便携式采集系统（共7篇）
便携式采集系统 篇1
心血管疾病是危害人类健康的一种常见疾病。随着新技术、新器件的出现，心电监护仪监测已经成为心血管疾病诊断领域中的实用、高效、安全、准确的重要检测手段。而便携式监护仪以其小型方便，结构简单，性能稳定等优越性一般用于非监护室及外出抢救病人的监护。由于心电 (Electrocardiogram, ECG) 信号是诊断心血管疾病的主要依据，因此设计便携式心电监护仪采集系统具有重要意义。
一、系统整体设计
心电信号采集系统框图如图1：主要包括导联系统;保护电路;前级放大;右腿驱动;后级放大及滤波;电平提升等几部分组成。采集电路的任务是从噪声中提取心电信号, 并将它放大到合适的电平提供给A/D转换电路。从导联系统中得到的心电信号先要经过前置放大电路, 进行初级放大, 被处理后的信号具有低噪声、低漂移、低共模信号等性能，此时通过带通滤波和50Hz陷波进一步滤除干扰, 再由二级放大电路放大到合适范围后, 通过电平提升电路将信号转变符合A/D转换输入要求的模拟信号，从而进行高精度的模数转换和采集存储。
图1中前置放大电路采用了AD公司的高性能运放AD620;二级放大、右腿驱动电路及陷波其采用的是运放LF444;带通滤波电路和电平提升电路由运放TL084组成。
二、电路设计
1. 前置放大器设计
AD620的增益通过电阻Rg的设置来实现，或更精确地通过1脚和8脚之间的阻抗来确定，可达1～100倍，计算公式为：G=49.4/Rg+l。为防止前置放大器工作于饱和区或截止区，其增益不能过大，这里取10左右。前置放大电路可见图2。由图可见前置放大倍数为：
为提高前置放大器的共模抑制效果，这里采用了右腿驱动电路，见图2。它由LF444的一路运放及R9、C3组成。在电路中共模信号由R5与R6检出，经过LF444的倒相、放大并且反馈到人体上。事实上这就构成了一个负反馈，人体的偏移电流不直接流到地，而是连接到辅助运放的输出端，从而降低了共模电压，很好地降低了仪表放大器对共模电压的检取。经过右腿驱动电路后，使整个心电放大电路的共模抑制比达到100dB以上，能够使50Hz工频干扰电压降低道1%以下，并不以损失心电图频率成分为代价。
在采集系统中由身体进入仪器的大电流往往会使前置级阻塞或损坏，造成心电检测无法正常进行，对于这种情况，可以在两输入端各自接入一对反相串联的齐纳二极管，由于其对地漏电流很小，因此在特殊情况下对放大器进行保护。(见图2上方部分电路)
2. 导线脱落检测电路
由于患者在使用心电监护仪时行动是不受限制的，从而使贴在患者身上的导联有可能发生松动或脱落。此时，导联的脱落检测就显得十分重要。如果导联松动或脱落，心电信号就不能采集，从而不能进行心电监护。本设计在AD620的输出端设有电极脱落检测电路。当电极脱落或没有佩带好时，放大器输人端悬空，空间的耦合干扰将在AD620的输人端产生大的极化电压，经过AD620前置放大后将会输出一个高幅值的电压信号，因而可以通过一个窗口比较器，当电压超过范围时则认为电极脱落，此时窗口比较器翻转，电平转换产生电极离线报警信号。
3. 滤波电路设计
人体的心电信号主要频率在0.05Hz～100Hz内, 根据心电信号滤波的特点和要求采用高通滤波器和低通滤波器来压缩通频带。
本文采用TL084D的两路运放分别设计二阶压控有源高通和低通滤波器。如图2所示。其中一路运放与C7、C8、R14、R15构成高通滤波器，为不损失心电信号的低频成分，其截止频率设计为;另一路运放与C9、C10、R16、R17构成低通滤波器，同样，为不损失高频成分，截止频率设计为符合心电信号滤波要求。(见图2右下角部分电路)
尽管在前置放大电路中，我们采用了低噪声的集成运放来抑制50Hz工频干扰，但往往在不同环境中实际测量时，市电电源的干扰和磁场感应不能完全消除。因此实际电路中我们需要设计一个具有50Hz陷波功能的滤波器来消除工频干扰。本设计采用了Q值可调的非对称双T有源带阻滤波器，可实现用单一电位器调整陷波器的中心频率。
