数据采集与传输

数据采集与传输（精选12篇）

数据采集与传输 篇1

0 引言

本系统以STC单片机作为主控芯片, 采用数字式温度传感器DS18B20, 并利用其特有的单总线特性组成传感器网络, 应用液晶LCD1602作为人机交互界面, 在充分综合分析蓝牙、GPRS、GSM等无线数据传输方式的基础上, 针对有线的数据采集方式应用受到限制的场合, 结合实际, 并考虑到做成实物调试和开发难易程度等可行性问题上, 确立了无线射频收发一体芯片的解决方案, 即利用基于n RF905芯片的无线收发模块完成数据的接收与发送, 再应用传感技术, 实现多点温度数据采集。系统还预设温度自动报警功能, 能对温度的实时监控起到预警作用。整个系统分为: (1) 温度数据采集和发送模块; (2) 温度数据接收及显示模块两部分;该系统的设计意义深远, 不仅在于能将数据采集与无线传输相结合, 充分发挥了无线传输的优势, 而且能有比较广泛的应用。

1 温度数据采集与无线传输系统设计的总体设计

整个系统由温度数据采集显示和发送程序和温度数据接收及显示程序两部分组成;

a温度数据采集显示与发送模块是由温度传感器网络DS18B20网络、液晶屏LCD1602、n RF905无线收发模块和主控芯片STC89C52RC组成;

b温度数据接收及显示模块则是由基于n RF905的无线收发模块和主控芯片STC89C52RC、液晶屏LCD1602构成。

本设计的总体设计图如下图1所示:

2 温度数据采集与无线传输硬件系统设计的硬件设计

2.1 系统电源电路

该模块将市电经过变压器变压后, 转化为18V的交流电压, 利用LM7805转压芯片将18V的交流电转化为5V直流电, 为单片机等提供电源。LM317H将18V交流电转化为3.3V直流电, 以供无线射频芯片使用。

2.2 单片机最小系统

单片机采用内时钟方式, 利用芯片内部振荡电路, 在引脚上外接定时元件, 内部振荡器便能产生自激荡。定时元件采用的是12MHz的晶振和30p F的两个电容组成的并联谐振电路。

2.3 温度数据采集

本系统为多点温度采集, DS18B20支持“一线总线”接口, 测量温度范围为-55℃~+125℃, 在-10~+85℃范围内, 精度为±0.5℃。现场温度直接以“单总线”的数字方式传输, 大大提高了系统的抗干扰性。DS18B20采用外部供电方式, 只需要用一个接口引脚就可以驱动多路DS18B20, 本系统设计之初只采用4个温度传感器, 如图2所示。单片机通过读取各个DS18B20的序列号, 分别获取温度数据。

2.4 温度数据显示电路

LCD1602的引脚1接地, 引脚2接5V电源, 引脚3接电位器来调节显示器的对比度, 引脚4~14接单片机, 引脚15接10K电阻来设置显示器的亮度。

2.5 数据收发电路

VCC接3.3V电压;μCLK为输出时钟, 本系统中无需使用, 悬空;CD为输出, 单片机不对其进行控制, 悬空:GND接地;其它引脚和单片机相连, 由单片机控制其发送数据或接收数据。

2.6 无线模块芯片n RF905

n RF905芯片是挪威Nordic公司推出的单片射频发射芯片, 工作电压为1.9-3.6V, 32引脚QFN封装, 工作于433/868/915MHz三个ISM频道, 其由一个完全集成的频率调制器, 一个带解调器的接收器, 一个功率放大器, 一个晶体振荡器和一个调节器组成。Shock Burst工作模式能够自动产生前导码和CRC, 可以很容易通过SPI接口进行编程配置, 电流消耗很低, 在发射功率为+10d Bm时, 发射电流为30m A, 接收电流为12.5m A。进入Powerdown模式可以很容易实现节电。图3为基于n RF905的无线收发模块电路图:

3 温度数据采集与无线传输硬件系统的软件设计

系统采用C语言进行软件设计, 编程和调试环境为Keil 4, 系统的软件部分发送端、接收端主流程图如图4、图5所示。

4 系统的整体性能调试

4.1 硬件性能的测试

按照本文的软硬件最初设计思想, 在连接好硬件实物之后, 我们直接对整体实物进行测试, 通过对代码的精心改写, 使得最终的测试结果达到了满意的效果:发送端的液晶屏能够实时显示温度的变化, 接收端的液晶屏温度数值的显示也能随着发送端的变化而变化。

4.2 无线传输距离的测试

传输距离的测试分室外和室内两种环境下进行。其中室外环境的测试在操场上进行, 经测试在两节点相距70米左右时仍然能进行正常通信, 但是在通信距离超过150米左右时发生通信中断的现象。室内环境测试, 由于障碍物的存在, 节点通信的距离下降十分明显, 在不需要穿墙时的通信距离在65米左右, 穿两堵墙时的通信距离在50米左右。

5 结束语

本系统以C51单片机为主控芯片, 通过DS18B20温度传感器采集温度数据, 并利用n RF905无线传输模块和液晶屏1602进行数据的无线收发和显示。通过对软件代码的精心修改使得最终的系统调试获得满意的结果, 达到了最终的设计目的。

摘要：该系统采用C51单片机为核心并且利用了4个DS18B20温度传感器, 2个液晶显示器1602, 以及n RF905的无线收发模块成功的完成了对温度数据的采集、显示和传输以及接受并显示, 并且增加了温度报警功能。我们经过了长期的研究并制定了合理的方案之后对系统进行了设计, 具体是电源电路的设计, 芯片的选择与应用, 程序代码的编写以及各个模块功能的实现, 并且根据系统的特点, 将系统分为采集发送模块和接受显示模块。在系统设计完成后在实验室进行了多次的调试和测试。测试结果表明:系统软、硬件符合设计要求, 可以投入使用。

关键词：温度,数据采集,无线传输,LCD,单片机

参考文献

[1]黄贤武.传感器原理与应用[J].电子科技大学出版社, 2006.

[2]江世明, 刘先任.基于DS18B20的智能温度测量装置[J].邵阳学院学报, 2004.

[3]Nordic VLSI ASA.Single chip 433/868/915MHz Transceiver Nrf905[J].Product Datasheet, 2004.

数据采集与传输 篇2

随着通信技术和传感器技术的不断发展，数据采集与传输系统得到了越来越广泛的应用。而Google Protocol Buffers是Google公司开发是一款非常优秀的库，其定义了紧凑的、可扩展的二进制消息格式，特别适合用于数据传输。本文着重介绍了使用Protocol Buffers的对数据的封装和其反射机制来实现数据采集与传输系统的快速扩展采集数据类型。

1 Protocol Buffers概述

1.1 简介

Protocol Buffers(以下简称ProtoBuf)是由Google开发的一种数据描述语言。ProtoBuf定义了一种紧凑的可扩展二进制消息格式，能对结构化的数据进行灵活的、高效的、自动的机制来进行序列化。ProtoBuf可扩展方式的序列化结构数据被广泛应用在通信协议、数据存储等领域。

1.2 ProtoBuf的性能

一条消息数据，用ProtoBuf序列化后的大小是JSON的十分之一，是XML格式的二十分之一，是二进制序列化的十分之一。总体看来ProtoBuf的优势还是非常明显的。

2 应用在数据采集与传输系统中

这里所设计的数据采集与传输系统采用Slave-Master结构。其中Slave负责采集数据并将数据发送给Master;Master接收所采集的数据并做进一步处理。Slave可以支持多种数据类型(如GPS、图像等)的采集。

2.1 根据不同的采集数据类型，编写proto文件

在ProtoBuf中，所有的对象都被视为消息。消息的每个属性描述都可以使用required、optional、repeated来进行描述。ProtoBuf数据描述语言中也支持一些基本的数据类型如string、int32、double等等。

设Slave的采集数据类型有Type1、Type2。这两种类型的Proto描述命名为MsgType1和MsgType2(图1所示)。

经proto编译后，生成的消息类为MsgType1和MsgType2，它们均继承自google：：protobuf：：Message类。

2.2 设计支持不同采集数据类型的数据传输格式

在数据传输中使用ProtoBuf需要解决两个问题，一是数据的.长度：ProtoBuf打包的数据没有自带长度信息或终结符，这就需要由应用程序自己在发生和接收的时候做正确的分割;二是消息类型：ProtoBuf打包的数据没有自带的类型信息，在消息传输过程中，发送方需要将消息类型告诉接收方，接收方根据消息类型再做反序列化。对于长度问题，可以将长度信息作为消息的一个段来解决。而对于消息类型问题，可以使用ProtoBuf根据消息的类型名反射自动创建对应的消息对象的机制来解决。因此，可以设计基本传输格式的格式如图2所示：

