无线数据采集系统（精选12篇）
无线数据采集系统 篇1
摘要：陆地声纳法主要应用在隧道施工地质预报方面,信号采集是地质预报的关键环节。将UCOS-Ⅱ移植到STM32单片机,并利用其进行采样控制。将采集到的数据通过无线模块发送给上位机进行数据处理。本文针对陆地声纳数据采集系统进行了设计。
关键词：陆地声纳,STM32,无线数据采集,ucos-ii
陆地声纳法是“陆上极小偏移距(震-检距)超宽频带弹性波反射连续剖面法”的简称,主要应用于隧道施工地质预报。其主要特点是:(1)采用接近于零震-检距的方式工作。(2)超宽频带的激发和接收(带宽可达2000～3000 Hz)。隧道施工环境复杂,容易发生塌方、涌水、涌泥、岩爆等地质灾害。隧道地面上到处是施工过程中炮轰产生的小碎石,很锋利。这些锋利的小碎石有时会把鞋底割破,并且隧道的掌子面是崎岖不平的。在这样的隧道环境中若采用有线的传输方式进行信号采集,传输线路经常会被割破甚至割断,这样造成了传输线的使用寿命不长,信号采集的可靠性不高,而且布线不方便并且耗费人力资源。因此,在这样的环境下,对无线数据采集系统的需求就非常迫切。而且短距离无线采集系统不用布线,快速布局,抗干扰能力强,可靠性高,使用灵活,具有有线数据传输无法比拟的便捷性,并且能进一步提高操作员的工作效率,节约成本。
由于陆地声纳法产生的地震信号最高频率为6000 Hz。根据奈奎斯特定律可以知道要想通过数字信号无失真的恢复模拟信号,采样频率必须大于等于信号最高频率的两倍。因此我们的采样频率最小为12 kHz,实验中为了保证采样相位的定时精度,我们每个周期采样10个点,采样频率为60 kHz。远远大于信号最高频率的两倍,故理论上能无失真的恢复原始的模拟信号。
陆地声纳法在实际采集信号中每次要同时采集3道的信号,即三分量的信号。为了保证数据的有效性我们在每个分量方向上进行5000个样点的采样。因此我们实际每次需要存储处理的信号采样点数为15000个。对于一个样点需要2Byte的存储空间。所以需要30K的存储空间,来保存这些数据,并把数据通过无线模块即时的发送出去,PC端的无线模块进行接收,并在PC上进行显示。
1 硬件设计
1.1 STM32简介
单片机的选择主要考虑了单片机自带的资源是否满足设计要求。选择合适的单片机,则可简化电路设计的复杂程度,提高系统的可靠性。综合考虑,系统采用了STM32F103RBT6作为微处理器,该芯片是STM32系列的一种。STM32是基于ARM C ortex-M3内核的32位处理器。其内部的数据路径、寄存器、存储器接口是32位的。采用了哈弗结构,拥有独立的指令总线和数据总线,取指与数据访问并行不悖。时钟频率达到72 MHz,STM32F103RBT6具有低功耗、小体积、高效率、低成本等特点,它拥有强大的处理能力,在同类32位处理器中有很高的性价比。
1.2 无线模块
陆地声纳法采集到的数据发送到上位机是短距离传输,考虑到系统的低功耗及数据传输速率选择了NRF24L01无线模块,它是使用Nordic公司的nRF24101芯片开发而成的,工作于2.4～2.5 GHz ISM频段。工作电压为1.9～3.6 V,有多达125个频道可供选择。可通过SPI写入数据,最高可达10 Mb/s,数据传输率最快可达2 Mb/s,芯片能耗非常低,以-6 dBm的功率发射时,工作电流只有9 mA,接收时工作电流只有12.3 mA,多种低功率工作模式(掉电模式和空闲模式)使节能设计更方便,它能够很好的满足本无线系统的要求。其与处理器的接口电路如图1。
2 软件设计
2.1 ucos-ⅱ的移植
在对地震信号的无线采集过程中为了更加有效的采集信号,及时的与上位机进行通信,我们需要对地震信号的采集与传输等多项任务进行合理的调度,有效实时的进行信号的采集与传输。传统的单片机开发工作中经常遇到程序跑飞或是陷入死循环。可以用看门狗来解决程序跑飞问题,而对于后一种情况,尤其是其中牵扯到复杂数学计算的话,只有设置断点,耗费大量时间来慢慢分析,这就会大大降低系统的效率。为了更好的管理这些任务,我们引入了μCos-ⅱ操作系统,μcos-ⅱ是一种免费、开放源代码、结构小巧、基于可抢占优先级调度的实时操作系统,其内核提供任务调度与管理、时间管理、任务间同步与通信、内存管理和中断服务等功能。并且用户与内核之间接口程序编译相对简单,在单片机系统中嵌入μcos-ⅱ将增强系统的可靠性,并使得调试程序变得简单,可以把整个程序分成许多任务,每个任务相对独立,然后在每个任务中设置超时函数,时间用完以后,任务必须交出CPU的使用权。即使一个任务发生问题,也不会影响其他任务的运行。这样既提高了系统的可靠性,同时也使得调试程序变得容易。
μcos-ⅱ内核向STM32单片机上移植,只需要修改几个与处理器相关的文件,具体问题包括。
(1)设置OS_CPU.H中与处理器和编译器相关的代码,即定义与编译器相关的数据类型、堆栈类型、堆栈增长方向和SWI服务函数。
(2)OS_CPU_C.C文件中主要是任务堆栈初始化代码、软中断异常处理程序、开关中断和移植增加的特定函数。
(3)OS_CPU_A.ASM文件主要包括软件中断的汇编接口、任务级任务切换函数OS_TASK_SW和中断级任务切换函数OSIntCtxSw以及启动最高优先级就绪任务函数。
2.2 系统流程图
图2所示为系统程序流程图,程序开始工作后,首先对系统进行初始化设置,然后循环检测是否接收到开始采集信号,当接收到采集指令后,无线模块开始接收数据,同时扫描AD输入,并将采集到的数据寄存在单片机RAM中,并且及时的将数据通过无线模块发送到上位机进行同信。
3 结语
使用STM32F104RBT6单片机作为核心控制器,保证了系统能够快速响应,利用其内部的AD转换模块,大大简化了外部电路,UCOS-II的植入更方便地对各项任务进行管理,从而更好的保证了通信的实时性。
参考文献
[1]钟世航,孙宏志,王荣.陆地声纳法[M].北京:中国科学技术出版社,2012,4.
[2]孙宏志.陆地声纳地震仪的制造技术研究[C].中国地球物理学会第22届年会论文集,中国地球物理学会编.成都:四川科学技术出版社,2006.
[3]刘军.例说Stm32[M].北京:北京航空航天大学出版社,2011.
[4]范书瑞.Cortex-M3嵌入式处理器原理与应用[M].北京:电子工业出版社,2011.
[5]Rompaey K,Bolsens I,De Man H.Coware A Design Environment for Heterogenerous Hardware/Software Systems.In Proc.of the European Design Automation Conference,1996:252-257.
[6]Nordic Semiconductor ASA.Nrf24L01product specification[R].2006.
无线数据采集系统 篇2
省级污水处理厂GPRS无线数据传输监测系统设计与实施
以辽宁省环境信息中心为例,介绍了利用GPRS(通用分组无线业务)无线传输技术监测全省污水处理厂污水排放、污水处理情况的“省级污水处理GPRS无线数据传输监测系统”.该系统将对污水处理厂各监测仪器进行实时监控,并把监测仪器送到PLC采集器中的.数据通过无线传榆上传到省污水处理监控中心,在监控中心可以对数据实时监测,对监测仪器设备实时监控,并对数据进行处理,使污染排放监管部门能更及时、准确、具体、全面地掌握全省环境质量、环境监控和重点污染源的数据和信息,以提高执法的快速反应能力、全面的监管能力和科学决策的支持能力.
