数据采集和智能数据处理系统的设计

史策

（陕西学前师范学院陕西西安710100）

在现代数据采集系统的自动化水平不断提高的过程中，系统规模及复杂性也在不断的增加，尤其是在系统规模不断扩大的过程中，监测点较多，并且分布零散，实时检测是需要解决的问题。在传统测控系统中，数据传输是利用有线方式实现。此种有线传输成本较高，并且维护较难，扩展不方便，在测控对象分散或者在实际环境中无法实现布线的时候，有线传输并不能够满足需求，所以就要实现无线好传输。一般使用分组无线业务技术，其已经成为数据无线传输中的基础。此种技术具有便捷的性能，并且价格成本较低，备受客户重视，并且也为远程监控提供全新的技术手段。基于此，本文就分析基于无线的数据采集及智能数据处理系统的设计。

1 数据采集及处理系统分析

数据采集系统指的是通过计算机控制系统，利用多路数据实现检测，将检测到的数据实现存储及处理，对过程进行记录，并且将有用的信息进行分析和计算，利用记录、展现供企业使用。数据采集系统主要包括模拟信号调理、传感器、微机系统、数据采集电路等部分[1]。数据输入通道主要目的就是在工作过程中对被检对象进行检测，实现数据收集和信息转换。存储及管理功能利用存储器实现，将采集数据到相应数据库中存储，对数据实现管理，并且在使用时候进行调用。数据处理属于数据采集及处理系统中的主要内容，采集的原始数据具有大量干扰因素及不相关信息，数据处理会删除此无关的信息，利用数据实现分析计算，将能够反映被检对象的有用信息进行提取。数据处理还能够对搜集数据进行统计和分析，从而为用户检索提供方便[2]。

数据采集系统的主要目的就是使传感器收集数据及信号转变成为数字信号，将数字信号到计算机中发送，然后实现分析、计算机处理，之后显示数据，以此对生产过程中的物理量进行监测。

数据处理指的是利用相关计算机技术及设备，将采集数据实现加工处理的整个过程。数据处理的主要作用就是将没有规律的数据抽取对人们具有价值的数据。能够通过人工处理，也能够利用自动化装备实现数据处理[13]。

2 系统的设计

使用远程智能控制的方式进行多点数据采集、处理及管理，利用多级计算机处理系统实现此功能。图1为数据采集及处理的系统框图，通过图1可以看出来，在此系统中，数据采集装置使传感器所获得的信号转变成为数字信号实现预处理[4]。首先，将每个数据采集装置中的数据进行读取，之后将相应的信息及命令对相应数据收集装置进行传输；其次，实现数据的加工处理，生成相应文件；再次，使处理信息对工作站传送，工作站实现处理信息的管理，从而产生输出报表，为相关部门及人员提供生产信息及工作状态信息；最后，使工作站能够连接计算机网络，从而形成生产管理的一体化[5]。

图1 数据采集及处理的系统框图

3 系统硬件构成

此系统是使短信息业务和自动化控制技术、通信技术及计算机控制技术相互结合所开发的。在此系统中，上位机主要是通过PC机及GPRS构成。PC机利用串口和GPRS相互连接，通过AT指令对GPRS进行控制，从而实现数据及信息的传输[6]。下位机通过AT58单片机、GPRS构成系统无线网络通讯平台，利用无线移动通信网短信息与上位机数据及信息进行相互的交换，并且利用单总线技术及单总线数字温度传感器创建星型拓扑结构现场测控网络[7]。图2为数据采集及智能数据处理系统的硬件结构。

图2 数据采集及智能数据处理系统的硬件结构

另外，下位机还能够利用主从分布式系统结构，其主要包括计算机主机及单片机，单片机为从机，主机与从机之间利用RS485实现通信。通信电缆利用二芯双绞线，主机与从机的相互通信方式利用主从方式实现，主机对总线进行控制，从机具有唯一地址，主机与从机之间能够实现数据的相互传递[8]。图3为下位机的结构。

