配置、通道配置、傳感器配置。將每一個配置的傳感器編號，通過傳感器編號可以查詢具體信息。比如：傳感器的名稱、類別、位置、初始應(yīng)變、報警上限、報警下限、標(biāo)定系數(shù)、標(biāo)定斜率、是否要溫度補(bǔ)償、基準(zhǔn)波長、標(biāo)定波長、所屬的解調(diào)儀和通道數(shù)等信息。
（二）網(wǎng)口采集
武漢某斜拉橋健康監(jiān)測系統(tǒng)需采集的信號數(shù)量大、實(shí)時性高、處理較復(fù)雜。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)負(fù)責(zé)將光纖光柵解調(diào)儀的信號通過網(wǎng)口以后，進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集、分析、轉(zhuǎn)化為相應(yīng)數(shù)據(jù)儲存，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析處理以及安全評估提供可靠地實(shí)時數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)是采用開放式Windows系統(tǒng)平臺，軟件開發(fā)環(huán)境為Visual Studio 2005，把任務(wù)分成幾個獨(dú)立的線程，使用多線程方式，這樣就能夠保證數(shù)據(jù)采集的實(shí)時性，用戶其他操作也能及時響應(yīng)，這樣提高了利用率和程序的運(yùn)行效率。
光纖光柵解調(diào)儀主要作用是把光纖光柵中心波長解調(diào)出來，解調(diào)的機(jī)理有很多，本系統(tǒng)采用的解調(diào)原理是基于F―P濾波器的原理，基于網(wǎng)口的數(shù)據(jù)采集技術(shù)較成熟，解調(diào)儀的通信協(xié)議為UDP協(xié)議，傳輸速率要求能夠完全滿足系統(tǒng)要求。
對于UDP無連接的數(shù)據(jù)報服務(wù)，客戶機(jī)給服務(wù)機(jī)發(fā)送一個含有地址的數(shù)據(jù)報，客戶機(jī)和服務(wù)器并沒有建立連接。服務(wù)器是通過調(diào)用Recvfrom（）等待客戶端數(shù)據(jù)?；赨DP的socket編程思路為：首先創(chuàng)建套接字（socket），然后將套接字綁定到一個本地端口和地址上，等待接收的數(shù)據(jù)，最后關(guān)閉socket。
根據(jù)實(shí)際情況開發(fā)服務(wù)端軟件基于UDP的，UDP能夠提供端口機(jī)制便于UDP用戶使用。UDP長度中包括UDP本身長度、源端口、目的端口、用戶數(shù)據(jù)和UDP校驗等。實(shí)際開發(fā)，端口號為5000，首先使用“ping”命令判斷測試網(wǎng)絡(luò)是否連通，原理為發(fā)送UDP數(shù)據(jù)包給對方主機(jī)，對方主機(jī)回復(fù)是否收到數(shù)據(jù)報，如果回復(fù)及時，則網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)連接，軟件流程如下圖4所示。
四、小結(jié)
光纖光柵傳感器使用越來越普遍，本文介紹基于光纖光柵傳感器的數(shù)據(jù)采集監(jiān)測系統(tǒng)的組成，對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行軟件設(shè)計和介紹基于網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集的關(guān)鍵技術(shù)，最后對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)例應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：GPRS，單片機(jī)，數(shù)字傳感器，AT指令
1、引言眾所周知，油井的管理是油田生產(chǎn)中的重要組成部分。油井管理一般包括油井?dāng)?shù)據(jù)采集和油井地上地下設(shè)備的維護(hù)和維修，而地下設(shè)備是否正常工作又通過油井的各項參數(shù)表現(xiàn)出來。論文格式。對于油井一般處在偏遠(yuǎn)地區(qū)、分布面積大，因此每天對油井進(jìn)行參數(shù)采集的工作量非常大造成了對人力、物力以及時間的巨大浪費(fèi)。與發(fā)達(dá)國家相比，我國石油開采技術(shù)水平有一定差距，目前我國的采油井95%以上是機(jī)采，大多數(shù)數(shù)據(jù)采集依靠人工完成。雖然已建立了石油管理局一級的管理信息系統(tǒng)(MIS)，但油井現(xiàn)場的數(shù)據(jù)還不能實(shí)現(xiàn)無縫上傳，無法實(shí)現(xiàn)高效的采油調(diào)度管理。
