采集转换

采集转换（精选4篇）

采集转换 篇1

0 引言

在航空产品的测试性试验中, 需要大量的数据测量与采集工作. 特别是故障注入成功判据, 以及产品响应的测量和采集. 然而, 目前大量的航空产品为了提高信号的抗干扰能力与传输能力, 信号的幅度一般比较大. 因此, 在对这些信号的处理过程中, 不可避免的使用到高压运算放大器, 高压型运算放大器在满足信号幅度要求的同时, 存在一个弊端, 就是信号转换速率不足, 导致实际带宽不足, 限制了其使用范围。

1 问题提出

在某产品的数据采集时, 使用电路了LM6172 型运算放大器, 电路如如图1 所示, 整个电路供电采用 ±12V电源. 采用该电路对一些大信号 (> 5V) 进行数据采集时, 输入信号经衰减后, 通过运算放大器跟随输出, 该运算放大器主要用于实现被测对象与采集系统之间的阻抗匹配关系。

图1 中电路传递函数为:

使用该电路进行数据采集时, 测得试验数据如图2 所示, 对峰峰值为8V的信号进行扫频时发现, 当输入信号在30Hz~200k Hz时有着比较稳定的输出. 但是, 从300k Hz开始输出结果开始出现明显的衰减, 并且在1MHz时, 衰减量达到0.2V, 产生了较大的误差。

2 问题分析

根据上述试验结果, 我们分析原因如下, 在运算放大器的众多参数中, 对与大信号来说通常约束条件有三个, 分别是供电电源 (Vs) , 增益带宽积 (GBW) , 以及转换速率 (SR) , 这三个参数对信号的约束条件为:

这三个公式的物理意义分别为:

(1) 输入输出信号受限于供电电源; (2) 增益带宽积为定值; (3) 电压识别受限于转换速率。

结合本次数据采集任务, 使用的LM6172参数如表1:

在小信号的使用过程中, 第二个公式积起主要作用, 因为对于小信号可能存在较大的放大倍数, 导致带宽急剧下降, 例如小信号放大10 倍, 带宽将减少10 倍, 但是由于信号峰值 (Vp) 较小, 容易满足转换速率;在大信号使用过程中刚好相反, 例如正负24V供电, 输入信号半峰值为5V时, 最大放大倍数为24 / 5 4.8 倍, 因此对带宽衰减不大, 但是由于转换速率的限制, 会大大降低信号的通频带, 本例中图2 所示数据的原因主要就是受到转换速率 (SR) 的限制而导致的, 且该限制会使得通频带远远小于理论带宽。

3 数据处理过程

虽然受到转换速率的限制使得通频带下降, 但是通过实际测试因一部发现, 在转换速率截止频率附近, 信号的衰减会呈现一定的线性特性, 我们对图2 中的信号截取300k Hz~1.2MHz之间的曲线重新绘制如图3 所示。

图中可以看出, 在这个频段内只要对数据进行校准处理, 在结合30Hz~300Hz之间的数据记过就可得到完整的数据结果。考察数据结果, 用线性特性拟合这个频段内的数据, 拟合过程可以采用matlab中工具箱的现有函数polyfi t (x, y, 1) , 经过拟合发现在300k Hz~1MHz之间存在大约0.011V/100k Hz的衰减量, 因此在实际测试过程中, 可以对输出数据进行修正. 修正后的数据结果如图4 所示, 经过校正后, 可以发现在300k Hz~1MHz之间信号的输出保持了较好的稳定性, 可以满足要求。此外, 通过数据结果也可以看出, 当频率远超过这个截止频率时, 此时采集系统的非线性明显, 无法再通过这种线性校正技术进行拟合逼近。

4 结论

本文以测试性试验过程中的数据采集过程为基础, 面向现有的大信号高速数据采集技术. 考虑到在高压高速型运算放大器转换速率截止频率附近仍具有一定的线性特性, 可以利用软件上进行数据校准可以保持较强的精度. 该方法成本低, 简单易行, 不需要再设计复杂的采集系统电路。

参考文献

[1]石君友.测试性设计分析与验证[M].北京:国防工业出版社, 2011.

[2]华成英, 童诗白.模拟电子技术基础[M].北京:高等教育出版社, 2006.

