采集与控制范文

2024-07-09

采集与控制范文(精选12篇)

采集与控制 第1篇

针对这些问题, 文中将现场可编程门阵列 (FP-GA) 和AVR单片机相结合, 应用于激光光幕坐标靶测试, 达到了高速密集多路光信号的并行采集, 充分发挥FPGA I/O口众多、响应速度快和单片机控制方便的特点。

1 Altera FPGA和AVR单片机

文献[6]介绍了一种实弹射击精确自动报靶系统。在该系统中, 发光二极管发射平行光束, 光电二极管组成接收传感器阵列, 共同组成光电靶。子弹穿过靶遮挡光束, X、Y轴对应的光电二极管输出脉冲信号, 通过编码形成8位二进制地址码, 利用单片机进行数据处理。为了解决I/O口不足的问题, 文献[5]不得不采用13片74148芯片的8-3线编码器组合成100-8线编码器, 这样做不仅连线繁杂而且无法适应大靶面的需求。而用FPGA和单片机相结合, 就可以很好地解决这些问题。

Altera公司的Cyclone I系列的FPGA, 是基于Stratix的工艺架构, 采用0.13μm的工艺制造, 其内部有锁相环、RAM块、逻辑容量从2 910~20 060个LE。本系统选用了Cyclone的EP1C6Q240C8, 它有5 980个LE、20个M4K的RAM, 2个锁相环、最大用户I/O数为185[8]。由于测坐标模块的X轴和Y轴各需要125个光电探测器组成, 所以必须有125路输入信号, 加上各种控制管脚和输出口, 选用的FPGA用户I/O口必须在140个以上。

ATMEL公司的AVR是8位单片机中第一个真正采用RISC结构的单片机。它采用了大型快速存取寄存器组、快速单调周期指令系统以及单级流水线等先进技术, 使得AVR单片机具有高达1 MIPS/MHz的高速运行处理能力。系统的总控制模块使用ATMEL公司的ATmega16L作为控制器, 它采用先进的RISC结构和AVR内核, 拥有16 KB在线可编程Flash程序存储器, 1 KB片内SRAM数据存储器, 512字节片内在线可编程EEPROM数据存储器。支持片内调试, 包含丰富的外围接口, 同时具备了宽电压、高速度、低功耗等优点[9]。完全满足系统的要求。

2 FPGA和单片机应用于密集多路光电开关信号检测

2.1 控制和采集

激光光幕测坐标靶的控制和采集部分由单片机Atmega16和FPGA EP1C6Q240C8组成。控制部分的框图如图1所示, 由于X轴和Y轴的采集系统相同, 故只画出Y轴的系统框图。

激光光幕测坐标靶的原理与文献[6]相似, 也是对X、Y轴的输出脉冲信号进行处理, 在此不赘述, 从图1中可以看出, 输出脉冲信号经过施密特触发器, 使输出的电压满足FPGA的电压要求。

2.2 FPGA和单片机的软件处理

软件的处理主要分为FPGA和单片机的软件处理, 其中要用到的信号如表1所示。

FPGA主要负责信号的并行采集, 由于I/O口丰富, 可以并行采集125路数据, 免去了串联编码芯片的繁杂。工作的流程图如图2所示。

单片机主要负责将FPGA传输来的数据转换成坐标数据, 然后进行显示。主程序工作流程图如图3所示。

3 应用分析及仿真验证

3.1 应用分析

为了能使FPGA和单片机应用到弹丸坐标的测试中, 首先应该满足的条件就是有足够快的反应速度。这里设定弹丸长度为3 cm, 光幕宽度为0.5 mm, 这样, 弹丸通过光幕时, 采集装置必须在这35 mm的路径之内对弹丸飞行坐标进行采集。设弹丸速度为2 000 m/s, 则弹丸从飞入光幕到飞出光幕的时间为17.5μs, 设置FPGA的采集间隔为20 nm, 这样, 在35 mm的路径中, FPGA已经对同一个弹丸的坐标值采集了875次, 绝对满足弹丸坐标数据的采集。但如果将这875次的数据全部传输给单片机, 不仅造成数据的拥塞, 还会给单片机的处理造成麻烦, 所以FPGA将这875次数据进行相或的运算, 得出一组数据, 这样不仅保证了准确度, 而且需要传输的数据量也不大。

对于AVR单片机, 使用的是7.372 8 MHz的晶振, 每个机器周期为125 ns左右, 为了使单片机不拖延FPGA的运行速度, 这里采用采集和处理相独立的方法, 单片机的处理速度不会影响到FPGA的采集速度, 因此不会影响系统性能。

系统是否能测连发, 关键是看第二发通过启动光幕之前, 系统是否已经对第一发数据处理完毕并复位, 即枪械的射频不能超过系统每秒处理弹丸数据的次数。假设弹丸的速度为720 m/s, 靶距为2 m, 则弹丸通过两光幕的时间为2.8 ms, AVR单片机采用7.372 8 M晶振, 系统一个时钟周期大约是0.14μs, 系统进入一个子函数需要3个时钟周期, 进入外部中断至少需要8个时钟周期。