作 者：王威 作者单位：辽宁省环境信息中心,辽宁,沈阳,110033刊 名：环境保护与循环经济英文刊名：LIAONING URBAN AND RURAL ENVIRONMENTAL SCIENCE & TECHNOLOGY年，卷(期)：29(3)分类号：X84关键词：污水处理 GPRS 无线传输 PLC 实时监控
无线数据采集系统 篇3
关键词：无线传感器网络；动态数据采集；ZigBee；TinyOS
中图分类号：T18文献标识码：A文章编号：1672-3198（2007）12-0272-02
1 引言
无线传感器网络是是一门新兴的信息技术，由一组按需随机分布的集成有传感器、数据处理单元、无线通信模块和能量供应模块的微型传感器节点以自组织方式构成的无线网络, 融合了信息处理技术、微电子技术、计算机技术和无线网络技术，已经引起了世界许多国家的军事部门、工业界和学术界的极大关注。
对于动态数据采集系统中的采集节点来说，其硬件设计主要有三点要求。第一，动态数据采集系统的采集对象往往是目标的温度、湿度、速度等参数，整个系统需要在无人环境下长期正常工作，因此低功耗设计是动态数据采集系统的首要要素；第二，动态数据采集系统处理数率较低、数据传输量少、主要采用无线传输的形式，因此选择无须许可的、合适、低价的通信方式是保证动态数据采集系统正常工作的关键。第三，系统采集的对象主要是人体、动物、车辆等等动态目标，为了实现监控的方便，采集节点还必须要满足体积小、灵活性等特点。
2 无线传感器网络的节点结构
一个典型的无线传感器网络节点设计包括了传感器单元、数据处理单元、无线通信单元和电源管理单元，以及用户接口等一些扩展设计单元，如图1：
3 节点硬件分析
目前，两种典型的无线传感器网络节点研究平台是mica系列和telos系列节点，它们采用目前应用最广泛的TinyOS嵌入式网络操作系统。
3.1 mica系列节点
mica系列节点包括Wec、Renee、mica2、mica2dot、Spec、micaz等，其中一些已经被Crossbow公司产品化。mica系列节点在硬件上由两个部分组成，一个模块是运算和通信平台，另一个模块是传感器平台。两者之间通过51针的自定义接口连接。这种统一的接口使得不同的通信平台和不同的传感器平台之间可以自由的组合。mica系列节点目前很大程度上都是作为研究使用的。为了能够方便地对节点进行程序功能更新，Crossbow公司开发了一系列的开发工具，例如:MIB500、MIB510、MIB600等。
3.2 telos系列节点
telos节点是美国国防部DARPA支持NEST项目的一个部分，与mica系列比较，它的设计结构有很大变动。
(1) 在通信模块选择上，采用TI公司的支持IEEE802.15.4协议的CC2420芯片，这与micaz节点是一致的；250kbps的数据收发速率可以使节点更快的完成事件的处理，快速休眠，节省系统能量。而且CC2420支持ZigBee协议，标准化的通信协议有利于实现节点之间的互通。
(2) 采用TI公司的超低功耗微处理器芯片MSP430。
(3) telos本身就有SHT11温湿度一体化器件，能够作为独立的传感器节点使用。
(4) telos没有mica2那样丰富的外部引脚，只有一个10脚的接口，一方面可以连接简单的传感器板，另一方面可以通过一块适配板与mica2系列部件互联。通过适配板，telos和mica2通过UART可以实现一个2.4GHz的IEEE802.15.4到CC1000的915MHz-ISM频段之间的网关，通过适配板，telos还可以直接控制与mica2连接的传感器板。
(5) 使用USB-COM的桥连接，可以直接通过USB接口供电、编程和控制，进一步简化外部接口。
3.3 本系统节点硬件平台
本系统的硬件设计参考telos平台，是telos平台一次再设计过程。系统设计弱化传感器部分的设计，对无线通信模块选用射频模块电路，设计重点在微处理器模块地电路实现上。同时，为了增加动态数据采集系统应用性，添加了PC接口电路，使得本设计可以作为动态终端节点，亦可以作为服务器的网关。
动态数据采集硬件平台上选用MSP430F149微处理器芯片和FLASH芯片AT45DB041B分别作为处理器单元和存储单元；选用FT232BM芯片完成MSP430的BSL编程电路和MSP430与PC的串行通信接口；选用CC2420射频模块完成无线数据收发；在电源管理上，当设计作为网关时选择USB供电，当作为终端可用干电池供电。硬件原理框图如图2所示,与无线传感器网络节点设计相比，结构上具有一致性，同样具有采集单元、处理和控制单元、无线通信单元和电源管理单元。
3.4 TinyOS嵌入式网络操作系统
TinyOS是加州大学伯克利分校开发的一种开源的嵌入式网络操作系统，基于组件化编程，是针对无线传感器网络设计的一种操作系统。
TinyOS的程序采用模块化设计，程序核心都很小，一般来说核心代码和数据大概在400 Bytes左右，突破了传感器节点存储资源少的限制，这使得TinyOS能很有效的运行在无线传感器网络上并去执行相应的管理工作。
TinyOS的组件有四个相互关联的部分：一组命令处理程序句柄、一组事件处理程序句柄、一个经过封装的私有数据帧和一组简单任务；任务、命令和事件处理程序在帧的上下文中执行并切换帧的状态。为了易于实现模块化，每个组件还声明了自己使用的接口及其要用信号通知的事件，这些声明将用于组件的相互连接。如图3所示为一个支持多跳无线通信的组件集合与这些组件之间的关系，上层组件对下层组件发命令，下层组件对上层组件发信号通知事件的发生，最低层的组件直接和硬件打交道。
TinyOS的组件通常可以分为以下三类：硬件抽象组件、合成组件、高层次的软件組件；硬件抽象组件将物理硬件映射到TinyOS组件模型中，合成硬件组件模拟高级硬件的行为，高层次软件模块完成控制、路由以及数据传输等。
TinyOS使用基于事件的执行方式以满足无线传感器网络需要的高水平运行效率。事件模块在一个较小的空间内允许高效并发处理运行。当事件被触发后，CPU会迅速处理所有与发出信号事件关联的任务;当该事件以及所有关联任务被处理完毕后，将未被使用的CPU循环置于睡眠状态而不是积极寻找下一个活跃的事件。TinyOS这种事件驱动方式使得系统高效地使用CPU资源，保证了能量的高效利用。
4 结语
无线传感器网络是一门新兴的信息技术，本文着眼无线传感器节点硬件平台的设计，完成了硬件模块的划分、芯片的选型、软件系统以及通信方式的选择，设计出了针对动态数据采集系统的无线传感器网络，具有低功耗、扩展性好、灵活性强、成本低等传统数据采集系统难以达到的特性。
参考文献
［1］任丰原，黄海宁，林闯.无线传感器网络［J］．软件学报，2003，14(7)：45-48．
［2］David Gay，PhilLevis，Rob Von Behren，et al．The nesC Language：A Holistic Approach to Networked Embedded Systems．Proceedings of Programming Language Design and Implementation(PLDI)，1996．