ProtoBuf Message的序列化数据封装在message_data中，且称这种数据格式为Message Package(消息包)。

2.3 消息打包器的设计

消息包格式设计完后，首先要对不同的采集数据类型编写封装函数，以便将相应类型的数据封装到对应的ProtoBuf Message中。然后使用消息打包器将Slave所采集的某种类型的数据信息打包成上图的消息包。消息打包器先通过ProtoBuf将特定类型的采集数据进行序列化，并生填充Message Data。最后再填充Message Package中的Length 、Message Name等字段，完成消息的打包操作。消息打包器代码如下：

std：：string CreateMsgPackage( const google：：protobuf：：Message& msg )

{

std：：string msg_pack;

msg_pack.resize( sizeof( int32_t ) );

string& msg_name = msg.GetTypeName;

int32_t name_len = msg_name.size()+1;

msg_pack.append((char*)&name_len，sizeof(name_len));

msg_pack.append(msg_name.c_str()，name_len);

Msg.AppendToString(&msg_pack);

char* begin = msg_pack.c_str()+sizeof( int32_t );

int32_t length = msg_pack.size()-sizeof(int32_t);

std：：copy( (char*)( &length )， (char*)( Length ) +

sizeof( Length )， msg_pack.begin );

return msg_pack;

}

2.4 消息解包器的设计

接收到消息包之后要进行解封装，分解出消息包中的各个字段，这里不再详述。ProtoBuf本身具有很强的反射机制，ProtoBuf可以能根据Message Name创建一个该类型的消息，然后使用Message Data来反序列化该消息，从而在Message Package中恢复出相应类型的Message，由此完成对消息的识别。由消息包来还原相应的消息的代码如下：

Message* CreateMsg( std：：string& msg_pack )

{

// 从msg_pack中分离msg_name、msg_data等的代码从略

Message* msg = NULL;

Descriptor* desc = DescriptorPool：：generated_pool()->FindMessageTypeByName(msg_name);

Message* prototype = MessageFactory：：generated_factory()->GetPrototype(desc);

msg = prototype->New();

msg->ParseFromArray(msg_data， msg_data_len);

return msg;

}

2.5 消息分发器的设计

Master在得到相应类型的采集数据消息后，需要传递给相应的消息处理方法，这就涉及到消息的分发。消息分发器可以使用map来实现，由于每个具体消息类型都有一个全局的Descriptor对象，其地址是唯一的，可作为key;value为针对特定采集数据类型消息的处理函数，即std：：map，其中MessageCallBack为 boost：：function。由于消息分发器传给处理函数的参数是Message*类型，处理函数需要对其进行向下转型后才能使用。消息分发器在接收到某一消息后，在map中查找对应的处理函数，并执行该函数。

2.6 整体结构

在Slave端，用户需要使用proto数据描述语言描述该类型的数据，并产生相应的Message类型，此外用户还要编写相应数据类型消息封装方法。在Master端，由于与Slave使用相同的proto文件，消息解包器可以分辨出相应类型的Message。用户在Master端需要编写针对某具体类型采集数据的处理方法，并向消息分发器注册。消息分发器将消息解包器解出的消息作为参数调用对应的处理方法。

3 结束语

在Slave-Master结构的系统中通过编写proto文件来描述各种类型的采集数据;在Slav e端进行采集数据的序列化和封装;在Master端编写对应的采集数据处理方法，并将该方法注册到Master的消息分发器中，完成对采集数据类型的快速扩展。

Protocol Buffers .https：//developers.google.com/protocol-buffers/docs/overview.

陈硕.Linux多线程服务端编程——使用muduo C++网络库.北京：电子工业出版社.：220-236.

李纪欣，王康，周立法，章军.Google Protobuf在Linux Socket通讯中的应用.电脑开发与应用.2013，26(4).

监控电网数据传输与航空设备等 篇3

实际上，这种技术是一种经过伪装的无线连接。而家庭中的供电线路则由数个回路组成，大多数为每层两组，其中一组负责所有插座线路，而另一组则负责照明线路。

Devolo的电力网络专家Peter Huddlestone确认了这一事实：在两个回路之间的连接实际上就是一种无线连接，“两个回路之间的距离必须要保持在1米之内才能够正常工作。”

BBC研发试验室的无线电干扰专家Jonathan Stott则提出了置疑，他认为，在无线电射频由一端发射，经由另一端接收的过程中，无线电也就成为了一个直接连接中的一部分。

这种设备成功通过了欧共体有关无线电干扰的条例，而经销商也有信心能够说服那些初级用户、商业用户和BBC等媒体。不过Stott表示，欧共体的相关条例中忽略了一个问题，那就是如果在城市中出现大量的这类设备，由于空中没有任何障碍物能够屏蔽或是阻挡这些信号的发射，他担心路过这些城市的飞机会受到严重的干扰。

为航空安全负责的组织机构Civil Aviation Authority发表了一个声明，在声明中提到，他们已经意识到了通过电网传输数据的设备所可能造成的危害，并且已经开始实地的监控与测试，不过他们也补充道：“除非有明确的结果证明这种危害真实存在，否则我们将不会进行任何干预。”

黑客创造MacPC

黑客们宣布他们已经能够在一台非苹果PC上运行即将发布的基于英特尔芯片的Mac OS X操作系统，并且在某些PC上运行的时候表现出的性能还要优于Mac G5。

在今年的早些时候，苹果公司的首席执行官Steve Jobs曾对那些近乎疯狂反对Wintel的Mac狂热爱好者宣布，苹果将放弃PowerPC芯片，从而将其系统逐渐向x86 PC平台转变，这一说法不亚于在所有Apple支持者中投下了一颗重磅炸弹。

不过该公司似乎还将继续施行其硬件专有的产品策略，在过去的日子里，这一策略给予了苹果公司巨大的利润，而这利润同时来自于其硬件和软件产品，并且避免了对于Windows的兼容性需求（这也是Mac有关稳定性的良好声誉的原因）。但是这也直接导致苹果公司的计算机产品及外设的价格居高不下，Mac的市场一直无法做大。

从非官方的OSx86项目站点中我们得知，OSx86的一个针对开发者的版本将运行在经由TPM（Trusted Platform Module）芯片认证的苹果计算机上。

而据报道，最近出现了这一版本OSx86的盗版产品，能够避免TPM的检测，这个盗版系统已经被放置在了公众网的文件共享服务器上，据说已经能够在许多PC和笔记本电脑上成功运行。

尽管如此，一些关注事态发展的专家提出了自己的置疑，这些黑客盗版得过于简单，而Apple方面则好像显得有些神秘。不过，可以想象的是，如果Apple投入资金去建立另一个“Microsoft”，将硬件全权交由其它公司代庖，而自己专心致志地去做软件，完全可以成为世界上最大的计算机平台。他们认为，苹果有意将OSx86泄露给了PC用户，而后再声称放弃原来的专有策略，彻底开放硬件平台，如此一来，也不会伤害那些整天抱怨自己已经被卖给了英特尔的苹果狂热爱好者。

尽管这一说法有些过于曲折，但是一个事实勿庸置疑：在不久的将来，每一位PC用户都有机会在Windows和Mac OS之间做出选择，而微软也将面对一个强大的对手。

影像编辑，享受家庭剧院PC

ATI Technologies公司推出最新影像处理技术Avivo，大幅改善PC画面的逼真度。Avivo包括多项硬件与软件技术，能够改良影片撷取与播放的功能，并大幅改进影像质量。搭载Avivo技术的计算机提供比其它PC更精准的色调，能显示高于64倍的色彩，对于编辑相片与观赏影片而言是项非常重要的功能。此外，Avivo让PC游戏在任何屏幕上呈现更逼真的画面，使用者可享受更优异的游戏影像画质。ATI Technologies PC事业部资深副总裁Rick Bergman表示：“ATI的Avivo将如同高传真对电视掀起的风潮一般，为PC提供领先全球的影片与显示技术。ATI的Avivo将为所有编辑数字相片、享受家庭剧院PC、以及执行PC游戏的使用者带来无比的利益。”

Thecus YES Box N2100全新上市

10月12日，作为面向多媒体数据存储方案和无线城域网接入系统的宏普科技（Thecus）正式面向国内市场推出Thecus Y.E.S. Box N2100网络储存解决方案。Thecus Y.E.S. Box N2100支持Intel XScale 技术，并且是使用英特尔80219处理器的IP存储设备，其内部可安置两片3.5英寸硬盘，最大容量可以扩充至1000GB，同时支持Serial-ATA接口，还可以提供RAID0、RAID1和JBOD等多种模式。Thecus Y.E.S. Box N2100不但具备双Gigabit LAN的网络连结能力，机身前后还配备有3组USB2.0连接埠可用来连结移动硬盘。

明基发布7款投影机

数据采集与传输 篇4

工业、工程现场有许多不宜用有线方法进行测控的对象,如高速移动、旋转的物体或测控点非常分散等,在易腐蚀、易燃易爆环境中,使用无线通信方式进行测控可以避免不必要人员与设备损失。因此,研究工业、工程控制环境下的无线数据通信技术是必要的,其核心问题是如何使用无线通信技术把传感器采集到的数据传送到所需位置,实现远距离的监控。