在编写程序时, 为了节省单片机处理数据的时间, 系统对弹丸参数只进行简单的处理, 待全部打完之后, 由上位机发送信号, 使单片机对数据进行处理, 然后发送。这样就可以满足连发的测试要求。

此外, FPGA还有I/O口众多的优点, 弥补了其他处理器的采集端口不足的缺点, 如果要求测试的靶面较大, 可以采用FPGA拼接的方法, 利用多个FPGA并行采集, 系统的响应速度也不会降低。

3.2 仿真验证

FPGA工作的仿真图如图4所示, 在FPGA初始化后, 当ain不为0时, FPGA开始采集, 当ain再次回到0时, into发出下降沿, 单片机将cs拉低后, 在16个dclk脉冲之后, 将q信号读到单片机中。在整个系统中, FPGA独立完成数据的采集以及储存, 这样做的好处是可以发挥FPGA I/O资源丰富, 速度快的优点。

为了验证系统是否可以测高速连发弹丸坐标, 文中对单片机的程序进行仿真, 如图5所示。通过在AVR Studio软件上仿真可知, 从弹丸穿过截止靶, 系统开始接收数据, 到最后初始化完成, 等待下一发弹丸, 程序上总共用了122.21μs, 不足1 ms, 即只要枪械每一发的射出时间间隔大于1 ms, 系统就可以测试该枪械的连发弹丸参数。

4 靶场坐标测试实验

为了测试FPGA和单片机应用在激光测坐标靶中的性能, 进行了现场实弹射击实验, 用某半自动步枪发射直径为7.62 mm的子弹, 弹丸速度约为750 m/s, 通过串口显示阻挡Y轴探测器的路数。Y轴测试长度为125路信号 (可扩展) , 靶纸位置距光敏二极管阵列为2 m, 光幕宽度约为5 mm, 由于接收装置选用了直径为4 mm的光敏二极管阵列, 所以本系统的精度为±2 mm, 且子弹通过光幕最多遮挡两路信号。测试数据如表2所示。

从实际测得的10发子弹的弹着点坐标数据中, 可以看出, 弹着点分布于整个有效靶区范围内, 即在靶区的任何位置, FPGA和单片机都能够准确地显示坐标数据。

在试验数据中, 发现有部分实验数据和比对数据出现偏差, 其原因是因为每次子弹通过坐标纸后, 以相同直径的铁棒插进弹孔, 然后查看光敏二极管阵列中哪几路被挡光, 由于人为因素, 插入弹孔的铁棒不一定能与地面保证平行, 且不一定能准确反映子弹弹道, 所以应该以显示数据为准。

实验没有对连发弹丸进行弹着点坐标的测试, 因为在单发测试中已经表明, 只要满足FPGA的反应速度, 就可以准确地捕捉到弹丸的过靶信号。

5 结论

在对比文献[4]和文献[5]的基础上, 将现场可编程门阵列 (FPGA) 和单片机相结合, 用于激光光幕坐标靶测试。通过使用FPGA来代替众多编码器的串联, 同时利用单片机控制的灵活性对采集数据进行处理。

理论和实践都表明, 由FPGA和单片机组成的数据处理、采集装置应用在激光光幕测坐标系统中, 不仅继承了光电靶的众多优点, 满足不同尺寸弹丸飞行坐标的测试, 还解决了传统激光光幕测坐标靶的处理器I/O紧缺、处理速度慢等缺点。同时, FPGA和单片机可以应用在大靶面的坐标测试中, 同时保证较高的测试精度和较小的误差。

此外, 它不仅能测试弹丸的弹着点坐标, 还可以测试高速物体的飞行轨迹以及速度, 应用前景比较广阔, 在军事、反恐、安检、商业等方面都可以得到很好的应用。

摘要:针对激光光幕坐标靶测试中控制器I/O口不足的问题, 提出现场可编程门阵列 (FPGA) 和单片机相结合实现高速密集多路光电信号的并行采集与控制。采用FPGA作为光电开关信号数据的采集和存储装置, 单片机控制FPGA的工作, 并处理、显示数据。对7.62 mm弹丸的过靶坐标进行了测试实验, 结果证明, 基于FPGA和单片机的高速密集多路光电信号并行采集与控制系统解决了传统激光光幕测坐标靶的处理器I/O口紧缺、处理速度慢等缺点。系统具有响应速度快、灵敏度高、可拼接的优点。

关键词:激光测坐标靶,FPGA,AVR单片机

参考文献

[1]王昌明.实用弹道学[M].北京:国防工业出版社, 1994.

[2]周承仙.连发射弹弹丸速度及弹着点坐标测量系统的研究[D].太原:中北大学, 2008.