在本设计中，取C4=C5=C6=C=0.047μF, R12=6.2k, R13=150k, W1=11k，可以通过调节电位器W1=W1L+W1R来调整陷波器的中心频率。陷波器的中心频率为，由于W1可调，则中心频率的范围为：
由此可得中心频率在38.5～61.9Hz变化，从而满足当前50Hz和60Hz的市电信号陷波要求。由于电路中LF444的两路运放都是跟随器，其输入阻抗高，输出阻抗低，因此不影响双T电路的谐振频率，可获得较高的Q值并保证了有用信号不被衰减。
4. 二级放大电路及电平提升电路
心电信号的幅度范围为0.05～5mV，前置放大电路的输出电平较低，还无法满足放大要求，为了充分利用A/D分辨率，需要设计二级放大电路。本设计采用LF444的一路及R18、R19构成二级放大电路，通过改变R19的值，就可以调节二级放大电路的最佳放大倍数，从而调整对心电信号的总的增益倍数。放大后的信号还不能直接加到模数转换芯片上，需要对其施加一偏置电压以提升电平，使其符合A/D芯片的输入要求进行转换。见图2的R20, R21, R27.R26的作用。
三、结语
本文设计的心电监护采集系统保证心电信号清晰稳定, 可以较好的完成心电参数的监护。实验证明，该设计所测心电波形基本正常，噪声干扰得到有效抑制，电路性能较为稳定，基本满足家居监护以及病理分析的要求，该系统结合便携式监护仪的其他参数模块，能全面实现对心电的检测、判断等功能，有很强的实用价值。
便携式脑电信号采集系统电路设计 篇2
脑电图是临床检测大脑活动的重要手段[1], 脑电信号包含了大量人体生理和病理信息, 通过对脑电信号的研究, 可以了解神经细胞电活动与人生理心理状态之间的关系, 在临床医学和认知科学领域具有重要的科学意义。但是常规脑电图机由于其体型较大, 携带不方便, 且导联数较多操作麻烦。台湾大学医学工程所采用商用IC自行设计出单一通道电池供电的脑电信号记录仪, 并将所记录到的脑电信号存储于Flash Memory中, 整个电辟的面积不到150cm2[2]。虽然国内与前几年相比在简易脑电仪设计方面可说是有很大的进步, 但是总体电路设计还是不够简便, 基于这个设想尝试设计便携式脑电采集系统。
1 总体方案
微弱的脑电信号埋没在人体周围各种频率电磁场的干扰信号中, 而这些干扰信号的感应电压都是通过人体和导联线与干扰源的耦合电容或电感起作用的[3]。所以每个模块的设计都必不可少。本设计采用的是双极导联法, 不使用无关电极, 只使用头皮上的两个活动电极, 以两个作用电极作为放大器的输入端, 以利共模干扰抑制。这样记录下来的是两个电极部位脑电变化的差值, 因此可以大大减小干扰, 并可排除无关电极引起的误差。
脑电检测系统设计上主要包括硬件部分和软件部分。硬件部分是由高输入阻抗的差动放大器及电压放大器作为前置放大, 经由高通、低通与50Hz陷波等滤波信号处理后, 再将信号电压放大至匹配模数转化器电信号标准。考虑到使用者安全性, 加入光电隔离电路作为电路与人体间电源隔离[4]。软件部分将模拟信号转换成数字信号时, 采用STC12C5A60AD/S2系列带A/D转换的单片机, 经过多次比较, 使转换所得的数字量逐次逼近输入模拟量对应值。
2 硬件电路设计
2.1 前置放大电路
脑电信号检测前置级放大电路通常采用差动电路结构。这个结构的电路由3个基本运算放大器构成, 其中两个组成同相并联输入第一级放大, 以提高放大器的输入阻抗, 另一个为差动放大, 作为放大器的第二级[5]。
前置放大倍数:Aμ=- (R6/R4) * (1+2R1/R3) ≈100
2.2 高通滤波器
本实验采用的是压控电压源高通滤波电路, 主要是滤除电路中直流成分, 消除极化电压产生的干扰。