2 系统硬件组成

系统的无线通信模块在单片机的控制下分为发送和接收两部分,系统硬件组成框图见图1。

2.1 传感器

系统选用DS18B20数字式温度传感器,该传感器有3个管脚(数据、地、电源),能方便地组建传感器网络。测温范围为-55 ℃～+125 ℃。每只DS18B20有一个唯一的64位编码,编码具有CRC校验功能,通过自带的5个操作命令,可以区分出每个器件。一条操作控制命令指示DS18B20完成一次温度测量,测量结果放在暂存器里,用一条读暂存器内容的存储器操作命令将暂存器中的温度数据以16 bit带符号位扩展的二进制补码形式读出,数据通过单线接口以串行方式传输给单片机。

2.2 单片机

系统选择AT89S52单片机,它是低功耗、高性能的8位单片机,片上8 K字节Flash程序存储器允许在系统可编程,亦适于常规编程器,具有256字节RAM,4个可编程的并行I/O口(P0～P3),看门狗定时器,2个数据指针,3个16位定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口,片内晶振及时钟电路,支持两种软件可选择节电模式:1)空闲模式下,CPU停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作;2)掉电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。

2.3 射频芯片

射频芯片选择NRF401。该芯片采用抗干扰能力较强的FSK调制/解调方式,工作频率为433 MHz,最高工作速率可以达到20 Kbit/s,发射功率可以调整;最大发射功率是+10 dBm(根据天线方式和工作环境,最大传送距离达几百米);所需外围电路元件少,功耗低;具有待机模式,可以更省电和高效;工作电压范围为2.7 V～5 V。NRF401的重要时序(TX:发送模式,RX:接收模式):1)当RX→TX模式时,数据输入脚(DIN)必须保持至少1 ms才能发送数据。当TX→RX模式时,数据输出脚(DOUT)要至少3 ms以后有数据输出。2)从待机模式到接收模式,当PWR_UP设成1时,经过tSR(最大3 ms)时间后,DOUT脚输出数据有效。从接收模式到待机模式(tST)最长的时间是3 ms。从待机模式到发射模式Standby→TX的切换,所需稳定的时间是TST(最大2 ms)。3)从加电到发射模式(Power Up→TX),为了避免开机时产生干扰和辐射,在上电过程中TXEN的输入脚必须保持为低;TXEN置1必须保持1 ms以后才可以往DIN发送数据。4)加电到接收(Power Up→RX):电源电压2.7 V以下芯片将不会接收数据,DOUT也不会有有效的数据输出,直到电源电压达到2.7 V以上并至少保持5 ms。 天线对无线传输设备的性能有着很大的影响,ANT1和ANT2是NRF401的无线输入输出端。天线设计为差分天线以便于使用低成本的PCB天线:TXEN=1时选择发射模式;TXEN=0时选择接收模式。频道的选择:CS=0时选择1频道(f1=433.92 MHz),CS=1时选择2频道(f2=434.33 MHz)。

2.4 系统功能设计

AT89S52的P1.1口作数据发送、接收口。设计时给DS18B20的VDD引脚接入一个外部电源,这样I/O线上不需要加强上拉,总线控制器不用在温度转换期间总保持高电平,可以挂接10片以上DS18B20。无论是单点还是多点温度检测,在系统安装及工作之前,应将主机逐个与DS18B20挂接,读出其序列号。其工作过程为:主机Tx发一个脉冲,待“0”电平大于480 μs后,复位DS18B20,待DS18B20所发响应脉冲由主机Rx接收后,主机Tx再发读ROM命令代码33H(低位在前),然后发一个脉冲(15 μs)并接着读取DS18B20序列号的一位。用同样方法读取序列号的56位。系统的DS18B20操作分3步完成:1)系统通过反复操作,搜索DS18B20序列号;2)启动所有在线DS18B20做温度A/D变换;3)逐个读出在线DS18B20变换后的温度数据。程序的主流程图见图2。

3 软件设计

本系统的软件设计分为两大部分:无线发射控制软件和无线接收控制软件。无线发射控制软件包括数据采集、数据编码、单片机串行传输、软件监控4个软件设计部分。其中数据采集的软件是控制转换现场信号为数字信号并进行数据的初步处理。数据编码软件是为了降低数据传输误码率(采用CRC校验)。单片机串行传输软件是实现单片机串口对NRF401芯片传输数据。软件监控软件是系统正常运行的软件保证。单片机串行接收软件是控制单片机串口接收无线、接收模块收到的数据,然后将该数据传输到单片机内部处理。

单片机串行接收软件控制单片机串口接收无线、接收模块收到的数据,然后将该数据传输到单片机内部处理。程序开始时先将指令寄存器R1清零,配置NRF401芯片为接收状态,然后再等待数据的接收,在接收时先接收数据块长度字节,然后再一帧一帧的接收,数据接收后进行数据校验,如果数据校验错误,就进行错误处理,否则程序返回(见图3)。

4 结语

系统已经在某工业、工程现场的环境监测中进行了实际应用。应用证明该系统具有比较高的测量精度,测试定点准确,测量结果及时有效,由于测试点分散,采用无线系统节省了不少投资,也为企业提供了很好的辅助决策依据。系统需进一步改进的地方:1)通过通用串行总线RS-232接口与PC机相连,实现人机互动。2)扩展为基于RF无线局域网的现场数据采集系统。

参考文献

[1]Nordic.nRF401 Single Chip RF Transceiver Revision 1.6[Z].2002:1-30.

[2]张金敏.基于DS18B20组成的单总线温度数字温度系统与应用[J].中国仪器仪表,2005(3):86-88.

[3]李朝青.无线发送/接收IC芯片及其数据通信技术选编[M].北京:北京航空航天大学出版社,2003:8-23.

数据采集与传输 篇5

摘要：介绍了利用ColdFire uClinux实现数据采集和传输。这项技术被用在大型集装箱检测系统中，取得了很好的效果。

关键词：ColdFire uClinux 数据采集

在ColdFire上嵌入uClinux操作系统是一项比较成熟的技术，般应用在手持设备、家庭网关、工业控制中。但在数据采集应用中使用这项技术却不是很常见，原因是uClinux不是实时操作系统，而数据采集应用对数据采集的实时性要求很高。本文介绍如何利用在ColdFire上嵌入uClinux操作系统的方法来实现数据的采集和传输。

1 硬件平台

任何嵌入式应用系统都离不开具体的硬件平台，这里先介绍一下系统采用的硬件平台。图1所示即为硬件结构的示意图。其中，SPM是数据处理模块，它控制前端的A/D变换，根据设定的采集周期将A/D变换后的数据保存在其内部的RAM中;同时发出一个中断信号。ColdFire 5307 xBoard是基于Motorola公司高性能嵌入式32位处理器ColdFire 5307自行开发的.嵌入式应用开发板。其硬件配置包括：

ColdFire5307 90MHz 32位处理器;16M SDRAM;2M Flash ROM;10Mbps以太网接口;两个UART串口;两个64针的地址和数据总线接口。

ISC(图像控制工作站)和IDS(图像数据工作站)是两个工作站，用来对系统实现控制，对图像数据实现处理。XBoard和工作站处在同一个以太网上，该以太网上还配有其它的设备。uClinux所要实现的功能是实时地将SPM上采集的数据通过以太网传到IDS上，同时接收来自ICS的命令以对SPM进行控制。

2 SPM和xBoard之间的连接

uClinux需要读取SPM中的RAM，所以最好是把SPM中的RAM作为uClinux的内存地址的一部分。SPM和xBoard上MCF5307之间的硬件连接如图2所示。

SPM中RAM的地址线、数据线和控制线直接连到CPU的总线上。除了硬件上的连接之外，还需要设置MCF5307的寄存器，为SPM上的RAM分配内存空间。XBoard在加电时首先运行debug程序，所以在debug中进行寄存器的设置是比较合适的。在debug源代码中的sysinit.c文件里的mcf5307_cs_init函数中加上下面的语句：

MCF5307_WR_CS_CSAR5(imm,0xa000); SPM的地址从0xa0000000开始

MCF5307_WR_CS_CSCR5(imm,0x3d40); 采用8位的读方式

MCF5307_WR_CS_CSMR5(imm,0x01FF0001); 空间大小为1M

将SPM控制的引脚和MCF5307的并口引脚相连，这产对SPM的控制就只需设置并口的相应位了。

数据采集与传输 篇6

关键词：PCI总线；数据传输；FPGA

中图分类号：TP399文献标识码：A文章编号：16723198（2007）11026301

1引言

近年来PCI总线已经在高档测试仪器中得到越来越广泛的应用。由于PCI总线协议非常复杂，不便于与测量控制逻辑直接连接，需要经过一个PCI接口控制器作为桥梁。另外考虑到软件的处理速度和工作效率，测量电路高速采集的数据也不能立即传送给主机，因此在FPGA内部设计了FIFO缓冲器。设计方案如图1所示。当送入FIFO的测量数据达到预定的数量时，本地中断逻辑通过PCI总线接口控制器向主机提出中断请求，主机响应中断后，通过PCI总线控制器从FIFO中取走测量数据。

