远程无线数据采集系统的设计
煤矿用远程数据采集与传输系统的设计与实现
１ 引 言
随 着 我 国 工业 的 飞速 发 展 以及 与世 界 先 进 工
单片机 ， 经处 理 后输 出与称 重 信号 成 正 比的脉 冲 信 号 。 中 Ａ Ｄ转 换器 采用 Ａ Ｉ 司 的 Ａ ７ ０ ， 其 ／ Ｄ公 Ｄ ７ ５ 它具
有 一 转 换技 术 。 有 ２ ３个 模 拟 通道 ， 置数 字 △ 具 ～ 内 滤 波器 ； 干扰 性强 、 辨率 高 、 定 性好 ， 抗 分 稳 是理 想 的 重量 信 号检 测 Ａ Ｄ转换 器日 图 ｌ为采集 系统硬 件 ／ 。
维普资讯
一
３一 ０
《 国外 电 子元 器件）０７年 第 ９期 ２０ ２０ ０７年 ９月
●应 用 与 设 计
煤矿 用远程 数据 采集 与 传输 系统 的设计 与实 现
雷张伟 ，李 丽宏 ，李牡 丹
（ 太原 理 工 大学 信 息 工程 学 院 ， 山西 太原 ０ ０ ２ ） ３ ０ ４
摘 要 ： 绍 了煤矿 用远 程数据 采 集与传 输 系统的 工作 原理 和 软硬件 实现 方法， 出 了改善 数据 远 程 介 提
传 输方 式的措 施 。 场试 验数 据表 明， 现 该远 程数据 采 集 与传输 系统性 能稳 定 ， 抗干扰 能 力 强 。 具有 一
定 的 实用价值
关 键
煤 矿 用 电子 皮 带秤 系统 有 重 量 和 速度 两 大 输
系统 软件 分 为 系统 初始 化 （ 门 狗 、 时 器 、 看 定 中 断 ）Ａ ７０ 、 Ｄ ７ ５初始 化和 主程序 。 中 Ａ ７ ０ 其 Ｄ ７ ５初始 化
要 对 ８个 寄存 器 进行 初 始化 设 置 ，实现 校 准模 式 ， 增 益 、 波 、 出更 新率 、 入极 性 及 缓 冲模 式 等 的 滤 输 输 设 置｝ ３ ＿ 系统 软件 流程 图如 图 ２所 示 ， 。其 以下给 出 了
基于射频芯片的远程数据采集设计及实现
芯 片 ． 作 电 压 为 １９ ３ ６ 工 作 于 ４ ３ ８ ９ ９ ５ 工 ． — ．Ｖ． ３ ／ ６ ／ １ＭＨｚ３个 频 率 下 。 接 收 流 程 则 分 为 以 下 几 步 宽 窄等 特 点 。
检测。
２ 微 控 制 器 置 高 Ｔ Ｘ Ｃ 和 Ｔ ＿ Ｎ ． 发 Ｒ ９ ５的 Ｓ ｏｋ ｕｓ Ｍ ． Ｒ ＿Ｅ Ｘ Ｅ 激 Ｆ０ ｈ ｃ Ｂ ｒｔ Ｔ ３Ｒ ９ ５ 的 Ｓ ｏｋ ｕｓＴ 发 送 ． 数 据 发 送 完 成 ， 据 准 备 好 引 ．Ｆ０ ｈｃ Ｂ ｒｔＭ 当 数 脚被置高；
其 中 ５ １单 片 机 采 用 了 Ｓ Ｃ ９ Ｅ ２ Ｄ 主 芯 片 、 Ｃ 机 和 ５ Ｔ ８Ｌ ５Ａ Ｐ １单 片 送 模 式 或 关 机 模 式 。
机通 过 串 口连 接 。 ２、 片 机 与 ｎ ９ ５接 口 电 路 及 软 件 实 现 单 ＲＦ ０
整个 程序 流程 为 ：通 过 单 片 机 Ａ 读 去 传 感 器 电压 数 据 Ｄ
¨
Ｌ
中国高新 技术企 业
基 于 射 频 芯 片 的 远 程 数 据 采 集 设 计 及 实 现
文 ／赵 慧元 苏 秉华 孙鲁
【 要】 摘 本 文 介 绍 了射 频数 据 采 集 系统 实现 。 该 系统 采 用 了带有 ａ ｇＦ ０
【 关键 词 】 射 频 ＭＣ Ｕ
射 频 数 据 采 集 广 泛 应 用 于 各 个 行 业 中 如 ： 网 数 据 检 测 、 通 和 器 件 配 置 时 确 定 ； 电 交
远 程 检测 管 理等 。本文 介 绍 了基 于 ５ １单 片 机 及 ｎ Ｆ Ｏ Ｒ ９ ５射 频 模 块 的 地 、 钱 便 宜 等 优 点 ， 以 应 用 于 工 业 无 线 传 感 器 中 ， 现 无 线 数 据 价 可 实
嵌入式无线数据采集系统的设计