[3]赵豫姝, 赵冬娥, 赵辉.一种新型激光测速系统的设计与应用[J].弹箭与制导学报2008 (4) :285-287

[4]白兴满.炮用激光测速系统的设计[D].太原:中北大学, 2003.

[5]王连海, 杨慧武.组合平行激光光幕靶.中国200420007418.7[P].

[6]范茂彦, 张丽芳.实弹射击自动精确报靶系统研制[J].传感器世界, 2003 (11) :3-5.

[7]秦向军, 周汉昌.激光光幕自动报靶系统的设计与实现[J].计量与测试技术, 2009 (3) :14-17.

[8]黄智伟.FPGA系统设计与实践[M].北京:电子工业出版社, 2005.

数据采集计算机控制实验报告(共) 第2篇

电气装备计算机控制技术

指导老师:

成绩:

实验名称:

数据采集计算机控制

实验类型:

同组学生姓名:

一、实验目的和要求(必填)

二、实验内容和原理(必填)

三、主要仪器设备(必填)

四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理

六、实验结果与分析(必填)

七、讨论、心得

一、实验目的和要求 1.初步了解数据采集卡在电气装备中的应用 2.了解计算机在数据采集和处理方面的应用 3.采用 C++ Builder 对数据采集卡 PCI1202 进行编程,控制实验数据的采集数据预处理以及系统的测量模式 4.理解数据采集系统的硬件原理 5.掌握简单的数据采集软件编写方法 二、实验内容和原理 1.实验内容(1)

通过上位机控制三相异步电机的运行及停车(2)

使用数据采集系统进行各路数据采集对数据采集的结果进行记录好分析 2.实验原理 实验原理图如图所示:

电流传感器2电流传感器1电流传感器3电压传感器3电压传感器2电压传感器1三相调压器AVM3~

数据采集主电路实验接线图DB-16P数字输入DI+DI-DB-16R数字输出JNCCOM+-24VDCC220VAC

C— 主电路接触器的接点

J— 中间继电器的接点

NC— 为数字输出的常开接点

COM— 为数字输出的常开常闭公共点JCCC5~24VDC数字输入开关量信号CJ— 主电路接触器的线圈— 中间继电器的线圈注 注: 220V 三相交流电源经过各种接触器连接到三相异步电动机上,为控制电机的运行,必须控制三相交流电源的接入和断开,接触器即可实现此项功能。因为主接触器通入强电,不能直接进行操作,所以我们通过控制上位机产生的信号,继而控制中间继电器,然后由中间继电器控制主接触器。

电路中并联了三个电压传感器,串联了三个电流传感器,但是在实际过程中,由于电机的运转为空转,所以电机的线电流非常小,由电流传感器测出来的数据并不具有代表性,所以实际实验中我们连接了电压传

感器。

传感器测出来的信号经过数据采集实验箱中的调理电路处理后送入 PCI1202 中,经过 A/D 以及 D/A 转换后在上位机运行界面显示,实现基本的数据采集。采集信号的显示模式等均可通过程序进行改变。

三、主要仪器设备 一台 PC 机、交流电源、电动机、传感器板、PCI1202 控制板、继电器板、导线若干 四、操作方法与实验步骤 1.根据实验内容要求以及实验连接电路图所示,利用实验平台各装置设计硬件连接电路 2.运行 C++ Builder 软件,熟悉该软件的使用方法 3.通过软件平台进行编程、调试(可参照示例程序),实现对硬件电路的控制 4.软件调试成功后通过上位机运行系统,并对实验要求的数据进行采集和记录 五、实验数据记录和处理 1.实验例程 //---------------------------------------------------------------------------#include

#pragma

hdrstop

#include

“Unit2.h” #include

“P1202.h” #include

“P1202u.cpp” //---------------------------------------------------------------------------#pragma

package(smart_init)#pragma

resource “*.dfm” TForm1 *Form1;

Word

TotalBoards;//上面这段程序包含了相关头文件的引用(#include **.h)以及编译预处理(#pragma **)指令,同时定义了Word型变量TotalBoards,用于存储板卡总数

//---------------------------------------------------------------------------__fastcall TForm1::TForm1(TComponent* Owner)

: TForm(Owner){ } //---------------------------------------------------------------------------//form的构造函数,在初始化窗体的时候执行,是最先执行的一个函数

void __fastcall TForm1::FormCreate(TObject *Sender){

Word

RetValue;//定义了一个Word类型的变量RetValue

RetValue = P1202_DriverInit(&TotalBoards);//板卡驱动初始化函数 //向系统要求分配资源,测试是否已经安准成功,并且回传给安装板卡的数量

if(RetValue!= 0)//板卡程序运行成功后返回0,否则报错

{

ShowMessage(“ErrorCode:” + IntToStr(RetValue)

+ “nDriver Initial Error!”);

Button1->Enabled = False;

