数据采集系统设计
基于物联网的数据采集系统设计
基于物联网的数据采集系统设计哎呀，说起基于物联网的数据采集系统设计，这可真是个有趣又充满挑战的事儿！我记得有一次，我去一家工厂参观，那场景可让我对数据采集系统有了特别深刻的感受。
这家工厂生产各种小零件，以往全靠人工计数和记录生产数量、质量等数据，不仅效率低，还容易出错。
咱们先来说说什么是物联网哈。
简单来讲，物联网就是让各种物品通过网络连接起来，互相“交流”信息。
就像咱们人与人之间聊天一样，只不过这里是物品在传递数据。
在数据采集系统中，传感器可是关键的“小侦探”。
它们就像工厂里那些眼尖的工人，能敏锐地察觉到各种变化。
比如说温度传感器，能实时感知环境温度的细微变化；压力传感器呢，能准确测量出设备承受的压力大小。
这些传感器把收集到的数据，通过网络传送给控制中心，就像是给控制中心“汇报工作”。
那数据怎么传输呢？这就得提到通信技术啦。
有蓝牙、WiFi 、Zigbee 等等。
蓝牙就像短跑健将，短距离传输速度快；WiFi 呢，像是长跑选手，能在较长距离保持稳定传输；Zigbee 则像个灵活的小精灵，适用于设备数量多、数据量小的场景。
有了数据，还得有地方存起来，这时候数据库就登场了。
想象一下数据库是个超级大的仓库，各种各样的数据都整整齐齐地放在里面，等着我们需要的时候去拿出来用。
再说这数据采集系统的设计，得考虑好多方面。
首先得明确采集啥数据，是温度、湿度、光照，还是其他的？就像去菜市场买菜，得先想好买啥，不能瞎买一通。
然后根据采集的数据类型选合适的传感器，这就像给不同的任务选合适的工具。
还有哦，系统的稳定性也特别重要。
要是系统三天两头出故障，那可就麻烦大了。
就像你正开车在路上，车突然熄火了，多耽误事儿啊！所以在设计的时候，得做好各种测试和优化，确保系统能稳定运行。
另外，系统的扩展性也不能忽视。
随着业务的发展，可能需要采集更多类型的数据，或者增加采集点。
这时候，如果系统扩展性不好，那可就得重新大动干戈了，费时费力又费钱。
智慧数据采集系统设计方案
智慧数据采集系统设计方案智慧数据采集系统（Intelligent Data Acquisition System）是一个集数据采集、传输、存储、处理和应用于一体的系统。
它利用各类传感器、网络通信技术和数据分析算法，能够实时地获取、处理和管理各种类型的数据，以支持分析、决策和控制等应用。
以下是一个智慧数据采集系统的设计方案：1.系统架构设计智慧数据采集系统的架构应包括前端感知层、传输层、数据处理和存储层、数据应用层。
前端感知层：通过各类传感器，对环境、设备、人员等进行数据采集，包括温度、湿度、压力、光照强度、位置等信息。
传输层：采用无线通信技术（如Wi-Fi、蓝牙、LoRaWAN 等）将前端感知层采集到的数据传输至数据处理和存储层。
数据处理和存储层：对传输层传输过来的原始数据进行处理、清洗和转换，然后存储到数据库中。
此层可以使用大数据处理技术（如Spark、Hadoop等）进行数据分析和处理。
数据应用层：根据不同需求，将处理后的数据用于进行各种应用，如数据分析、决策支持、监控控制等。
2.传感器选择与配置根据采集的数据种类和应用需求，选择适合的传感器进行数据采集。
例如，可以选择温湿度传感器、光照传感器、压力传感器、位置传感器等。
同时，需要对传感器进行合理的布置和配置，以确保数据的准确性和完整性。
3.数据传输选择合适的通信方式进行数据传输，根据数据传输的频率和距离来选择通信技术。
例如，可以使用无线通信方式将数据传输到数据处理和存储层，同时保证数据传输的稳定性、安全性和实时性。
4.数据处理和存储根据采集到的数据特性和应用需求，选择合适的数据处理和存储技术。
例如，可以使用关系数据库或者NoSQL数据库进行数据存储，使用大数据处理技术进行数据分析和处理。
5.数据应用根据应用需求，设计相应的数据应用模块。
例如，可以开发数据分析模块，对采集到的数据进行统计分析、趋势预测等；开发监控控制模块，实现对设备、环境等的实时监控和控制；开发决策支持模块，提供数据分析结果和决策建议等等。
基于物联网的数据采集系统设计
基于物联网的数据采集系统设计基于物联网的数据采集系统设计
一、引言
1：背景
2：目的和范围
3：参考文献
二、系统概述
1：系统目标
2：功能需求
3：系统架构
三、数据采集模块
1：传感器选择和配置
2：数据采集设备选型
3：采集频率和精度
4：数据传输方式
四、数据传输模块
1：通讯协议选择
2：网络架构设计
3：数据传输安全性考虑五、数据存储和处理模块
1：数据存储选择
2：数据清洗和预处理
3：数据可视化和分析
六、系统安全性考虑
1：数据加密和隐私保护
2：用户身份验证和访问控制 3：系统漏洞和风险评估七、系统部署和维护
1：硬件设备部署
2：软件配置和更新
3：异常监测和故障处理八、性能测试和优化
1：数据采集和传输速度测试
2：系统响应时间优化
3：并发用户支持能力测试
九、经济和可行性分析
1：系统建设成本估算
2：维护和运营成本估算
3： ROI分析和可行性评估
十、项目计划和风险管理
1：项目进度计划
2：风险识别和评估
3：风险应对措施
附：附件列表
1：设备清单
2：网络拓扑图
3：数据处理流程示意图
法律名词及注释：
1：物联网：指物理对象通过电子标签、红外传感器等装置实现信息互联的网络系统。
2：数据隐私：指个人或组织的敏感信息，在物联网环境中的私密性保护。
3：通讯协议：指不同设备之间进行数据传输的规范和约定。
数据采集的设计报告