通用分組無線業(yè)務(wù)GPRS[1]General Packet Radio Service）是在現(xiàn)有的GSM系統(tǒng)上發(fā)展出來的一種新的承載業(yè)務(wù)，它允許用戶在端到端分組轉(zhuǎn)移模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，需不需要利用電路交換模式的網(wǎng)絡(luò)資源，從而提供了一種高效、低成本的無線分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，特別適用于間斷的、突發(fā)性的和頻繁的、少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。
在有移動信號的地方，如果開通了GPRS服務(wù)就可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。目前中國移動在山東的信號覆蓋面積已經(jīng)達(dá)到100%，結(jié)合油田生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集的具體情況如果開發(fā)出一套遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，不但節(jié)省大量的人力物力，極大的提高數(shù)據(jù)實(shí)時性，為奪油上產(chǎn)提供有力的數(shù)據(jù)支持。
本文將介紹基于GPRS的油井遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，使油田信息網(wǎng)絡(luò)向井口擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)油井?dāng)?shù)據(jù)的實(shí)時傳送和信息網(wǎng)絡(luò)的無縫鏈接，逐步形成油田生產(chǎn)管理與監(jiān)控一體化的信息網(wǎng)絡(luò)。
2、硬件設(shè)計2.1系統(tǒng)總體構(gòu)成[2]
系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集終端、無線通信網(wǎng)絡(luò)、工作站和數(shù)據(jù)中心構(gòu)成，數(shù)據(jù)采集終端和工作站通過中國移動通信的GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1。
數(shù)據(jù)采集終端安放到井口，對井口溫度、壓力進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，并將采集的數(shù)據(jù)以一定格式通過GPRS模塊發(fā)送至工作站。采集終端可以在設(shè)定的時間向工作站發(fā)送采集到的數(shù)據(jù)，也可以接收工作站發(fā)送的指令采集實(shí)時數(shù)據(jù)。工作站由一臺連接到Internet并且具有固定IP地址的計算機(jī)組成，一般安置在采油隊中央控制室。工作站接收終端發(fā)送的無線信號進(jìn)行數(shù)據(jù)重組，提示工作人員對采集到的數(shù)據(jù)做出實(shí)時分析，發(fā)現(xiàn)異常情況以便及時處理。最后通過專用網(wǎng)絡(luò)傳輸給數(shù)據(jù)處理中心。故障主要包括參數(shù)越限、非法闖入和設(shè)備故障等，系統(tǒng)可根據(jù)實(shí)際監(jiān)控過程的需要及監(jiān)控進(jìn)程的情況，對運(yùn)行狀態(tài)的信息進(jìn)行分析，給出故障類型、出錯位置和出錯原因，及時作出報警。數(shù)據(jù)中心安置在各廠礦的信息處理中心，對各采油隊數(shù)據(jù)完成數(shù)據(jù)處理后進(jìn)入石油管理局的信息網(wǎng)絡(luò)（MIS）。
2.2 數(shù)據(jù)采集終端[3]
采集終端采用以AT89C52單片機(jī)為核心的數(shù)據(jù)處理單元。溫度傳感器使用DS18B20數(shù)字溫度傳感器，DS18B20數(shù)字溫度計是DALLAS公司生產(chǎn)的1－Wire，對AT89C52單片機(jī)來說，硬件上并不支持單總線協(xié)議，因此，我們必須采用軟件的方法來模擬單總線的協(xié)議時序來完成對DS18B20芯片的訪問。論文格式。
由于DS18B20是在一根I/O線上讀寫數(shù)據(jù)，因此，對讀寫的數(shù)據(jù)位有著嚴(yán)格的時序要求。DS18B20有嚴(yán)格的通信協(xié)議來保證各位數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性。該協(xié)議定義了幾種信號的時序：初始化時序、讀時序、寫時序。所有時序都是將主機(jī)作為主設(shè)備，單總線器件作為從設(shè)備。而每一次命令和數(shù)據(jù)的傳輸都是從主機(jī)主動啟動寫時序開始，如果要求單總線器件回送數(shù)據(jù)，在進(jìn)行寫命令后，主機(jī)需啟動讀時序完成數(shù)據(jù)接收。
