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(jīng)過(guò)調理電路后送由MiniBus采用RS2-32協(xié)議送達上位機。另外采集板集成了一塊單CAN高速隔離收發(fā)器CTMl050，可以通過(guò)網(wǎng)口通信。串口通信需注意的問(wèn)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(chēng)與下位機一定要設置為同一名稱(chēng)，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(jīng)下位機采集處理后，由通信模塊通過(guò)串口發(fā)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(chēng)設置、超時(shí)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(shí)l000 ms；波特率115200；數據位為8位；無(wú)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(gè)FE，然后緊跟數據包。程序判斷讀取8個(gè)FE時(shí)開(kāi)始讀數并顯示。

　　1．2．3 數據處理

　　系統為8通道，一次循環(huán)讀取16位的數組，將數組第O個(gè)元素作為第1通道的低位，第1個(gè)元素作為第l通道的高位……，第15個(gè)元素作為第八通道的高位，分別顯示：當滿(mǎn)足采樣點(diǎn)位數時(shí)，置位重新讀取數據。在顯示之前對數據進(jìn)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(xiě)Matlab代碼。由于程序運行時(shí)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(diǎn)擊采集數據按鈕時(shí)，系統提示選擇存儲路徑，并存儲為后綴名為‘.lvm’的二進(jìn)制測量文件。上位機主程序如圖6所示。

　　2 用戶(hù)界面

　　將8個(gè)MEMS傳感器并排，然后拍擊桌面的信號波形圖。8個(gè)通道可獨立使用，如直接一路傳感器，其他通道數據都為0?？墒謩?dòng)更改串口名稱(chēng)、波特率、停止位、奇偶校驗、流控制、傳輸數據位和顯示信號線(xiàn)的線(xiàn)性、顏色，界面友好?？筛鶕枨筇砑臃逯碉@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(shù)，即將計算機Buffer分為2個(gè)相同區域Bufferl和Buffer2，數據先存往Bufferl，當Bufferl存滿(mǎn)時(shí)，標志位置位，數據繼續存往Buffer2，同時(shí)將Bufferl中的數據送往處理器進(jìn)行處理，完畢后，Bufferl存數，Buffer2發(fā)送，如此循環(huán)，注意正確設置存儲速度和處理速度之間的關(guān)系，以保證數據無(wú)遺漏。

　　2）Labview編程與Matlab編程相結合進(jìn)行數據處理分析。對于Labview中沒(méi)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(huán)結構和事件結構設置，前面板和程序框圖同時(shí)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(shí)驗數據的采集，由于采用串口通信，所以設備布設簡(jiǎn)便，方便操作。經(jīng)實(shí)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(shí)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(shí)時(shí)監測待控領(lǐng)域。