}

//显示错误代码

eSelect->Text = “0”;//eSelect初始化选择为第一个板卡,第一个板卡定义为0

eTotal->Text

= IntToStr(TotalBoards);//eTotal初始化为板卡数量,此时从整形变量转化为字符型变量

UpDown1->Max

=(Word)(TotalBoards-1);//规定可选择板卡数量最多为板卡总数量减一

UpDown1->Min

= 0;//规定可选择板卡数量最低为0(第一个板卡)

if(TotalBoards < 2)//如果总板卡书小于2,则不能进行选择

{

UpDown1->Enabled = False;

eSelect->Enabled = False;

} } //---------------------------------------------------------------------------//该程序为窗口初始化函数以及P1202的初始化。P1202_DriverInit()这个函数是板卡驱动初始化函数,从来检测办卡的数量,并将值赋给Word变量RetValue,如果RetValue不等于0的时候,就会用ShowMessage函数显示错误信息。其中IntToStr函数的功能是将整形变量转换为字符串显示,同时button1不使能。eSelect用于板卡选择,从0开始一直到最大值减一,0表示第一个板卡。eTotal用于记录一共有多少板卡,值为板卡总数。UpDown1->Max用于记录板卡数量的最大数。UpDown1->Min用于记录板卡数最小值。如果板卡总数小于2,则将eSelect和UpDown1均不使能,不允许选用板卡。

void __fastcall TForm1::Button2Click(TObject *Sender)//描述按钮2(Exit)的关闭功能 {

Close();//关闭窗体 } //---------------------------------------------------------------------------void __fastcall TForm1::Button1Click(TObject *Sender){

Word

Didata;//变量定义

Word

RetValue, DF, DW, AC, Dodata, k;

float DA;

wAdNumber

=(Word)StrToInt(eC0AdNums->Text);

DF

=(Word)StrToInt(eC0DaFreq->Text);

DW

=(Word)StrToInt(eC0DaWave->Text);

AC

=(Word)StrToInt(eC0AdClock->Text);//频率

DA

= StrToFloat(eC0DaAmp->Text);//振幅

XMax->Caption = IntToStr(wAdNumber);//最大量程

RetValue

= P1202_ActiveBoard((Word)StrToInt(eSelect->Text));//调用函数激活板卡,同时将

值返回给RetValue

if(RetValue!= 0)//检验返回值是否错误

{

ShowMessage((AnsiString)“Active Borad Error!”

+ “nErrorCode:” + IntToStr(RetValue));

return;

}

Dodata

=(Word)StrToInt(“0x” + eC0DO->Text);//把变量转换为16进制word类型,并且赋给Dodata

RetValue

= P1202_Do(Dodata);//传送一个16位的值到Digital Output

if(RetValue!= 0)

{

ShowMessage((AnsiString)“Digital Output Error!”

+ “nErrorCode:” + IntToStr(RetValue));

return;

}

RetValue = P1202_Di(&Didata);//从Digital Output里面读取16位数

if(RetValue!= 0)

{

ShowMessage((AnsiString)“Digital Input Error!” + “nErrorCode:” + IntToStr(RetValue));

return;

}

eC0DI->Text = IntToHex(Didata,4);

RetValue = P1202_M_FUN_1(DF, DW, DA, AC, wAdNumber, 0, fAdBuf,-10, 10);//连续平滑的A/D、D/A转换

if(RetValue!= 0)

{

ShowMessage((AnsiString)“M_Fun_1 Error!”

+ “nErrorCode:” + IntToStr(RetValue));

return;

}

DrawWaveF(-5, 5, fAdBuf, 0, wAdNumber, C0Image);//连续的监视数据

lbC0Log->Items->Clear();

for(k=0;k<=wAdNumber-1;k++)//根据采集的数据画波形

lbC0Log->Items->Add(FloatToStr(fAdBuf[k]));} //说明:这个程序用于说明点击按钮Button1的时候动作——监视、采集数据,并且根据采集到的数据画波形。

//---------------------------------------------------------------------------void __fastcall TForm1::FormClose(TObject *Sender, TCloseAction &Action){

P1202_DriverClose;//关闭板卡

} //说明:这个程序用于关闭板卡 //---------------------------------------------------------------------------

三相电压采集例程 //---------------------------------------------------------------------------#include #pragma hdrstop

#include “Unit2.h” #include “P1202.h” #include “P1202u.cpp” //---------------------------------------------------------------------------#pragma package(smart_init)#pragma resource “*.dfm” TForm1 *Form1;

Word

TotalBoards;//该程序段包含相关头文件的说明与编译预处理指令,同时定义Word变量TotalBoards,用于技术把卡总数 //---------------------------------------------------------------------------__fastcall TForm1::TForm1(TComponent* Owner)

: TForm(Owner){ } //---------------------------------------------------------------------------

void __fastcall TForm1::FormCreate(TObject *Sender){

Word RetValue;

RetValue = P1202_DriverInit(&TotalBoards);

if(RetValue!= 0)

{

ShowMessage(“ErrorCode:” + IntToStr(RetValue)

+ “nDriver Initial Error!”);