目录摘要 (3)引言 (5)第一章数据采集系统的概述 (6)1.1 数据采集系统基本概述 (6)1.1.1 数据采集 (6)1.1.2 数据采集系统的分类 (6)1.1.3 数据采集系统的基本功能 (7)1.1.4 数据采集系统的结构形式 (7)第二章数据采集系统整体设计 (8)2.1 硬件设计原则 (8)2.2 软件设计原则 (8)第三章数据采集系统的硬件设计 (9)3.1 系统工作原理 (9)3.2 硬件工作原理 (9)3.2.1 CPU处理核心模块(STC89C52) (9)3.2.2 DS18B20温度传感器模块 (11)3.3 电路设计 (14)3.3.1 CPU处理模块 (14)3.3.2 显示电路 (15)3.3.3 通信电路 (15)3.3.4 复位电路 (15)3.3.5 温度采集电路 (16)3.3.6 晶振电路 (16)3.3.7 警报电路 (17)第四章数据采集系统的软件设计 (18)4.1 汇编语言和Keil C51 (18)4.2 主程序 (19)4.3 各程序 (19)4.3.1 显示子程序 (19)4.3.2 温度子程序 (20)第五章总结 (21)参考文献 (22)附录：程序 (23)摘要本次设计主要基于单片机STC89C52单片机的多点数据采集，该系统由硬件部分和软件部分组成。
硬件部分是由信号接收、信号采集、AD转换和信号发送四部分组成。
系统以单片机为核心，将被测信号转换为能够被单片机所识别的信号输入单片机实现数据采集。
被测信号一般为模拟数据和数字数据两大类。
主机发送的模拟信号经过AD0809的转换，模拟信号经量化后得到离散的值，即数字信号。
在方案的选择中，主机可以用单片机、ARM、电脑等，采用单片机做主机部分，通信距离会比较短，所以使用上拉电阻通过上拉的作用给信号线提供一个驱动电压，使之传输更稳定，传输距离更远，用来抵消线路中内阻对信号的损耗。
关键词：STC89C52；信号接收；信号采集；A/D转换AbstractThis design is mainly based on single-chip microcontroller STC89C52 multi-point data acquisition, this system is consists of hardware and software components. Hardware part is consists of four parts as signal receiving, signal acquisition, AD transform and signal sending. This System is based on single-chip microcontroller, which is being measured signals converted to what can be single-chip microcontroller identification of the signal input data acquisition.Measured signal is divided into two types of commonly simulation data and digital data.The analog signal sending by the mainframe is changed over through AD0809, then the analog signals via discrete values quantified, namely the digital signal.In the choice of case, mainframe can be MCU, ARM, computers and so on, using the monolithic as the mainframe will make a short communication distance, as the result, we use pull-up resistors to pull through the role of signal lines provide a driving voltage, make transmission more stable, the transmission distance is farther, and offset circuit impedance to signal loss.Key words：STC89C52, signal receiving, signal acquisition, A/D transform引言温度是一种最基本的环境参数，人们的生活与环境的温度息息相关，工业和农业生产中得许多场合对温度有严格的要求，如温室养殖场和冷冻室等，随着科学技术的进步，单片机及相关电子技术飞速发展，应用领域不断拓展，利用单片机和传感器实现对温度的精确测量，提高了生产的自动化程度，成本低廉，应用十分广泛，因此研究温度的测量方法和装置具有重要的意义。
基于蓝牙技术的汽车数据采集系统的设计
134 AUTO TIME
AUTOMOBILE DESIGN | 汽车设计
基于蓝牙技术的汽车数据采集系统的设计马云卓 张丽丽 王一珺 陈德沈阳城市建设学院 辽宁省沈阳市 110167
摘 要： 随着蓝牙技术在国内的普及，人们对汽车实时跟踪和便利性的要求越来越高，基于蓝牙技术的汽车数据采集系统显得尤为重要。本文设计的基于蓝牙技术的汽车数据采集系统能够实时监测汽车的尾气排放、轮胎压力和汽车行驶里程数，实时采集和处理汽车使用数据，并将处理后的数据通过无线技术传输到手机终端，使用户能够快速了解汽车的状态并采取相应的措施。该设计具有传输距离长、结构简单、功耗低、智能化等优点可以在日常生活中广泛使用，并在一定程度上实现了对汽车数据的快速检索。关键词：蓝牙技术 数据采集 实时