[3]邓兰萍, 王纪民.一种LDMOS高压运算放大器的设计与实现[J].微电子学, 2006 (01) .

[4]钟清华, 黄伟强, 李子升.基于线性电源的高压放大器[J].现代电子技术, 2004 (15) .

[5]程春来, 柴常春, 唐重林.一种低压低功耗CMOS折叠-共源共栅运算放大器的设计[J].现代电子技术, 2007 (24) .

[6]陈亮.一种转换速率为2000V/μs的超高速运算放大器[J].微电子学, 1999 (06) .

[7]刘伦才, 黄文刚.运算放大器的速度/带宽优化设计[J].微电子学, 2005 (04) .

采集转换 篇2

太阳能是一种取之不尽用之不竭的清洁能源,而对其的利用率却不是很高,在目前倡导绿色能源节能减排的环境下,能够充分利用好太阳能是一件利国利民的事情[1]。本文论述了将太阳能转换为电能并作为系统的能量来源,实现最大光强采集,供给负载能量,清洁、稳定可靠、功耗小、效率高,具有一定的实际意义。

在教室、仓库、大棚等一些场所需要实时监测温湿度情况并对其分析,以便做出相应的措施。本系统从实际出发,实现对温湿度、时间等数据的采集显示和控制,使设计更有应用价值。

1 系统总体方案设计

系统以51单片机为控制核心,通过最大光强点追踪实现将太阳能转换为电能给负载供电,以温湿度传感器SHT11为测量元件,构成智能温湿度测量系统;利用DS1302时钟芯片采集时间量;同时把采集到的数据通过RS-232总线上传给电脑分析,并在LCD1602显示出来。通过按键调整时间,并对温湿度超限值进行模拟报警等。系统设计方案如图1所示。

具体讲,本系统主要包括两个部分:一是寻求最大太阳辐射的光电能量转换系统,这是设计的重点和特色;另一个是数据采集系统,包括温湿度和时间信息采集,另外为叙述方便,也将外围模块如RS-232通信、键盘、显示、报警等归入采集系统。下面将对两个系统做具体介绍。

2 光电能量转换系统

利用太阳能电池把太阳能转换成电能并存储在蓄电池里,通过单片机控制获得最大的太阳辐射并给单片机供电。该模块框图如图2所示。

2.1 可行性与创新性说明

利用太阳能作为系统能量的来源,不仅解决了断电或者电网异常带来的问题,而且对最大光强点追踪策略的实现,使得太阳能的利用率得到提高,符合当今环保低碳的主题,并易于推广,对提高太阳能的利用率有参考意义。

单片机消耗的功率小,用太阳能板吸收的能量经过控制转换得到的电能适宜作为系统的供电来源,关键是如何使系统简单方便又能提高效率。本设计在控制方法选取上,考虑到季节、天气等影响,排除固定坐标转动太阳能板的方法,而是利用光敏器件跟踪和程序控制的方法,让太阳能板自动随最大光强点转动,简单可靠。经过分析调试,把构建的电路放在各种环境下进行测试,结果环境亮度不影响电路的准确控制,能够达到预期的性能指标。

2.2 设计原理

利用光敏电阻在光照时阻值发生变化的原理,将四个相同的光敏电阻分别放置于一块电池板东西南北方向边沿处,两个舵机分别控制太阳能板的横纵轴转动。如果太阳光垂直照射太阳能电池板时,四个光敏电阻接收到的光照强度相同,它们的阻值相等,此时舵机不转动;当太阳光方向与电池板垂直方向有夹角时,接收光强多的光敏电阻阻值减小,经过比较器输出高低电平,驱动舵机转动,偏过一定角度。直至两个光敏电阻上的光照强度相同,此时舵机钳住,等待下一次偏差量。硬件示意图如图3所示。

2.3 数据处理部分

采用LM393比较器来处理数据,电路原理图如图4所示。零电位调整单元以抵消零点漂移的直流信号。比较器对输入信号进行判断,将光敏电阻的变化值转化为电压值,当输出信号的强度大于一定值时,给单片机高电平信号;反之,提供低电平信号,这样能屏蔽一些微小信号的扰动,使系统稳定工作。