PCI接口控制器的设计相对来说比较复杂。目前比较常用的方案有两种：第一种是用可编程逻辑器件设计实现，第二种方案是采用专用接口芯片。由于前者方案需要投入大量的人力、物力进行逻辑验证和时序分析工作，延长了开发周期，因此本文选择了专用接口芯片方案。具体型号是PLX公司的PCI9054芯片。使用这种专用芯片桥接PCI总线和本地总线，开发者可以省去考虑很多复杂的PCI总线规范，而集中精力开发硬件和驱动程序。

以下主要论述图1虚线框内的FPGA设计与实现。重点是与PCI9054接口的本地总线控制逻辑和中断逻辑。

2数据采集接口逻辑的设计

2.1PCI9054本地总线研究

对本地总线操作过程及控制信号时序关系的分析是应用PCI9054芯片和设计本地总线控制器的基础性工作。PCI9054本地总线的信号包括：LHOLD（输出）申请占用本地总线信号；LHOLDA（输入）本地总线应答信号；ADS#（输出）地址选通信号；BLAST#（输出）传输结束指示信号；LW/R（输出）读写状态信号（高电平表示写，低电平表示读）；READY#（输入）外部等待信号；LCLK（输出）本地时钟；LRESET#（输出）本地复位信号；LA［31：2］（输出）本地地址总线；LD［31：0］（输入/输出）本地数据总线。上述信号名后带有“#”的表示低电平有效，另外输入输出是针对PCI9054芯片而言的。 

当读数据时，本地总线上的各信号时序关系如图2所示，控制信号有效边沿的含义已标注于图中。图2所示的PCI从方式读操作中，每次传输的数据有多个字，ADS#信号变低表示数据传输周期的开始，之后每个时钟周期的上升沿将本地数据总线上的数据读入9054内部，在紧接着的时钟下降沿自动增加本地地址总线上的地址；数据传输状态将一直持续到BLAST#信号变低，表示当前数据期已经是传输的最后一个数据期，数据传输即将结束。这种传输方式称为突发传输。相对应的PCI9054也支持单周期传输。在单周期传输时，每次只传输一个字，BLAST#信号在ADS#信号有效后的下一个时钟周期就会出现。显然单周期方式的数据传输率较之突发传输方式会慢很多，由于FPGA内的FIFO数据传输率能够与PCI9054的数据传输率相适应，本文采用突发传输方式以提高PCI总线的传输效率。

2.2本地总线控制

根据前文可以明确出本地总线控制器的设计目标：根据输入的控制信号LHOLD、ADS#、BLAST#生成符合本地总线时序要求的控制信号LHOLDA、READY#和FIFO的读请求信号RDREQ。 对于LHOLD信号的应答问题，采用Verilog语言中的always和assign语句就能简便高效的实现。对READY#信号的处理可以采用同步状态机，其状态图如图3所示：

2.3对于本地中断的分析和应用

当采集并存储在FIFO中的数据达到一定数量，为了避免FIFO溢出主机需要将测试数据从FIFO中取走。从提高效率的角度出发，采用中断方式完成该工作。

在PCI9054 的中断被使能的情况下，如果本地逻辑向PCI9054芯片输出本地中断信号，PCI9054芯片将生成PCI中断信号。需要特别注意的是：PCI9054芯片生成的PCI中断信号是电平信号，而非脉冲信号，因此当该PCI中断被PCI主机响应后需要在中断服务程序的入口处手动禁止PCI中断，否则会导致多次触发中断的异常情况出现。同时由于在中断服务程序出口处重新打开了PCI中断，因此须在中断服务程序执行期间撤销本地中断源以避免中断服务程序一旦结束就将再次触发中断的异常情况出现。

基于以上分析，本地中断处理逻辑需要实现两点功能要求：① 当触发条件满足时，生成本地中断输入信号LINT#。② 在中断服务程序执行期间，撤销本地中断输入信号LINT#。对于第一点要求，采用的方法是用减计数器的溢出信号来作为本地中断输入信号，该计数器的初值可以由应用程序根据被测器件和测量模式来灵活设置。对于第二个功能要求，在开发实践中采用了一种效率更高、移植性更好的本地中断信号撤销机制。其关键点在于将撤销本地中断信号的控制权由本地逻辑转移到中断服务程序中。具体方法是：在本地端设计一个中断处理触发器。该中断处理触发器的clear端口连接的是数据总线的最低位与译码器输出信号相与后的信号，D端口置1，clk端口连接上述减计数器的溢出信号，q端口上输出信号经过非门作为LINT#信号输出。当FIFO中的数据量达到预先设定值时，减计数器溢出，触发器q端输出高电平，经过反相器即产生低有效的本地中断输入信号。当主机响应中断，并进入中断服务程序后，执行一次对该触发器置1的操作，这样连接clear端口的与门的两个输入端都为高电平，进而将该触发器的q端输出置0，经过反相后，LINT#信号变为高电平，即撤销本地中断信号。

3结论

本文讨论分析PCI9054接口控制器的本地总线操作过程，并在此基础上研究与设计了数据采集接口逻辑。该数据采集接口逻辑是PCI9054芯片与数据FIFO进行信息交互的桥梁。该设计已用Verilog硬件描述语言进行了功能描述，并仿真验证和综合。设计方案已经应用在某晶体管特征曲线图示仪产品开发实践中，实践运行证明该数据采集接口电路能够高效、稳定的工作。

参考文献

［1］ PLX technology PCI 9054 Data Book Version 2.12000，（1）.

数据采集与传输 篇7

关键词：同步采样,同步以太网,区域数据测量,区域保护

0 引言

现有的广域测量系统是以同步相量测量技术为基础,主要面向大跨度电网,虽然具有异地高精度和同步相量测量能力,但总体来说动态数据记录密度不高(100 f/s左右)[1],数据更新时间慢[2,3],为20~50 ms。而目前的传送网更关注带宽利用率,使广域传送的数据量、实时性和确定性很难提高。相比而言,区域电网中相关联的变电站或电气场之间物理距离不远,有可能为区域保护构建单独的继电保护专网,而基于专网的区域同步数据采集和低延时传输将极大地提高系统动态性能,并为区域电网保护提供更多策略选择[4,5,6]。

1 问题的提出

与常规智能站不同,区域电网数据采集系统主要面临以下几个问题:

(1)系统内智能电子设备(Intelligent Electronic Device,IED)在空间上分属不同的变电站,如何实现站间稳定同步[7];

(2)同步源的周期扰动和各IED节点参考时钟的漂移,导致系统级的同步抖动较大;

(3)来自不同的变电站数据源到达区域应用主机的路径延时各不相同,如何快速获得统一时间断面的采样值数据;

(4)系统的采样密度密度问题,合适的采样密度能够为区域电网的保护、测量、动态数据记录提供一体化数据平台;

(5)如何保证多业务共网时采样数据固定路径低时延传送问题等。

此处以阳煤集团所属28个变电站为例,给出一种有源级联式采集系统,由顶层提供全网定时参考和路径延迟测量,并逐级完成系统同步及同步脉冲恢复。各变电站的IED在同步脉冲触发下完成数据采集,硬件保证采样值每个间隔都能同步回传。系统中级联转发设备采用电路交换、延迟补偿、硬件优先级划分等手段保证多业务共网时采样值数据固定时延传送,本文就系统结构、关键设备和技术、运行维护等方面进行了探讨。

2 系统设计

采集系统结构如图1所示,由系统层的区域应用业务主机和时间服务器、区域数据交换和通信管理装置(SWITCH),位于变电站的站域数据合并和转发装置(Merging Unit,MU)与过程层的IED组成。系统中应用业务主机主要负责如区域保护、安全稳控、故障数据记录等系统级功能。SWITCH负责收集来各级MU的采样值数据并向应用主机提供整合后的过程量;MU负责本变电站IED数据收集和级联变电站数据转发;IED则负责过程量采集和传输以及执行来自区域主机或站域主机的控制命令。时间服务器经SWITCH的IRIG-B接口接入,为各级设备提供绝对时间和同步参考。

2.1区域数据交换装置

区域数据交换装置(SWITCH)以FPGA为核心,负责各级MU的采样值数据整合和主机控制命令分解及链路管理功能,如图2所示。

图2中来自级联端口的采样值数据经硬件解码和缓冲后进入采样值缓冲池,在同步信号ASYN的触发下由硬件根据上行转发表生成采样值报文经应用接口提交到业务主机。主机下行命令由控制报文交换模块根据下行转发表进行目标寻径,然后经下行复用器进入级联端口发送;而下行分组复用器由硬件保证优先转发控制报文,仅在空闲时转发来自通用业务报文。MCU软件负责转发表的维护、同步恢复和各级联MU的运行维护。在本地秒脉冲的触发下,MCU周期性向下行各端口广播注册许可报文,通过接收下级MU的注册请求报文完成SWITCH到各级MU的链路延迟测量。