图3 下位机的结构

在此系统，利用GPRS实施数据的无线传输，主要包括天线、电源线、主机及串口通讯电缆。利用串口编程，其能够实现的功能为：无线Modem、无线传真、语音通讯、短信息服务。其开机的初始化过程和普通的手机相同，在对SIM卡自检之后对网络进行搜索，假如出现空余频带，那么就要进入到待机状态中[9]。图4为GPRS的结构设计，GPRS中具有3个接口，分别为天线、电源及DB接口，在连接电源之后，GPRS都是在工作状态。在电源电压持续在32V以上的时候，断开熔断器就能够实现GPRS自保护[10]。在出现瞬间电压尖峰的时候，通过GPRS内部进行过电压保护。语音接口实现语音通讯及数据传输。串口能够实现灯指令的接受，并且发送AT指令执行结果。

4 系统的软件结构

软件部分要和硬件相互配合，从而能够实现多种功能操作，比如数据文件管理、数据采集处理及人机交互等。要想实现此功能，要编制模块驱动程序、移植操作系统、创建文件系统及编制人机交互程序[11]。图5为系统的软件设计结构。

图4 GPRS的结构设计

图5 系统的软件设计结构

4.1 创建文件系统及驱动程序

模块驱动程序主要包括闪存芯片、MAX、时钟芯片及LCD的驱动程序。图6为驱动程序的工作流程。

图6 系统驱动程序的工作流程

其中人机交互程序属于键盘初始化及读操作，此程序能够有效实现用户按键键值的正确检测，从而实现相关操作。要全面考虑本文使用芯片所能够接受的擦除次数，避免器件在使用过程中出现损坏，系统为闪存芯片创建文件系统，此文件系统占用的资源较少，能够实现擦除均衡，并且还能够使闪存芯片数据方便操作及管理[12]。图7为人机交互程序的工作流程。

图7 人机交互程序的工作流程

4.2 系统应用程序及编译下载

应用程序能够自动切换系统的工作状态，此应用程序主要包括现场数据处理、启动系统管理、异常数据报警、实时数据显示等。应用程序将计算机作为平台，在WinAVR编译环境实现编辑、写入及链接。在成功链接之后，根据下载软件和ISP总线接口能够使程序文件到芯片存储区中下载。核心处理器在上电及复位之后，就能够将自动运行程序到存储区中存储[13]。图8为系统应用程序和编译下载。

图8 系统应用程序和编译下载

5 系统的工作流程

在系统上电或者复位之后，系统首先就会自检，自检以后加载操作性通及文件系统，之后实现应用程序的运行。在运行应用程序的过程中主要包括3个过程，分别为现场数据的采集、创建通信链路及对系统数据进行操作[14]。图9为数据采集及数据分析系统的3个阶段。

图9 数据采集及数据分析系统的3个阶段

5.1 现场数据的采集

现场数据的采集过程属于系统应用程序执行过程中尤为重要的环节，还是实现系统功能的重点。首先系统传感器对现场数据进行采集，之后ADC对数据进行A/D转换，转换完成之后到系统闪存芯片中存储。将数据到闪存芯片写入之前，要将文件系统中的表进行读取，之后对全新文件位置进行定位。此过程完成之后对表进行刷新，那么此表中就会包括全新文件结束及开始的地址[15]。图10为系统数据收集处理的工作流程。

图10 系统数据收集处理的工作流程

5.2 创建链路

系统设备运行能够和另外设备创建虚拟串口连接，此协议对两个设备进行定义，分别为从设备及主设备。在本文设计过程中，系统的无线设备作为主设备，用户的无线设备属于从设备。以此表示，本文所研究的通信链路就是虚拟的串口连接。图11为无线设备链路创建的流程。

图11 无线设备链路创建的流程

5.3 用户数据文件的操作

通过认证的用户能够利用蓝牙通信链路对系统闪存芯片数据文件进行访问，对其进行读取、复制及删除等操作。此过程的思想为：在创建通信链路之后，系统程序等待用户将操作指令进行输入。之后系统接收到指令之后就能够对相应操作进行执行，此通信链路最高速率能够满足设计需求[16]。

6 结束语

在现代各种计算机技术及通信技术不断发展的过程中[17]，数据收集处理系统也被广泛应用，其不仅能够使生产效率得到有效的而提高，并且还能够使成本得到降低。所以，就要对数据采集及数据处理系统的研究进行重视[18]，使系统性价比得到提高，以此为社会及企业带来更多的效益。