［3］Levis P，Madden S，Gay D，et al ．The emergence of networking abstractions and techniques in tinyOS．Proceedings of t he First USENIX/ ACM Symposium on Networked Systems Design and Implementation．2004，(11)：203-230．
［4］Seungmin Park，Jin Won Kim，Kee-Young Shin，et al．A Nano Operating System for Wireless Sensor Networks．8th International Conference Advanced Communication Technology，ICACT 2006-Proceedings，2006：345-348．
［5］孙利民，李建中，陈渝．无线传感器网络［M］．北京：清华大学出版社，2005：1-26．
远程无线数据采集系统的设计 篇4
关键词：远程通信,无线通信,数据采集,Zigbee
本论文主要结合远程无线通信技术, 对远程无线数据采集系统进行设计研究, 以期从中能够找到合理可靠的无线数据采集及远程无线通信系统的设计模式, 并以此和广大同行分享。
1 系统总体设计
为了使本论文所研究的远程无线数据采集系统更具有针对性, 这里选用Zigbee技术作为远程无线通信的核心技术, 具体应用场合是实现对电力塔的环境参数实现远程无线采集与传输。
(1) Zigbee技术概述。
Z ig b ee的基础是I EE E 80 2.15.4, 这是I E E E无线个人区域网 (P e r s o n a l A r e a Network, PAN) 工作组的一项标准, 被称作IEEE802.15.4 (Zigbee) 技术标准。Zigbee主要应用在短距离范围之内并且数据传输率不高的各种电子设备之间。其典型的传输数据类型有周期性数据 (如传感器数据) , 间歇性数据 (如照明控制) 和重复性低反应时间数据 (如鼠标) 。根据Zigbee联盟目前的设想, Zigbee的目标市场主要有PC外设 (鼠标, 键盘, 游戏操控杆) , 消费类电子设备 (TV、VCR、CD、VCD、DVD等设备上的遥控装置) , 家庭内智能控制 (照明, 煤气计量控制及报警等) , 玩具 (电子宠物) , 医护 (监视器和传感器) , 工控 (监视器、传感器和自动控制设备) 等非常广阔的领域。
(2) 系统总体结构与功能设计。
在每个电力塔上安装一个基于Zigbee技术嵌入式无线数据采集模块, 该嵌入式无线数据采集模块可以采集该电力塔周围环境的温度, 风力, 图像等数据, 通过基于Zigbee技术的RF无线收发网络将数据无线发送给下一个电力塔上安装的嵌入式无线数据采集模块, 以中继的方式, 传送给第三个电力塔上的嵌入式无线数据采集模块, 一直传到监控系统的控制主机。这样, 维护人员从后台中心的电脑上就能得到终端采集模块所采集的数据, 能够及时了解所需监控的电力塔周围环境的温度, 风力和电线是否完好的情况, 以达到监护整个电力传输系统的目的。
在本系统中, 无线数据采集模块主要由传感器模块、处理器模块、ZigBee模块和电源模块四部分组成的。传感器模块 (包括数字温度传感器及其驱动接口电路, 摄像头及其接口电路) 负责电力塔区域内温度和图像的采集和数据转换;处理器模块 (微控制器) 负责控制整个传感器节点的操作, 存储和处理本身采集的温度数据图像数据以及其他节点发来的数据;ZigBee模块用于接收和发送无线信号, 与无线传感器网络终端节点进行无线通讯, 主要包括射频和基带两部分, 前者提供数据通信的空中接口, 后者主要提供链路的物理信道和数据分组;电源模块为传感器节点供电, 通常采用微型电池。微控制器作为传感器节点运转的“心脏”, 在上面运行着嵌入式系统软件, 从而对另外三个单元的工作进行控制。
2 基于Zigbee技术的远程无线数据采集系统的实现
2.1 无线数据采集模块的设计实现
由于环境参数一般数据的变化较为缓慢, 所以系统对数据实时性的要求并不是很高, 为减小网络资源利用冲突, 本系统采用轮询的方式进行数据采集。采集模块定时向下位机发送查询包, 下位机转发给各个控制器, 控制器返回相应的传感器数据和设备状态。
系统设计中为避免每次读取数据库中配置信息来获取下位机及设备等的信息, 在内存中建立了树形的数据结构, 可方便的定位到某设备的信息以便执行相应处理。轮询过程中, 模块首先按照树形结构的监控区域轮询该区域内传感器温湿度参数, 计算该区域的平均温湿度值, 作为虚拟的传感器温湿度值存入数据库中。然后模块继续轮询各设备状态, 获取最新的设备状态。
数据采集与控制模块作为后台线程运行, 保证前台与后台的分离。服务器通过以太网与各下位机进行通信, 一般设置下平均每60秒执行一次数据采集, 所以运行过程中服务器与客户端的通信较为频繁。另外, 电力塔环境参数的数据包大小一般都较小, 对带宽的要求也较小。基于以上应用特点, 本系统采用TCP作为传输层协议, 并通过建立sockct来连接服务器和下位机。由于频繁的打开、关闭socket连接会降低系统效率, 而一个应用系统中下位机的数目不会很大, 局域网条件下完全可以胜任所有下位机同时连接的情况, 所以系统采用保持连接的Socket进行通信。服务器启动时根据下位机IP地址等配置信息连接各个下位机, 然后运行过程中时钟保持连接, 遇到意外断开后则通过尝试重连来恢复。上位机保存每个已经建立的套接字并在内存中与相应的下位机的配置信息相对应, 以便在向不同下位机发送指令时能准确找到对应的Socket。
2.2 无线通信传输机制的实现
连接建立的流程是, 主控节点首先广播地址码, 选择特定的终端并发送采集命令, 数据终端返回包括其地址信息的确认帧并执行采集并存储数据;主控节点接收到确认帧后, 提取地址等有用信息进行验证, 若验证通过, 则点对点连接建立;若验证未通过, 则尝试重新建立连接的操作。
连接建立后, 开始进行数据传输。数据传输方式是基于一种“反馈重发协议”的思想:待传输的数据帧按先后顺序附加上帧号, 数据终端收到主控节点的数据请求后每发送一个数据帧, 即等待主控节点的应答:主控节点接收到这一数据帧后, 把实际帧序号与期望帧序号相比较, 并进行纠错码校验, 如果验证通过, 则返回数据确认帧, 并要求数据终端传输下一数据帧;如果验证未通过, 说明数据发送错误, 则返回出错重传帧, 要求主控节点重传该帧;如果收到数据确认帧, 则继续传送下一数据帧, 直到传输结束。如果传送超时或者出错超过三次, 即放弃传送并报告错误。
3 结语
本文主要探讨了基于ZigBee技术实现的远程无线数据采集系统, 给出了系统实现远程无线数据采集和数据传输的实现方案, 并重点分析了数据采集模块和无线传输模块的设计与实现, 对于应用在不方便实现有线网络实施数据采集和传输, 以及远程无线数据传输的应用场合具有重要的参考借鉴意义。更加完善的远程无线数据传输系统还有待于广大通信技术工作人员的共同努力才能够最终实现远程无线通信技术的广泛应用。
参考文献
[1]马明建.数据采集与处理技术[M].西安:西安交通大学出版社, 2005.