嵌入式无线数据采集系统的设计嵌入式无线数据采集系统是一种集传感器、数据采集、数据处理与通信于一体的系统，可用于实时收集、传输和处理各种环境参数、物理量等数据。
该系统具有实时性、低功耗、可靠性和灵活性等特点，广泛应用于工业生产、环境监测、物联网等领域。
设计一个嵌入式无线数据采集系统，需要考虑以下几个方面：1.硬件设计：（1）选择合适的微处理器，如ARM、AVR等，具备低功耗、高性能和较大的存储容量。
（2）选择合适的传感器，根据实际需求选择温度、湿度、光照、气体浓度等传感器。
（3）选择合适的无线通信模块，如蓝牙、Wi-Fi、LoRa等，根据通信距离和传输速率需求进行选择。
（4）设计电源电路，保证系统持续供电，并考虑低功耗设计，延长系统使用时间。
2.软件设计：（1）嵌入式操作系统的选择，如嵌入式Linux、FreeRTOS等，根据系统需求选择合适的操作系统。
（2）编写驱动程序，与传感器进行接口，实现数据采集与处理功能。
（3）设计数据通信协议，实现与无线通信模块的数据传输，并考虑数据压缩和加密等功能。
（4）设计用户界面，方便用户对系统进行配置和监控。
3.数据采集与处理：（1）根据传感器类型和数量进行数据采集，并进行预处理，如滤波、校准等。
（2）设计数据存储方式，可以选择本地存储、云端存储或结合两者，确保数据的可靠性和安全性。
（3）设计数据分析算法，对采集的数据进行分析、统计和建模，提供对应的数据处理和决策支持。
4.系统通信与远程监控：（1）通过无线通信模块与上位机或云端进行数据传输，实现数据的远程监控和控制。
（2）设计远程配置和升级功能，方便对系统参数进行远程设置和升级。
（3）设计报警功能，当采集到的数据超过预设阈值时，及时发送报警信息给用户。
总之，设计一个嵌入式无线数据采集系统需要考虑硬件、软件、数据采集与处理以及远程监控等方面，综合考虑系统的功能要求、成本和可行性，才能设计出一款实用、稳定和高性能的系统。
无线远程数据采集系统设计
Ｖｏ ． Ｏ Ｎｏ ６ １２ ．
Ｄｅ ２０１ ｅ． ０
无 线远 程 数 据 采 集 系 统设 计
季福 坤 王ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 斌
（ 华航 天 工 业 学 院 ，河 北 廊 坊 ０ ５ ０ ） 北 ６ ０ ０
摘
要 ：本 文设 ｉ 并 实 现 了基 于 三层 网 络 结 构 的远 程 无 线 数 据 采 集 系 统 。该 系 统 集 数 据 采 集 技 术 、嵌 人 式 系 统 、 ｔ －
实 际现 场数 据 的采集 、 理 ， 处 并把 数据 通 过无 线传 输 给 中问 单元 。
基 金 项 目 ： 北 省教 育 厅基 金 项 目 （０ ８ ０ ） 河 ２ ０ ４ ２
收 稿 日期 ： ００—０ ２１ ９—１ ３
由于传 感器 采集 的数 据是 通 过无 线数 据 的形式
进行 发送 和 接 收 ， 因此 选 用 了 高 速 、 功 耗 的 Ｓ Ｃ 低 Ｔ
可通 过程 式进 行 设置 ； Ｃ终 端 中安装 了采用 高级 语 Ｐ 言编 写 的软件 ， 用 数据库 技 术及 网页浏览 技术 ， 应 实 现 了友好 的人 机 交 互 界 面 ， 有 数 据 刷 新 、 示 、 具 显 存
储和 打 印功 能 。嵌 入 式 系 统包 括 控 制 器 、 摸 显 示 触
系统 的工作 过程 定 时采用 轮询点 名数据 传输 方 式 配合实 时点 名方式 保证 了数 据 的实 时性 和整体 延
续性 。
系统 主要涉及 以下 几种交 换协议 ：
（ ） 准 网络 协议 ， 要 是 远 程 计 算 机 查 询 数 １标 主
据 。（ 用 Ｉｔｒｅ） 使 ｎｅｎ ｔ （ ） 线 网关 与基 于 Ａ ２无 ＲＭ 的无 线 网络 节 点 的