1 引言随着中国科学技术的发展，汽车已经成为人们日常生活中的代步工具。对于司机来说，在驾驶过程中了解汽车的动态性能是非常重要的。比如轮胎胎压以及里程数数据每时每刻的动态收集。轮胎胎压问题如果处理不好会使驾驶员出现生命危险——当胎压过高时，轮胎与地面接触面积过少会出现刹车不灵敏的现象，胎压过低时，在行驶过程中轮胎更容易变形，所需要恢复的时间就更长，容易形成驻波现象，这种现象会使轮胎温度升高，从而导致爆胎。而里程数的动态收集也是为了使驾驶员在高速行驶中能够清楚的知道里程数的数据，它的好坏直接影响车辆的行驶安全，不仅如此，随着人们对车辆的需求，使用数量逐渐增加，汽车尾气排放量过多会增加大气中二氧化碳的浓度。而未充分燃烧的一氧化碳会使人出现缺氧、晕倒以及患心脏病几率增加的危险。综上所述，设计一款便携式汽车数据采集且使驾驶员随时掌握汽车动态数据并报警的系统是非常必要的。2 项目设计2.1 整体方案设计2.1.1 功能介绍本项目集汽车尾气检测系统、车辆行驶里程检测系统、汽车轮胎胎压检测系统于一体。采用不同的传感器分别对汽车尾气浓度、汽车轮胎胎压和汽车行驶里程数采集，再通过arduino uno开发板的计算和分析，对上述各个传感器得来的参数进行加工处理，得出其他间接的数据。将数据结果输出到显示屏上，并能通过蓝牙模块传输到驾驶员的手机中。这样驾驶员就能随时监控到汽车的各项指标，以便于根据数据指标来做出相应对策，从而确保驾驶员及车身的安全。2.1.2 系统设计本项目采用两个Arduino uno为主控系统，将汽车尾气采集系统、车辆行驶里程数检测系统、汽车轮胎胎压检测系统集成为一体，Arduino1将数据通过IIC通信传输给Arduino2并在液晶显示屏上显示胎压、里程数、汽车尾气值，再将数据通过蓝牙模块返回给手机APP。
数据采集及信息集成系统设计与应用
数据采集及信息集成系统设计与应用1. 引言1.1 研究背景数据采集及信息集成系统设计与应用是当前信息化领域的一个重要研究方向。
在当今数字化时代，海量的数据涌入各个行业和领域，如何高效地采集和整合这些数据成为了许多组织和企业面临的挑战。
数据采集与信息集成系统的设计与应用，可以帮助组织和企业更好地管理和利用这些数据，提升决策效率、降低成本，从而获取竞争优势。
随着互联网和物联网等技术的不断发展，数据来源愈加多样化和分散化，传统的数据管理方法已经无法满足现代企业的需求。
研究如何设计高效的数据采集系统和信息集成系统成为了当务之急。
通过深入研究数据采集及信息集成系统的设计原理和技术方法，可以为企业提供定制化的数据解决方案，提升数据管理的效率和质量。
本文将对数据采集及信息集成系统设计与应用进行深入探讨，从研究背景、研究意义和研究目的等方面展开分析，希望可以为相关领域的研究者和从业人员提供一定的参考和启发。
1.2 研究意义数据采集及信息集成系统的设计与应用在今天信息化社会具有重要意义。
数据采集系统设计可以帮助实现数据的快速采集和整理，提高数据的质量和准确性，为决策提供可靠的数据支持。
信息集成系统设计可以将来自不同数据源的信息进行整合和分析，帮助用户快速获取所需信息，提高工作效率和决策水平。
数据采集及信息集成系统的应用可以帮助企业优化运营流程，提高生产效率，降低成本，增强竞争力。
数据采集和信息集成系统设计与应用也对促进数据共享和协作有着重要的推动作用，实现各方信息的互通互联，促进信息资源的有效利用和共享。
研究数据采集及信息集成系统的设计与应用具有重要意义，能够推动信息技术的发展，解决实际问题，促进社会进步和经济发展。
1.3 研究目的本研究的目的是针对数据采集及信息集成系统设计与应用进行深入探讨，通过系统地分析和研究，揭示该领域存在的问题和挑战，并探索解决方案。
我们旨在通过数据采集系统设计和信息集成系统设计的研究，提高数据采集和信息集成的效率和精度，为实际应用提供更加可靠的支持和保障。
数据采集系统设计A
中断管理模块主要74LS138来完成，74LS138为3-8译码器，可以产生8片选，但是在这个程序中只要用四个片选，即200-207、208-20F、210-217、218-21F。74LS138其工作原理如下：当一个选通端（G1）为高电平，另两个选通端（/(G2A)和/(G2B)）为低电平。可将地址端（A、B、C）的二进制编码在一个对应的输出端以低电平译出。
关键词：8253，8255，AD0809，数据采集，查询，上位机通信
一、设计方案
1、采用8253，8255，AD0809设计一个8通道的数据采集系统。
2、能够顺序的采样各个通道。
3、采样信号的动态范围为0-5V。
4、采样速率为25us。
5、采样数据存入8086芯片。
主要部分
1、I/O接口芯片
2、计数器
本设计的基本思路是：根据设计指标，首先从整体上规划好整个系统的功能和性能，然后再对系统进行划分，将比较复杂的系统分解为多个相对独立的子系统，特别注意对各个子系统与系统、子系统与子系统之间的接口关系进行精心设计以及技术指标的合理分解，然后再由子系统到部件、部件到具体元器件的选项和调试。各部件或子系统各自完成后再进行系统联调，直接完成总体目标。
方式2： 双向I/O方式，只有A口可以工作在这种方式，该I/O线即可输入又可输出，此时C口有5条线被规定为A口和外围设备的双向联络线，C口剩下的三条线可作为B口方式1的联络线，也可以和B口一起方式0的I/O线。
然后根据在程序中是设置的那种工作方式去与74LS245进行连接。在程序中我所使用的是B口输入，A口输出的输出方式。在这个模块中最主要的就是去怎样设置好输入与输出端口。这就要要求我们在对8255A进行初始化的时候就要考虑清楚这个问题。
数据采集系统设计案例
前言对海洋监测数据进行有效的采集、存储和处理，是所有自动化海洋监测系统都需要设计和开发的重要内容。
尤其恶劣工作环境和长期无人坚守时，海洋监测数据的采集、存储和处理就起到了中坚作用．是关系海洋监测任务能否自动地长期和可靠执行的关键。
目前，海洋技术越来越趋向于多要素的长期和同步监测，不仅要考虑特殊的工作环境和长期运行要求．还考虑传感器的数量、特点和数据处理方法等，这使得海洋监测数据的采集、存储和处理任务日益繁重并且要求提高了。
开展各种海洋监测项目时，专业科技人员都需要花费大量的时间和精力配套开发相关硬件和软件。
这些研发工作内容接近但是不尽相同，花费人力物力以外，系统性能和成本也必须考虑。
本文提出一种海洋监测领域专用的通用型数据采集与处理系统的设计方法。
该系统可以灵活应用于各种海洋监测项目．不仅避免项目开发过程中对人力和物力的重复性损耗．而且。
形成的专业优势和高性能设备能够确保信息采集、处理和控制更加系统高效。
1系统设计要求海洋监测通用数据采集与处理系统专门针对海洋监测这一应用领域。
因此，设计充分考虑目前国内海洋监测领域的常用传感器类型、数据采集和处理方法，以及海洋监测的应用环境和要求。
系统要求在通用性、专业性、智能性和扩展性方面具有一定优势。
