八通道串口數據采集與處理虛擬儀器系統設計

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )是近幾年國際研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，而數據采集又是無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )系統性能*估、應用的基礎環(huán)節。在數據采集過(guò)程中應用虛擬儀器可以盡可能地縮短數據采集的時(shí)間，同時(shí)降低實(shí)驗成本，因此虛擬儀器在測控領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應用。傳統的前端數據采集設備都是，TI公司的數據采集卡，成本高且維修不便。本系統下位機采用NXP公司LPC2378為依托的數據采集電路板，上位機操作系統基于La-bview8．5編寫(xiě)，通過(guò)串口通信實(shí)現了數據的實(shí)時(shí)采集，可以對采集信號進(jìn)行處理分析并顯示。

　　l 系統設計

　　數據采集系統分為下位機和上位機2部分，二者通過(guò)驅動(dòng)程序組成采集系統。下位機是指直接控制設備獲取設備狀況的計算機，一般是PLC／單片機之類(lèi)；上位機是可以直接發(fā)出操控命令的計算機，一般是PC，屏幕上顯示各種信號變化，如圖l所示。圖中程序部分采用Labview來(lái)實(shí)現。在數據采集之前，先對下位機采集板卡進(jìn)行初始化，其中處理器Buffer是下位機采集存儲的重要環(huán)節?？梢圆捎猛獠坑|發(fā)（比較精確），也可采用軟件觸發(fā)（容易實(shí)現）。由于上位機數據處理階段要對采集到的一個(gè)周期的數據進(jìn)行處理，所以系統采用軟件觸發(fā)，每個(gè)周期采樣l024點(diǎn)。

　　1．1 下位機系統

　　下位機系統為數據采集硬件平臺，主要包括采集卡前端設備即傳感器電路、核心處理器（即算法實(shí)現電路）、電源模塊電路和通信模塊電路。

　　1．1．1 采集卡前端設備

　　前端傳感器采用飛思卡爾MMA7260加速度傳感器。相比于老式線(xiàn)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供電才能穩定工作。本系統采集傳感器Z軸數據，對探頭安裝位置沒(méi)有特殊要求；若要采集X軸數據，必須注意探頭X軸方向與地面平行，否則信號會(huì )發(fā)生畸變。

　　1．1．2 核心處理器

　　從價(jià)格、操作系統、接口類(lèi)型、內存大小等條件考慮，該系統設計的處理器采用LPC2378，它是一款基于A(yíng)RM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位數據／16位地址并行的總線(xiàn)）。工作頻率為72 MHz，ARM局部總線(xiàn)上有32 KB的SRAM，可以進(jìn)行高性能CPU訪(fǎng)問(wèn)和簡(jiǎn)單的算法實(shí)現。

　　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。其他部分主要起穩壓作用，其電源模塊電路如圖3所示。