Button1->Enabled = False;

}

eSelect->Text = “0”;

eTotal->Text

= IntToStr(TotalBoards);

UpDown1->Max

=(Word)(TotalBoards-1);

UpDown1->Min

= 0;

if(TotalBoards < 2)

{

UpDown1->Enabled = False;

eSelect->Enabled = False;

} } //改程序为窗口初始胡函数以及P1202的驱动初始化,具体注释参考上一个程序 //---------------------------------------------------------------------------

void __fastcall TForm1::Button2Click(TObject *Sender){

Close();} //该程序用于说明Button2功能,即关闭窗体 //---------------------------------------------------------------------------void __fastcall TForm1::Button1Click(TObject *Sender){

Word

RetValue, DF, DW, AC, k;

float

DA;

wAdNumber

=(Word)StrToInt(eC0AdNums->Text);

DF

=(Word)StrToInt(eC0DaFreq->Text);

DW

=(Word)StrToInt(eC0DaWave->Text);

AC

=(Word)StrToInt(eC0AdClock->Text);

DA

= StrToFloat(eC0DaAmp->Text);

for(k=0;k<=31;k++)

{

wChannel[k]

= 0;

wConfigCode[k] = 0;

}

wChannel[0]

= 1;

wChannel[1]

= 1;wChannel[2]

= 1;//设定输出到analog output Channel1、Channel2、Channel3

XMax->Caption

= IntToStr(wAdNumber);

XMax2->Caption = XMax->Caption;

XMax3->Caption = XMax->Caption;

RetValue

= P1202_ActiveBoard((Word)StrToInt(eSelect->Text));//激活板卡,并把返回值送给RetValue

if(RetValue!= 0)

{

ShowMessage((AnsiString)“Active Borad Error!” + “nErrorCode:” + IntToStr(RetValue));

return;

}

RetValue = P1202_M_FUN_3(DF, DW, DA, AC, wAdNumber, wChannel, wConfigCode, fAdBuf,-10, 10);//连续平滑的A/D、D/A转换

if(RetValue!=0)

{

ShowMessage((AnsiString)“M_Fun_1 Error!” + “ErrorCode:” + IntToStr(RetValue));

//return;

}

DrawWaveF(-5, 5, fAdBuf, 0, wAdNumber, C0Image0);

DrawWaveF(-5, 5, fAdBuf, wAdNumber, wAdNumber, C0Image1);

DrawWaveF(-5, 5, fAdBuf, wAdNumber * 2, wAdNumber, C0Image2);//连续的监视数据

lbC0Log->Items->Clear();

for(k=0;k<=wAdNumber-1;k++)//根据采集的数据画波形

lbC0Log->Items->Add((AnsiString)“Ch0: ” + FloatToStr(fAdBuf[k]).SubString(1,5)

+ “

Ch1: ” + FloatToStr(fAdBuf[wAdNumber + k]).SubString(1,5)

+ “

Ch2: ” + FloatToStr(fAdBuf[wAdNumber * 2 + k]).SubString(1,5));} //说明:该程序功能用于说明Button1的功能以及实现,动态监视并采集数据,根据采集到的数据绘制波形。

//---------------------------------------------------------------------------void __fastcall TForm1::FormClose(TObject *Sender, TCloseAction &Action){

P1202_DriverClose;} //说明:该程序用于P1202的驱动关闭动作

六、注意事项 1.连线检查无误后方可上电,接线尽量用短线; 2.因为异步电机高压直接启动容易过流报警,所以可将交流输入电压调至160V左右; 3.主接触器线圈工作时需要220V交流电源(三相输出电压U、V、W为可调电压,其下方三个输出电压U’、V’、W’为不可调电压,其任意两相之间线电压均为380V,每一相对地相电压为220V,因此可选择其中一相作为主接触器电源,切不可用两相之间的线电压!)

4.数字隔离端子板配有多个继电器,这些继电器的通断由数码管显示,上位机输入的数字量可以由数码管以对应的二进制格式表示,因此应该弄清实验中使用的端子板继电器对应哪些数字为通,哪些数字为断。

5.实验中未出现过流过压报警时,电机的通断电通过上位机软件实现。

七、实验结果与分析

单相传感器

三相传感器 八、思考与分析 1.三相异步电动机的启动与调速方式有哪几种? 答:启动方式有直接启动(电机直接接额定电压启动)与降压启动(分为定子串电抗降压启动、星形三角形启动、软启动器启动以及自耦变压器启动等);调速方式有变极调速、变频调速与改变电动机转差率调速。

2.A/D 和 D/A 转换的性能指标主要有哪些? 答:主要性能直白哦有位数、量化误差、分辨率、精度、建立时间、转换时间、转换速率、环境指标等 3.电流传感器和电压传感器分别有哪几种接线方式? 电流传感器是串联,电压传感器是并联 4.简述霍尔传感器的基本原理?