远程监控系统设计方案
远程监控系统设计方案远程监控系统是一种能够实时远程监控目标的系统，通过使用技术手段实现对目标的远程观察、数据采集、图像传输、存储等功能。
远程监控系统广泛应用于视频监控、环境监测、设备远程管理等领域。
本文将介绍一个远程监控系统的设计方案。
1.系统需求分析在设计远程监控系统之前，首先要进行系统需求分析。
这包括确定目标的监控范围、监控要求，以及用户对系统的需求等。
例如，如果是用于视频监控，需要确定监控的对象、监控区域等。
在此基础上，确定系统对图像分辨率、帧率、传输方式、存储容量等的需求。
2.系统架构设计系统架构是指系统的组成部分及其之间的关系和交互方式。
远程监控系统的架构通常包括监控端和监控中心两个主要组成部分。
（1）监控端：负责采集目标的信息（如图像、温度、湿度等）并将其传输给监控中心。
监控端通常由传感器、摄像机、控制器等组成。
（2）监控中心：负责接收监控端传输的信息，并进行处理、分析、显示和存储等操作。
监控中心通常包括服务器、硬盘阵列、显示器、与监控终端的通信接口等。
3.数据采集和传输设计数据采集是远程监控系统的重要环节，它决定了系统对目标信息的获取质量和效率。
数据采集通常包括图像、声音、温度湿度等多种类型的数据。
（1）图像采集：图像采集是远程监控系统的核心功能之一、通常使用摄像机采集目标的图像，并通过压缩编码技术将其转换为数字化的数据。
（2）数据传输：数据传输是将采集到的数据传输给监控中心的过程。
可以使用有线或无线方式进行数据传输。
有线传输方式可以使用以太网、电力线、光纤等，无线传输方式可以使用Wi-Fi、蓝牙、LTE等。
4.数据处理与存储设计在监控中心接收到数据后，需要进行处理、分析、显示和存储等操作。
（1）数据处理和分析：对于图像数据，可以进行图像解压缩、图像增强、目标检测和跟踪等处理和分析操作。
可以使用图像处理算法和机器学习算法实现。
（2）数据显示：将处理和分析后的数据以图像、视频、曲线等形式显示给用户。
无线数据采集系统概论
无线传感网络及工业测量装置Wireless sensor network &industrial measure deviceⅠ类采集设备——无线数据采集装置【FW-VI-MLKZ】一、概述无线数据采集监测系统是工业数据无线监测中最典型的应用，也是工业物联网在工业生产中最直接的表现形式。
作为科学生产、科学管理的辅助措施，将分散于企业内各数据监测点的数据、状态等以无线方式进行采集、远程集中显示、分析、处理，能起到生产事故的提前预防、提高生成效率等功能。
无线数据采集系统组网简单，无线通信基于433Mhz开发免申请ISM频段传输数据，传输距离远，抗干扰能力强。
系统组成结构简单，扩展方便。
通常系统由采集设备、信号接收设备组成，也可根据需求加入无线网络中继设备。
二、系统设计依据➢《GB50198-94计算机系统安全准则》➢《HG20507-92工业自动化仪表工程施工及验收规范》➢《GB 50194-93建设工程施工现场供用电安全规范》➢《GB/T 29261.4-2012 无线电通信》三、系统组网结构无线数据采集系统通常包括2种组网形式：1）多点对一点星型网络结构——现场多点数据采集、中控室无线中心接收站接收数据，配合PC机上位机软件组成数据监控系统（图一）；2）点对点网络结构——现场数据采集，中控室无线数据还原装置将数据还原，可配合用户PLC、DCS等（图二）。
一类 网络拓扑图（图一）在同一组网结构内，现场无线数据采集器采集现场数据数据：液位，流量，压力，电流等4-20ma 信号，同时可采集现场设备如电机等设备的状态信号。
无线数据采集器将采集到的信号通过无线网络发送至中心接收站，中心接收站通过与PC 机RS232串口将数据上传至上位机软件系统，同时处理上位机软件发送的控制命令，将控制命令发送至现场，实现对现场设备的启停控制。