品质因数:Q=|1/ (3-Aμp) |=1.1
2.3 50Hz陷波器
人体处在一个复杂的电磁环境中, 工频50Hz及其谐波辐射到人体产生的电压能达到1V, 虽然通过提高前置放大电路的共模抑制比能抑制共模信号, 然而还会有相当高的50Hz干扰以差模形式进入到电路中, 其幅值最高能达到几毫伏, 远大于有用的脑电信号幅值。由于50Hz干扰的存在, 信号就会在放大器中饱和, 造成信号失真。因此50Hz陷波电路设计很有必要[6]。
电路中R18, R19决定了Q值, Q值越大, 陷波带宽越窄。但由于实际上元件与理想值有误差, 这会使得陷波频率没有落在50Hz, 因此为减少实际误差, Q不宜取太大。
品质因数:Q=1/ (2|2-Aμp|) =5.5
2.4 主放大电路
将基本滤除干扰信号的脑电信号进行最主要的信号放大, 只需采用最简单的负反馈放大电路即可。
2.5 低通滤波器
低通滤波器用于消除脑电信号以外的高频噪声。为了使输出电压在高频段以更快的速率下降, 以改善滤波效果, 在一阶滤波器的基础上再加一节RC低通滤波环节。最终选择压控电压源低通滤波电路。
2.6 光电隔离
本电路设计中应用光电耦合器, 将发光元件和受光元件组合在一起, 通过电-光-电这种转换, 利用“光”这一环节完成隔离功能, 使输入和输出在电气上是完全隔离的。另外, 在布线上也应该注意隔离。
3 软件处理
采用STC12C5A60AD/S2系列带A/D转换的单片机将模拟信号转换成数字信号, 设置采样频率为300k Hz, 使得A/D转换处于最佳处理状态。该ADC是逐次比较型, 通过逐次比较逻辑, 从最高位 (MSB) 开始, 顺序地对每一输入电压与内置D/A转换器输出进行比较, 使转换所得的数字量逐次逼近输入模拟量对应值。
4 实验结果
每个模块和总体电路的对比误差实验。
从该误差实验看出, 电路每个模块基本都达到了要求, 而总放大倍数差距较大, 在经过讨论分析后发现每个滤波模块也都有放大作用造成放大倍数增大。
如下图所示, 前一段为平静时采集到的脑电信号, 后一段为受到闪光刺激时采集到的脑电信号, 由于采集数据结构众多, 只选取一段作为展示。实验效果较为理想, 完全能达到脑电信号放大电路的要求, 其中不同频率或阻带宽度都可通过调节电路参数来改变, 工程应用中非常方便。该电路应用到多通道脑电采集分析系统中, 取得了良好的效果。
5 小结
本系统在现有的生物电放大器研究基础上, 改进并设计了由高低通滤波电路, 50Hz陷波器等环节, 避免了传统生物电放大电路冗繁的模拟滤波环节, 结构简单, 调试方便。且本文设计的电路都是经过多次反复测试, 尽可能的减小误差, 选用最合适的元器件而得到的。相较于传统的脑电图机大型而复杂的设计, 该系统达到了最简化, 这对设计简单的多通道脑电图机有一定的借鉴意义。
摘要：本文介绍了一种操作简便、易携带的脑电采集系统。系统采用了高通滤波, 低通滤波, 50Hz陷波和两级放大电路, 将从头皮采集到强度为10100μv脑电波放大20000倍后显示。实验结果证明, 该系统基本达到了设计要求, 可以将微弱的脑电波在去除干扰后采集并显示。这对设计简单多通道脑电采集及其他微弱生物电采集系统有一定借鉴意义。
关键词：前置放大电路,50Hz陷波器,滤波器参数
参考文献
[1]郭瑶.脑电信号采集与处理系统设计[D].成都:电子科技大学, 2007.
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[5]王三强, 何为, 石坚.新型脑电信号前置级放大电路设计[N].重庆大学学报:自然科学版, 2006, 29 (6) .
[6]史志怀, 万遂人.脑电信号采集中工频陷波电路的设计[J].医疗装备, 2009, 22 (11) :11-12.