为满足大部分海洋监测项目的需要．通用型海洋监测数据采集与处理系统要求灵活地提供多路模拟量数据采集通道、多路数字／脉冲量数据采集通道、多路数字量输出控制通道、多路串行通信和远程通信接口。
目的是兼容各种海洋监测项目常用的传感器．兼容各种常用的远程通信设备并提供直接连接上位机的系统设置和操作功能。
同时。
为实现海洋监测项目的一些控制操作功能，例如．对连接的海洋监测传感器执行加断电和开始、停止采集信息．以及特殊传感器例如毛刷的操作等。
针对海洋监测多要素和长期性的特点，系统设计大容量数据存储功能和灵活的系统操作设置功能，包括不同种类的数据设置不同的采样时间，或者特殊情况下，例如，风速和有效波高大于一定值时启动数据的加密采集处理功能等。
数据采集系统设计方案
数据采集系统设计方案1. 引言在当前信息爆炸的时代，数据已成为企业决策和业务发展的重要支撑。
为了能够获得准确、及时、完整的数据，建立一个高效的数据采集系统至关重要。
本文将介绍一个数据采集系统的设计方案，旨在帮助企业快速搭建一个可靠的数据采集系统。
2. 系统架构数据采集系统主要由以下几个模块组成：2.1 数据源模块数据源模块负责与各个数据源进行连接，并提供数据抓取的功能。
根据具体需求，可以包括数据库、文件系统、API等各种数据源。
2.2 数据处理模块数据处理模块负责对采集到的原始数据进行清洗、去重、转换等处理操作，以便后续分析和存储。
2.3 数据存储模块数据存储模块负责将处理后的数据存储到数据库、数据仓库或数据湖等存储介质中，以便后续的数据分析和挖掘。
2.4 监控和日志模块监控和日志模块负责监控系统的运行状态，并记录系统的运行日志，以便后续的故障排查和系统性能优化。
2.5 定时任务模块定时任务模块负责定期执行数据采集任务，可以使用定时调度工具来实现。
3. 系统设计与实现3.1 数据源模块的设计数据源模块可以使用不同的技术栈来实现，例如使用Python的Requests库连接API，使用JDBC或ORM框架连接数据库，使用文件操作库连接文件系统。
3.2 数据处理模块的设计数据处理模块的设计需要根据具体的业务需求来确定。
常见的处理操作包括数据清洗（去除重复数据、缺失值处理等）、数据转换（格式转换、字段合并等）等。
3.3 数据存储模块的设计数据存储模块可以选择合适的数据库或数据仓库来存储处理后的数据。
常见的选择包括关系型数据库（如MySQL、PostgreSQL）和大数据存储系统（如Hadoop、Spark）等。
3.4 监控和日志模块的设计监控和日志模块可以使用监控工具和日志框架来实现。
监控工具可以监控系统的资源使用情况，例如CPU、内存、磁盘等。
日志框架可以记录系统的运行日志，有助于故障排查和系统性能优化。
数据采集系统软件的设计
数据采集系统软件的设计一主程序开发模块通信主线程的主要功能是对各个通信子线程进行调度和管理。
启动通信主线程：AfxBeginThread(ThreadMainCommunication, GetSafeHwnd());变量m_com_usable 为可用的串口个数。
S_comnum=CreateSemaphore(NULL,m_com_usable,m_com_usable,NULL);然后再用下面的语句为每个可用的串口创建一个对应的子通信线程，主要代码如下所示：for(ii=0;ii<32;ii++)//最多三十二个串口{ThreadID[ii]=ii;if(m_comst[ii].com_status==1)///如果该串口的状态为可用的{m_comst[ii].telephone.Empty();hThread[ii]=AfxBeginThread(ThreadRead,&&ThreadID[ii]);// 创建一个对应的子通信线程} }二多串口多线程开发模块三 TCP/IP多线程通信开发模块主程序：通信主线程的主要功能是对各个通信(串口和TCP/IP)子线程进行调度和管理;多串口多线程开发模块：每个子通信线程对应一个串口，每个子通信线程负责通过对应的串口进行数据的读写；主程序中的主线程通过向子线程依次传递不同的数据从而使一个串口依次与不同的设备进行连接。
希望使用信号量和互斥变量，用多线程并行的方式通过多个串口进行并行通信。
这种多串口多线程通信方法，使多个串口能并行通信和数据传输；TCP/IP多线程通信开发模块（客户端和服务端）串口传过来的数据可以通过TCP/IP传给客户端或服务端；或这个模块也可以单独与其他客户端和服务端进行连接接收他们的数据；四 LOG开发模块五数据库开发模块六不同设备以及不同协议开发各自的协议模块，而且互不干扰；七对不同串口以及不同协议可以进行有效控制八加密安全管理模块九系统采用c++ for linux or java十数据库采用Oracle;本例子是本人Linux下基于TCP多线程Socket编程的第二个例子，本例子是用C++实现的服务器采用了面向对象的多线程，用到了队列与链表，信号量(操作系统中叫PV操作)本例子中的队列与链表源代码在前面可以找到，这里就不多贴了此系统所支持的自定义命令跟上个例子相同,就里就不多说明了头文件Thread.h代码，里面就一个抽象类(抽象类没有自己的实例，一定要被子类所继承) #ifndef THREAD_H_INCLUDED#define THREAD_H_INCLUDEDclass Thread{public:void ThreadEnter();protected:virtual void Start() = 0;virtual void Initialize(){}};#endif // THREAD_H_INCLUDEDThread.cpp代码:#include "Thread.h"void Thread::ThreadEnter(){Start();}以下为服务器主要头文件Server.h代码：#ifndef SERVER_H_INCLUDED#define SERVER_H_INCLUDED#include "Thread.h"#include "LinkList.h"#include "ThreadQueue.h"#include <netinet/in.h>#include <pthread.h>#include <semaphore.h>#define MSG_SIZE 1024#define BACKLOG 10#define PORT 8001class Server : public Thread{public:Server();~Server();public:void Start();void Initialize();void SendMessage(Server* serer);static void* SendMessageThread(void* param);void ReadMessage(Server* server);static void* ReadMessageThread(void* param);private:int sock_fd,new_fds[BACKLOG],new_fd;struct sockaddr_in serv_addr,dest_addr;pthread_mutex_t mutex;pthread_t pth_r,pth_s;sem_t sem_r,sem_s;int thread_cout;LinkList list;ThreadQueue queue;DataType *pData;};#endif // SERVER_H_INCLUDED以下为Thread.h实现的Thread.cpp代码：#include "Server.h"#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include <strings.h>#include <string.h>#include <unistd.h>#include <sys/types.h>#include <sys/socket.h>#include <arpa/inet.h>#include <iostream>#include <string>using namespace std;//------------------------------------------------------------------ Server::Server(){pthread_mutex_init(&mutex,NULL);sem_init(&sem_r,0,10);sem_init(&sem_s,0,0);}//------------------------------------------------------------------ void Server::Initialize(){sock_fd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);if(sock_fd < 0){perror("socket fail!" );exit(-1);}serv_addr.sin_family = AF_INET;serv_addr.sin_port = ntohs(PORT);serv_addr.sin_addr.s_addr = INADDR_ANY;bzero(&(serv_addr.sin_zero), 8);if (bind(sock_fd, (struct sockaddr*) &serv_addr,sizeof(struct sockaddr)) < 0){perror("bind fail! ");exit(-1);}if(listen(sock_fd,BACKLOG) < 0){perror("listen fail!" );exit(-1);}cout << "listenning......" << endl;socklen_t sin_size = sizeof(dest_addr);while(1){if(thread_cout == BACKLOG - 1){return;}new_fd = accept(sock_fd,(struct sockaddr *)&dest_addr,&sin_size); if(new_fd < 0){perror("accept fail!" );exit(-1);}cout << "\nA client has connected to me "<< inet_ntoa(dest_addr.sin_addr)<< ":" << ntohs(dest_addr.sin_port)<< endl;pthread_mutex_lock(&mutex);thread_cout++;list.InsertNode(thread_cout,new_fd);pthread_mutex_unlock(&mutex);pthread_create(&pth_r,NULL,ReadMessageThread,this);}}//------------------------------------------------------------------ void Server::Start(){pthread_create(&pth_s,NULL,SendMessageThread,this);Initialize();}//------------------------------------------------------------------ void Server::ReadMessage(Server* server){int fd = server->new_fd;char buf[MSG_SIZE];int len;/*pthread_mutex_lock(&mutex);int count = thread_cout - 1;pthread_mutex_unlock(&mutex);*/while(1){sem_wait(&sem_r);if ((len = read(fd, buf, MSG_SIZE)) == -1){perror("read fail!");pthread_exit(NULL);}else if (len == 0){cout << "Current client has disconnected to me" << endl; //cout << "close fd = " << fd << endl;close(fd);list.DeleteNode(fd);pthread_exit(NULL);}//cout << "read fd = " << fd << endl;buf[len] = '\0';DataType *data = new DataType();data->fd = fd;strcpy(data->buff,buf);cout << "\nRECEIVE: " << buf<< " receive fd = " << fd << endl;//pthread_mutex_lock(&mutex);queue.EnterQueue(data);//pthread_mutex_unlock(&mutex);//delete data;sem_post(&sem_s);}}//------------------------------------------------------------------void* Server::ReadMessageThread(void* param){Server* server = (Server *)param;server->ReadMessage(server);return NULL;}//------------------------------------------------------------------void Server::SendMessage(Server* server){while(1){sem_wait(&sem_s);int list_len = list.GetLength();int tNewfd,tReceivefd;//pthread_mutex_lock(&mutex);pData = queue.OutQueue();//int queue_len = queue.Queuelength();//pthread_mutex_unlock(&mutex);tReceivefd = pData->fd;//cout << "Received fd = " << tReceivefd << endl;pthread_mutex_lock(&mutex);for(int i = 1; i <= list_len; i++){list.GetNodeData(i,tNewfd);//cout << "New fd = " << tNewfd << endl;//if(queue_len != 0)//{if(tNewfd != tReceivefd){write(tNewfd,pData->buff,sizeof(pData->buff));cout << "Send to client successful! fd = " << tNewfd << endl;; }//}}delete pData;pthread_mutex_unlock(&mutex);sem_post(&sem_r);}}//------------------------------------------------------------------ void* Server::SendMessageThread(void* param){Server* server = (Server *)param;server->SendMessage(server);return NULL;}//------------------------------------------------------------------ Server::~Server(){close(sock_fd);pthread_join(pth_r,NULL);pthread_join(pth_s,NULL);}//------------------------------------------------------------------以下为主文件main.cpp代码：#include "Server.h"int main(void){Server* server = new Server();server->ThreadEnter();return 0;} <!--v:3.2-->基于多线程技术实现多串口的实时通信邓林涛（江西赣粤高速公路股份有限公司江西南昌 330000）摘要:介绍了采用一种通过基于多线程的多串口实时通信方式实现在现代加工制造业中对多台数控设备进行集中控制的方法。
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２０１２年１月１日第３５卷第１期现代电子技术
Ｍｏｄｅｒｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ＴｅｃｈｎｉｑｕｅＪａｎ．２０１２
Ｖｏｌ．３５Ｎｏ．１
数据采集系统设计蔡 畅，戚文军，农 登，李 林，周 楠（广州有色金属研究院，广东广州 ５１０６５０）
摘 要：设计一种基于ＳＴＭ３２和ＣＰＬＤ的数据采集系统，实现现场数据的采集、传输、显示和存储。数据采集过程由ＣＰＬＤ控制，采用Ｖｅｒｉｌｏｇ ＨＤＬ语言设计输入通道选通和Ａ／Ｄ采集控制程序，进行数据的滤波、放大、转换，实现多通道数据的采集；在ＳＴＭ３２中实现数据处理、传输，并在ＰＣ机中开发上层数据管理软件，实现数据的显示、存储。系统可实现多通道数据采集实时显示的要求，电路设计方法简单、可靠性高，能满足实际应用的要求。关键词：ＳＴＭ３２；ＣＰＬＤ；实时数据；数据管理中图分类号：ＴＮ７１０－３４；ＴＰ２１２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４－３７３Ｘ（２０１２）０１－０１５７－０３
Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍＣＡＩ Ｃｈａｎｇ，ＱＩ Ｗｅｎ－ｊｕｎ，ＮＯＮＧ Ｄｅｎｇ，ＬＩ Ｌｉｎ，ＺＨＯＵ Ｎａｎ（ＧｕａｎｇＺｈｏｕ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｎｏｎ－ｆｅｒｒｏｕｓ Ｍｅｔａｌｓ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５１０６５０，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＳＴＭ３２ａｎｄ ＣＰＬＤ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ，ｔｒａｎｓｐｏｒｔ，ｄｉｓｐｌａｙ
ａｎｄ ｓｔｏｒａｇｅ ｏｆ ｏｎ－ｌｉｎｅ ｄａｔａ．Ｔｈｅ ｓａｍｐｌｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗａｓ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ＣＰＬＤ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｍｕｌｔｉ－ｃｈａｎｎｅｌ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ．Ｖｅｒｉｌ－
ｏｇ ＨＤＬ ｌａｎｇｕａｇｅ ｗａｓ ａｄｏｐｔｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｗｏ ｍｏｄｕｌｅｓ ｗｅｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｐｒｏｇｒａｍｍｅｒ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｉｎｐｕｔ ｃｈａｎｎｅｌ ｃｏｎ－
ｎｅｃｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌｅ ａｎｄ Ａ／Ｄ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｍｏｄｕｌｅ，ｓｏ ａｓ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ，ａｍｐｌｉｆｙｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｎｖｅｒｔｉｎｇ ｏｆ ｏｎ－ｌｉｎｅ ｄａｔａ．Ｔｈｅ ｄａｔａ ｗａｓｐｒｏｃｅｓｓｅｄ ａｎｄ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｄ ｂｙ ＳＴＭ３２．Ｔｈｅ ｕｐｐｅｒ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｏｆ ｄａｔａ ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｗａｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｉｎ ＰＣ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｄｉｓｐｌａｙｉｎｇａｎｄ ｓｔｏｒａｇｅ ｏｆ ｄａｔａ．Ｉｔ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｄｉｓｐｌａｙ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｍｕｌｔｉ－ｃｈａｎｎｅｌ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉ－
ｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃｉｒｃｕｉｔ ｄｅｓｉｇｎ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｓｉｍｐｌｅ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｌｅ．Ｉｔ ｍｅｅｔｓ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＳＴＭ３２；ＣＰＬＤ；ｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｄａｔａ；ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ ｏｆ ｄａｔａ
收稿日期：２０１１－０７－２８
０ 引
言
随着自动控制和计算机技术的成熟和发展，以及它们和传统工业的结合，加工设备的自动化程度有了大幅度的提高，各种控制设备与控制技术得到了广泛应用，大大提高了加工制造的效率，当然这种高效的生产对检测量的精确性和实时性也提出了更高的要求，而依靠传统的数据采集方法（即由操作工人凭借简易测量工具进行测量）已无法满足这种要求。目前，生产设备的参数采集手段主要有便携式检测仪和在线检测系统［１－６］，采用便携式仪器需要花费大量的人力和时间，采集到的数据不能实时反映设备加工的状态，具有一定局限性；一般的在线检测系统，检测数据相对单一，不能满足多成分分析的需要；对于一些大型的在线检测系统，虽然能满足实时检测和精度要求，但系统体积庞大、投资多、难以推广使用，并且国内很多在线检测系统，对检测到的数据缺乏综合利用和管理，不能很好地为工艺和装置的优化节能及节能减耗改造服
务。因此开发出具有实时数据采集、存储、传输等功能的在线数据采集系统是十分必要的。
１
系统的整体方案与工作原理
数据采集系统是基于ＣＰＬＤ和ＳＴＭ３２的弱信号采集电路，可用于各种弱信号检测的应用研究中，整个系统由信号滤波、信号放大、数据采样处理和主计算机传输接口等组成［７－８］。信号滤波防止信号产生“混叠现象”；信号放大对输入信号进行调理，使信号在Ａ／Ｄ转换能够转换的电压范围内，以满足采样的要求；数据采样处理完成模拟信号的采样保持和数字化；与主计算机的数据接口，将数据上传给计算机，满足信号检测的实时性，进行数据的存储、显示等。数据采集电路板硬件功能模块构成如图１所示。