2.2站域数据合并装置和转发优化

站域数据合并装置和转发(MU)以FPGA为核心,通过改进现有直通转发策略,取消目标地址解析,改用电路交换和FIFO缓冲的技术,可进一步低数据转发延迟,结构如图3所示。

图3中下行数据分成两路:一路经过多通道的FIFO缓冲后直接送往其下行接口;另一路进入MAC控制器成帧后送MCU和下行解复用器进行解包,随后解复用器按一定规则将控制报文选送至目标IED所连接端口。对本地收集至各IED的过程量,由上行复用器进行数据压缩和打包,一路送本地MCU(MCU根据配置决定该报文是否转发至本地应用业务接口),另一路送上行MAC控制器的实时优先级接口(LV1)。来自下级级联端口和本地应用接口的非实时业务数据经MCU缓冲后被送到上行MAC控制器的LV0队列,由上行MAC控制器择机发送。

在图3所示MU中上行的多路选择器在本地时隙控制器的控制下,按预先设定的时隙顺序选择发送本级直采数据或下级MU的数据。时隙控制器则由同步恢复模块控制,在本级MU没有和SWITCH同步前,时隙控制器不会选择转发下级MU数据以及本级直采数据包。

2.3系统参考时钟优化

就图1来说,若各分散设备采用本地晶体作为定时参考,其频偏和漂移会导致系统失步和同步抖动风险增加,为此进行改进。

首先顶层SWITCH采用高稳定度的OCXO作为工作时钟、定时参考及网络物理层发送参考时钟;其次处于中间级联位置的MU则利用以太网物理层从上行级联端口(图3中RX0端口)恢复出的接收时钟作为本地网络物理层发送时钟和本地定时参考;最后,过程层IED则从MU下行数据链路中恢复出接收时钟,同时使用该时钟作为本地定时和发送参考。如此,系统定时直接或间接地同步于顶层高稳定度的温补晶体OCXO,系统级的同步和定时的稳定性得到保证,同步抖动也大大减小。

2.4网络传送规则及优化

为简化实现和延长传送距离,系统硬件上采用层次式有源级联,逻辑上基于多点控制协议(MPCP)[8]进行改进,兼容电路交换和存储转发,按顶层SWITCH的下行级联口划分网络冲突域和单独的同步域(如图1所示),同一个冲突域中上行信道为共享信道,下行信道为广播信道,位于同一个冲突域中的各级MU进行独立链路测距和同步。现有结构的解决方案中,在各节点延迟测量没有结束之前上行报文存在冲突,这里结合本系统特点对传送规则进行如下改进:

(1)链路测距等管理报文采用存储转发方式逐级上行;

(2)各级MU在它与SWITCH间端到端链路测距完成且获得授权后才可传送采样值;

(3)各级MU采样值报文必须在系统管理员规定的窗口中发送;

(4)若SWITCH重启则清除所有MU注册授权标记和链路延迟数据,并依据配置表向各端口发送注册许可帧,进行新一轮的延迟测量;

(5)若MU启动后则关闭本级电路转发并等待来自SWITCH的注册许可报文,根据需要发送注册请求帧并按注册许可报文中授权标记判断本节点是否注册成功;

(6)注册成功的MU将记忆注册许可报文中的本节点路径延迟,随后完成初始化并开放电路转发功能;

SWITCH特定下行口级联的所有MU测距完成则认为该支路初始化完成,通过改进的转发管理策略,本系统很好地解决了上行冲突问题。

3 链路延迟测量

本文对目前延迟测量方法进行改进[8,9],由硬件标记时间戳,并在MU应答的注册请求报文中增加许可报文发送时间和请求报文每一跳驻留时间修正字段,来提高延迟测量精度。

图4中SWITCH在T1时刻发送注册许可报文,MU在T2时刻接收到该报文并在T3时刻发回注册请求报文(其驻留时间修正字段为0),该报文在T4时刻到达SWTICH。其中 δt为电路转发延迟固定为4个网络时钟 ,MUi和MUi + 1为负责转 发的中间MU,而ΔTi和ΔTi + 1为中间级MU的软件转发延迟。故SWITCH可按下式计算它和对应MU之间路径延迟Tmu_delay:

式(1)隐式地包 含各级电 路转发延 迟 δt,其中∑ΔTi为中间级联的MU的软件驻留时间的总和,由硬件按下面方法自动计算。

当注册请求报文到达转发MU的网端口时由软件读取报文到达时间Trcv和报文中携带的修正时间字段Tpkt_correct,然后将差值Trcv- Tpkt_correct写入发送描述符,该报文离开时硬件采用发送时间Txmit和发送描述符的时间之差作为新的修正时间Tnew_pkt_correct,即:

最后,MU的注册请求报文最终到达SWITCH时,其报文中修正时间字段则为中间各级MU的软件驻留时间之和。实现时,SWITCH需要对同一个MU进行多次测量,并取平滑后的结果做最终的链路延迟,该延迟随后通过注册许可报文发布给相应的MU。

4 同步恢复

图1中,系统以SWITCH的下行级联端口为独立同步域,自上而下逐级同步。SWITCH通过跟踪IRIG-B信号,恢复出本地秒脉冲(PPS)准时沿并在PPS准时沿记录本地时间戳Tsw_pps和触发包含Tsw_pps注册许可报文(见图4),MU可推断出 本地PPS准时沿位 置为[9]:Tmu_pps= Tsw_pps+(T2- T1) 。 设第i次测量为Tmu_pps_i=Tsw_pps_i+(T2_i- T1_i) ,则MU侧获得一个随时间线性增长序列 {Tmu_pps_i},序列的增量即为MU本地观测到的秒脉冲的宽度,取该序列最新的N+1个测量值的增量并取平均作为MU的秒脉冲宽度,MU可估计出下一秒准时沿时间为:

接着MU通过一个具有输出比较功能的定时器来比较本地时间戳定时器和新的秒脉冲的预测值,当二者一致时输出本地秒脉冲,通过类似的方法实现IED和MU之间的定时器同步。最后,各级MU和IED以本地秒脉冲为参考点,产生间隔为Ts的采样脉冲ASYN,过程层IED在脉冲ASYN触发下启动数据采集,并向MU回传上一采样间隔的采样值。

如第2.3节所述,由于系统各级设备的同步定时器基于同一个参考时钟,加之本地自守时模块的作用,一旦系统进入同步状态,会在较长的时间内处于低抖动的同步保持状态。

5 同步数据传输和延迟补偿

MU将本变电站的采样值数据进行汇聚,压缩打包后在下一个采样间隔中等待触发传送。为补偿链路延迟,MU通过数字锁相环产生超前采样脉冲ASYN时间为Tmu_delay的发送触发信号MU_TX_SYN,由该信号触发产生本地传输节拍,使本地数据上行到达SWITCH时链路延迟恰好被补偿完。

如图5所示,MU的传输节拍被划分为实时窗口Tw和普通窗口Tp,并且硬件保证普通业务只在窗口Tp传输。其中实时窗口Tw用来传送上行采样值,又被还分为若干时隙,由系统静态分配各级MU的逻辑地址、时隙宽度和时隙位置。在传送窗口Tw内,只有在当前时隙与MU被授权的时隙一致时才可以插入传送本地采样值数据(如图5中时隙T5,对应逻辑地址为5的MU授权发包时隙),其他时隙按配置依次向上转发来自各个下行口的实时数据。通过静态时隙规划,不仅使采样值每个采样间隔都能得到传输且延时固定,还大大简化了系统设计复杂度。

位于区域控制中心的SWITCH则在系统级采样脉冲的触发下收集来自下行端口的过程层数据,生成系统一个时间断面数据,并按照配置向各应用主机提交。

6 路径规划及运维

区域应用业务集成和数据共享及过程层业务数据相对稳定是系统重要特征,系统配置和维护工具正是基于此优化设计完成的。工具以各变电站的IED所采集的过程层数据和控制对象构建资源库,根据应用主机数据要求采用自顶向下的建模顺序,先确定整个应用对各变电站的数据要求,再为各MU确定本级实时时隙宽度、时隙位置和逻辑地址、实时数据查找表等,MU根据查找表对来自所辖IED的采样数据进行带宽压缩和打包汇聚后上网传送。SWITCH则将区域数据汇总在一个缓冲池中,由配置工具根据应用主机的功能和数据模型文件编制上行转发表,指导SWITCH以IED为单位为不同应用端口重组过程层采样数据。

此外,配置工具以SWITCH下行端口为一个独立控制域,规划应用主机面向IED的控制报文的传送路径,并生成下行路径查找表,以便SWITCH正确转发应用主机的下行业务数据。对应的MU也包含一个由配置工具生成的下行控制命令映射表,以便MU能够正确转发应用主机的控制命令道特定IED。

如前所述,在SWITCH和MU的软件中均设计一个TCP服务端,维护数据通过SWITCH的管理端口以普通分组模式可以到达系统中任何一个MU,系统工具以此实现包括配置管理、运行工况和固件升级等远程运维。

