电子工程数据信息采集装置的设计

曲伟1 梁群2

1.烟台北方星空自控科技有限公司

2.山东华宇航天空间技术有限公司

【摘要】近年来计算机科技迅速发展，传感器通信方面技术得到飞跃式发展，工厂区利用数据信息采集设备信息环境温湿度检测。21世纪出现新型数据信息采集远控系统，包括数据采集通信与处理系统等，可以将分散的数据信息采集后集中分析统一操控。电子工程数据信息采集装置是以温湿度变化为依据是智能检测系统，特定场所通过数字温湿度传感器对数据采集，标准串行接口发送到上位机，对温湿度控制系统装置进行控制信号发送。

【关键词】电子工程；数据信息采集装置；设计应用

   随着微电子技术的发展，Internet成为现代社会的重要基础信息实施，嵌入式系统必须要实现参数网络测量等。数据采集是对所需数据获取的过程，数据采集装置是结合计算机等测试平台搭建的软硬件产品组成的系统，人们凭借电子装置对物质世界非电量数据信息采集观察，90年代后数据采集系统在科技发达国家电子工程等领域得到推广，随着电路集成技术的成熟，DAS系统具有高可靠性与高性能特点。近年来工业现场等领域数据采集技术快速发展，应用于航空航天、遥感监测等领域，凭借数据采集系统可得到许多信息数据，数据采集装置使用实现对生产过程所需参数采集记录，保障企业生产过程稳定运行。

1. 电子工程数据信息采集系统分析

随着经济的迅速发展，人们的生活学习环境等发生很大的变化，大型公共场所需要为人们提供舒适的温湿度环境，精确的数据信息采集系统设计非常重要。数字温湿度传感器主要用于对温湿度监控场所，对温湿度监控具有重要意义【1】。随着测量控制技术的发展，嵌入式计算机为核心的数据采集系统在传感器选择中占据重要地位，在计算机科技推动下，数据信息采集系统设计发展成为各种通信接口信号实时采集处理的复杂控制设计。

  数据信息采集装置逐步转向为高性能处理器搭配实时操作控制系统。工农业快速发展对超高低温测量要求迫切，微型计算机使用对信号处理精确要求提高。数据采集系统最早出现于50年代，随着人们需求的增加系统得到快速发展，向便捷小巧型方向发展。在工业互联网不断发展下，工业现场领域对数据采集可靠性可行性提出新的要求，工业现场数据采集市场呈现出巨大潜力，当前我国电子工程数据采集方案处于发展阶段，工业数据采集系统迅速发展，但仍面临协议标准不统一等问题【2】。本文基于企业实际生产过程需求，在计算机上将采集数据进行实时显示，满足基本性能基础上，考虑可靠性与使用难度等方面要求，计算机设备是数据采集系统的重要部分，通过传感器将非电量信号转换为电量信号，模拟量转换为数字量存储处理，计算机控制级完成对现场数据处理显示。

2. 电子工程数据采集装置设计实现

发电设备是电力系统的重要部分，电参量测试需要对三相电压电流同步采集，目前用单片机测试仪器采用片内A/D模块，研发低成本数字电压电流测量仪器成为发展发电设备电参量测试系统的迫切要求【3】。研究将计算机技术用于发电设备电参量测试装置，VxWorks为操作系统构成嵌入式计算机系统，A/D模块性能涉及到系统的精度，通过EBI扩展出高精度A/D编程简单，提高采样速度充分利用CPU的资源。

2.1数据采集装置硬件

  AT9RM9200是ARM芯片，具有16KB的SRAM和128KB的ROM，支持CompactFlash及NAND Flash。集成以太网控制器等丰富的外围模块，是低功耗的32位ARM芯片，需要通过专用A/D转换芯片【4】。MAX1324是14位A/D转换芯片，8通道同时工作转换速率为250kS/s,双向并行接口提供转换结果输出，提供10MHz跟踪保持与内部时钟，总供电电流低于50mA,输入100kHz模拟信号时信噪比为77dB,工作温度范围为-40~85℃。

              

                图1 AT91RM9200与MAX1324总线接口电路设计

  AT91RM9200外部总线接口EBI可确保多个外设存储器正确传输数据，数据通过16位数据总线进行传输。独立的读写控制信号允许存储器与外设直接连接，可编程保持时间读写。根据MAX1324EBI接口特性确定总线接口方式，打开转换通道，转换后EOLC拉低，PC11/NCS5作为MAX1324的片单选端，访问地址可完成对A/D芯片的数据读写。根据AT91RM9200EBI读写时序，片选信号为低电平有效，AT91RM9200主机时钟为60Mhz，输出读写信号最大保持时间为16.7ns,需要EBI读写信号插入等待状态，可通过设置SMC控制器寄存器SMC_CSR实现。图1 AT91RM9200与MAX1324总线接口电路设计。

2.2数据采集系统软件设计

  VxWorks提供就基本的MMU管理内存单元，设计用外部总线接口片选端PC11/NCS5,需要对BSP目录下syslib.c文件修改，完成虚拟与物理地址的映射。驱动程序中需要设备驱动程序添加，设计程序包括ADDevcreate(),ADClose(),ADWrite()。VxWorks为应用程序访问设备提供统一接口，应用程序开发人员使用标准的I/O函数open(),write()等可实现对I/O设备操作。为实现发电设备参数测试功能，把测量系统划分为模拟量同步采样任务、触摸屏任务，LCD显示任务等。模拟量同步采样任务完成电流信号采集，电参量计算后与理论值比较异常释放信号量启动故障录波任务。接收外界命令实现波形换屏显示。采用FFT对三相电压计算分析，LCD显示任务完成三相电压电流信号波形显示。采用三相调压器将电网电压降为100V,经抗混叠滤波放大后送到MAX1324模拟输入端采集模拟量。单通道转换速率最高达520kS/s,每通道转换速率达250ks/s。

结语

  随着社会经济的发展，我国对电力资源需求加大，建设智能电网关系国计民生的发展，智能电网建设要求将现代电子信息产业融入传统电力工业。用电信息采集系统承担用电信息高效共享的重要任务，建设智能电网要求建设用电信息采集系统。随着现代工业生产等领域对数据采集记录要求提高，数据采集装置重要性日益突出，高效的数据采集装置在信息实时性要求高的采集中发挥重要作用。本文介绍AT91RM9200的外部总线接口扩展A/D转换器应急设计，达到多通道同步实时采集发电设备电参量。

参考文献

[1]廖美英,邓若宇,禹铭典,等. 基于工程师思维的开放性电子技术综合实验装置研究[J]. 绵阳师范学院学报,2020,39(8):45-50,56

[2]陈褚鸿续,张亚萍,王书磊,等. 玻尔共振实验相空间拓展研究装置设计[J]. 物理与工程,2021,31(3):124-128

[3]冯建明. 基于EPC模式的工程模式可靠度评估系统设计[J]. 电子设计工程,2020,28(23):9-13.

[4]江燕良,王振华,李莎莎. 一种基于FPGA的智能传感器采集单元的设计[J]. 电子设计工程,2018,26(10):155-159