图１ 数据采集电路板硬件功能模块构成２
系统硬件结构
整个系统由信号预处理、信号采集和数据传输三大模块组成，其中信号预处理进行信号滤波、信号放大，预处理模块由ＭＣ１５５８，ＭＣ１５５６等组成；信号采集进行信号选通、Ａ／Ｄ转换；信号采集模块由ＡＤ５０８、Ａ／Ｄ转换芯片、ＣＰＬＤ组成；数据传输进行数据的软件滤波、通过通信口与上位机进行通信，数据传输由ＳＴＭ３２芯片、信号输出接口模块组成。２．１ 信号预处理电路由于待采集电压信号输入动态范围较宽，且极性各异，采用输入电压范围可调的信号预处理电路。信号预处理电路如图２所示，信号放大倍数为Ｒ１×Ｒ２／（１００×１００）。图２ 信号预处理电路２．２ 信号采集模块ＣＰＬＤ是在ＰＡＬ、ＧＡＬ等逻辑器件的基础上发展起来的，同以往的ＧＡＬ、ＰＡＬ等相比，ＣＰＬＤ的规模比较大，适合于时序、组合等逻辑电路的应用场合［９］。采用Ａｌｔｅｒａ公司的ＥＰＭ７１２８ＳＱＩ１００作为数据采集的控制芯片，负责信号采样、Ａ／Ｄ转换、数据输入控制等。ＥＰＭ７１２８ＳＱＩ１００具有１２８个宏单元，８４个用户Ｉ／Ｏ管脚，工作电压为５．０Ｖ，具有２ ５００个可用门和ＩＳＰ，管脚间延迟为６．０ｎｓ，计数器速度可高达１２５ＭＨｚ，可以很好地满足系统的需要。信号采集电路如图３所示。图３ 信号采集电路图ＡＤＧ５０８是一款８通道ＣＭＯＳ模拟多路选择器，具有高速转换速度和低内阻特性，通道切换具有防短路功能。在ＣＰＬＤ控制下，它可对采集信号进行有序通道切换。Ａ／Ｄ转换芯片选用ＡＤ９７７，ＡＤ９７７是ＡＤＩ（Ａｎａｌｏｇ
Ｄｅｖｉｃｅｓ）公司推出的一款高速１６位Ａ／Ｄ转换器，输入电压范围为－１０～＋１０Ｖ，单极５Ｖ电压供电，采样频率可达１００ｋＨｚ。数据采样系统最大采样速率可达５０ｋＨｚ
，
信号分辨率可达０．３ｍＶ。通过采用多路转换开关ＡＤＧ５０８与１６位Ａ／Ｄ配合使用，降低了成本。２．３
数据传输模块
ＳＴＭ３２是数据通信芯片，主要负责数据处理、传输控制、参数设置等。采用ＳＴＭ３２Ｆ１０３ｘＢ系列ＡＲＭ芯片，该系列芯片是意法半导体基于Ｃｏｎｔｅｘ－Ｍ３内核的３２位微处理器，可以满足高性能、低功耗和低成本特性的嵌入式应用。芯片具备７２ＭＨｚ时钟频率，拥有丰富的外设装置，包括１２８ＫＢ嵌入式闪存、２０ＫＢ的ＳＲＡＭ、两个ＡＤＣ接口、三个ＵＡＲＴ、支持ＵＳＢ、ＣＡＮ和七个ＤＭＡ通道等丰富的外围模块，以其高速的指令执行速度、方便的ＪＴＡＧ调试方式和低功耗等特性为数据采集与处理的设计提供了一个较为完善的平台。数据传输电路如图４所示。
图４ 数据传输电路图ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＶＢＴ６的所有Ｉ／Ｏ端口兼容ＣＭＯＳ和ＴＴＬ，在５Ｖ引脚上的输入电压最小值为－０．３Ｖ
，
最大值为５．５Ｖ，低电平电压范围为－０．５～０．８Ｖ，高电平电压范围为２．０～５．０Ｖ，经ＥＰＭ７１２８输出的数据直接与ＳＴＭ３２Ｆ１０３ＶＢＴ６连接，简化了电路。
３
软件设计
根据设计任务的要求，系统软件主要完成数据的采集、滤波处理、串口与ＰＣ机的通信，数据采集软件由信号采集与通信模块软件、上位机监控软件两部分组成。３．１
信号采集与通信模块软件设计
数据采集系统的固件驱动程序（又称单片机程序）是固化到ＣＰＵ模块内的软件，采用模块化设计，主要模块包括：信号采集控制模块和数据传输模块两大部分。信号采集控制模块软件固化到ＣＰＬＤ中，数据通信模块软件固化到ＳＴＭ３２中。信号采集控制模块软件利用Ａｌｔｅｒａ公司的Ｑｕａｒ－
ｔｕｓ开发软件实现，采用Ｖｅｒｉｌｏｇ ＨＤＬ语言设计，主要
８５１现代电子技术２０１２年第３５卷功能包括输入通道选通、数据采样控制。通过ＣＰＬＤ芯片分别控制ＡＤＧ５０８和ＡＤ９７７，进行模拟量输入通道的选择和启动Ａ／Ｄ转换。数据的采集算法过程中，根据香农定理，采样频率大于被采集信号的２倍频率。信号采集模块软件流程图如图５所示。图５ 信号采集模块软件流程图数据传输模块软件在Ｒｅａｌ Ｖｉｅｗ ＭＤＫ环境下编写，主要功能包括数据接收、数据处理、串口通信。ＳＴＭ３２通过握手信号启动ＣＰＬＤ的数据采集程序，在读取信号ＲＤ的上升沿读取上次Ａ／Ｄ转换结果，同时启动Ａ／Ｄ转换器转换下一路信号。软件设计上，采用极值滑动平均滤波抑制叠加在模拟输入信号上的噪声；应用软件拦截技术、软件看门狗技术、故障处理自恢复技术等措施使受干扰而“跑飞”的程序回到正常的轨道上；采用Ｉ／Ｏ自检等程序预先发现故障并定位故障所在，提高系统的可靠性。数据通信模块软件流程图如图６所示。图６ 数据通信模块软件流程图３．２ 上位机监控软件设计用户应用服务程序直接面向用户，是控制数据采集软件的最上层，不仅提供与用户交互的界面，还能通过发送各种控制命令来控制采集模块的工作。利用微软公司开发的软件开发平台ＶＣ＋＋６．０设计上层界面，进行数据的实时显示、存储。采用串口传输协议，将底层采集到的数据传输到上位ＰＣ机，并在ＶＣ＋＋６．０设计的上层界面中实时显示。制定通信协议［１０］：通信双方的波特率设定为９ ６００ｂ／ｓ；帧格式：一个起始位，八个数据位，一个可编
程的第九位，一个停止位；工作方式：ＰＣ机采用查询方式，ＳＴＭ３２采用中断方式；功能标志：发送请求标志＃０Ｆ１Ｈ，接收请求标志＃０ＦＦＨ；校验：通信双方采用
求和校验的方式，即发送一串字符，双方计算累加和，与ＰＣ机比较，有错即重发。
４ 结
论
数据采集系统采用ＣＰＬＤ选取输入通道、控制Ａ／Ｄ转换，实现数据采样；利用ＳＴＭ３２具有的丰富外设接口进行数据处理、数据通信，提高了系统设计的灵活性，使系统易于升级和扩展。本系统开发周期短、运行稳定、性能可靠、使用方便。配合上位机采集界面，方便进行操作使用以及各种采样数据的存储，在多种模拟量输入的数据采集和控制系统的应用中前景十分广阔，将数据采集系统应用到工业现场数据的采集中将是本研究下一步将要进行的工作。