壓力傳感器使用MSP5100系列高性能不銹鋼壓力傳感器，它具有全金屬密封結(jié)構(gòu)，可承受一千萬次的循環(huán)壓力。通過了最新的重工業(yè)CE認(rèn)證，包括浪涌保護(hù)，以及承受在電源正負(fù)極之間的過電壓保護(hù)，采用5V供電，最高工作溫度125℃，可在輕微腐蝕環(huán)境下工作，符合井口環(huán)境要求。通過整理電路和D/A芯片連接，單片機(jī)可從D/A讀取到相應(yīng)的電子數(shù)據(jù)。
GPRS模塊采用了SIMCOM公司的SIM300 GSM/GPRS模塊，SIM300內(nèi)集成了TCP/IP協(xié)議，并且支持GSM07.07AT指令和增強(qiáng)AT指令控制。模塊為用戶提供了功能完備的系統(tǒng)接口，用戶只需投入少量的研發(fā)費(fèi)用，在較短的研發(fā)周期內(nèi)，就可集成自己的應(yīng)用系統(tǒng)。用戶的主要工作集中在控制系統(tǒng)方面
采集終端的結(jié)構(gòu)如圖2所示：
3、軟件設(shè)計 3.1 單片機(jī)程序設(shè)計
該程序軟件中的所有代碼都用C語言編寫，在Keil環(huán)境中編譯，Keil是Keil Software公司為8051及其兼容產(chǎn)品提供的專門開發(fā)工具，它支持在系統(tǒng)調(diào)試，所有代碼調(diào)試后經(jīng)由TI Downloader下載到存儲器中。
采集終端控制部分采用了C語言的模塊化編程，主要分為溫度傳感器模塊，壓力傳感器模塊以及GPRS模塊這三個部分。系統(tǒng)中使用的SIM300模塊內(nèi)部已經(jīng)嵌入了TCP/IP協(xié)議，為了能夠?qū)崟r采集GPRS模塊工作在UDP模式中。由于需要采集多個參數(shù)，因此必須在GPRS數(shù)據(jù)包的基礎(chǔ)上重新定義新的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，圖3給出了自定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)圖。
3.2 工作站數(shù)據(jù)接收設(shè)計
監(jiān)控中心的功能是實(shí)現(xiàn)GPRS信息的接收和保存，設(shè)計語言采用Microsoft公司的Visual C++編程語言，C++語言應(yīng)用靈活，功能強(qiáng)大，并對網(wǎng)絡(luò)編程和數(shù)據(jù)庫有強(qiáng)大的支持。
由于通過GPRS中心監(jiān)控部分可以直接訪問互聯(lián)網(wǎng)，所以監(jiān)控部分并不需要再設(shè)置GPRS模塊，中心只需通過中心軟件偵聽網(wǎng)絡(luò)，接收GPRS無線模塊傳來的UDP協(xié)議的IP包和發(fā)送上位機(jī)控制信息，以實(shí)現(xiàn)與GPRS終端的IP協(xié)議通信。接收到的信息要保存到中心的數(shù)據(jù)庫中，以備查歷史記錄。數(shù)據(jù)庫采用Access，用VC編制的界面窗口能推動AD（）訪問Access中的數(shù)據(jù)，也可通過Socket接收網(wǎng)絡(luò)終端信息。論文格式。
Socket接口是TCP/IP網(wǎng)絡(luò)的API，Socket接口定義了許多函數(shù)和例程，程序員可以利用它來開發(fā)TCPIP網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用程序，VC中的MFC列提供了CAsyncSocket這樣一個套接字類，用它來實(shí)現(xiàn)Socket編程非常方便，本設(shè)計采用數(shù)據(jù)報文式的Socket，這是一種無連接的Socket，對應(yīng)于無連接的UDP服務(wù)應(yīng)用。
CAsyncSocket使用DoCallBack函數(shù)來處理MFC消息，一個網(wǎng)絡(luò)事件發(fā)生時，DoCallBack函數(shù)按照網(wǎng)絡(luò)時間類型FD_READ、FD_WRITE、FD_ACCEPT和FD_CON-NECT來分別調(diào)用OnReceive、OnSend、OnAccept和OnCon-nect函數(shù)，以驅(qū)動相應(yīng)的事件，從而完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信。
結(jié)束語
本文采用了嵌入TCP/IP的SIM300模塊，通過AT98C52的控制完成發(fā)送GPRS數(shù)據(jù)的功能，具有外圍電路少，電路簡單，系統(tǒng)成本低等優(yōu)點(diǎn)，通過標(biāo)準(zhǔn)RS232串口和外部控制器連接。
