紹興天然氣投資有限公司，浙江紹興，312000

摘 要：在實際生產中，往往有對多路數(shù)據(jù)進行不間斷集中監(jiān)測的情況發(fā)生，這就需要設計一個多路數(shù)據(jù)的自動采集系統(tǒng)。本文介紹了一個可同時對多個采樣點進行數(shù)據(jù)讀取的主—從機體多路無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)可實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的自動化分析，而且系統(tǒng)可靠性較高，成本較低，數(shù)據(jù)分析及時。

關鍵詞：多路無線數(shù)據(jù)；采集系統(tǒng)；數(shù)據(jù)傳輸；數(shù)據(jù)接收

引言

本系統(tǒng)設計的主要任務是實現(xiàn)多路無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計。系統(tǒng)設計分為數(shù)據(jù)采集端設計、無線數(shù)據(jù)的傳輸以及數(shù)據(jù)接收端的設計三大塊。數(shù)據(jù)采集端主要對環(huán)境的物理參量進行多路采集，然后以無線方式進行數(shù)據(jù)的傳輸，并傳至數(shù)據(jù)接收端進行數(shù)據(jù)的簡單處理，最終展現(xiàn)在用戶面前。

1數(shù)據(jù)采集端設計

數(shù)據(jù)采集端主要用于獲取各種現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)。在計算機控制系統(tǒng)或計算機信息管理系統(tǒng)中，需要采集各種信息并將其送入計算機內部進行處理。主要包含有壓力傳感器、信號調理電路、A/D轉換器件、單片機及無線收發(fā)模塊。

系統(tǒng)中的壓力傳感器為壓阻式傳感器，主要作用是把外部壓力的變化轉化為4～20mA的電信號，方便計算機進行信息處理。壓力傳感器的下級單元為放大器，主要功能是將壓力傳感器轉化而來的較小的電信號進行放大處理，從而獲得易于識別和靈敏度較高的信號源。經過放大的電信號通過A/D轉換器件，將由放大得來的模擬量信號轉換為便于計算機識別的數(shù)字信號。之后，該數(shù)字信號在計算機內部傳輸，并最終交由系統(tǒng)中的單片機進行數(shù)據(jù)分析。采集系統(tǒng)中還有一路溫度采集電路，主要是采集現(xiàn)場溫度場的變化傳輸?shù)絾纹瑱C進行綜合分析。無線收發(fā)模塊是采集系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳輸模塊，是把系統(tǒng)的壓力數(shù)據(jù)以無線方式發(fā)送給數(shù)據(jù)接收端。主要設計線路如圖1所示。

2無線數(shù)據(jù)傳輸模塊設計

短距離無線通信具有不受地理條件限制，抗干擾能力強，安全性好，安裝工藝簡易，而且可靠性較高等優(yōu)點。目前應用較為廣泛的短距離無線通信技術包括無線局域網、藍牙及紅外數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。短距離無線通信是現(xiàn)代科技應用的重點，同時也是本系統(tǒng)傳輸模塊的核心與難點。本系統(tǒng)無線數(shù)據(jù)傳輸模塊中的收發(fā)芯片選用的是nRF401芯片。

該傳輸系統(tǒng)可以以單工系統(tǒng)、雙工系統(tǒng)或半雙工系統(tǒng)工作。所謂單工系統(tǒng)是指信息傳輸僅介于生成信息的信號源與請求信息的目的地之間，即信息只能單向傳送；如果信息能夠在兩者之間雙向傳輸，即發(fā)送信息的同時也可以接受信息，且兩臺發(fā)射機同時工作，則為雙工系統(tǒng)；如果雙工系統(tǒng)的兩臺發(fā)射機不能夠同時工作，則該系統(tǒng)為半雙工系統(tǒng)。

信息傳輸?shù)捻樞蚴牵盒盘栐唇涍^信號調理裝置進行數(shù)據(jù)的調整，經過調整的數(shù)據(jù)通過發(fā)送裝置發(fā)出，發(fā)出的數(shù)據(jù)經過傳輸介質傳遞給接受裝置，然后再經過信號調理裝置進行數(shù)據(jù)整理，并將信息存儲于信宿。此過程就完成了從信息的發(fā)送到信息的接受。

3數(shù)據(jù)接收端的電路設計

數(shù)據(jù)接收端組成包括無線收發(fā)模塊、單片機、顯示器件、存儲器件以及用戶輸入端。單片機是整個接受端電路模塊的核心部分，通過它可以完成數(shù)據(jù)的處理與轉換。一般無線收發(fā)模塊接受到的壓力信號被單片機接收后，在其內部進行信號的必要處理，然后處理過的信號通過顯示設備顯示給各大用戶，同時也可以根據(jù)需要把數(shù)據(jù)存儲到存儲器件中。最后用戶可以通過用戶輸入端，用鍵盤與系統(tǒng)進行交互，嵌入想要某種控制的設計參數(shù)，對系統(tǒng)參量進行實時控制。

數(shù)據(jù)接收端的核心部件是MCU，它的選型與系統(tǒng)速度有著密切關系，同時也關系到系統(tǒng)的體積與功耗。選用優(yōu)質的MCU能夠使整個系統(tǒng)設計復雜度降低很多，而且結構布局更加緊湊。對于信息處理量較大的系統(tǒng)，一般選用16位ARM處理器，如果信息處理量更加巨大，處理器任務十分繁重，且要求系統(tǒng)具有一定速度，一般選用更高位32位ARM處理器。本系統(tǒng)選用51系列8位單片機即可勝任信息處理任務。

本系統(tǒng)需要實現(xiàn)的功能較多，而且需要實現(xiàn)報警紀錄、采樣紀錄及系統(tǒng)配置參數(shù)的存儲，因此需要外加兩片EEPROM可擦式只讀存儲器。該存儲器通過IIC總線與MCU通信，可實現(xiàn)存儲器的即插即用功能。系統(tǒng)對每次采樣數(shù)據(jù)均以文件形式進行存儲，可實現(xiàn)對多個采樣點多次采樣進行存儲，有助于存儲空間的合理利用。

本系統(tǒng)設計是一種基于RF的無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計方案，選用的nRF401芯片能夠較好的完成預定任務。同時系統(tǒng)設計較為簡單，而且所耗成本不高，具有一定的實用性和可擴展性。但系統(tǒng)設計中仍然存在一些需要改進的地方，而且針對實際不同需要，需要對系統(tǒng)做相應的改動與調整，有待在實際應用中進一步實驗驗證。

參考文獻：

[1]于正同，王雅薈，邢金富.基于FPGA多路A/D自動采集系統(tǒng)設計[J].電子技術，2016，02：57-59+50.

作者簡介：

陳鑫鋼/男/1988年生/ 浙江紹興人/ 助理工程師/ 本科/研究方向為自動化數(shù)據(jù)采集和控制