发动机试验便携式数据采集系统 篇3
随着新产品的研发及原设计产品的不断改进, 发动机试验需要测量的试验数据越来越多, 而在原有发动机试验台架上可用的试验数据采集通道就显得越来越少。原试验台架控制采集系统主要是为了控制和测量试验参数, 其可扩展采集通道数量有限, 同时, 台架上数据采集通道和参数设置也相对繁琐。有些试验台架要增加测量参数和采集通道, 需要通过后台数据库操作系统进行采集通道的添加才行, 这就使一些临时需要添加采集数据的试验任务产生了困难。
以前临时试验数据采集的方式和方法
为了解决以上问题, 以往通常采用两种办法:
(1) 一些发动机工程技术人员为了能对自己需要观测的数据进行测量采集, 不得不利用USB数据采集模块自己制作临时数据采集系统。这样既要接传感器又要接电源, 还要自编数据采集软件等, 对发动机工程技术人员要求较高。
(2) 通过直接连接传感器而做成的临时数据观测装置, 这种装置只能通过二次仪表显示测量的数据, 不能对试验数据进行自动记录和曲线显示。同时, 这些装置自定义性相对较差, 检测压力的二次仪表如要根据试验要求改为测流量、湿度和油耗等物理量时, 仪表内参数设置相对复杂。
数据采集系统制作
为了能制作一种携带方便、使用灵活的试验数据采集系统, 我们采用研华ADAM5000/485试验数据采集控制系统+传感器接口+USB转串口试验数据采集软件的形式制作了一种便携式试验数据采集系统。这套采集系统向上通过串口转USB线与上位计算机相连, 向下通过通用传感器接口直接连接测量传感器。上位计算机通过安装专用软件控制并采集通过传感器测量的数据, 并能对测量的数据进行加工、定义、显示和保存等操作。
本系统组成上可分为软件和硬件两部分。
1. 硬件设计
硬件部分采用ADAM5000/485试验数据采集控制系统+传感器接口集成。
研华ADAM5000/485系列产品 (见图1) 是一个数据采集控制系统, 它能够通过多通道的I/O模块进行控制、监视和数据采集, 系统能够提供智能化信号调理、模拟量I/O、数字量I/O、RS232和RS485通讯。ADAM5000系列由系统本身和I/O模块组成, 系统本身有4个I/O模块插槽, 可插接模拟输入、模拟输出和数字量输入输出模块。
(1) 温度模拟输入。本系统安装有两个ADAM-5013 I/O模块, 这是一种具有三通道RTD热电阻的输入模块, 可以连接PT100和Ni热电阻的温度传感器。它的优点是:在ADAM5000中测量的数据直接就是温度值, 不需转换, 方便可靠。将两个模块上总共6个通道线直接引出, 接在采集箱上6个快插接头上。这样在试验室中测量温度时, 只需将含有快插接头的温度传感器接入采集箱接口中, 便可直接采集温度。
(2) 压力模拟量输入。采用一个ADAM-5017 I/O模块, 它是8通道模拟输入模块, 可输入±5V、±10V、±20m A (接250Ω电阻) 等模拟量。为了能方便测量4个压力数据, 使用前4个通道并安装4个需要24V电源的压力变送器, 分别的量程为0~50k Pa、0~200k Pa、0~300k Pa、0~1 000k Pa, 然后将传感器接口对外固定在采集箱上。测量气压或油压时只需将压力管接至相应量程的传感器上就可直接采集。另外压力传感器采集的模拟量是0~5V电压信号, 必须对采集的电压信号进行系数修正。在软件上对这四个压力传感器进行标定和曲线拟合, 保证在软件上显示的曲线各数值都是实际测量值。
(3) 其他模拟量输入。为使采集系统能方便对其他模拟量如油耗、流量、转速等进行测量, 留出ADAM-5017 I/O模块的后4个通道并用排线接出, 使用者可方便将要采集的模拟量接入采集箱。
整个采集箱 (见图2) 选用380mm×300mm电控箱制成, 使用220V/24V标准开关电源, 为数据采集控制系统和压力变送器提供电源。通过标准R232串口数据线用与同上位机相连, 使得整套系统体积小, 标准电源和通讯接口及信号输入接口, 使用方便。
2. 软件设计
各种传感器采集的试验数据是经过ADAM5000通过串口R232通信方式传送给上位计算机的, 而ADAM5000要向上位机发送信息, 必须先要有上位机通过串口向它发送指令代码, 否则ADAM5000不会自动向上位机发送数据。
同时ADAM5000接收的只是包含采集数据的字符串, 这样的数据用户是不方便记录和显示的, 因此必须为ADAM5000采集系统制作专用采集软件。