基于GPRS的系統(tǒng)有有一定的缺點(diǎn)，例如，現(xiàn)在的GPRS網(wǎng)還不夠穩(wěn)定，有丟包的現(xiàn)象，上述問題經(jīng)過精細(xì)設(shè)計是可以避免和解決的，所以基于GPRS的設(shè)計仍具有無可比擬的優(yōu)勢。
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關(guān)鍵詞：計算機(jī)技術(shù)，電壓無功，自動化，應(yīng)用
隨著社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，居民和各類企業(yè)對供電質(zhì)量和可靠性的要求日益提高，從改善電能質(zhì)量和節(jié)約人力方面比較電壓無功優(yōu)化自動控制裝置具有不可比擬的優(yōu)勢，已逐步取代原來通過值班員手動調(diào)節(jié)檔位和投切電容器來調(diào)整電壓的方式，在維系電力系統(tǒng)穩(wěn)定中的作用已充分展示出來。論文參考，自動化。電壓無功優(yōu)化自動控制裝置由大量的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)控制、程序執(zhí)行元件組成，通過一系列自動化技術(shù)將其功能整合在一起，因此，了解電壓無功優(yōu)化自動控制中的自動化原理對于研究電壓無功優(yōu)化自動控制有著十分重要的作用。為此本文著重分析了電壓無功優(yōu)化控制中的自動化技術(shù)。
一、自動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)
（一）調(diào)壓方式
無功優(yōu)化控制系統(tǒng)設(shè)計在設(shè)置母線電壓限定范圍后，自動對高峰負(fù)荷時段、低谷負(fù)荷時段的電壓值進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以保證在合格范圍內(nèi)的電壓滿足逆調(diào)壓方式。論文參考，自動化。當(dāng)電壓超出額定范圍時，則與同級和上級變電所的電壓進(jìn)行比較，然后判斷出應(yīng)該調(diào)節(jié)同級還是上級變電所的主變檔位。
（二）調(diào)整策略
電壓無功優(yōu)化自動控制包含兩個方面，分別是電壓優(yōu)化和無功優(yōu)化：
1、電壓優(yōu)化
當(dāng)母線電壓超上限時，首先下調(diào)主變的檔位，當(dāng)不能滿足要求時才切除電容器；當(dāng)母線電壓超下限時，首先投入電容器，當(dāng)不能滿足要求時再上調(diào)主變檔位，總之要確保電容器最合理的投入。
2、無功優(yōu)化
當(dāng)系統(tǒng)電壓保持在限定范圍內(nèi)后，通過系統(tǒng)的自動控制，決定各級變電所電容器的先后投入，使得無功功率的流向最平衡，最能提高功率因數(shù)。
二、自動化數(shù)據(jù)采集、計算和傳輸
作為一個自動控制系統(tǒng)，全面的數(shù)據(jù)采集是整個控制過程最關(guān)鍵的一部，其采集數(shù)據(jù)的精度和安全直接影響整個系統(tǒng)的精度和安全。論文參考，自動化。一個完善的無功優(yōu)化自動控制系統(tǒng)應(yīng)該能實(shí)時自動的從調(diào)度中心、各監(jiān)控站采集電網(wǎng)電壓、功率、主變檔位、電容器運(yùn)行狀態(tài)等數(shù)據(jù)并能確保當(dāng)遙測遙信值不變時不與SCADA系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，減少系統(tǒng)資源占用。
在采集到實(shí)時數(shù)據(jù)后，過往的自動控制系統(tǒng)都是通過“專家系統(tǒng)”對數(shù)學(xué)模型進(jìn)行簡化和分解，然后利用潮流計算和專家系統(tǒng)等方法進(jìn)行求解。隨著自動化技術(shù)的高速發(fā)展，自動控制系統(tǒng)能夠突破優(yōu)化計算難于尋找工程解的難題，采用模糊控制的算法，充分考慮諧波，功率因數(shù)擺動，電壓波動和事故閉鎖等因素，通過一系列精密芯片的配合計算出使電網(wǎng)電能損耗最小的變壓器檔位、電容器投入量和電網(wǎng)最優(yōu)運(yùn)行電壓以供控制部件執(zhí)行。
系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸上使用只與內(nèi)存交互數(shù)據(jù)而不存取硬盤的內(nèi)存數(shù)據(jù)庫技術(shù)，既提高了數(shù)據(jù)的存取速度，又節(jié)省了硬盤使用。為了提高傳輸效率，系統(tǒng)還會根據(jù)傳輸數(shù)據(jù)的類型和要求的不同，自動采用不同的傳輸協(xié)議：使用TCP/IP協(xié)議傳輸大量的重要數(shù)據(jù)，使用UDP協(xié)議傳輸少量的廣播數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)傳輸準(zhǔn)確度方面，子站在接受到數(shù)據(jù)后會自動向主站發(fā)送反校信號，以驗證所受數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