无线解码器・什么是数据接口 篇5
无线解码器・什么是数据接口
无线解码器常见接口为RS-232端口。RS-232-C接口(又称EIA RS-232-C)是目前最常用的一种串行通讯接口。它是在1970年由美国电子工业协会(EIA)联合贝尔系统、 调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。它的全名是“数据终端设备(DTE)和数据通讯设备(DCE)之间串行二进制数据交换接口技术标准”该标准规定采用一个25个脚的`DB25连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信号的电平加以规定。
无线传感网数据传输 篇6
互联网时代下，无线传感器网络快速发展，被广泛应用到国防、电力、能源、农业等多个领域，凭借自身成本低、自组织性等优势无线传感器网络受到了广泛关注。但随着其在实践中的应用，无线传感器网存在节点有限等缺陷，保持网络对于数据感知准确性成为无线传感网络发展的重要问题。文章结合无线传感网构成及特点，从关键技术等角度对无线传感网数据传输进行探讨，希望人们能够进一步了解无线传感网。
随着微传感技术、射频技术等技术不断发展，信息产业进入到无线传感器网络改革的第三次浪潮当中，对人类社会产生了深远影响。在无线传感网络支持下，人与人、人与物之间沟通日渐便利，使得智慧地球成为现实。由传感器节点构成的无线传感器网络，通过节点之间的相互协作，能够为数据传输提供了极大的支持。
无线传感网概述
无线传感网体系结构可以分为网络结构、硬件及软件环境。一般来说，无线传感网络结构是由传感器、汇聚及管理三个节点构成。节点是传感网络中最为重要的内容之一，其负责信息的收集和发送，且是信息的路由载体。通过互联网等途径，能够实现与外界环境的信息沟通和交流。硬件环境是由硬件结构组成，如传感器、数模信息转换器、存储器、射频模块以及为网络节点提供电能的电源模块等多种设备。而软件涉及现有的嵌入式系统，如VxWorks、WinCE及QNX等。
相比较其他网络，无线传感网在实践应用中具有独特性，如规模化特点，传感器的节点数量非常庞大，能够达到上万之多，对载体面积要求较高，如果在空间不大的载体上进行密集部署，需要允许大量冗余节点。动态性特点，传感网是一种拓扑结构，由于传感网络中的传感器、感知对象等都具备移动特点，因此要求传感网络具备适应的动态系统可重构性。数据特征性，网络中的设备是整个网络的唯一地址标识，要想访问互联网中的资源，需要将地址作为中心构建网络。
无线传感网络数据传输
关鍵技术。网络协议是无线传感网的核心，通过MAC协议和路由协议，能够进行具体、详细的数据传输。正因如此，协议赋予了节点计算、存储等多项能力，但也在一定程度上增加了网络协议设计难度。网络安全能够保证数据传输安全性、任务执行机密性，提高对数据的处理水平。拓扑控制是无线传感网的关键技术，能够减少节点能量，且能够提高网络延时。除此之外，时钟同步、定位技术等也是传感网数据传输的重要技术之一，如定位技术能够对节点的位置信息进行定位，使得节点能够进行随机部署。在具体应用中，传感网与分布式数据库具有相似之处，能够对网络数据进行高效管理，为数据传输构建和谐的外部环境。将关键技术有机整合到一起，为数据传输奠定坚实的技术基础。
数据采集。无线传感网最简单的采集方式是将采集到的数据定期发送到基站，基站进行离线处理。节点不会对数据信息进行处理，仅负责信息收集和发送任务。但是这种传感器节点能耗具有有限性，无法满足人们日渐提升的信息采集需求。对于大规模、高密度布置的无线传感网，这种网外离线数据采集方式，通信开销较大，对电能消耗过度，在一定程度上增加了信息传输成本。因此在具体应用中，要尽可能减少节点数量，以此来延长无线网络寿命，避免节点之间的互相影响，最大限度上提高节点通信量。此外，还有一种基于模型的数据采集，通过有效的数据维度，将信息发送到基站，发送的信息并非实际测量值，而是一组权值，与实际数据比较来看，需要发送系数、权值的数量较少，通过分布式处理方式，能够避免资源受限的限制。因此，还应对分布式感知数据建模问题进行关注，突破资源限制。
数据传输。无线传感网数据传输建立在路由、传输协议基础之上，底层为802.11无线网络协议。大规模无线数据网络回收过程中，可以将其中的节点划分不同的子网络，以此来拓展无线传感网覆盖范围。针对无线传感网的系统架构，当主网络无法满足需求时，可以转移到子网络上进行回收。具体来说：
首先，回收协议栈。传感节点路由组网，能够在很大程度上确保数据传输可靠性，通过树路由协议，能够对网络层进行子网组网及数据包路由转发，且提高传输层协议的控制，促使其能够在应用层完成传输任务。
其次，MESH传输。该回收方式与上一种方式有所差别。MESH网络回收建立在MESH-CA协议基础之上，子网SINK节点子网能够接受节点数据包，并将网关节点有机整合，实现主体之间的通信，最终将数据发送到服务器。
最后，上位机软件。这种方式能够真实、全面的反映拓扑结构，且能够保存回收的数据信息，满足用户需求。通过多条组网，能够将上位机软件与SINK节点相连接，实现通讯目标。在系统运行过程中，用户能够通过SINK节点接收子网数据节点，且对数据进行显示和回收，提高通信有效性。
流动数据采集无线传输系统设计 篇7
随着工业数字化和工控行业的发展, 工业领域的信息交换量越来越大, 布线越来越繁琐。尤其是在一些采集点流动的情况下, 利用电缆、双绞线等有线数据传输十分不方便。这就对无线数据收集的传输范围、灵活程度、数据采集网络的可扩展性有了更高的要求。
1 现有无线数据传输的分析
迄今, 我国工业领域的数据无线有3种途径:RS-232、RS-485、WLAN。通过RS-232串口传输数据, 因为它既不利于布线组网, 又不利于无线远距离的数据传输, 传输距离只有200 m左右, 只适合小规模、小范围传输数据。大范围无线传输主要是RS-485。但是它的缺点主要有2个: (1) 虽然RS-485的无线传输距离达800 m左右, 但是仍不利用组建系统的无线传输网络。 (2) RS-485本身不支持组建环形和星形网络, 一般采用终端匹配的总线型结构, 对总线有较高的要求, 而无线传输总线的不确定很高, 这就使得工业数据传输网络的可靠性大大降低。WLAN传输是有线以太网LAN的扩展, 具有标准化的协议、灵活便捷、成本低、传输距离远 (可以达到1 200 m) 、抗干扰能力强、易组网、易扩展、带宽高、技术成熟等优势。所以本系统采用WLAN用于组建和扩充数据传输网络。
2 数据采集点的介绍
2.1 数据采集点功能
本数据采集点具有3点功能: (1) 收集原始模拟量并进行ad转换, 以及进行原始的备份, 如图1所示; (2) 使测量者和系统了解自身所在的位置, 便于数据的完善; (3) 对收集原始数据, 进行简单的预处理, 减少网络中数据的传输。
系统的流动数据采集点由一块数据采集模块和一台上网本组成。数据采集模块用来收集各个模拟信号和GPS信息, 使用的是MEGA8作为中央处理器, 以I2C总线连接多个AD5161采集。通过232串口的发送口与上网本相连, 用于传输数据给分机, 232的接收口与GPS的TX端相连, 用于接受GPS的串口信号。分机在接受到GPS数据和各个模拟信号转换的数字量后, 由VC编写的客户端上位机负责将信号根据协议解析并打包利用WLAN网络传输给主机。如图2所示。
2.2 采集点的协议
(1) 采集点的数据接收协议:
下位机和分机的通信采用RS-232 (ANSI/EIA-232标准) 串行连接标准。
应用层协议GPS仍使用全球通用的NMEA0183标准协议。为使协议格式保持大体一致, 数字量的传输协议如下:
<1>通道号格式:** (0也被传输)
<2>数字量格式:***** (0也被传输)
hh为校验位, 是$之后*之前的数据的异或值;
(2) 对主机的通信协议:
分机客户端通过WLAN与主机服务器取得联系。传输层与网络层协议采用TCP/IP/UDP协议。
在应用层上的协议如下:
<1>经度格式:hhmmss (时分秒)
<2>纬度格式:ddmm.mmmm (度分)
<3>海拔高度格式: (-9999.9～99999.9)
<4>地面速率格式: (000.0～999.9节, 前面的0也将被传输)
<5>地面航向格式: (000.0～359.9度, 以真北为参考基准, 前面的0也将被传输)