7 系统测试

在测试阶段,综合利用不同长度的光纤和网络延迟器模拟分布在不同变电站的IED,记录系统中不同位置IED所测同一电流量的相位差,并结合示波器观测对应IED的ADC启动信号。图6为同步信号(ASYN)测试示意图,CH4为顶层SWITCH的ASYN信号,CH3某层次MU恢复的ASYN信号,CH1和CH2为不同IED中ADC启动信号。

通过相差分析和启动波形测量表明,系统能够很好地实现全网高密度精准同步采样(同步精度<100 ns,抖动<200 ns)。进一步利用保护动作延时和开关量变位测试证实系统级传送延时优于1 ms,整个系统级的延时满足设计要求。

8 结语

本文所述数据采集系统中区域数据交换设备和站域数据合并设备的实时业务部分均由FPGA硬件实现,区域保护主机采用高性能服务器和硬实时系统构建,采用同步传送方式,能够实现固定路径低延时传送,可实现全网高密度精准同步采样,非常适合用作区域同步数据业务平台,对比现有的广域数据测量系统,该系统创新点体现如下:

(1)将分散装置定时参考同步到顶层SWITCH,可不依赖外部时钟源实现系统同步;

(2)通过源端延迟补偿保证各分散装置的采样数据在同一时间断面到达系统层;

(3)通过时分复用和实时路径规划技术保证采样值和控制命令传输时延固定可预测;

(4)实时业务和非实时业务独立交换路径,保证了注册管理报文的无冲突传输;

(5)采用电路交换和硬件多路并行转发技术减少传送延迟和传输抖动。

数据采集与传输 篇8

1 关键技术研究

RDC的主要功能是提供飞机上各传感器/作动器与核心处理机之间的接口,它将传感器信号进行一定的预处理,通过航电总线接口传送给各数据处理系统,同时接收从数据处理系统发送来的控制数据,控制作动器接口工作。这要求RDC有较强的运算能力,丰富的传感器接口和多种航电总线接口。由于RDC的安装位置更靠近传感器和作动器,对功耗、体积和重量有严格的要求。

为防止大功率信号对小信号的干扰,RDC划分为主RDC和从RDC。大功率信号全部集中在大功率控制盒从RDC内。大功率控制盒通过RS232接口接受主RDC计算机的命令。RDC计算机系统结构框图如图1所示。

通过对飞机上的各种接口信号进行分析,将RDC的外部接口定义为传感器/作动器接口和航电接口。研究涉及的传感器接口包括高速A/D采样接口、小信号采样接口、离散量输入接口和模拟量采样接口。作动器接口包括离散量输出接口、模拟量输出接口、PWM(脉宽调制)信号输出和大功率开关控制。航电接口包括1553B接口、AS5643接口和AFDX接口[3,4]。

2 技术实现

由于串行总线具有线数少、传输能力可选的特点,能有效地解决以往并行数据传输带来的连线数多的问题,小型化潜力大,因此主RDC内部模块之间通过串行底板总线交连。采用PCI-express总线[5,6]作为主RDC计算机内部各模块间的互连总线。数据处理板通过PCI-express交换机制实现和通用I/O接口模块,高速A/D接口模块,小信号接口模块间的互联。通用I/O接口模块上的RS232接口用以向大功率控制盒发送动作命令。

PCI-express交换模块设计为上行1路X4的PCI-express总线接口和下行4路X1的PCI-express总线接口。还提供5路系统差分时钟100 MHz供PCI-express设备使用。上行的X4 PCI-express总线接口连接数据处理板。下行的X1 PCI-express总线接口分别连接高速A/D接口模块、通用I/O接口模块和小信号接口模块。数据处理板的CPU采用Motorola的处理器MPC8568E[7],主频1.3 GHz,支持X8 PCI-express总线,可配置为Root complex。在实际使用中设置为X4方式。

高速A/D接口模块提供了两通道ADC,最高1 GHz的采样频率,8位数据精度,每个通道配置64 MB DDR SDRAM用于保存采样数据,1 MB SRAM用于数据缓存。

通用I/O接口模块提供了RS422/232串行数据通讯接口,模拟量和离散量输入/输出接口。小信号接口模块提供了-5～50 mV电压信号采集和223～373 μA电流信号采集功能,适用于来自温度和压力传感器的模拟量的数字化。

大功率控制盒提供了PWM(脉宽调制)信号输出,大功率开关控制。它与主RDC间进行通讯,执行主RDC发来的命令并向主RDC报告执行状态。1553B接口,AS5643接口和AFDX接口设计为三种PMC背板,通过PCI总线和数据处理板互联。

为同时支持PCI[8]和PCI-express总线,主RDC采用Vxworks6.8作为操作系统,在此基础上进行应用程序的开发。总线双总线的即插即用功能,可对交换板和接口板的地址空间进行自动配置。

由于RDC接口众多、功能复杂,提供一个功能强大的仿真环境对应用的开发是有益的。在航电总线接口端,研究了Matlab Simulink与航电总线接口之间的互联技术。使用Simulink可以采集航电总线上传的数据并加以解析。反之,Simulink可以通过航电总线发送命令。

3 系统综合

在系统综合开始阶段,数据处理板和PCI-express交换模块之间的传输一直处于时通时断的状态。后来发现,初始设计中,数据处理板和PCI-express交换模块之间使用了分布式的Reference Clock设计。根据PCI express规范的描述,Reference Clock信号可以集中产生,也可以分布产生。对于分布产生的Reference Clock信号的要求是100 MHz(±3×10-4),由于所使用的晶振和时钟产生电路的偏差,PCI-express总线传输不稳定。查出原因后,数据处理板也使用了的交换板提供的100 MHz差分时钟,连续读取交换板ID号半个小时,均正确。穿过交换模块访问接口板也较稳定。

为仿真RDC连接的核心处理机,在工控机上开发了Simulink[9]和AFDX PC卡之间互通的中间层服务软件。Simulink通过UDP接口[10]将数据发送给服务软件,服务软件调用AFDX驱动将数据通过AFDX网卡转发出去。反方向,AFDX网络接受的数据也通过服务软件转发给Simulink。图2是服务软件的基本流程。服务软件包括两个相对独立的线程,其中一个调用阻塞的AFDX读取API,读出RDC通过航电数据网络交换机发送来的数据,作为客户端通过UDP协议主动发送至Simulink仿真软件进行处理。另一个线程是UDP服务器端,它等待Simulink仿真软件发来的UDP包,调用AFDX发送API将数据通过航电数据网络交换机发送给RDC。

图3是Simulink发送界面的设计实例,运行这个模型可以交互式地将命令发送给RDC,控制模拟量/输出,离散量输出和大功率控制盒的输出。实现了Simulink和RDC间的基本通信能力,结合Simulink本身强大的算法库和固有的信号发生/采集功能,使得通过Simulink进行软硬件综合仿真成为可能。

4 结束语

探讨了综合环境下嵌入式远程数据采集与传输技术的研究和实现中的关键技术。经试验证明,本技术具备高性能、高可靠性特点,各项指标符合新一代航空电子技术的要求,适合在恶劣复杂的嵌入式环境中使用。

参考文献

[1]易建平,韩庆.飞机综合化航电系统总体设计研究[J].科学技术与工程,2010(19):4709-4714.

[2]孙欢庆.民用飞机综合航电系统技术发展研究[J].航空科学技术,2010(3):6-8.

[3]校莉.AFDX在航空通信系统中的应用[J].电讯技术,2010(7):40-43.

[4]李大鹏,王世奎,李雯.AFDX端系统系统发送单元的研究与实现[J].航空计算技术,2012(2):128-131.

[5]梁小虎,王乐,张亚棣.高速串行总线RapidIO与PCI Express协议分析比较[J].航空计算技术,2010(3):131-134.

[6]MIND S I,RAVI B,DON A.PCI express system architecture[M].USA:Addison Wesley,2003.

[7]Freescale Inc.PowerQUICC III integrated host processor fam-ily reference manual[ED/OL].(2008-09-18)[2011-08-16]http://www.freescale.com.

[8]陈金鹏,李贵山.PCI据部总线及其应用[M].西安:西安电子科技大学出版社,2003.

[9]王永虎,王欣,王玉梅.VB与Matlab混合编程在CAI系统中的应用[J].航空计算技术,2010(1):71-74.