三、系統(tǒng)的自動控制
電壓無功優(yōu)化控制的基本過程如下：首先是主站控制系統(tǒng)進(jìn)行電壓無功計算，然后把計算得到的各級變電所的功率因數(shù)、電壓的區(qū)域無功定值結(jié)果通過光纖通道傳達(dá)至各級變電所的電壓無功控制系統(tǒng)。各級變電所的控制系統(tǒng)周期性的把本站的功率因數(shù)、電壓和接收到的定值結(jié)果比較，以判斷是否越限。
為了保證電網(wǎng)損耗最低，主站的控制系統(tǒng)要不斷跟緊電網(wǎng)運(yùn)行方式的變化，隨時計算出最新的區(qū)域無功定值結(jié)果并傳達(dá)至各級變電所的電壓無功控制系統(tǒng)。由于主站的控制系統(tǒng)計算最初的區(qū)域無功定值時需要一定的時間，這就會造成各級變電所從啟動控制系統(tǒng)至接收到第一個信號間有一個時間段，系統(tǒng)定義這段時間內(nèi)的定值是按照本地系統(tǒng)運(yùn)行的。論文參考，自動化。
當(dāng)主站系統(tǒng)遇到特殊情況（如有影響電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的遙信變位發(fā)生）時，能夠即時撤銷子站控制系統(tǒng)當(dāng)前正在執(zhí)行的區(qū)域無功定值。子站控制系統(tǒng)即以本地?zé)o功定值運(yùn)行，待再次受到主站重新計算的定值時才轉(zhuǎn)以新定值運(yùn)行。論文參考，自動化。子站控制系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)視主站的定值下傳通道是否正常，通信異常時，立即改為執(zhí)行本地定值，直至通道恢復(fù)正常。論文參考，自動化。
四、系統(tǒng)自動化的安全保證
目前國內(nèi)的一些系統(tǒng)僅僅只做到了一層閉環(huán)控制，安全可靠性根本無法保證。而隨著自動化技術(shù)的發(fā)展，最新的系統(tǒng)則是采用主站和子站同時的雙層實(shí)時閉環(huán)反饋控制結(jié)構(gòu)。實(shí)驗證明由于采用了雙層實(shí)時閉環(huán)反饋控制結(jié)構(gòu)，當(dāng)運(yùn)行中發(fā)生用戶定義的需要閉鎖的異常事件時，控制系統(tǒng)能夠立即執(zhí)行閉鎖，符合電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和調(diào)度運(yùn)行特點(diǎn)，適合各種大小電網(wǎng)的安全可靠運(yùn)行，能更有利地保證提高電網(wǎng)的電能質(zhì)量，其具體的安全策略如下：
自動估算電網(wǎng)電壓，使電容器平穩(wěn)投切，避免出現(xiàn)振蕩；自動估算電壓調(diào)節(jié)后的無功變化量，使主變檔位平穩(wěn)調(diào)整，避免出現(xiàn)振蕩。
當(dāng)需要調(diào)節(jié)的變電所的主變并聯(lián)運(yùn)行時，為了避免出現(xiàn)其中一臺主變頻繁調(diào)節(jié)的情況，首先調(diào)節(jié)據(jù)動率較高的那臺主變的檔位。應(yīng)對于主變和電容器出現(xiàn)的異常情況，系統(tǒng)能夠自動減少主變檔位調(diào)整次數(shù)，使設(shè)備壽命增加，電網(wǎng)安全得到保證。當(dāng)遭遇設(shè)備異常時，系統(tǒng)自動閉鎖，而且必須人工手動來解除封鎖。具體的異常情況有：電容器或主變檔位異常變位；系統(tǒng)需要采集的數(shù)據(jù)異常；系統(tǒng)數(shù)據(jù)不刷新。特別的當(dāng)發(fā)生10kV單相接地時，系統(tǒng)自動閉鎖電容器的投切。為避免采集到的數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，系統(tǒng)采用同時判斷遙測數(shù)據(jù)和遙信數(shù)據(jù)的方式，提高了采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)度。
五、結(jié)論
本文通過對電壓無功優(yōu)化控制系統(tǒng)的淺要介紹，分析了其包含的自動化技術(shù)，從一個側(cè)面反映了我國電力系統(tǒng)自動化科技的發(fā)展，也展現(xiàn)了電力行業(yè)專業(yè)人才的卓越才能。本文對電壓無功優(yōu)化控制系統(tǒng)從設(shè)計思想，系統(tǒng)構(gòu)成方面進(jìn)行的論述，可作電力專業(yè)的教輔材料，也可供電壓無功優(yōu)化控制裝置設(shè)計和運(yùn)行參考。
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