<6>定位状态格式:A=有效定位, V=无效定位
<7>设备号格式:*** (0也被传输)
<1>通道号格式:** (0也被传输)
<2>数字量格式:***** (0也被传输)
<3>设备号格式:*** (0也被传输)
协议中hh为校验位, 是$之后*之前的数据的异或值;
3 组网设计
3.1 物理连接
一般在网络建设中, 施工周期最长、对周边环境影响最大的, 就是网络布线施工工程。在施工过程中, 往往需要破墙掘地、穿线架管。而无线局域网最大的优势就是免去或减少了网络布线的工作量, 一般只要安装一个或多个接入点AP (Access Point) 设备, 就可建立覆盖整个建筑或地区的局域网络。为了扩大数据采集范围, 增加数据的流动性, 本系统组网, 采用大功率工业级无线AP作为网络接入设备。
3.2 无线网络拓扑结构
无线局域网技术的最新发展, 使得网状网得以实现。网状网的特点主要是无线AP之间无需通过有线网络连接, 而仅通过纯无线链路即可以建立一个大规模的类似“渔网”的网状无线网络, 从而大大扩展了无线局域网的应用范围。无线网状网能够适应快速部署无线网络, 能够支持网络结构的动态变化, 能够满足城域大范围无线网络建设的需要。本采集系统应用WDS无线桥接技术实现网状无线网络的布置。这种建网方式比较灵活方便, 易于扩展, 而且可以大范围覆盖信号, 使数据传输有多个链路可选, 增强了系统的可靠性和实时性, 并且可以实现无缝漫游。如图3所示。
3.3 通信标准的选取
目前WLAN的通信标准主要是802.11系列。
由IEEE 802.11协议族规范, 主要包括802.11a、802.11b、802.11g以及新的802.11n等, 工作频段为2 400 MHz与5 800 MHz两个开放的ISM频段, 使用的技术主要有直序列扩频技术 (802.11b) 、正交频分复用技术 (802.11g) 以及智能天线与频道。
聚合技术 (802.11n) 传输吞吐率可达5 Mbps (802.11b) 、20 Mbps (802.11g) 、250 Mbps (802.11n) , 可以承载语音、数据、视频业务的传输。
本系统通信采用802.11b标准。802.11b采用2.4 GHz直接序列扩频, 最大数据传输速率为11 Mb/s, 无须直线传播。动态速率转换当射频情况变差时, 可将数据传输速率降低为5.5 Mb/s、2 Mb/s和1 Mb/s。802.11b使用与以太网类似的连接协议和数据包确认, 来提供可靠的数据传送和网络带宽的有效使用。工业以太网采用的是802.3标准。802.3是总线网协议, 802.11是无线网络协议, 它们只是对网络架构的定义, 用不同的访问方法与访问介质。但是传输数据的帧, 也就是传输层与网络层协议基本一致。所以本采集系统也可以很方便地与工业以太网进行无缝连接。
4 服务器的设置
4.1 物理设备
服务器使用性能较好的PC机即可满足一般的需求。如果网络覆盖过大, 或者数据处理过多, 可以考虑使用IBM、太阳等公司生产的大型专用服务器。
4.2 软件配置
服务器的程序使用VC编写, 用于COM编程和多线程技术, 实现对数据库的操作并可以充分利用CPU资源。本系统的数据库为了节约成本, 采用了网络上流行的免费数据库软件My SQL。与其他的大型数据库例如Oracle、DB2、SQL Server等相比, My SQL有其不足之处, 如规模小、功能有限 (My SQL Cluster的功能和效率都相对比较差) 等, 但是这丝毫没有减少它受欢迎的程度。对于一般的个人使用者和中小型企业来说, My SQL提供的功能已经绰绰有余, 而且由于My SQL是开放源码的免费软件, 因此可以大大降低总体拥有成本。
服务器软件通过UDP监听终端发来的数据请求, 这样可以比TCP通信的延时更小, 但是因为无法保证数据包的到达顺序, 所以需要在协议中写入设备号。服务器接受数据, 并对其解析后存入数据库, 在服务器软件的界面上可以清晰地看到每个终端的位置。如图4所示。
5 系统的改进
如果本系统的移动数据站采集量不大, 备份要求不高, 可以考虑用以ARM为核心芯片的LINUS嵌入式系统代替站载电脑进行数据收集以降低成本, 通过对USB接口的无线网卡进行编程, 驱动连接网络传输数据。如果去掉系统的GPS模块, 本系统同样可以用于一些不方便布线固定采集站进行数据汇总。
6 结语
本文介绍了一种通过WLAN进行移动数据采集传输的系统。运用该系统可以较方便地对一些不方便布线的移动点数据采集进行收集整理。如果把GPS模块去掉, 这套系统也同样适用于一般的不方便布线的场合, 对其进行整体监控。将WLAN用于数据传输有良好的技术和商业前景, 对降低成本、提高效率有积极促进作用。
参考文献
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[3]李浩, 高泽华, 高峰, 等.IEEE802.11无线局域网标准研究[J].计算机应用研究, 2009 (5)
[4]杨勇, 叶梅, 张秦艳, 等.基于ARM的嵌入式Linux无线网卡设备驱动研究[J].核电子学与探测技术, 2010 (4)
实验室无线数据采集系统的设计 篇8
随着射频技术、微电子技术及集成电路的发展,无线通信技术应用深入各领域,数据采集领域中引入无线通信技术,可以解决某些如高腐蚀性、现场无法实现明线连接等环境的数据采集问题,克服有线网络布线麻烦和维护困难,提高采集系统的适应性。蓝牙(BLE)4.0作为一种新兴的无线数据通信技术,主要具有以下特点:工作在2.4GHz的ISM频段,极低的运行和待机功耗;使用1Mb/s速率以达到最大限制带宽;AES-128加密等[1,2]。本文基于蓝牙4.0实现实验室无线信息采集。
1 系统硬件设计
1.1 系统构成和工作原理
系统由数据采集器、BLE终端节点、BLE协调器节点、上位机等部件构成,采用BLE4.0的无线数据传输技术,把采集到的数据收集到一个BLE协调器中,并由上位机实现对数据的显示和处理,系统的整体结构如图1所示。其中数据采集终端主要完成电流、温度、湿度等参数的采集;BLE终端节点主要完成从数据采集终端接收数据,并通过无线通信方式发送接收的数据,或者接收BLE协调器节点发送的控制命令进行操控;BLE协调器节点是整个网络的发起者,管理整个网络的规模,存储有BLE网络中各个节点的信息。担当BLE网络中的协调器的角色,主要任务就是组建和维护一个网络,收集BLE网络中各个节点发出的信息,通过RS232接口把数据传到上位机;上位机接收BLE协调器节点传来的信息,并处理和显示数据。
1.2 协调器与终端器节点电路设计
终端节点电路主要有数据采集电路、数据处理单元电路、信号指示电路、无线传输模块接口电路、按键电路、继电器控制电路及供电电路等。原理图如图2所示,数据采集电路要采集的信息含实验室负载电流、环境信息(温度、湿度等)及烟雾浓度信息。系统由霍尔传感器采集负载电流、温度传感器DS18B20采集环境温度信息、湿度传感器DHT11采集环境湿度信息、烟雾传感器采集烟雾浓度信息;数据处理单元电路以STC12C25A60S2为核心进行数据处理,图中R9、C4构成处理器复位电路,由X1、C4、C5决定系统时钟电路,P1、P2为设计无线传输模块与处理器的电路连接端口,实现处理器与无线收发模块CC2540无线数据传输。其中P1.0、P1.4和P1.1口用于指示网络状态;Q1为继电器控制电路,主要用来控制实验室供电和门禁系统。当实验室门禁授权后,处理器给三极管一个低电平信号,继电器吸合,给实验室供电。当实验室内出现异常情况时(如电流过大、有烟雾等),处理器给三极管一高电平,继电器释放,切断实验室供电。协调器节点电路去除数据采集模块,增加RS232串口转换电路,采用MAX223双通道转换芯,MAX223的R1OUT引脚接CC2540的P0.2引脚,T1IN引脚接CC2540的P0.3引脚,通过它实现PC绑定数据、用户数据命令、节点信息及网络信息数据等数据或命令的传输,从而形成节点应用软件平台与协调器节点上位机软件平台之间的接口。在系统中,5V为STC12C5A60S2提供电源,3.3V为CC2540无线数据传输电路提供电源,电源系统由三端线性稳压器U1、U2构成[3,4]。
1.3 无线传输模块电路设计