答:当主回路有一个电流通过时,在导线上产生的磁场被聚磁环狙击兵感应到霍尔奇奸商,所产生的信号输出用于驱动相应的功率管,并使其导通从而后的一个补仓电流 Is,这一个电流再通过多匝绕组,产生磁场,该磁场与被测电流产生的磁场正好相反,因而补偿了原来的磁场,使霍尔器件的输出逐渐减小。当与Ip 与匝数相乘所产生的磁场磁场相等时,Is 不再增加,这是霍尔器件起到指示零磁通的作用,此时而已通过 Is 来平衡。被测电流的任何变化都会破坏这一平衡。一旦磁场失去平衡,霍尔器件有信号输出。经过功率放大后,立即就有相应的电流通过磁激绕组进行补偿,副边电流 Is 精确反映原边电流。

5.电气装备计算机控制系统主要分为哪几类? 数据采集系统、监督控制系统、直接数字控制系统、分散型控制系统 九、讨论、心得 1.本次实验的实验内容是通过计算机控制来实现对电机运行与停止的控制。本次实验用到的相关器件包括 PC 机、PCI1202 板、电压传感器、中间继电器等器件。

2.本次实验用到的传感器有电压传感器和电流传感器,由于电机运行为空载运行,电流较小,用电流传感器的意义不大,所以这次实验就只用了电压传感器 3.实验器材上有两个交流电压源的插口,上面一排为可调电源,本次实验只需调至 150-170V 左右就可以让电机运行起来,而在控制中间继电器里面的交流电源为 220V 交流电源,需要连接下面的插口才能实现。并且注意实验时不要触碰交流电源插口,非常危险。

4.实验连接线路时尽量用短线。因为是强电实验,连接线路过程中一定要断电连接,用的线路不能是裸露导体的导线,必须是将导体放在绝缘体之内的导线。

5.实验硬件电路中,对于控制电动机的启动并不是一步完成的,因为电动机工作在 380V 线电压的高压电路中,而控制计算机实际工作的电压远小于这个值,两者不能直接连接,应该逐级降压,DB-16P 与数字量开关信号相连,连接在 5-24VDC 的低压电路中,DB-16R 把输出的信号与继电器相连,工作在 24VDC电压下,最终继电器吸合后使电动机线路上的继电器工作,电机才得以转动。

6.异步电机的连接方法为三角-星型启动,可以有效降低启动电压。虽然如此,实验开始时仍然要逐级升压启动,才可以使电机运行平缓。

7.三相传感器的结果中可以看到三相频率基本一致,相位差大约差 120°,符合预期结果。

医学检验标本采集前后的质量控制 第3篇

加强基层检验科与临床科室的沟通,促进检验科与临床科室的联系是提高基层医院诊疗水平的重要环节,只有加强检验科与临床的沟通和联系,正确规范化采集和送检标本,才能有利于提高检验工作质量,才能有利于保证检验结果的准确性,才能更好地为患者服务。

采血的部位和采血的质量

采血的部位和采血的质量是保证检验质量的重要环节,是直接影响检验结果的关键,应引起重视。如:血气分析标本必须采取动脉血,抗凝标本血液和抗凝剂的比例必须准确,生化分析标本不能溶血等;输液患者在不能停输的情况下静脉采血一定要注意远端原则。也就是说要在对侧手静脉采血,如果两只手都在输液,可以采脚端。实在不行也可以在滴注上流采血。由于指尖血是末梢血,没什么影响,由于临床常用手部输液,则静脉是从远端向心脏回流,所以回侧的肘静脉总是滴注的下流,因此同侧采血都有问题,至于影响的大小与输液体位、输注方式以及待测项目有关。

运 动

运动会引起血液成分的改变。轻度运动可引起血糖升高,继之皮质酵及胰岛索上升,与肌晦有关的酶如CK,LDH、AS量都有不同程度的增加,以CK最为明显。激烈运动或长时间持续运动后可使WBC、尿素、肌酐及乳酸增高,碳酸氢根减少。医此,必须嘱咐患者在安静状态或正常活动情况下收集标本。

环境温度

当采血处的环境温度与外界环境相差较大时,患者从室外进入室内后应休息片刻再采血。因为人体在寒冷及酷热时的激素分泌量是不同的,会导致血液中许多化学物质的变化,从而影响检验结果的准确性。

药物影响

药物对检测结果的影响是多方面的。一方面,药物作用,如用了抗生素后作细菌培养、用了胰岛素或服了利尿剂后测血糖等等。另一方面,药物可能会干扰实验,如维生素对很多实验都有干扰。另外,一些治疗手段会带来外源性物质如库血对血钾的影响就很明显。