(1) 软件部署。本软件是运行在.net平台下的, 同时由于运行时调用了研华的图表显示控件, 所以安装本采集软件前, 本机上要安装有Frame Work2.0 (.net运行时) 及研华Active DAQ Pro (数据采集控件) 。同时为了本系统能与通用电脑连接和通信, 本系统将ADAM5000的串口通信加装了USB转R232转接线, 所以本机电脑上还要安装USB转串驱动程序。
(2) 本采集系统的可拓展性。在测量通道数量上, 本采集系统还留有一个数据采集I/O插槽, 通过加装一个ADAM-5017模拟量采集模块, 就能再增加8模拟量采集通道;在系统控制上, 通过在I/O插槽上加装其他模块, 如数字量输入输出模块、模拟量输出模块、继电器输出模块等, 就能将本系统扩展成集采集、控制为一体的可自定义控制系统。
采集系统应用
本采集系统的制作是为了采集发动机试验室进回油调压装置的进回油压力及进油温度。通过本采集系统, 可以对试验室进回油调压装置要采集的温度和压力进行方便的连接和采集。此外在轮毂试验室的整车瞬时油耗测量上也有应用, 通过本采集装置, 可以将油耗仪的输出电压接入采集器。通过一组在不同流量下油耗仪所显示电压, 经曲线拟合找出对应关系, 可将整车瞬时油耗测量的数据方便的采集并通过曲线方式动态显示在电脑上。
结语
便携式采集系统 篇4
1 系统设计思路
随着现代社会和工程技术的发展, 野外勘测以及工业控制对测量精度的要求也在不断提高, 在具体的测量作业中, 我们经常会遇到需要同步测量不同地点的温度参数的问题, 而传统的测量方法主要是基于有线技术上的一种测量技术, 这为工程同步测量带来了一定的困难, 而且不能满足测量精度要求, 但是基于嵌入式ARM处理器STM32F103VC为核心的便携式多点温度同步采集系统, 通过无线同步技术与存储系统的结合应用, 可以根据设定好的模式, 优化数据的采集与收集, 而且可以将同步温度与同步数据一起存在入到SD卡中, 加以系统采用电池供电, 一方面, 有效地实现精度较高的同步测量, 另一方面, 实现其他信号的同步采集, 其应用价值在工程测量中充分体现出来, 以下我们针对便携式多点温度同步采集系统设计进行具体的分析:
1.1 硬件设计
一般而言, 便携式多点温度同步采集系统在进行温度采集时, 其采集模式多种多样, 具体有几种:定时采集、温度变化率越限、温度高越限、温度低越限。在运行时, 只有满足启动条件, 那么系统就会自动发出指令, 从而将指导传达出去, 从而通过其他系统进行启动, 而且对于不同位置的温度采集系统, 其在硬件结构上是相同的, 唯一不同的只是ID号的不同。从总体结构上讲, 系统硬件主要的模块有电源模块、控制器模块、SD卡、人机接口, 具体的结构如图1所示:
首先是微控制器模块。本系统是主要是基于STM32F103VC处理器上建立起来的, 其与复位电路、存储系统、时钟电路、电源电种组成一个比较完整的系统, 其中, 处理器是高性能内核, 在运行时, 频率可以达到72MHz, 而指令速度可以达到1。25DMIPS/MHz, 同时, 进行了一系列通用外围接口单元的扩展, 从而使得嵌入式方案的性价比提高。复位电路主要采用的是IMP811S芯片, 实现系统的监视功能, 为系统的正常工作创造了更好的条件。
其次是人机接口与SD卡存储装置。该系统加入了LCD显示器与矩阵键盘, 以便于参数的显示以及模式的设置, 矩阵键盘主要与GPIO相连, 并且采取扫描的方式, 进行按键检测, 而系统中的显示器主要采用的四级灰度显示器, 其最大的特点就是自带有电源控制, 功能耗极低, 尤其适应于电池供电系统。而系统中的LM9033接口直接与SP11接口相连接。另外, 系统中加入了SD卡装置, 可以将采集信息以及相关数据长时期的存储, 同时, SD卡又与接口相连接, 进而实现数据的读写功能。
1.2 软件设计
对于软件部分的设计, 主要采用的是结构化程序设计, 如主程序、温度采集子程序、初始化程序、显示子程序、读写程序、报警子程序能为中断服务器程序等, 在进行程序编写时, 主要是采用MCS51汇编语言, 完成数据的读写操作, 实现数据采集, 从而获得最终温度, 并将温度数据传入到单片机进行存储, 具体的程序编写过程如下:
在进行测时, 通过单总线方式, 进行数据的读写, 并且AD转换, 将单片机的P1口经74LS240与二极管相连, 从而将数据以及转换结果输出, 实现机内部P0口与74LS273和ADC0809的有效连接, 并将ADC0809的EOC (内部已经反向器) 与单片机的INT0 (P3.2) 相连, 单片机将ADC0809作为外部RAM来读取, 设计时74LS273的CS/接8300H, ADC0809的CS/接8100H, 从而进一步优化软件设计程序。
2 系统功能的实现