由于CC2540将8051内核与无线收发模块集成到一个芯片当中,因而简化了电路的设计,省去了对单片机与无线收发芯片之间接口电路的设计[5]。该电路设计原理图如图3所示。该原理图主要包括3.3V电源滤波电路、芯片晶振电路、天线电路、入网指示电路及复位电路6部分。接口电路由CC2540的I/O引出,增加无线模块的通用性;为得到更好的电源性能,电源滤波电路选择了合适的去耦电容对电源进行滤波,该部分电路参考TI公司滤波电容组设计[6,7];CC2540工作需要两个时钟晶振,第一个为32MHz,为无线收发时钟;第二个为32.068KHz,为休眠模式提供时钟。C17和C18为32MHz晶振的负载点电容,电容值取决于负载电容的大小。C17和C18的典型值为12pF[7]。电路中采用非平衡天线加上一个非平衡变压器构成一个天线电路。由上拉电阻和按键组成,实现低电平复位。
2 系统软件设计
软件是功能得以实现的关键,软件设计包含传感器数据的采集、终端节点数据收发、协调器节点数据收发、及上位机数据实时显示与数据管理等。
2.1 协调器与终端器软件设计
协调器与终端器软件的软件设计按模块化的设计思想来实现,采用语言编程,在IAR集成开发环境中完成,主要有信息采集、终端器无线发送、协调器无线收发等软件设计,其流程如图4、图5及图6所示。
图5终端器无线发送软件流程图 (参见下页)
图6协调器软件流程 (参见下页)
2.2 上位机管理界面软件设计
上位机主要实现以下功能:1)通过RS232串口通信完成与外设的通信;2)数据实时显示;3)数据管理的实现。考虑到上位机软件的通用性及可操作性,上位机软件采用方便快捷的LabVIEW编写管理程序。LabVIEW由美国NI公司研制开发,LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序,产生的程序是框图的形式[8,9]。在LabVIEW开发环境下,对采集到的数据进行数据显示等功能,使整个系统的功能更加完善。和其他编程语言一样,在LabVIEW中也存在子程序的概念,在LabVIEW中的子程序被称作子VI。将整个程序划分为若干模块,每个模块用一个或者几个子VI实现,易于程序的编写和维护;子VI可以代码复用。管理界面软件程序框图如图7所示,表1给出了本系统用到的几个通信模块的基本属性的描述。
3 系统测试
系统测试时用3块BLE模块和一个作为协调器节点组建无线网络。用串口调试工具查看当前的组网信息。当节点设置好后,开始先查看终端器发出的信息,图8示出了运行结果,显示当前温度、当前湿度与当前电流。测试表明本系统运行良好,无线网络通信成功。
4 结束语
文中采用射频芯片CC2540和微处理STC12C25A60S2设计了数据信息采集系统,实现了工作频率为2.4GHz的适合BLE协议的无线数据传输。结合硬件电路的特点和系统的功能要求,编写了整个系统软件。本系统操作界面简便、清晰,具有良好的人机操作界面。但节点非法侵入、信息破坏的安全问题及构成较为复杂的网络拓扑结构研究仍有很多新的挑战。
摘要：文章以射频芯片CC2540为核心,构建一个低功耗、低时延的无线数据通信网络,将实验室负载工作电流、温度、湿度等物理量实时传送到上位机。文中给出了系统硬件电路及上、下位机软件设计。测试表明系统数据传输稳定、准确,设计方案有效、可行。
无线数据采集系统 篇9
目前基于单片机的数据采集系统存在数据传输接线负杂，可靠性差，数据存储难等方面的问题。本文提出基于单片机的无线数据采集系统，与PC进行通讯，不仅能够实现数据的无线传输，也能将采集数据实时存储到PC机，解决了单片机系统存储器小的缺陷，而且能够进而利用PC机上的LabVIEW软件进行编程实现对信号进行各种处理。
2. 无线数据采集系统设计
无线数据采集系统设计如图1所示，各部分方案如图2。其中终端节点和路由节点采用AT89S52单片机，可以在系统下载程序（ISP），应用简单方便，成本低廉，此外，通过添加A/D转换器可以实现对模拟量数据的采集，没有采集数据的时候可以进入休眠状态，节省功耗[1]。
汇聚节点采用LPC2114进行设计，它是一款采用支持仿真的ARM7TDMI-S内核的微控制器，它带有128kB的高速Flash存储器和64K字节SRAM，具有ISP和IAP功能, 包括了4路10位逐次逼近式A/D转换器，2个标准的UART，通过片内PLL可实现最大为60MHz的CPU操作频率。在本应用中，LPC2114用以实现信号的采集以及和上位机的串口通讯[2]。
无线发送和接收采用Nordic公司的nRF905，其功耗非常低，工作于433/868/915MHz3个ISM频道（可以免费使用）；n RF905可以自动完成处理字头和CRT（循环冗余码校验）的工作，可由片内硬件自动完成曼彻斯特编码/解码，使用SPI接口与微控制器通信，配置非常方便[3]，与单片机接口简单。
3. 节点程序设计
3.1 终端节点
终端节点完成模拟量的采集、软件滤波和数据发送，以及接受路由节点传来的采集控制信号。该类节点在接收到路由节点的匹配信号后，往路由节点发送数据，数据帧格式如下：
3.2 路由节点
路由节点完成数据的中转，包括向终端节点发送控制命令和从终端节点接受数据，以及根据汇聚节点控制命令向汇聚节点发送数据等。该类节点数据发送的数据帧格式如下：
3.3 汇聚节点
LPC2114主要实现信号的采集以及和上位机的通讯，为了便于程序的使用与维护，本应用采用uC/OS-II操作系统，实时性好，可靠性高，程序采用模块化结构，由一个主程序和若干个任务组成，其程序流程如图3所示。
任务1和串口中断服务子程（ISR）相互协调，实现串口的收发功能。任务2为无线发送和接收模块，当接受上位机命令时，开始发送命令至路由节点，进而由路由节点通知终端节点进行数据采集，然后进入等待，当汇聚节点接受完路由节点传来的数据，立即向上位机发送数据时，往串口中写数据，发送结束时，ISR通过信号量通知Task1已经发射完成。
上位机和汇聚节点之间可以以一定的协议进行通讯，本文采用的通讯数据帧格式如下：
4. 上位机LabVIEW程序设计[4]
上位机LabVIEW的程序设计按功能主要可以分为串口通讯、数据存储、信号处理和显示等三个模块。
4.1 串口通讯模块
由于大多数电脑都有一至两个串行通讯接口，因此，串行通讯非常流行。许多GPIB仪器也都有串行接口。在LabVIEW中，实现串口通讯可以直接通过调用功能模板的VISA中的Seria系列 (包含VISA Configure Serial、VISA Write、VISA Read、VISA Close) 来实现对串行口的访问和控制。采用该方式设计的优点是：每个函数开始接收一个端口号，结束后输出一个其复制的端口号，这样在设计中就不用担心对于一个端口有遗忘或是重复的操作，从而使程序设计更加清晰。
本文所用的串口通讯程序的波特率为19200，无奇偶校验位，8位数据，1位停止位，禁止软硬件握手。同时，由于读出的数据read string是ASCII码，可以通过Extract Numbers转换成为数字形式。串口通讯的框图程序如图4所示。
4.2 数据存储模块
在有些情况下，对信号的在线即时的分析处理和显示并不是能够直接得出准确的结果，这就需要在实验后进行进一步的分析研究。为了能够实现对所采集信号进行离线的分析 (比如采用MATLAB进行分析），需要利用LabVIEW对采集到的信号数据进行存储。
在LabVIEW中进行数据存储时可以采用Write To Spreadsheet File，可以将采集到的信号存储成文本文件 (*.txt）或表单文件 (*.xls），可以方便进行查看和复制。数据存储模块的框图程序如图4所示。
4.3 信号处理和显示模块
采用Sequence Structure (顺序结构）的程序结构时，当将信号采集到PC机上后 (即当停止采集时），自动进入信号处理程序并输出相应图形。
根据不同的需要对信号进行相应的处理，LabVIEW在功能面板中的Analyze下提供了丰富的信号处理函数，比如FFT、加窗、滤波、曲线拟合等等。通过图形化的编程可以实现对信号进行方便的分析和处理。
5. 结论
本文所设计的无线数据采集系统能够实现数据的无线采集，成本低、可靠性高、数据能适时存储等优点，对于信号的处理可以通过修改虚拟仪器程序来灵活改变，可以应用于各种物理量的无线采集和存储。
参考文献
[1]AT89S52数据手册.ATMEL公司.
[2]周立功.ARM微控制器基础和实战 (第二版) [M].北京:北京航空航天大学出版社, 2005年.