数据采集与传输 篇9

关键词：数据库,异类数据源,数据转换

由于历史的原因,很多计算机应用软件的数据都是存储在文本数据库进行管理的,如Acess、Excel、Foxpro。目前市场上很多应用软件都由SQL SERVER作为后台数据库系统管理数据。怎样将老的数据库中的数据转换到新数据库系统,是目前亟待解决的问题。同时,怎样将SQL SERVER中的数据传输给其他数据源,使得数据更具有可读性,也是一个非常现实的问题。

1. 导入导出工具介绍

SQL SERVER使用导入导出工具实现异类数据源之间的数据传输,导入导出数据的工具包括:DTS导入/导出向导、DTS设计器、DTS对象传输、DTS大容量插入操作、BCP实用工具、复制程序。在进行数据导入导出之前用户必须确认:源数据和目的数据的格式、源数据和目的数据的位置、哪些数据库对象需要导入导出、是一次性导出还是持续进行的、选择命令提示符还是SQL语句或者是图形界面,从而进行工具的选择。

2. 导入导出工具选择

导入导出向导工具主要用于导入导出异类数据,允许用户交互地建立DTS包,为向导式的工具非常方便。设计器允许数据库管理员导入导出和转换异类数据,并定义复杂数据流,为图形工具非常直观。对象传输工具用于传输表、视图、存储过程、默认值、规则、用户定义数据类型、登陆、用户、角色、索引和约束,实现SQL SERVER数据库之间的对象传输。大容量插入操作是将大量数据从文本复制到SQL SERVER的最快的方法,但用户不能对导入的数据进行转换。大容量复制工具在SQL SERVER表和数据文件之间导入导出数据,也可用于本地数据的导入导出。

3. 异类数据源数据转换案例

3.1 使用导入导出向导工具实现与ACCESS的数据转换

实现SQL SERVER与ACCESS的数据转换可以使用向导工具进行数据转换,点击企业管理器工具栏工具菜单的导入导出向导,执行向导工具,在目的数据源中选择MICRIOSOFT ACCESS,使用WINDOWS帐号可以将NORTHWIND数据库中的数据导入到ACCESS中。如果要实现与其他数据源的交互只需要在目的数据源中选择不同的程序提供者即可。

3.2 使用DTS设计器实现与EXCELE的数据转换

实现SQL SERVER与EXCELE等的数据转换还可以使用DTS设计器,具体步骤为:打开服务器的“数据转换服务”选择本地包,新建一个包,在连接工具箱区域选择SQL SERVER源与EXCELE目的选项,在任务区域选择“转换数据任务”并输入需要转换数据的对象或者查询,则可实现数据转换。如果要实现与其他数据源的交互也只需要在连接工具栏中选择不同的连接即可。

3.3 使用大容量插入操作实现与文本文件的数据转换

为了提高系统性能SQL SERVER还使用BULK INSER语句或bcp命令提示符工具从文本文件导入数据,通常BULK INSERT语句更快。由于文本文件通常是制表符分隔文件(或者使用逗号等其他分隔符),因此导入过程必须指定文件格式,而且文本中的数据可以存储为字符模式,也可以存储为二进制模式。

3.3.1 使用bcp举例

使用bcp从数据文件导入数据时必须指定参数,它的参数较多,必须正确输入,否则命令就会失败。以下为将数据从authors文本导入到数据库spubs数据库的authors表中的语句,列分隔符为“,”,分隔符以新行表示,使用字符数据,批处理大小为200,使用的错误文件为authors.err,使用信任连接进行传输,命令如下

3.3.2 使用BULK INSERT举例

BULK INSERT语句执行大容量复制所需要的信息与bcp命令的差不多,但由于它是bcp的改进因此可读性比bcp要好一些,上例中的authors文本文件向sql server数据表的转换BULK INSERT语句代码如下:

4. 总结

针对目前许多企业将数据集中起来以改善企业决策,而这些数据经常是以大量的不同的格式存放的现实情况,本文主要讲解怎样在不同数据源和SQL Server数据库之间进行数据传输,实现异类数据源和目的之间的数据转换,对实现企业的数据整合具有现实意义。

参考文献

[1]Microsoft著.企业级数据库的安装、配置和管理.高等教育出版社.

[2]袁然,王诚梅.SQL Server2005经典实例教程.电子工业出版社.

数据采集与传输 篇10

数字信号处理器是伴着微电子学、数字信号处理学和计算机科技的发展应运而生的新型器件。在数字信息处理前, 要用模数转换器实现模拟信号到数字信号的转换, 而用数模转换器完成数字信号到模拟信号的转换。而DSP芯片的出现更有效的解决了数字信号的处理, DSP芯片是特意完成各种数字信息处理, 其内部结构和处理算法有效地提高了数字信号处理的能力, 进而也促进了科学技术的发展和电子技术的发展。至今, DSP技术的应用, 在监控、计算机、交通领域等等都有所体现且发挥着重要的作用。

2 系统硬件介绍

TMS320VC5402是定点的数字信号处理器 (以下简称为5402) 是经过科技更新的哈佛框架结构, 其有一条地址总线与三条数据总线组成。其拥有高度并行的专用硬件逻辑和片上存储器以及额外的片上外设算术逻辑单元 (ALU) 。在此基础上它具有的操作灵活和高度专业化的指令集。该处理器提供了独立的程序和数据空间, 允许并行访问程序指令和数据。两个读操作和写操作可以在一个周期内完成。并行存储和特定应用的指令可以充分利用这种架构的指令。此外, 数据可以传输数据和程序之间的空间。这样的一个强大的并行性, 可以在一个机器周期执行算术、逻辑、和位操作。此外, 5402还利用控制机制来管理中断, 重复操作, 和函数调用。帧存储器使用的是CY7C104l V33芯片。系统流程图如图1所示。

3 DSP的JPEG编码实现

本节主要论述JPEG编码的工作原理和使用C语言编写JPEG程序, 然后将JPEG编码后移植在DSP芯片内及其具体实现。该系统的JPEG编码是采用离散余弦变换算法实现的, 下面是其简要论述。

3.1 二维离散余弦变换

JPEG的二维离散余弦变换采用的是8×8大小的子块。在编码器输入端, 把原始图像按照一定顺序分割成一系列8×8的子块, 子块的数值在-27到27-1之间。采用余弦变换可以获得64个变换系数。

3.2 DCT系数量化

图像信息在DCT转换后, 需要对频率系数进行量化, 其主要作用是降低非零系数, 增加零系数, 这样可以增加压缩率, 这也是图像质量变差的原因。

3.3 量化系数的编排

经DCT转换后, 低频率的分量聚集在左上角, 其F (0, 0) (表示第一行和第一列数据) 表示了直流系数 (DC) , 表示8×8块的平均数, 要对其进行独立编码。因为两个紧挨的8×8DC系数相差极小, 因此我们可以使用DPCM (差分编码) 来处理, 从而能够提升压缩率, 可以理解为, 对紧挨的子块DC系数采用相差值来编码。其它63个8×8的子块是交流系数 (AC) , 利用行编程方法。把量化过的系数重新组合, 把零按照Z字进行编排, 为程序快速扫描做铺垫。

经过DCT变换后, 量化系数按Z字形被扫描读取, 我们可以把8×8的方阵看成一个1×64的一维数组, 分量频率低的系数放在数组的前面。

3.4 AC系数的编码

DCT变换所得系数除直流系数之外的其余63个系数是AC系数。AC系数量化后的特点是:系数中有很多零组成, 并且有很多都是连续的。根据这样的特点, 对AC系数的编码可以使用游程长度编码 (RLE) 来实现。

3.5 位数据流的组成

JPEG图像进过DCT转换后, 会产生一系列编码, 这些编码有标记和编码后产生的图像信息, 都以01代码的形式表示。为了方便传输和存储, 要把这些信息组合成一帧帧的数据, 把这些数据称作JPEG的位数据流。

3.6 DSP上实现JPEG编码

为了让编程容易, 可移植性高, 提高软件的可移植性, 本系统用C语言来编写JPEG的编码程序, 然后再移植到DSP上。

下面简要叙述一下JPEG部分代码的定义:

4 DSP与PC间图像传输

本节主要论述了PC机和DSP的有线传输, 即如何将DSP的存储空间的图像信息读入到PC的相应的存储文件中。

DSP和计算机的传输方式有以下几种: (1) 使用HPI接口实现DSP与计算机之间的数据传输; (2) 使用USB接口实现DSP与计算机的数据传输; (3) 使用IEEE1394接口实现DSP和计算机的数据传输。

因为5402的HPI接口和计算机传输信息过程中没有软硬件的消耗, 同时也不会打扰DSP程序的正常运行。在HPI通信模式中, 计算机通过访问HPI[4]的address和data寄存器完成对DSP存储器的读写。

5 总结

设计过程中的难题是DSP和外部扩展器件的接口问题, 如:外部存储器扩充;解决逻辑电平的不一致问题。系统解决了JPEG压缩编码程序在DSP中的移植问题, 实现了有线和无线两种数据传输, 增强了系统的使用范围。使用SAA7111芯片作为图像采集芯片, 利用地址译码技术把图像信息存储在DSP的外存储器中。在视频图像压缩和解码程序中, 使用汇编和C语言的混搭, 从而提高了图像处理效率。在DSP和PC间数据通信时, 使用了标准通用接口 (HPI) , 通用性较强。利用无线收发模块 (NRF401) 实现无线传输。

参考文献

[1]夏良正.数字图像处理[M].南京:东南大学出版社, 1979.

[2]张松.基于DSP的图像采集、处理和无线传输[D].四川大学硕士论文, 2004.

[3]郭涵.超短波无线通信系统应用层的设计与实现[D].北京邮电大学硕士论文, 2010.

