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�(shù)�(jù)采集�
閱讀�5356�(shí)間:2016-08-01 15:55:48

�(shù)�(jù)采集(DAQ),是指從傳感�和其它待�(cè)�(shè)備等模擬和數(shù)字被�(cè)單元中自�(dòng)采非電量或者電量信�(hào),送到上位�(jī)中�(jìn)行分�,處�。數(shù)�(jù)采集系統(tǒng)是結(jié)合基于計(jì)算機(jī)或者其他專(zhuān)用測(cè)試平�(tái)的測(cè)量軟硬件�(chǎn)品來(lái)�(shí)�(xiàn)靈活�、用戶自定義的測(cè)量系�(tǒng)� �(shù)�(jù)采集�,即�(shí)�(xiàn)�(shù)�(jù)采集(DAQ)功能的計(jì)算機(jī)�(kuò)展卡,可以通過(guò)USB、PXI、PCI、PCI Express、火�(IEEE1394)、PCMCIA、ISA、Compact Flash�485�232、以太網(wǎng)、各種無(wú)線網(wǎng)�(luò)�總線接入�(gè)人計(jì)算機(jī)�

起源

    為了滿足IBM-PC�(jī)及其兼容�(jī)用于�(shù)�(jù)采集與控制的需�,國(guó)�(nèi)外許多廠商生�(chǎn)了各種各樣的�(shù)�(jù)采集板卡(或I/O板卡)。這類(lèi)板卡均參照IBM-PC�(jī)的總線技�(shù)�(biāo)�(zhǔn)�(shè)�(jì)和生�(chǎn),用戶只要把這類(lèi)板卡插入IBM-PC�(jī)主板上相�(yīng)的I/O�(kuò)展槽�,就可以迅速方便地�(gòu)成一�(gè)�(shù)�(jù)采集與處理系�(tǒng),從而大大節(jié)省了硬件的研制時(shí)間和投資,又可以充分利用IBM-PC�(jī)的軟硬件資源,還可以使用戶集中精力對(duì)�(shù)�(jù)采集與處理中的理論和方法�(jìn)行研�、�(jìn)行系�(tǒng)�(shè)�(jì)以及程序的編制等�

分類(lèi)

    基于PC總線的板卡種�(lèi)很多,其分類(lèi)方法也有很多�。按照板卡處理信�(hào)的不同可以分為模擬量輸入板卡(A/D�)、模擬量輸出板卡(D/A�)、開(kāi)�(guān)量輸入板�、開(kāi)�(guān)量輸出板卡、脈沖量輸入板卡、多功能板卡�。其中多功能板卡可以集成多�(gè)功能,如�(shù)字量輸入/輸出板卡將模擬量輸入和數(shù)字量輸入/輸出集成在同一張卡�。根�(jù)總線的不�,可分為PXI/CPCI板卡和PCI板卡�

    還有其它一些專(zhuān)用I/O板卡,如智能接口�、虛擬存�(chǔ)板(電子�(pán)�、信�(hào)�(diào)理板、專(zhuān)用(接線)端子板�,這些種類(lèi)齊全、性能良好的I/O板卡與IPC配合使用,使系統(tǒng)的構(gòu)成十分容��

主要�(lèi)�

    在工�(yè)�(xiàn)�(chǎng),我們會(huì)安裝很多的各種類(lèi)型的傳感�,如壓力的、溫度的、流量的、聲音的、電參數(shù)的等�,受�(xiàn)�(chǎng)�(huán)境的限制傳感器信�(hào)如壓力傳感器輸出的電壓或者電流信�(hào)不能�(yuǎn)傳或者因?yàn)閭鞲衅魈嗖季€�(fù)�,我們就�(huì)選用分布式或者遠(yuǎn)程的采集卡(模塊)在�(xiàn)�(chǎng)把信�(hào)較高精度地轉(zhuǎn)換成�(shù)字量,然后通過(guò)各種�(yuǎn)傳通信技�(shù)(如485�232、以太網(wǎng)、各種無(wú)線網(wǎng)�(luò))把�(shù)�(jù)傳到�(jì)算機(jī)或者其他控制器中�(jìn)行處�。這種也算作數(shù)�(jù)采集卡的一�,只是它�(duì)�(huán)境的適應(yīng)能力更強(qiáng),可以應(yīng)�(duì)各種惡劣的工�(yè)�(huán)��

    如果是在比較好的�(xiàn)�(chǎng)或者實(shí)�(yàn)室,如學(xué)校的�(shí)�(yàn)�,就可以使用USB/PCI這種采集�。和常見(jiàn)的內(nèi)置采集卡不同,外置數(shù)�(jù)采集卡一般采用USB接口�1394接口,因�,外置數(shù)�(jù)采集卡主要指USB采集卡和1394采集��

    �(shù)�(jù)采集卡,絕大多數(shù)集中在采集模擬量、數(shù)字量、熱電阻、熱電偶,其中熱電阻可以�(rèn)為是非電量(其實(shí)本質(zhì)上還是要用電流驅(qū)�(dòng)�(lái)采集)其中模擬量采集卡和�(shù)字量采集卡用得是最廣泛的�

    市場(chǎng)上新出一種二合一采集�。二合一,指的是�(shù)字模擬采集卡,AV+DV采集�,數(shù)�、模擬二合一,數(shù)字輸入輸�,模擬接口輸�(DV/AV/S-video)�

    雖然�(shuō)是采集卡,但�(shí)際應(yīng)用中�(jīng)常需要它輸出控制信號(hào)。采集卡廣泛�(yīng)用于安防�(jiān)�、教育課件錄制、大屏拼�、多媒體錄播錄像、會(huì)議錄�、虛擬演播室、虛擬現(xiàn)�(shí)、安檢X光機(jī)、雷�(dá)圖像信號(hào)、VDR紀(jì)錄儀、醫(yī)療X光機(jī)、CT�(jī)、胃腸機(jī)、陰道鏡、工�(yè)檢測(cè)、智能交�、醫(yī)�(xué)影像、工�(yè)�(jiān)�、儀器儀�、機(jī)器視�(jué)等領(lǐng)域�

視頻采集�

    � DV+AV+Audio全接口視頻捕獲卡,品�(zhì)與性能的完美結(jié)�,SMD貼片電容,做工精�

    ●全接口板卡,集成立體聲輸入端口,無(wú)需再轉(zhuǎn)接聲�

    ●獨(dú)有音頻協(xié)處理功能,兩路立體聲輸入捕�,聲音質(zhì)量大幅提�,并杜絕音頻、視頻不�

    ●低溫優(yōu)化設(shè)�(jì),保證超�(zhǎng)�(shí)間捕獲的�(wěn)定�

    ●雜波屏蔽電�,使捕獲的圖像畫(huà)�(zhì)更清�

    ●色鍵摳像功能,影片效果更精�

    ●全接口配備,可捕獲任何視頻播放�(shè)備中的素�

    輸入接口:AV/SVIDEO/DV

    視頻�720X576/352X288

    音頻�8/16/32/44�1/48

    制式:N/P�

    �(qū)�(dòng):標(biāo)�(zhǔn)的DSHOW�(qū)�(dòng)

特點(diǎn)

    �(shù)�(jù)采集卡:

    ●通道�(shù):就是板卡可以采集幾路的信號(hào),分為單端和差分。常用的有單�32�/差分16路、單�16�/差分8�

    ●采樣頻率:?jiǎn)挝粫r(shí)間采集的�(shù)�(jù)�(diǎn)�(shù),與AD芯片的轉(zhuǎn)換一�(gè)�(diǎn)所需�(shí)間有�(guān),例如:AD�(zhuǎn)換一�(gè)�(diǎn)需要T = 10uS,則其采樣頻率f = 1 / T�100K,即每秒鐘AD芯片可以�(zhuǎn)�100K的數(shù)�(jù)�(diǎn)�(shù)。它用赫茲(Hz),常有100K�250K�500K�800K�1M�40M�

    ●緩存的區(qū)別及它的作用:主要用�(lái)存儲(chǔ)AD芯片�(zhuǎn)換后的數(shù)�(jù)。有緩存可以�(shè)置采樣頻�,沒(méi)有則不可�。緩存有RAM和FIFO兩種:FIFO�(yīng)用在�(shù)�(jù)采集卡上,做�(shù)�(jù)緩沖,存�(chǔ)量不�,速度�。RAM是隨�(jī)存取�(nèi)存的�(jiǎn)�(chēng)。一般用于高速采集卡,存�(chǔ)量大,速度較慢�

    ●分辨率:采樣數(shù)�(jù)位所代表的模擬量的值,常有12��14��16位等�12位分辨率,電�5000mV�12位所能表示的�(shù)�(jù)量為4096�2�12次方�,即±5000 mV電壓量程�(nèi)可以表示4096�(gè)電壓�,單位增量為�5000 mV�/ 4096=1.22 mV。分辨率與A/D�(zhuǎn)換器的位�(shù)有確定的�(guān)�,可以表示成FS/2n。FS表示滿量程輸入�,n為A/D�(zhuǎn)換器的位�(shù)。位�(shù)越多,分辨率越高�

    ●精度:�(cè)量值和真實(shí)值之間的誤差,標(biāo)�(chēng)�(shù)�(jù)采集卡的�(cè)量準(zhǔn)確程�,一般用滿量�(FSR,full scale range)的百分比表示,常�(jiàn)的如0.05%FSR�0.1%FSR�,如滿量程范圍為0~10V,其精度�0.1%FSR,則代表�(cè)量所得到的數(shù)值和真實(shí)值之間的差距�10mv以內(nèi)�

    ●量程:輸入信號(hào)的幅度,常用有�5V、�10V �0~5V �0~10V ,要求輸入信�(hào)在量程內(nèi)�(jìn)�

    ●增益:輸入信號(hào)的放大倍數(shù),分為程控增益和硬件增益,通過(guò)�(shù)�(jù)采集卡的電壓放大芯片將AD�(zhuǎn)換后的數(shù)�(jù)�(jìn)行固定倍數(shù)的放�。由兩種型號(hào)PGA202 (1�10�100�1000) 和PGA203 (1�2�4�8)的增益芯��

    ●觸�(fā):可分為�(nèi)觸發(fā)和外觸發(fā)兩種,指定啟�(dòng)AD�(zhuǎn)換方式�

系統(tǒng)�(shí)�

    �(jiǎn)�

    在一些工�(yè)�(xiàn)�(chǎng)�,設(shè)備長(zhǎng)�(shí)間運(yùn)行容易出�(xiàn)故障,為了監(jiān)控這些�(shè)�,通常利用�(shù)�(jù)采集裝置采集他�

    �(shù)�(jù)采集

    �(yùn)行時(shí)的數(shù)�(jù)并送給PC�(jī),通過(guò)�(yùn)行在PC�(jī)上的特定軟件�(duì)這些�(shù)�(jù)�(jìn)行分�,以此判斷當(dāng)前運(yùn)行設(shè)備的狀況,�(jìn)而采取相�(yīng)措施。當(dāng)前常用的�(shù)�(jù)采集裝置,在其系�(tǒng)軟件�(shè)�(jì)�,多采用單任�(wù)順序�(jī)制。這樣就存在系�(tǒng)安全性差的問(wèn)�。這對(duì)于穩(wěn)定�、實(shí)�(shí)性要求很高的�(shù)�(jù)采集裝置�(lái)�(shuō)是不允許的,因此有必要引入嵌入式操作系統(tǒng)。下面以μC/OSII為操作系�(tǒng)平臺(tái),基于ARM7系列處理�,對(duì)一種高性能的數(shù)�(jù)采集系統(tǒng)�(kāi)�(fā)�(jìn)行探��

    操作系統(tǒng)�(jiǎn)�

    嵌入式操作系�(tǒng)μC/OSII(Microcontroller Operating System)是�(zhuān)為微控制器系�(tǒng)和軟件開(kāi)�(fā)而設(shè)�(jì)的公�(kāi)源代碼的搶占式實(shí)�(shí)多任�(wù)操作系統(tǒng)�(nèi)�,是一段微控制器啟�(dòng)后首先執(zhí)行的背景程序,作為整�(gè)系統(tǒng)的框架貫穿系�(tǒng)�(yùn)行的始終。對(duì)于對(duì)�(shí)�(shí)性和�(wěn)定性要求很高的�(shù)�(jù)采集系統(tǒng)�(lái)�(shuō),引入μC/OSII�(wú)疑將大大改善其性能�

    μC/OSII的特�(diǎn)可以概括為以下幾�(gè)方面:公�(kāi)源代碼,代碼�(jié)�(gòu)清晰、明�,注釋詳�,組織有條理,可移植性好,可裁剪,可固化。內(nèi)核屬于搶占式,最多可以管�60�(gè)任務(wù)。μC/OSII�1992年的版(μC/OS)以�(lái)已經(jīng)有好幾百�(gè)�(yīng)�,是一�(gè)�(jīng)�(shí)踐證明好用且�(wěn)定可靠的�(nèi)核。對(duì)μC/OSII的研究和�(yīng)用都很多�

    系統(tǒng)基本工作原理

    �(yīng)用時(shí),數(shù)�(jù)采集系統(tǒng)置于被監(jiān)控的�(shè)備處,通過(guò)傳感器對(duì)�(shè)備的電壓或者電流信�(hào)�(jìn)行采�、保�,并送入A/D�(zhuǎn)換器變成�(shù)字信�(hào),然后將該信�(hào)送到FIFO�。當(dāng)FIFO中存放的�(shù)�(jù)到了一定數(shù)目時(shí),由ARM7從FIFO中讀�,然后通過(guò)ARM7的以太網(wǎng)接口或者RS232送給上位�(jī)。考慮到要�(jiān)控的�(shè)備可能會(huì)很多,所以設(shè)�(jì)了多路采集通道,他們經(jīng)�(guò)模擬�(kāi)�(guān)后再�(jìn)入A/D�(zhuǎn)換器。CPLD是整�(gè)系統(tǒng)的控制核�,他控制采集通道的切�、A/D�(zhuǎn)換器的啟/�、轉(zhuǎn)換后的數(shù)�(jù)在FIFO中的存放地址�(fā)生器、產(chǎn)生中斷請(qǐng)求以通知ARM7讀取存放在FIFO中的�(shù)�(jù)等�

    系統(tǒng)硬件�(jié)�(gòu)

    該系�(tǒng)采用了Samsung公司的S3C4510B作為系統(tǒng)與上位機(jī)溝通的橋梁,S3C4510B是基于以太網(wǎng)�(yīng)用系�(tǒng)的高性價(jià)�16/32位RISC微控制器,他有如下幾�(gè)主要特點(diǎn)�

    硬件方面�(nèi)含一�(gè)由ARM公司�(shè)�(jì)�16/32位ARM7TDMIRISC處理器核,ARM7TDMI為低功�、高性能�16/32�,最適合用于�(duì)�(jià)格及功耗敏感的�(yīng)用場(chǎng)合。S3C4510B通過(guò)在ARM7TDMI核內(nèi)容基�(chǔ)上擴(kuò)展一系列完整地通用外圍器件�

    片上資源包括2�(gè)帶緩沖描述符(bufferdescriptor)的HDLC通道�2�(gè)UART通道�2�(gè)GDMA通道�2�(gè)32位定�(shí)��18�(gè)可編程的I/O�。還有中斷控制器;DRAM/SDRAM控制�;ROM/SRAM和FLASH控制器;系統(tǒng)管理��1�(gè)�(nèi)�32位系�(tǒng)總線仲裁��1�(gè)外部存儲(chǔ)器控制器等片�(nèi)的邏輯控制電路�

    這些為μC/OSII的移植提供了�(yōu)良的物理資源�

    軟件支持方面他有配套的代碼編輯調(diào)試環(huán)境ADS12和JTAG在線�(diào)試功能,使S3C4510B芯片軟件可以直接用C編寫(xiě),這就使μC/OSII的植入成為可��

    12位高速A/D�(zhuǎn)換電路采用AnalogDevices的AD574,該電路輸出具有三態(tài)鎖存功能。預(yù)處理電路包括了電流電壓互感器、隔離電路和同步采樣電路,他可以將信�(hào)�(zhuǎn)換成與AD574相匹配的量�,供后續(xù)處理。通訊電路采用常用的以太網(wǎng)接口與上位機(jī)相�,�232接口可作為備�,這樣該裝置既可作為便攜式系統(tǒng)使用,也可通過(guò)�(wǎng)�(luò)�(lái)�(duì)�(shè)備實(shí)施實(shí)�(shí)�(jiān)��

    軟件�(shè)�(jì)

    軟件部分要分別編�(xiě)S3C4510B部分的程序和CPLD控制程序。前者可分為μC/OSII的移植和各�(gè)�(yīng)用程序的編寫(xiě),后者用VHDL�(yǔ)言�(shí)�(xiàn)�

    �(duì)于S3C4510B部分,根�(jù)整�(gè)裝置�(shí)�(xiàn)的功能和�(duì)他的要求�(jìn)行系�(tǒng)任務(wù)分割,并根據(jù)�(shí)際需要為各�(gè)任務(wù)分配�(yōu)先級(jí)。系�(tǒng)大致可分為如下幾�(gè)任務(wù):初始化CPLD控制參數(shù);對(duì)FIFO的讀?。慌c上位�(jī)的TCP/IP通訊;與上位�(jī)的串口通訊。對(duì)�(yīng)每�(gè)任務(wù),需要編�(xiě)相應(yīng)的應(yīng)用程�,軟件設(shè)�(jì)部分的關(guān)鍵技�(shù)有:

    �1)μC/OSII�(nèi)核向S3C4510B中的移植,要根據(jù)處理器的特點(diǎn)合理地修改μC/OSII�3�(gè)與處理器相關(guān)的文件:OS_CPUH,OS_CPU_AASM,OS_CPU_C.C。主要是將文件中的匯編指�,改為ARM7的匯編指�,并根據(jù)CPU的特�(diǎn)�(duì)文件中寄存器的初值�(jìn)行改�(xiě)�

    �2)內(nèi)存配置問(wèn)題。對(duì)于存�(chǔ)器容量的�(shè)�(jì),要綜合考慮μC/OSII�(nèi)核代碼和�(yīng)用程序代碼的大小。每�(gè)任務(wù)是獨(dú)立運(yùn)行的,必須給每�(gè)任務(wù)提供單獨(dú)�??臻g(RAM�,RAM總量的計(jì)算公式為�

    RAM總量=�(yīng)用程序的RAM需�+�(nèi)核數(shù)�(jù)區(qū)的RAM需�+各任�(wù)棧需求之總和+最多中斷嵌套所需堆棧�

    �3)TCP/IP�(xié)議在μC/OSII中的�(shí)�(xiàn)。為了滿足嵌入式�(shè)備與Internet�(wǎng)�(luò)直接交換信息的要�,在μC/OSII中又移植了LwIP�(xié)議棧�

    LwIP是瑞士計(jì)算機(jī)科學(xué)院(SwedishInstituteofComputerScience)的AdamDunkels等開(kāi)�(fā)的一套用于嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)放源代碼TCP/IP�(xié)議棧。LwIP的含義是LightWeight(輕型)IP�(xié)�。LwIP可以移植到操作系�(tǒng)�,也可以在無(wú)操作系統(tǒng)的情況下�(dú)立運(yùn)行。LwIPTCP/IP�(shí)�(xiàn)的重�(diǎn)是在保持TCP�(xié)議主要功能的基礎(chǔ)上減少對(duì)RAM的占�,一般他只需要幾十k的RAM�40k左右的ROM就可以運(yùn)行,這使LwIP�(xié)議棧適合在低端嵌入式系統(tǒng)中使��

    LwIP的特性有:支持多�(wǎng)�(luò)接口下的IP�(zhuǎn)�(fā);支持ICMP�(xié)�;包括實(shí)�(yàn)性擴(kuò)展的的UDP(用戶數(shù)�(jù)�(bào)�(xié)議);包括阻塞控�、RTT估算、快速恢�(fù)和快速轉(zhuǎn)�(fā)的TCP(傳輸控制協(xié)議);提供專(zhuān)門(mén)的內(nèi)部回�(diào)接口(rawAPI)用于提高應(yīng)用程序性能�

    LwIP可以很容易地在μC/OSII的調(diào)度下,為系統(tǒng)增加�(wǎng)�(luò)通信和網(wǎng)�(luò)管理功能。LwIP�(xié)議棧在設(shè)�(jì)�(shí)就考慮到了將來(lái)的移植問(wèn)題,他把所有與硬件,OS,編譯器相關(guān)的部份獨(dú)立出�(lái),放�/src/arch目錄下。因此LwIP在μC/OSII上的�(shí)�(xiàn)就是修改這�(gè)目錄下的文件,其他的文件一般不�(yīng)該修�。在�(qū)�(dòng)中主要是根據(jù)S3C4510B�(nèi)的以太網(wǎng)控制特殊功能寄存�,編�(xiě)�(wǎng)�(luò)接口的處�(fā)送包、接收包函數(shù),初始化以及用于以太�(wǎng)控制器的外部中斷服務(wù)程序�

維庫(kù)電子�,電子知�(shí),一查百��

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