[3]nRF905数据手册.Nordic公司.
水产养殖无线数据采集监控系统 篇10
对于我国的现状, 土地资源紧缺, 水产养殖池塘逐步老化、病害多发、效益下降等突出问题, 如何提高养殖产品的品质、直接增加了渔农民的经济收入, 实现高效、生态、安全的现代水产养殖产业成为我国密切解决的重大问题。传统的粗放水产养殖方式, 采用人工观察, 单纯靠经验进行水产养殖的方法, 很容易在养殖过程中造成调控不及时, 反馈较慢, 出现“浮头”和大面积死亡等残像, 造成重大的经济损失, 上述方法已经不能满足现在水产养殖精准化和智能化的发展要求。基于上述问题, 本项目重点研究水产养殖智能化、开发水产养殖环境关键因子 (温度、PH值、溶解氧、浑浊度等) 的实时控制和监控技术, 对提高水产养殖精准化生产和智能化监控具有重要意义, 对促进渔业结构调整, 促进社会主义新农村建设, 提高渔农民生活水平具有重要意义。
本项目是应用C语言进行模块化编程, 选用STC12C5A60S2 单片机作为控制芯片, 通过与GPRS系统发送模块、GPRS系统接收模块、无线收发模块、显示处理模块、现场检测信号调理数据采集模块、报警等六个模块构成。单片机控制采集模块主要通过对现场各种传感器信号进行A/D转换采集, 然后通过无线收发模块将数据发送给单片机控制系统进行数据处理等技术实现。该系统极大的减小了现在社会中存在的一些问题, 降低了人机交流的成本。
二、系统总体方案设计
2.1 基本功能
渔场工作人员可以随时随地的了解渔场里溶解氧、温度、PH值、浑浊度等方面的各项数字指标, 在现场可通过液晶触摸键盘灵活的设置不同环境参数的上下阀值并显示。而且当渔场里各项指标超过安全值时会先进行适当的调整, 当需要人为调整时马上通过GPRS模块向渔场工作人员报警, 用户可以通过PC机或者手机客户端查看现场各采样参数报警信息。
2.2 主要技术指标
本系统采用了多个传感器采集数值, 传感器主要用到溶解氧传感器, 浑浊度传感器, PH传感器, 温度传感器。BNC接口型PH传感器工作在5V的电源下, 测量范围:0—14PH, 测量温度:0—60°C, 精度±0.1PH, 响应时间小于1min。浑浊度传感器的测量范围:0%-10%, 温度范围:-30-80°C;溶解氧电极的测量范围:0.00-19.99 (mg/L) , 测量温度:5-45°C, 测量精度:±1.5%F.S。其中要对溶解氧传感器进行算法设计, 溶解氧电极与水中溶解氧浓度的关系:i=K′*C。K′在某一温度下是一个常值, 电流与水中溶解氧浓度成正比为线性元件。其测量方法:在恒温水浴箱中放一定量的蒸馏水并加入适量的冰块, 使用空气泵向水中充气使水中的溶解氧达到饱和, 同时使用循环泵进行搅拌, 逐步加热到40℃, 将溶解氧电极悬挂在液面下方5cm处进行测量。根据试验数据, 得到K′-温度 (t) 的关系模型。
三、系统硬件设计
系统主要由主控制器有现场各参数采集单元、无线收发模块、GPRS通信模块、上位机数据处理及报警模块构成。每个分布在现场单元的传感器对渔场的氧的浓度、水温、PH值、浑浊度等进行实时监控, 并能够进行自动控制的数据 (氧的浓度、水温等) 进行适当的调整。当需要人为因素参与才能达到调整目的的数据 (浑浊度) , 则有无线收发模块发送给主控制器。主控制器接收到数据后通过GPRS报警模块发送消息给渔场工作人员。GPRS报警系统的发射模块主要是通过网上传输来实现。GPRS报警系统接收模块主要由手机GPRS模块、上位机实现。系统的拓扑图如图1 所示。
3.1 主控芯片
该系统采用单片机作为数据处理单元。AD转换结束后输入的电信号经过软件滤波及系统处理后, 进行数据显示、报警及控制输出。单片机选用STC12C5A60S2 型单片机, 这种单片机是一种高度集成的电路芯片, 是一种低功耗高性能的微控制器, 价格便宜, 编程简单。同时单片机上的一些硬件资源也可以满足基本的设计需求, 其程序空间为60KB, 最多可用I/O口有36 个, 内置1K的EEPROM。并可以使用C语言编写程序。
3.2 液晶触摸键盘显示模块
CH240128B系列点阵绘图型液晶显示模块 (LCM) 采用240x128 点阵液晶显示屏 (LCD) 与低功耗LED背光组成。内置RA8806 控制器, 每屏可显示8 排汉字, 每排显示15 个 (16X16点阵) 汉字, 内建聪颖的8x8 或4x8 可调节长按键功能的键盘扫瞄电路;支持水平和垂直区域卷动; 内建简体/繁体中文 (GB/BIG5) 和ASCII; 支持文字对齐功能; 支持4 灰阶显示 (灰阶模式) ;支持4/8-bits的6800/8080 MPU接口, 可与MCU单片机直接连接。
3.3 DS1302 时钟模块
时钟电路由DS1302 提供, 它是一种高性能、低功耗、带RAM的实时时钟电路, 它可以对年、月、日、周日、时、分、秒进行计时, 具有闰年补偿功能, 工作电压为2.5V~5.5V。采用三线接口与CPU进行同步通信, 并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号或RAM数据。DS1302 内部有一个31*8 的用于临时性存放数据的RAM寄存器。
3.4 GPRS无线传输模块
通用分组无线服务技术 (General Packet Radio Service) 的简称, 它是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务。GPRS可说是GSM的延续。GPRS和以往连续在频道传输的方式不同, 是以封包 (Packet) 式来传输, 因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位计算, 并非使用其整个频道, 理论上较为便宜。GPRS的传输速率可提升至56 甚至114Kbps。
3.5 无线数传模块
E32-TTL-100 是一款基于SX1278 的100m W的无线数传模块, 具有LORA直序扩频技术。模块工作在410-441MHz频段, 使用串口进行数据收发, 降低了无线应用的门槛。它具有功率密度集中, 抗干扰能力强的优势。LORA直序扩频技术将带来更远的通讯距离。模块可以工作在2.3-5.5V, 满足电池供电需求。模块最远能有3000 米的传输距离, 可配置65536 个地址 (便于组网) , 内置看门狗, 永不死机。模块具有四种工作模式, 可以在运行时自由切换, 在省电模式下, 消耗电流仅几十u A, 非常适合超低功耗应用。
3.6 手机APP模块
编写手机应用程序, 可在线实时采集和记录水温、溶氧、浑浊度、PH值等各项参数情况, 以数字的形式进行实时显示和监测信息;同时, 再手机的设置界面可设置各参数值的上下限, 当出现被测点位数据出现异常时发出报警信号。
3.7 其他辅助电路
硬件部分还包括其他的辅助电路, 如复位电路、程序下载电路等。
四、系统软件设计
该系统采用C语言设计, 主要设计了主程序、显示程序模块、MSP430 单片机低功耗数据采集模块、DS1302 时钟模块、与上位机数据通信模块、报警、控制模块;采用JAVA语言编写手机APP。系统上电后, 主程序完成系统初始化。进入功能选择模式, 通过对环境参数的上下限的设置, 来对仪器的开关进行控制和报警。
GPRS通信设置是基于实现主程序上的各个模块, 将采集的数据传输到主控模块和上位机上, 通过上位机进行ip设置和端口设置连接手机APP进行显示。系统主程序流程图如图2 所示。
五、小结
本文设计的水产养殖无线数据采集监控系统是由多个单片机控制器、与多个无线收发模块对渔场多处的溶解氧、温度、PH值、浑浊度等方面的实时采样监视控制和参数的显示, 并通过GPRS通信系统与上位机通信与数据处理。系统的难点主要是对GPRS数据的发送与接收的处理, 由于采集的数据比较多, 收发后数据处理容易出错。PC机方面还要做上位机控制各个数据及处理, 报警及数据保存与查询界面等都是难点。系统的优点在于可以让用户随时随地的监测渔场里面的各种环境指标。让用户按照鱼、虾等海洋生物最理想的生长环境进行设置渔场中的环境, 大大提高了用户对渔场里各个数据指标的控制和处理。提高了鱼、虾的产量、质量和存活量。由于渔场的周边环境限制了有线监控网络的应用, 夏季关照强、温度高, 冬季寒冷、环境湿度大等因素都会导致线缆的老化, 从而降低系统的可靠性和抗干扰性能。而使用无线监控网络就很好的解决了这些问题。此系统灵活方便, 具有省时方便、结构简单、易于操作, 系统扩展性好, 支持二次开发, 可以与其它信息系统深度集成, 有着很大的发展潜力和应用前景。
参考文献
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[4]张文香, 王志敏, 张卫国.海水鱼类工厂化养殖的现状与发展趋势[J].水产科学社, 2005.