系统地运行时, 主要针对现场的各种因素和具体环境情况进行数据采集, 整个采集过程主要用到的是滤波算法, 与传感器一起, 将错误的数据及时检测并排除, 根据启动条件, 使得系统就自动发出指令, 并将指令传达出去, 进而引导其他系统的自行启动, 与此同时, 系统利用无线同步技术与存储系统, 结合设定好的模式, 优化数据的采集与收集, 而且可以将同步温度与同步数据一起存在入到SD卡中, 加以系统采用电池供电, 既减少了错误数据的发生率, 提高测量精度, 还可以实现对采集数据的双向奇偶性检测, 进一步纠正错码, 其他信号的同步采集, 降低数据存放的出错率, 具体的检测程序流程图如图2所示:
3 结束语
总而言之, 便携式多点温度同步采集系统, 不仅设计简单, 程序易于扩展, 而且具有较强的抗干扰能力, 实现温度测量、显示以及报警功能, 为温度测理提供了一种有效的技术方案, 因此, 要加大研究力度, 优化其采集检测技术, 从而更好地应用于建筑内部温度测量、空调环境测量等。
参考文献
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便携式采集系统 篇5
1 基于牌照法的行程车速数据采集方法
量测行程时间的方法很多, 牌照法就是其中常用的一种方法。牌照法, 就是在调查路段的起点、终点各设调查员4~6人, 按上下行分为2组观测。当需要一个方向的资料时, 起、终点各需2~3人。1个人读通过该点的汽车车牌号码的末尾若干位及车型, 1个人读通过该点的时间, 1个人记录。当交通量很小时, 记录者可同时看表。观测完后, 将起、终点同一车牌号码对应起来, 测出行驶时间, 根据起、终点之间的距离, 算出车速[1]。
牌照法量测行程时间, 原理简单明了, 但存在许多明显缺陷。首先, 调查前需要制作足量的表格, 调查人员须携带笔、秒表、记录板和纸等, 工作条件较差。其次, 记录工作需要3个人协调完成, 调查者在作记录的同时, 还须读取秒表, 更换纸张, 工作强度大, 易出现错误。再次, 观测时要求起、终点秒表必须同步, 并且观测期间不得停表, 一旦起、终点有一处出现误操作, 则将产生大量无用数据。另外, 若希望获得50组数据, 则观测的车辆数必须>50, 根据一般经验, 回收率很难超过80%。最后, 调查完毕后还需人工统计和输入数据, 工作不仅费时, 且容易产生计数错误或输入错误。以上缺陷严重限制牌照法在交通调查中的应用。
2 行程时间数据便携采集系统结构
2.1 硬件数据结构[2,3,4]
个人电脑用于处理内业工作, 而PDA用于现场的数据采集工作。调查前的原始静态数据以Access的形式保存;利用同步软件实现数据由电脑至PDA的传输;到现场后利用本系统进行交通量调查;再利用同步软件将动态数据返回个人电脑中。该系统的主体部分是基于PDA的现场调查部分 (见图1) 。
PDA数据采集系统涉及的信息包括交通基础设施的静态信息和动态信息, 其中, 静态信息来源于基础设施管理系统的属性数据模块, 动态信息经现场采集得到。数据结构研究的重点是针对不同的基础设施类型确定静、动态数据的组成, 合理组织静、动态数据的传输流程[2]。
根据PDA的数据库特点, 开发基于Microsoft Access的数据库。数据库结构设计的原则是:考虑数据库和其他数据库的兼容性;各类数据表都有足够字段实现其用途, 亦不可有多余字段。本系统的数据表格分为2类 (见表1) 。
2.2 软件结构
PDA数据采集系统软件分为静态数据导入、数据采集、静态和动态数据导出等功能模块。另外, 在线帮助模块在数据采集过程中帮助数据采集人员甄别各类城市交通基础设施的现行状况。PDA数据采集系统的软件结构如图2所示。
3 便携采集系统开发与应用
3.1 工作流程设计
1) 调查前内业。由管理员将调查对象的静态数据 (道路、交叉口的基本信息) 导入标准的便携式交通量调查数据库中。
2) 现场调查。
(1) 主界面 (见图3) 。系统启动后, 自动检查数据库是否存在, 若存在则显示主界面。用户选择“调查员”, 输入密码, 点击“进入系统”, 系统核查密码无误后进入下一界面。若点击“退出系统”, 则系统在确认后, 先备份数据库再退出系统。
(2) 类型选择 (见图4) 。用户首先选择路段名, 系统从数据库中选出符合条件的记录, 用户选择调查地点类型 (路段起点或终点) 。根据这一选项, 系统将进入下一界面。
(3) 参数输入 (见图5) 。由于每次调查的内容都可能不同, 因此加入参数输入模块, 以增加系统的适用性。用户在此应输入以下参数:如调查车型 (包括大客车、中客车、小客车、大卡车、中卡车、小卡车、摩托车等) , 也可增加调查人姓名、车道数等信息。其中, 车型存储于对应的布尔型变量中, 车道则存储于对应的数字型变量中, 姓名存储于字符串变量中。选择后, 进入调查界面。