饮 食

多数试验尤其血液化学测定,采血前应禁食12小时,因脂肪食物被吸收后可能形成脂血而造成光学干扰,同时食物成分也可改变血液成分,影响测定结果的准确性。例如高脂饮食后甘油三酯比空腹结果约高数倍;高糖饮食后血糖会升高,3小时后才能恢复到患者原来空腹血糖水平。有人对一群体给标准餐,餐前餐后进行比较,观察到餐后葡萄糖、钙、磷、胆红素、尿酸和白蛋白的含量增加具有统甘学意义。可见饮食结构的不同,对上述指标的影响也是不同的。应尽可能在标本采集前2天停服药物[2],因治疗需要无法停药者,应在检验申请单上注明用药种类和剂量,以备参考。

与临床科沟通使基层检验科工作不斷完善

临床医生最熟悉患者的病情变化和疾病的发展过程,实验数据是否符合临床诊断是衡量实验结果正确与否的重要因素之一。因此,应经常、定期和虚心听取临床医生意见,介绍实验室的新方法、新技术,改进可能引起的实验误差,以便及时纠正,保证检验结果的准确。总之,临床检验质量取决于从标本留取到检验报告发出前的每一个细致环节,只有严格遵守上述各个环节,才算是一个完整的质量控制体系,才能保证实验的科学性、准确性,及时为临床提供町靠的诊断依据更好地为医学科学的发展服务。

参考文献

1 李莉雅,陈卫宾,高峰,等.MICRO TEST1血沉仪的应用评价及参考区间的调查[J].中华检验医学杂志,2007,30(3):343-347.

制丝线实时数据采集与控制系统 第4篇

关键词:制丝线,数据采集与控制,烟草行业,制造执行系统

0 引言

卷烟厂作为典型的混合流程制造型企业,其信息化技术改造经历了以生产自动化、管理信息化和基于企业资源计划的CIMS为主要内容的发展阶段[1]。随着烟草制造信息化建设的不断深入和发展,烟草制造企业呈现出:生产能力强、生产自动化程度高、企业管理信息系统先进等特点。但是企业上层计划缺乏有效的下层实时信息支持、下层控制环节缺乏上层优化的调度与协调,从而出现“信息孤岛”现象[2]。在这种情况下,面向企业过程控制层的制造执行系统(MES)应运而生,在MES系统中,实时数据采集与控制系统作为现场自动化控制设备和管理层之间的信息纽带,成为烟草工业信息化建设的重点。

本文结合烟草工业数据采集与控制系统的特点,以某烟厂为例介绍了数据采集与控制系统在烟厂制丝线上的应用情况,并对一些关键技术做的深入研究。

1 烟草行业数据采集与控制系统特点

烟草工业企业的制丝设备控制系统以及动力能源控制系统属于过程控制系统,卷包设备控制系统属于运动控制系统。近年来,制丝设备和动力能源的控制系统普遍采用了现场总线技术,形成分散控制、集中管理和监控的管控一体化模式。制丝流水线和动力能源车间上没有现场操作站,操作人员在控制室利用上位机进行集中监控[3]。

随着现场总线和CNC控制技术的发展,一些最新引进的卷包设备采用IPC的SOFT-PLC技术替代了PLC控制,现场操作站采用标准计算机。卷包设备本身自动化程度较高,控制系统复杂,每台设备都有单独的控制系统和本地操作站[4]。但由于卷包设备供应厂商较多,很多设备采用专用控制器,技术不开放,数据采集接口复杂,是烟草工业企业中信息化集成的难点。在新一代卷包设备中,各家设备供应商意识到数据采集的重要性,都提供标准的数据采集接口,因此,实施卷包数据采集系统变得相对容易。

如果能够实现数据采集替代人工数据录入,及时、准确获得生产现场产品质量情况,对质量控制十分有益。一般的检测仪器配有串口用于输出测试数据,只要仪器厂商提供通信协议,实施烟草检测仪器的数据采集系统比较简单。

2 系统描述

2.1 功能描述

数据采集与控制系统主要有两个功能模块,分别负责生产相关数据的采集和生产指令的下达。生产相关的数据分为三类,分别是生产管理数据、设备数据、工艺质量数据;生产指令下达主要是计划信息的下达以及工艺参数的下达。

生产管理数据来自于各生产工艺段或机台,通过实时在线采集或关联计算,为各级管理者提供制丝生产线的,如当前的班次、人员、牌号、生产时间、相关数量等各种信息。

设备数据主要是记录设备的参数、运行状态等数据,计算设备的停机情况、设备开动率、设备空转率等信息。同时也可人工记录包括设备参数设定,设备点检、备品备件和维修请求等信息。

工艺质量数据的采集与分析主要是完成制丝生产线各工艺段质量数据的采集、人工处理和关联计算以及与标准设定值的比较和分析,如相关工艺段中需要检测的含水率、温度、精度、比例、质量参数走势分析与历史同期比较等。如:叶片处理段、松散回潮筒的温度、来料水分、叶片出口温度、筛分和加料筒的温度等。