2.4 控制单元

根据比较器送来的数字量,控制舵机的工作状态。本系统选择用舵机来控制太阳能电池板的转向,原因有三个:一是舵机可以达到对角度较准确的控制;二是舵机可以钳住已给定的角度,不易受外界因素的影响;三是舵机的控制比较简单,只需改变占空比就能改变舵机的角度,减轻单片机的工作量。图5为舵机的控制接线图。

舵机的控制一般需要一个20 ms左右的时基脉冲,该脉冲的高电平部分一般为0.5～2.5 ms范围内的角度控制脉冲部分。以180。角度伺服为例,那么对应的控制关系如图6所示。

根据采集到的光强的情况决定舵机偏转一定的角度,那么相应地调整输入信号脉冲宽度即改变占空比的大小,就能调整太阳能板的方向。

3 数据采集系统设计

3.1 温湿度采集电路

SHT11数字温湿度传感器采用CMOSens技术,将温湿度传感器、信号放大调理、A/D转换、二线串行接口全部集成于一个芯片,无需外围器件,具有高度的可靠性和长时间的稳定性。SHTll通过两线串行接口电路与单片机连接,该电路如图7所示[2]。

其中,串行时钟输入线SCK用于单片机控制器与SHT11之间的通信同步,串行数据线DATA用于内部数据的输出和外部数据的输入,上拉电阻保证传输的稳定性。

3.2 时钟电路模块

实时时钟电路DS1302是一种具有涓细电流充电能力的电路,采用串行数据传输,具有掉电保护功能[3]。采用32.768 k Hz晶振。电路图如图8所示。

3.3 单片机外围电路的设计

单片机外围电路主要包括RS-232通信电路、键盘输入电路以及报警电路、复位电路、显示电路等。在此简单介绍键盘输入模块[4]。

本系统采用独立式键盘,表1为按键功能表,图9为线路示意图。能实现对时间数据的修改和对温湿度上下限值的设定。

4 软件设计及Proteus仿真

4.1 主程序流程

软件开发环境为KEIL4,程序用C语言编写。初始化子程序含:时钟、I/O端口和液晶显示等模块。功能子程序含:舵机控制、温湿度测量并转化、时钟数据采集并转化、键盘处理、延时、中断输出控制等。主程序的流程图如图10所示。

4.1.1 舵机控制子程序

程序算法(X轴和Y轴的控制方法一样,这里只介绍X轴):X轴的两个光敏电阻采集到的光强分别经比较器得到数字量送给单片机,单片机对两个量进行分析,如出现差值则驱动舵机,否则返回等待下一次出现差值。程序流程图如图11所示。

4.1.2 测温湿度子程序流程图

温湿度采集子程序如图12所示[2]。SHT11温度检测值线性好,当单片机供电为5 V时,其分辨率为14位,用公式T=-40+0.01M,将温度读数M转换成温度值T;SHT11相对湿度输出呈非线性,SHT11里面是12位湿度传感器,用公式补偿相对湿度读数N的非线性:RHL=(-4+0.040 5N-2.8×10-6N2)%。

4.1.3 按键控制子程序流程图

通过S1进入调整温湿度模式或者时间模式,通过S2和S3对设定值进行加减操作,或者对时间进行调整。按键控制子程序图如图13所示。

4.2 系统调试与仿真

系统用Proteus实现仿真,与KEIL结合进行程序调试。调试过程中先进行硬件电路检查,确定无误后对各部分子电路编写程序进行调试。通过搭建实际电路调试,结果温度误差不超过0.1℃,湿度控制在2%之内;太阳能板能够循着最大光强方向转动,经过控制单元的电池板提高了对太阳能利用率。表2和表3分别为实际电路测试所得的结果[5,6]。

注:太阳能电池板额定电压6.2 V,电流140 m A,测量时负载为电阻,光照强度的测量仪器为佳信的LX-1010B,分别在一天的不同时段测得。

5 结语

基于单片机的光电能量转化数据采集系统安装简单方便,系统稳定可靠,可维护性好,抗干扰性能好,能够满足温室环境的设计要求。在后续程序设计中,可以增加和上位机的联机通信及对不同组数据的存储计算等。系统可拓展性强,具有实用价值。

参考文献

[1]冯垛生,张淼,赵慧,林珊.太阳能发电技术与应用[M].北京:人民邮电出版社,2009.