(4) 调查 (见图6) 。根据各变量的值, 在该界面中显示之前输入信息 (车型、地点类型等) 。当车经过路段起 (终) 点线时, 调查员点击“时间”按钮, 系统自动捕捉当前时间, 然后调查员记录下汽车车牌号码的末几位数。其中时间与车牌号均存储于对应的数字型变量中, 调查结束系统将自动备份数据库。
3) 调查后内业。现场调查结束后, 工作人员只需再次将采集到的数据导入个人电脑中, 编制简单程序即可算出行程时间。
3.2 工程项目应用
现场调查中研究人员手持PDA通过前述操作流程, 对上海市淮海中路 (瑞金路至襄阳路路段) 4处交叉口、南京西路 (西康路至铜仁路) 3处交叉口及平凉路 (齐齐哈尔路至怀德路路段) 2处交叉口运用该系统进行了行程车速调查, 每处交叉口进口道仅需一人手持设备调查, 可在短时间内获取超过50组以上数据, 有效地保证数据对应的交叉口流量稳定。调查后获取的数据通过编程, 进行地面道路交通运行状况评价, 得出交通状况评价。交通状况评价流程见图7。
4 结语
该系统的开发为交通量调查工作带来诸多的改进, 总结如下。
1) 大大节省了内业工作的时间, 包括制作表格、输人数据和计算。
2) 通过数据的电子化输入、输出, 保障了数据的安全性, 有效地提高数据精度。
3) 改善了现场工作条件, 降低了工作强度。不仅减少了物品的携带量, 还简化了记录方式, 提供了人性化界面。
总之, 该系统是一种现代化、一体化和半自动化的交通数据采集系统。不仅考虑了数据的兼容性, 还考虑了工作的人性化和便捷化。该系统具有适应性强、成本低、效率高、数据准确性高以及工作条件佳等优点。
摘要：针对牌照法量测行程时间的瓶颈问题, 对个人数字助理 (personal digital assistant, PDA) 在行程车速数据采集中的应用进行研究, 从硬件基础、数据结构和软件结构三方面进行分析, 介绍基于PDA的数据采集系统软件的开发和应用。经实际应用, 该系统具有适应性强、成本低、效率高、数据准确性高及工作条件佳等优点。
关键词：行程车速,数据采集系统,系统架构,个人数字助理 (PDA) ,牌照法
参考文献
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[2]王国英, 陈长, 崔鹏, 等.PDA在城市交通基础设施数据采集中的应用研究[J].交通与计算机, 2006, 24 (5) :51-53.
[3]曾胜男, 陈长, 孙立军, 等.桥梁PDA数据采集系统研究[J].上海公路, 2004 (4) :36-38.
[4]陈城, 杜豫川, 孙立军.基于PDA的便携式交通量数据采集系统研究[J].交通与计算机, 2006, 24 (4) :127-129.
便携式USB接口数据采集模块 篇6
USB-2401数据采集模块具有24位四通道同步的高分辨率, 每通道采样率最高可达1.6 k S/s, 该系列内建多种信号处理电路, 相比目前仅能量测电压信号的插卡式数据采集卡而言, USB数据采集模块可直接对应量测应用中常见的传感器, 包含热电偶 (TC) 、热敏电阻 (RTD) 、荷重元、应变规, 进行温度、应力或应变等量测, 而无需额外的信号处理电路, 节省外接信号调理器的装置成本。
USB-1900系列包含USB-1901/1902/1903模块, 具有16位高分辨率, 最高可达250 k S/s模拟输入采样频率, 提供高性能的A/D和D/A转换, 且更新频率达1 MS/s模拟输出, 其中USB-1903模块内建高精密转换电阻, 可直接量测0至20m A的电流信号。
便携式采集系统 篇7
在高速信号采集设备中,高速采集和实时数据的存储是一对固有矛盾。特别是在一些强调便捷性的场合中,这个问题愈发突出。该问题与设备接口、数据存储介质和控制方式三个方面相关[1,2,3]。目前数据采集系统的接口方式很多,如RS 232串行口、并行口、ISA总线、PCI总线、PXI总线、USB等。RS 232明显满足不了速度的要求,PCI总线和PXI总线速度快,但是该接口方式通用性比较差,软件复杂,不易实现。USB 2.0传输速度可达480MSPS,支持即插即用,方便快捷,通用性强[4]。数据存储介质多采用硬盘。硬盘具有体积大,容量大的特点。然而NAND FLASH具有体积小,速度快,操作方便的优点。