生理数据传输器 篇11

用户配备装有传感器的家庭终端。传感器在相互关联的命令下，通过一台PDA 或移动电话，将收集到的数据不断通过无线UMTS 或GPRS 服务传送到一个医疗中心或直接传向医疗专业人员。这一环节需要的是无线接入技术，现在比较流行的是更主要集中于小型的移动通信设备和医疗监护装置蓝牙技术。

这些小型远程医疗监测仪器已经进入很多家庭。低成本、安全、舒适的特点，使得远程医疗正在成为家庭护理的新名词。现在，这一技术也不只应用于医学领域，植入的传感器设备芯片还可以用于消防、航天领域等，此外检验水质，进行生物识别也是这种设备的拿手好戏。这些传输器可以是戒指、手表，也可以是植入医学传感器设备芯片的手机或衣物，使人们足不出户便可以得到专业的医护监测。

多功能远程传输器

MedStar 是一个基于因特网的远程健康监测仪。它的核心是一个很小的灰色方块，一台订书机大小，可以连接到各种现成的卫生监测设备，包括血压、体重或血糖监测。该系统可用于协助治疗慢性疾病，如老年人糖尿病、哮喘或充血性心力衰竭。一旦病人使用一个监测装置连接到MedStar ，该系统传输的数据便会通过一个标准的电话线来收集服务器，然后传送给相关的医院或医生。

远程监测生命体征的腕表

MDKeeper 腕表可以在任何时间、任何地点，轻松、不间断的进行生命体征的监测。它是一种远程无线监控解决方案，适用于移动保健和家庭护理，是一款针对老人或慢性病患者的可穿戴电子卫生保健系统。它集成了独特强大的生物传感器。可以监测多种生命体征（如脉搏，导联心电图和血氧饱和度水平）。它可以实时传输并利用其专有的综合性专家系统分析这些数据。

会传输数据的运动鞋

该运动鞋能够联合运用GPS 和处理器芯片，监测运动员在现实中的表现，并依据他或她的年龄、体重和性别等因素做出信息反馈。此外，该系统还将跟踪鞋的耐用性，提醒运动员鞋已变得太破旧，可能会增加受伤害的危险。苹果公司与耐克一起合作创造了这个Nike + 系统。耐克公司目前的Nike + 运动套件是将一个加速计植入鞋内，这个设备可以测量距离和速度并将数据传送到iPod nano 上。运动员可以在nano 上轻松查看自己的数据。

智能背心

LifeShirt 是一个可以准确记录、传输患者生命体征的动态监测背心。监测背心的数据收集部分是一个无袖内衣，其作用是可以作为一个多通道心肺数码录像机。这件衬衫可以用手洗，可重复使用的拉伸材料被缝进了一系列的生理传感器。个别监测可以将用户的症状、活动和所需药品传输到掌上电脑，然后成为数字数据流。LifeShirt 目前还没有得到美国FDA 批准。

多功能远程数据传输手机

数据采集与传输 篇12

一、通信网络计费数据采集与传输系统介绍

1. 通信网络计费数据传输模型的简介

实现了与计费数据传输相结合的方式, 经过规定的时间对一个接口的数据实现全部传输, 准确的到达目的地。接口规范与标准相统一的有数据块的大小、数据格式、容量消息描述符、消息的优先级、消息体拆分、组合、消息描述符的标识、消息的生命周期以及消息的优先级等。

(1) 数据的传输方式采取的是融合计费的方式, 这种方式的优势比较突出, 也就是作为一种统一的模型, 对业务、网络等不同条件下的数据进行采集, 以信息交换技术进行数据的有效传输, 有效的避免了数据结合之后在传输过程中, 遇到困难的问题, 提供了网络数据融合计费方面的有效支持, 如此一来, 数据在传输的过程中就不再受到其他因素的制约, 可以进行快速、安全、有效的传输。

(2) 数据传输通路、数据传输目的地以及数据传输源作为计费数据无关性的传输方式, 数据的发送、传输与接收是互不影响的。解决了数据在发送、传输以及接收方面的时间、速度与质量等问题, 对跨区计费数据进行了有效、即时的传输。一旦网络数据的接收方与发送方的距离较远时以及网络信号不好时, 此模式进行数据的分步传输, 不会因为这些原因而导致数据的丢失。分步传输实现了数据接收方、发送方以及传输通道的独立运行, 不需要进行同步操作, 操作方法和过程及其简便, 实现了数据传输的便利性。

2. 通信网络计费数据采集模型的简介

通信网络计费数据采集模型中数据的采集工作重点在于对前端传输过来的信息和信号加以控制, 按照顺序进行读取, 随之, 依据相关的格式进行文件的保存, 文件保存的地点就在本地计算机之中, 因此, 本地计算机的性能和安全一定要得到保障, 否则将给信息和数据带来不必要的损坏。

(1) 集中式的数据采集模型, 集中式的数据采集模型主要采取的方式是集中采集统计和话单信息, 这些信息不存在同一地点和同一网络之中, 对采集来的数据进行相关的处理和规划。采取集中管理和操作的方法, 对网络的发展极其有利, 同时操作步骤也十分简便。这种模型对于同一网络中, 计费数据的集中管理和规划有着举足轻重的作用。

(2) 融合式的数据采集模型, 融合式的数据采集模型主要采取的方式为对不同业务和不同网络之中的数据统计与话单信息进行采集。有力的提升了统计和采集工作的效率, 杜绝了重复工作的出现, 所以, 这种模型可以降低工作人员的劳动强度, 切实保障工作的效率。此外, 对网络的合理、科学使用, 实现了网络资源的充分共享、业务种类增加以及网络之间兼容性增强等。经过此种模型的采集, 可以有效的对不同网络之间计费数据集中采集存在的问题予以解决。

二、数据采集与传输过程的安全性

数据采集与传输过程的安全性作为计费系统可行性的依据。在系统的自动运行和恢复上面, 向系统采取一系列的监控手段, 对机器状态和采集报告进行及时反馈, 图形、数据显示、声音警报为管理者及时处理故障提供了便利的条件。跟随着互联网与通信技术的快速发展, 数据采集与传输过程的安全性是首要考虑的问题。主要的措施介绍如下:

1. 计费数据采集和传输之中应考虑的安全性

(1) 针对计费数据采用循环传输和采集的方式, 一旦数据无法到达接收方, 那么采集与传输会一直循环下去。

(2) 数据发送、传输和接收组成了计费数据的传输过程, 此过程对接收时间进行分离, 这样就可以保障数据不受外界干扰, 快速准确的到达目的地。

(3) 在采集的过程中, 采集的程序在退出采集过程的时候, 程序将会在进程全部结束之后, 方可退出, 这样将保证数据传输的完整性和正确性。

(4) 数据采集与传输结束以后, 对其进行相应备份之后, 再进行删除, 不满足备份要求, 是不可以进行删除的, 这样做的目的就是为了让数据完整的到达接收方。

(5) 检查计费格式, 格式不对, 系统会发出提示和警告, 然后对数据进行重新的采集和传输, 数据的采集也有可能是在其它地方获得的。

(6) 数据的采集和传输存在于不相同的两个阶段, 前一阶段计费数据的删除, 必须要等到后面阶段任务的完成之后, 方可进行。这样做的目的在于出现突发性时间, 保证数据不被丢失和损坏。

2. 实时的处理过程

数据通过实时处理之后, 到达接收方, 这样可以避免数据的丢失, 安全性能是特别高的。在这里我们选择的系统为Unix, 此系统的安全性能十分之高, 对用户权限有特别的支持。在我们国家, 对计费数据的采集和传输过程, 都是进行统一部署的, 构建成一个局域网络。与广域网分离的措施是防火墙等, 这样保证了数据的安全性和及时性, 可以完整的到达接收方。同国际方面的专业通道相结合, 通过加密等手段, 实现数据的安全传输。

三、结束语

当前社会, 互联网与通信技术得到不断的快速发展, 在计费的发展过程中, 所要求计费数据的传输与采集必须要跟上系统发展的步伐。服务需求、网络类型、用户终端类型、业务类型、交换机类型等种类是层出不穷, 这就要求计费数据传输与采集达到高强度的兼容性, 来满足不同用户的不同需求, 这同样作为新时期的主要需求, 因此, 我们一定要做好通信网络计费系统的数据采集与传输探讨工作。

摘要：通信网络计费的主要内容就是数据的采集与传输, 统计信息与对话单所采集的数据在不同的全网计费中心、全网中心与采集机、区域中心等之间的数据传输, 本篇文章主要研究的内容就是在直采机上粘贴交换机上面生成的采集文件, 然后进行分拣操作, 操作的平台就是计费平台, 与此同时保证系统运行的稳定与安全, 采取了一种监控的手段。此系统通过实际运用, 通过对客户提供一系列的服务, 让用户达到最终满意的结果。

关键词：数据传输系统,数据采集,交换技术

参考文献

[1]贡瑞龙.浅析网络传输计费系统的数据采集与传输[J].商情 (科学教育家) , 2008 (04) .

[2]朱燕颖.长春市网通公司实时联机计费系统的实现[J].才智, 2008 (01) .