[2]张艳丽,张勇.基于SHT11的温湿度控制器[J].自动测量与控制,2007,26(5):83-84.

[3]姚德法,张洪林.串行时钟芯片DS1302的原理与使用[J].信息技术与信息化,2006(1):92-94.

[4]周国运.单片机原理及应用(C语言版)[M].北京:中国水利水电出版社,2009.

[5]江和.PIC16系列单片机C程序设计与PROTEUS仿真[M].北京:北京航空航天大学出版社,2010.

采集转换 篇3

随着微处理器、专用逻辑器件、以及DSP算法以IP核的形式嵌入到FPGA中, FPGA可实现的功能越来越强, 使得FPGA在现代图像处理领域中发挥着越来越重要的作用[1]。在现代工业设计中, 很多显示器都只支持RGB格式, 而很多时候图像并非此格式, 所以图像色彩空间的格式转换有很高的研究价值。

1 基于XC3S250E的图像采集系统的设计

1.1 设计方案

首先图像采集设备采集到的图像数据经A/D转换后, 与行同步、场同步、数据使能和时钟控制信号一起送给FPGA, FPGA利用外部有源晶振提供的40M时钟信号将数据写入DDR SDRAM中, 当系统发出读使能信号时, FPGA从DDR SDRAM中读取一帧的图像信息, 进行格式转换、去隔行、分辨率变换等处理。FPGA输出的数字图像数据信号经D/A芯片转换后生成RGB真彩模拟信号, 通过VGA接口使采集到的高分辨率图像信号在显示器上实时显示。

1.2 硬件实现

基于XC3S250E[2]的图像采集系统的硬件框图如图1所示。设计选用Xilinx公司的Spartan-3e系列FPGA, 综合考虑了它有5508个逻辑单元、216Kbit的块RAM、支持DDR SDRAM、最多有158个可用的I/O等因素。美光的CMOS图像传感器MT9D111[3], 输出每秒15帧、分辨率为1024×768的16bit YCb Cr (4:2:2) 格式图像数据。可算出该系统每秒钟传输的数据大小约为189M, 在选择外部存储芯片DDR SDRAM的时候要考虑该因素;另外由于图像处理算法比较复杂[4], 对存储器内存要求更大, 所以采用Hynix内存为512M的HY5DU121622C (L) TP作为外部存储芯片。系统选用比较常用的D/A转换芯片ADV7125, 其输入图像数据是RGB (8:8:8) 格式。

系统在XC3S250E中实现图像数据的处理, 主要实现YCb Cr与RGB色彩空间的转换[5]。RGB在产生任何一种颜色时其三色都需要同样的带宽, 处理效率不高, 而YCb Cr则有着很高的压缩率和传输率。所以在图像处理过程中, 很多时候也要用到YCb Cr与RGB色彩空间的转换。

2 色彩空间

我们经常用到色彩空间的主要有RGB、YCb Cr、CMYK、YIQ等, 其中RGB用于彩色监视器和一大类彩色视频摄像机;YCb Cr有4:4:4, 4:2:2, 4:1:1, 4:2:0几种采样格式, 其中YCb Cr (4:2:2) 是DVD、数字电视、HDTV以及其它消费类视频设备的最常用格式;CMYK多用于印刷业;YIQ色彩系统通常被北美的电视系统所采用 (属于NTSC系统) 。

3 YCb Cr与RGB转换设计

MT9D111输出YCb Cr (4:2:2) 格式的数据信号, Y的范围是 (16, 235) , Cb和Cr的范围是 (16, 240) 。本设计采用临近插值法, 原YCb Cr (4:2:2) 码流如表1, 插值后如表2所示。

根据ITU-RBT1601标准, 经伽玛校正后YCb Cr到RGB色空间的转换公式为[6]:

用硬件描述语言在FPGA中实现小数乘法是数字化的处理, 本设计将小数转化为2的整数倍幂次方, 取整进行乘法运算后将结果进行移位。为了提高转换运算精度, 避免在运算时进行四舍五入带入的误差, 本设计转换运算精度取11位, 则YCb Cr与RGB关系式为:

具体实现过程为:输入的8bit Y、Cb、Cr信号分量转换成23bit信号后运算, 通过移位输出8bit R、G、B信号。图2是G分量的转换, R、B分量转换类似。

4 YCb Cr与RGB转换实现

本转换采用VHDL语言描述, 功能分离后按层次进行设计[7]。下面给出部分程序, 以G分量的转换为例。

先将8bit三行并行的Y、Cb、Cr数据分量扩展为23bit:

最后运算结果是23位, 其中低11位是为了实现小数乘法, 中间8位是有效数据位。当g_full高4位为“0000”时, 右移11位得到8位G输出信号。

5 仿真测试

设计采用VHDL语言, 在ISE9.1i开发环境下结合功能仿真软件Modelsim进行综合及仿真。顶层模块的RTL图如图3所示, 其功能仿真波形如图4所示。

从仿真测试结果可以看出, 本文设计的转换精度高、速度快、实时性好、占用内存资源, 同时验证了转换的正确性以及实时性。

6 结论

本文完成了基于XC3S250E的图像采集系统的设计, 并且采用VHDL语言实现了YCb Cr (4:2:2) 到RGB (8:8:8) 图像色彩空间的转换。该系统体积小、重量轻, 可以便捷地在不同场合使用;同时设计的色彩空间转换有着比同类转换精度高等优点, 在现代视频图像处理领域有很高的实用以及研究价值。

摘要：基于Xilinx公司的Spartan-3e系列FPGA XC3S250E完成了图像采集系统的设计以及色彩空间转换, 将图像信号由YCbCr (4:2:2) 格式转换成RGB (8:8:8) 格式。该设计采用VHDL语言描述, 有着比同类转换精度高、占用内存资源少等优点。

关键词：图像采集系统,FPGA (XC3S250E) ,VHDL,色彩空间转换

参考文献

[1]黄焱等.FPGA应用开发入门与典型实例.[M].北京:人民邮电出版社, 2008.7.

[2]XILINX.Spartan-3e FPGA Family:Complete Data Sheet.[EB/OL].www.xilinx.com, 2009.

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[4]胡为.DDR SDRAM在嵌入式系统中的应用.[J].单片机与嵌入式系统应用, 2006, (3) .

[5]李成奇.基于FPGA技术的视频采集系统设计及实现[D].哈尔滨.哈尔滨理工大学.2008.

[6]Benoit Payette Color Space Converter:RGB to YCbCr.[J].XILINX xapp-637 (v1.0) 2002.

采集转换 篇4

用友A++政府资源规划(GRP)系统(以下简称“财务系统”),是基于用友政务GRP-A++财务软件和Oracle数据库研发的延伸产品。为了将其财务核算数据完整采集到AO现场审计实施系统(以下简称“AO系统”),笔者分别按照符合国家标准数据的采集转换、财务软件备份数据的采集转换和财务软件数据库数据的采集转换三种方式进行了分析比对,发现按照第一种(国标TXT格式备份文件)采集转换方式优点明显,可以将财务系统数据完整采集到AO系统,且采集转换效率较高,但需要掌握一些具体的方法和技巧。现将其采集转换的具体方法和步骤表述如下,供读者参考。

1 财务数据备份方法和步骤

1.1 登录单位财务账套

(1)以系统管理员或赋予“审计数据导出”权限的操作人员身份登录财务系统。

(2)在“工作环境→我的工作环境”对话框中,选择拟进行财务数据备份的“单位代码、单位名称、账套代码”等,并单击“确定”按钮。随后,单击“平台管理组”右侧下拉按钮,在弹出窗口选择“基层预算单位”或单位相应分组。

1.2 导出单位“余额汇总表”(核对采集数据用)

单击窗口左边“业务处理”按钮,在“业务处理”功能单击窗口中,依次点击“财务处理系统→科目账→余额汇总表”树形目录(图1),弹出“余额汇总表查询条件录入”窗口,按照你的需要,选择“会计期间”;若“选择科目”栏为空,可单击“增加”按钮,按“Ctrl+A”组合键全选后确定导入;然后点击“查询”按钮,弹出“余额汇总表”查询结果窗口,点击顶部菜单栏“数据导出”按钮(图2),依据提示将导出数据文档保存在你指定的磁盘位置,提示“导出成功!”后,单击“确定”。(一定要记住导出的数据文档的路径和名称)