4-20ma 信号现场供电本地数据显示参数配置433Mhz 无线通讯4路4-20ma无线数据采集器无线中心接收站上位机系统企业网络数据系统TCP/IP局域网二类 网络拓扑图用户DCS/PLC/MCC4-20ma 信号现场供电本地数据显示参数配置433Mhz 无线通讯4路4-20ma无线数据采集器无线信号还原装置（图二）在此类网络结构中，现场无线数据采集器采集现场数据数据：液位，流量，压力，电流等4-20ma 信号，同时可采集现场设备如电机等设备的状态信号。
单片机控制远程数据采集系统设计
Ｔｈ ｅ ｉ ｎ ｏ ｅｍｏ ｅ ｄ ｔ ｅ ｄ ｓｇ ｆ ａ ｒ ｔ ａ ａ
ｃ ｌｃ ｉ ｙ ｔ ｍ ｙ ｓｎ － ｈｐ ｏｌ ｔ ｅ ｏｎ ｓ ｓ ｅ ｂ ｉｇｌ ｃ ｉ ｅ
ｍ Ｉ ＯＣ Ｃｒ Ｏｍ Ｐｕ ｅｒ ｃｏｎ ｒ ｔ ｔＯＩ
Ｓ ＵＮ ｎｇ Ｙｉ
单片机控制远程数据采集系统设计
孙 莹
（ 沈阳建筑大学 信息与控制工程学院，辽宁 沈阳 １０ ６） １ １８
摘要 ：本文提出并设计了基于 Ｇ Ｓ 网络通信的远程数据 采墒系统，主要 ＰＲ 论述 了采用 Ａ ８ Ｃ５ Ｔ ９ ２单片机控制 ＧＰ Ｓ模块 （ ２ ） Ｒ Ｇ ０ 利用短消息传输来实 现远程数据采集系统的方案。 阐述 了系统 的工 作原理 ，硬件软件设计及相关
ｏ ．Ａｌｏ ｅ ｃ ｉ ｓ ｔ ｅ ｗｅ ｋ ｄ ｃｐｌ ｏ ｔ ｅ ｙ ｔ ｎ ｓ ｄ ｓ ｒ ｂｅ ｈ ｒ ｐ ｎ ｉ ｅ ｆ ｈ ｓ ｓｅｍ，ｔ ｅ ａ ｄ ｒ ｈ ｈ ｒ ｗａ ｅ
３ 单片机数据采集系统的组成及原理 【 ２ １
根据 系统的技术要求及经 济方面 的考虑 ，我 们选 用 Ａ ８Ｃ ２ Ｔ ９ ５ 单片机为控 制器 ，组成 远程数据采 集系统 系Ｓ模 块 、 ２６Ｒ ７４ ＯＭ ， ０ ０ Ａ Ｄ 转换 器、光 电隔离 器 、显示 电路 ．传 感器 ．放 大电路 、 ８９ ／ ３ ３锁存器 、 １ ８译码器 、电平转 换 电路 、与非门 、或非 门、反相 ７ ３ 器、 Ｄ 触发器等组成。硬件 系统 组成粗略框架 如图 ２所示。
ｄ ｓ ｕ ｓ ｓ ｈｅ ｌ ｓ ｈ ｉｃ ｓ ｅ ｃ ｉｆ ａ ｃ ｅｍｅｗｈｃ ｕ ｅ ｙ ． ｉ ｈ ｓ ｓ ＡＴ８ Ｃ５ ｍｉ ｒ ｃ ｎ ｒ ｌ ｒ ｔ ９ ２ ｃ ｏ ｏ ｔｏｌ ｏ ｅ ｃ ｎ ｒ ｌＧ２ ｎｄ ｍａ ｅ ｕ ｅ ｏ ＭＳ ｔ ｏ ｌｔ ｒ ｏ ｔｏ ０ ａ ｋ ｓ ｆ Ｓ ｏ ｃ ｍｐ ｅ ｅ ｅｍｏ ｅ ｄａ ａ ｃ ｌ ｃ ｉ ｔ ｔ ｏ ｌ ｔ ｅ
基于GSM短消息的远程无线数据采集系统的研究与设计
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远程无线数据采集系统的设计
摘要:针对远程无线通信的飞速发展,本论文结合对电力塔环境参数的具体要求,详细设计研究了远程无线数据采集系统,在简单分析和设计了系统的总体结构和功能设计方案的基础上,重点探讨研究了远程无线数据采集功能的实现,从数据采集和远程无线传输通信两个角度详细论述了远程无线数据采集系统的实现,对于进一步提高我国在远程无线数据采集传输领域的研究应用水平具有一定借鉴意义。
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。
Zigbee的基础是IEEE802.15.4,这是IEEE无线个人区域网(Personal Area 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.
[2] 吕志安.ZigBee网络原理与应用开发[M].北京:北京航空航天大学出版社,2008.。