采集控制多采用虚拟仪器设备,这类设备需要使用电脑,功能强大,还需要操作系统的支持。采用FPGA作为控制核心,具有体积小,灵活等特点。所以采取USB和FPGA及NAND FLASH的采集设备具有灵活、便捷、高速的特点。采取间断性的采集方式能够很好地解决高速采集与实时数据存储之间的固有矛盾
1 采集设备系统设计
该系统能够实现最高采样率80 MHz,其采样宽度为14位,输入电压峰峰值为2 V,最大存储容量为2 GB。该系统由6大部分组成,分别是模/数转换单元、缓存单元、USB传输单元、数据存储单元、总控制单元、系统的电源设计。系统框图如图1所示。
1.1 模/数转换单元
A/D转换的最高采样率为80 MSPS,输出为14位的二进制补码数据。芯片支持差分模拟信号的输入,并且输出CMOS兼容电压。
1.2 缓存单元
由于前端A/D的最高采样率为80 MSPS,因此需要先对数据进行缓冲后才能将数据不丢失存储;又因为要满足最高采集1 MB的连续模拟信号,且不丢失数据因此缓存的容量至少为采用的异步型SRAM IS61LV51216,存取时间为10 ns,单片容量为1 MB,故满足了这个要求。
1.3 数据存储单元
按便携式采集不能采用磁介质存储设备,同时还需要较存储容量,因SAMSUNG公司的K9K8G08UOA芯片作为存储芯片具有体积小,重量轻,单片容量8 Gb等特点。并且可以更换为单片64 Gb的NAND FLASH芯片实现目前8倍存储容量的升级,故采用它。
1.4 USB传输单元
采用USB接口[5,6]进行数据传输具有方便、灵活的特点。采用CY7C68013 USB控制芯片容易实现将采集后的数据传输到电脑。
1.5 总控制单元
总控单元采用2片FPGA作为采集存储的控制核心,型号为EPC2C8208。总控制单元负责控制协调模/数转换单元、缓存单元、数据存储单元以及USB传输单元之间的数据传输,以实现系统的整体设计功能[7]。
1.6 系统的电源设计
在整个系统中利用5 V为直接输入电压(5 V电压可以是电压源输入的也可以利用USB总线供电),利用电源转换芯片LT 1764-3.3得到3.3 V电压,用PTH05000得到1.2 V电压。
2 采集设备系统工作模式
该采集系统采取数据导入和采集两种工作模式;两种工作模式独立工作方式来降低系统复杂度,采集模式在采集控制按键按下后开始信号采集,数据存储完成后进行LED报警表示采集完成;数据导入模式中存储的数据从FLASH中向计算机中导入,导入完成后提示。采用SRAM和FLASH双乒乓的方式进行工作模式.系统实现最大的信号的吞吐率。图2,图3分别为2种工作模式的流程。
3 系统软件实现
软件部分分为FPGA读/写FLASH及SRAM软件模块、CY7C68013进行USB传输软件模块、人机接口上位机软件模块三个部分[8,9]。
3.1 FPGA读/写FLASH及SRAM软件模块
该功能利用VHDL语言产生,模块主要由SRAM读/写、FLASH读/写及读/写切换3个部分组成。时序如图4所示。
3.2 CY7C68013固件程序模块
固件程序主要负责初始化工作并完成相应的配置。其程序框架如图5所示。
3.3 上位机软件模块
本设计中上位机的应用程序利用VC++6.0来开发,它通过驱动程序完成对外设的控制和通信,当程序启动后自动查询是否有设备连接如果有则用CreateFile()系统函数打开此设备,获得该设备在操作系统中的句柄(HANDLE),然后通过该句柄用DeviceIO-Control()系统函数向驱动程序发送控制字。驱动程序根据控制字向硬件层发送IRQ并与设备通信[10]。
4 实际效果
该测试时钟和信号均由信号源输入。采集完毕后通过USB将数据上传到电脑,并用Matlab进行波形显示。
图6给出输入信号频率分别为1 MHz和80 MHz时实际采样存储后的仿真波形,2幅图的输入电压幅度相同(-0.5～+0.5 V),采样后的数值大小不同,因为输入信号频率的变化引起传输通路阻抗的改变,从而使实际A/D输入端的电压发生变化,所以数值不同。
5 结语
经过最终测试,该系统最高采样率为80 MHz。能够采集存储的正弦波信号对以下信号采样不丢失。2G BYTE的数据存储,灵活的通过USB接口上传到电脑上,以实现对数据的分析。并且体积轻小、便于携带。系统在设计之初考虑了系统的可扩展性。可扩充为2片16位的SRAM和4片NAND FLASH芯片,这样只要在软件方面修改,就可以实现两路的乒乓FLASH存储,这样采集及存储的效率还会提高1倍。并且如果将板上的NAND FLASH用同一系列的更大容量芯片来代替可进一步提高存储容量。
参考文献
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