1.3 导出单位财务账套数据

在“业务处理”功能窗口中,依次点击“财务处理系统→系统工具→审计数据导出(国标2004)”树形目录(图3),弹出“审计数据导出(国标2004)”窗口,在“导出文件格式”下拉菜单中选择“文本文件”;单击“导出文件位置”“位置”按钮,选择你导出文件的路径;在“导出会计期间”3个下拉按钮选项中,分别选择你所需要的年度和月份期间,设置完成后,点击“数据导出”按钮(图4),提示“审计数据导出完毕……”窗口后,点击“确定”。最后,退出或关闭各个窗口以及IE浏览器。

2 AO数据采集转换的方法和步骤

2.1 采集单位原始数据

(1)在创建好审计项目的基础上,单击“采集转换→财务数据→符合国家标准数据→采集数据”(图5),弹出“会计核算标准接口数据采集”窗口(图6)。

(2)单击“选择国家标准”右侧下拉按钮,选择“GB/T19581-2004(名称)企事业单位(备注)”;单击“选择数据源”右侧“选择”按钮,选择“文本文件”,弹出“浏览文件夹”窗口,选择通过1.3的方法和步骤备份的单位财务账套数据文件夹,单击“确定”按钮。待返回“会计核算标准接口数据采集”窗口后,单击“导入”按钮。

(3)原始数据采集完成后,弹出“新建会计数据信息”窗口(图7),查看其中的“会计数据名称、单位名称、会计年度”数据是否正确。到此千万不要急着点击此窗口的“确定”或“取消”按钮!

2.2 对原始数据(科目余额表)进行整理(解决AO系统采集转换后的“科目余额表”期初余额与“余额汇总表”部分期初余额不相符问题)

(1)通过操作系统“开始”按钮等,浏览并双击打开存储路径为“C:Program Files现场审计实施系统2011版XXBCJData Base”下的“intermediate_template.mdb”文件(Access数据库),并双击打开此数据库中的“科目余额表”(以下简称“科目余额表”)。同时,浏览并双击打开通过1.2的方法和步骤导出的单位“余额汇总表”文档(以下简称“余额汇总表”)(图8)。

(2)以“余额汇总表”的“科目代码、期初余额”数据为准,对“科目余额表”的“科目编码、期初余额”记录数值进行逐条核对,凡是“余额汇总表”中有的数据、而“科目余额表”中没有的,应通过“新增记录”的方法直接逐条补录到“科目余额表”的行尾,确保“科目余额表”与“余额汇总表”所反映的数据完全一致。

2.3 对原始数据(凭证表)进行整理(解决AO系统采集转换后的“科目余额表”借方或贷方发生额中重复含有期初余额的问题)

接着,再双击打开“intermediate_template.mdb”数据库中的“凭证表”(以下简称“凭证表”),点击选择“凭证流水号”字段列,单击鼠标右键,选择“升序”(图9),查看“凭证流水号”字段记录中有无以“JZ-00-”字符串开头的数值,若有,则点击或按住鼠标左键拖动选择本表左边行标识将其整行记录选中并删除,然后点击“保存”,退出“intermediate_template”数据库。

2.4 单位财务数据导入AO现场审计实施系统

返回“新建会计数据信息”窗口(图7),单击“选择行业”右侧下拉按钮,根据其单位性质选择其中的一项内容,单击“确定”;在弹出“电子数据管理”窗口后,点击“确定”按钮;在弹出“数据采集成功,立即账表重建吗?”信息时,单击“是(Y)”按钮;在弹出“账表重建完成!”信息时,单击“确定(O)”按钮。

至此,你可以在AO现场审计实施系统中浏览和查询采集转换的完整的单位财务账套数据。

摘要：以符合国家标准数据的采集转换为主线,以财务软件导出的单位“余额汇总表”为基准,通过对采集到的原始数据表(intermediate_template.mdb数据库中“科目余额表”和“凭证表”)的分析比对整理,最终将用友A++政府资源规划(GRP)系统财务核算数据完整采集到AO现场审计实施系统。