无线数据采集系统 篇11
中国市场巨大的发展空间，吸引了全球知名的无线系统供应商带来了其全新电信级Wi-Fi分析平台与商业理念。智能无线网络公司优科无线（Ruckus Wireless）日前于北京举行的WBA Wi-Fi全球峰会上宣布，推出其首个电信级Wi-Fi分析平台SmartCel Insight（SCI）。该平台能够存储移动网络运营商和大型企业Wi-Fi网络上数年的历史运营数据，包括用户行为数据、Wi-Fi上下行流量、潜在客户等关键数据，这些数据由成千上万的Ruckus智能 Wi-Fi接入点和数百万客户端Wi-Fi会话产生，将为决策者提供数据支撑。
位于美国加利福尼亚州的优科无线成立于2004年，“我们100%专注于Wi-Fi市场，为企业级市场、电信市场提供包括AP、网关、控制器等在内的整体Wi-Fi解决方案。SCI代表了使用大数据技术手段对大规模Wi-Fi网络进行检测、评估及故障排除的一种全新方法。”优科无线运营商市场营销总监Steve Hratko表示，2012年优科无线上市，目前市值已达14亿美元。“SCI最重要的构架就是在一个真实应用场景里面，可以将成千上万的AP运营产生的大量数据有效地收集起来，通过整理、分析，产生给运营者的决策或者调整的信息。”
通常，传统的元件级管理系统仅能收集数天或数月以来的报告和数据，与之不同的是，SCI基于大数据技术和柱状数据库中的存储创新技术，可简化收集、存储和管理大量网络数据。通过将该项技术集成到SCI中，服务提供商现在可以收集、解析并分析数年的Wi-Fi数据，从而助力趋势分析和业务优化。
信息时代，数据即价值。对电信运营商而言，清晰的数据可以展示网络运行的本质。对商场、机场等消费场所而言，数据则意味着全新的商业价值。
比如在室外已经非常成熟的GPS定位技术却很难满足室内定位的需求，而通过室内Wi-Fi定位系统可以给运营商带来很多增值业务。Steve给记者举了个例子：“好比我们的卖场，通过定位系统，你可以很清楚地知道这个用户在卖场里通常是怎么走的，他通常会在哪里停下来，或者在哪些货柜面前很快走过去。根据这些信息，卖场就可以调整其商品的摆布。这就是Wi-Fi的定位应用在室内可以给用户或者给商业机构带来实际的好处。这只是一个例子，真实的情况可以比这个更多。”
试油数据采集及无线传输系统研究 篇12
试油数据采集及无线传输系统主要包括采集和传输两大部分。采集系统由采集模块、电源模块、信号电缆、压力和温度变送器;传输系统由无线通讯模块、室外天线等组成,采用当今覆盖面最大的GPRS进行无线网络数据传输。施工现场均采用可以测量压力、温度及其他物理量的防爆型变送器,将采集到的数据信号经电缆传送到采集模块处理后,输入计算机,直接显示出各项资料的数据和图表,最后利用网络无线传输系统,实现分站与总站之间的各种资料时时互传。
1 数据采集系统原理
该系统采用的防爆压力和温度传感器,将采集到的井内压力、温度等物理量经过V/A转换进行温漂补偿后把电流信号通过电缆传到采集模块,采集模块将电流信号再次转换成电压信号,再进行数据处理,最后把模拟信号转换成数字信号输入计算机后,就可以显示出各项资料数据和图表。
2 硬件的选择
我们施工通常是在野外环境下进行,北方冬季室外温度较低,而地层返液的温度又较高。普通的采集仪器通常是在温度变化较小的范围内工作,温差大时各项指标就无法满足我们采集系统的精度要求,因此,我们本着必须满足稳定、精确、耐用的原则进行硬件选择。
2.1 该系统分别对井口油套压、油嘴管汇上流压力及温度、油嘴
管汇下流压力及温度、分离器入口温度、分离器罐体压力和罐体温度、气产量、水流量、油流量、压裂施工数据实现实时监测、成果输出、自动报警等功能。
2.2 自动采集接口控制箱的制造、各种防爆传感器的选型等研究工作。
2.3 完成了DTS1000B试油试采综合录入仪的加工。
该仪器由五部分组成:主流程采集系统;辅助流程采集系统;视频采集系统;无线网络传输系统;电源系统。
3 现场数据自动采集网络平台开发
主流程数据采集数据库:
现场主流程采集的数据,通过无线网络传输到基地总站服务器后,自动存入主流程数据采集数据库。
辅助流程数据采集数据库:
现场辅助流程采集的数据,通过无线网络传输到基地总站服务器后,自动存入辅助流程数据采集数据库。
现场视频数据库:
现场视频图象数据,通过无线网络传输到基地总站服务器后,自动存入现场视频数据库。
数据库连接:
本软件后台使用SQL SERVER数据库系统,SQL SERVER支持使用TCP/IP方式连接及命名管道连接,本软件允许使用设置连接方式及用户名密码等参数。
用户管理:
可以在程序中管理用户数据,可以添加、删除、修改用户名称、密码、权限等数据。
在线用户查看及特殊功能:
可以查看目前在线的用户列表,选一个在线用户后,可以强制踢出该用户,可以检查与该用户之间的网络连接是否正常,可以向该用户发送文字。
日志功能:
可以将软件运行过程中发生的错误等信息保存下来,以便于跟踪调试。
参数定制:
可设置软件运行时监听的端口,可以设置接收文件的暂存目录,可以设置连接到SQL SERVER数据库服务器的连接信息及连接方式。
实时数据查看:
用户输入查看的条件,时间、用户等,将在网页中看到最新的实时数据,网页打开后会自动检查服务器上最新的实时数据,可以在网页中以数据表格或曲线图方式显示数据。
视频数据查看:
DTS1000B系统上具有视频监控设备,需要查看视频时,前线机柜打开视频设备,并通过CDMA连接至公网,前线传输软件将自动把设备采集到的数据传输到服务器。用户在网页使用此功能后,当收到最新的视频数据时,网页中的程序会自动从服务器上读取数据并在网页中播放。视频播放支持全屏、暂停、继续、快放、慢放、视频片段另存为等基本功能。
文件传输:
通过邮件系统,用户可以网页中向其它用户发送文件,也可以读取其它用户发来的文件。
该项目的研制成功,从根本上解决了试油日报的手写历史,增强资料录取的准确性、提高资料质量,是科学化、现代化、电子化管理动态基础资料的一个尝试。该成果将提高分公司对外技术服务能力,可以在国内外开展技术服务。
同时也降低了工人的劳动强度,缩短了试油施工周期,提高了工作效率,为将来全面实现试油资料从井下到地面到总站的电子化,信息化管理打下坚实基础。
摘要：试油数据采集、无线传输系统是利用现代高科技采集方式和传输手段及时将施工现场采集的各项压力、温度等资料及时传送到后方指挥部门进行决策分析,并制定相应的技术对策来指导现场施工的系统。