生产指令下达主要指将牌号、产量等计划信息和相应的工艺参数下达到设备上,真正实现管控一体化,提高生产效率。

2.2 系统架构

整个系统的架构分三个层次,最底层的是工作站PC机,中间层是车间网络层,最顶层的是车间服务器层。工作站分组态工作站和管理工作站两类,组态工作站主要是WINCC工作站,负责连接生产现场的各类生产设备;管理工作站主要是操作人员录入各种管理数据。底层工作站通过车间工业以太网连接到车间服务,车间服务上装有WINCC OPC Server和实时历史数据库i Historian,WINCC OPC Server负责实时设备数据、生产数据、工艺数据的采集,实时历史数据库作为数据缓存,将OPC Server中的实时数据转存,并保存一定时间,所有数据经过处理后存入到关系数据库中为统计分析提供基础。数据采集与控制系统的架构如图2所示。

数据采集与控制工作站的数据流程是双向的,当下达控制指令时,指令是从上到下进行传送,当进行数据采集时,数据是从底层往上,最后传送到关系数据库中。

3 核心技术

3.1 实时数据的获取

由于制丝生产线上设备数量较大,需要采集与处理的设备参数和工艺参数量非常大,为保证采集的速度还有数据的质量,这对采集系统提出很高的要求。数据的实时性和准确性是衡量采集系统性能的关键指标,因此在设计该系统时,我们充分考虑到制丝生产线结构以及相应的工艺要求,设计出满足生产需求的良好系统。

采集过来的数据只是原始数据,只有结合生产线布局、工艺标准、生产计划等相应的管理信息,才能指挥生产,因此数据的融合也非常关键。由于关联信息比较复杂,数据量较大,我们充分考虑现场操作人员的意见,将他们的经验转换成规则,利用规则集完成了信息的集成,最终实现生产的连续性。

另外,对于管理层来说,在线和离线的统计分析也非常关键,对提高产品质量有着积极作用。根据采集数据,统计出班次产量、批次产量、各物料的消耗与产出(包括烟叶的消耗、烟丝的产出、残烟掺配量等)。还包括生产线工艺质量实时数据、设备的运行状态、设备故障报警等。通过该系统可以掌控生产,保证产品质量。

3.2 生产调度指令下达

生产调度指令下达是数据采集与控制系统的另一关键点,指令是生产的依据,是生产的起点,占据非常重要的位置。

生产调度指令的下达是由操作人员进行操作,将相应的指令下达到指定设备。操作人员根据生产通知单获取相应的工艺参数,根据贮柜状态进行路径选择和贮柜选择操作,并将指令下达到生产控制系统中,具体流程如图4所示。

4 系统实现

4.1 技术基础

4.1.1. NET技术

.NET是微软新开发的大型分布式系统平台,其核心组成部分是.NET框架,.NET框架类型符合CLS(Common Language Specification,公共语言规范)。只要这种语言的编译器符合公共语言规范,可以使用任何编程语言进行开发。同时.NET平台上的数据交换采用可扩展标记语言XML作为标准格式,具有跨平台特性[5]。因此.NET技术非常适合于企业大型信息管理系统的开发。

4.1.2 实时历史库

i Historian作为企业级实时历史数据库平台,可以在高速采集、归档并发布大量实时的现场过程信息[6]。i Historian不论在性能、实用性及功能上都代表了企业级历史数据采集和管理的最先进水平。可以无缝地集成任何一种H M I/S C A D A应用,i Historian可以应用于任何一种生产环境,包括可以从OPC,i FIX,FIX,甚至CSV和XML文件上获取数据,i Historian可以在任何已有的数据平台上增强数据采集功能。

4.1.3 OPC技术

OPC全称是OLE for Process Control,它的出现为基于Windows的应用程序和现场过程控制应用建立了桥梁[7]。在过去,为了存取现场设备的数据信息,每一个应用软件开发商都需要编写专用的接口函数。由于现场设备的种类繁多,且产品的不断升级,往往给用户和软件开发商带来了巨大的工作负担。通常这样也不能满足工作的实际需要,系统集成商和开发商急切需要一种具有高效性、可靠性、开放性、可互操作性的即插即用的设备驱动程序。在这种情况下,OPC标准应运而生。OPC标准以微软公司的OLE技术为基础,它的制定是通过提供一套标准的OLE/COM接口完成的,在OPC技术中使用的是OLE 2技术,OLE标准允许多台微机之间交换文档、图形等对象。

4.2 系统实例

该系统将关系数据库MS SQL Server2005、实时历史数据库i Historian和OPC服务器WINCC OPC Server联系在一起,实现数据的顺利流转,最终实现数据采集与控制。另外,以往的生产通知单和调度指令全是用手工传送,传送过程中会产生大量时间浪费,并且可能会出现偏差,采用该系统后可以自动传递到生产控制系统中,为操作人员提供了方便。

由于该系统采用.net平台开发,使用模块化的组织方式,整个系统具有良好的交互性、可用性和可扩展性,有利于系统的维护和升级。生产调度指令下达界面如图5所示

统计分析是该系统的另一重要功能,为用户提供了各种数据展示方式,图6所示为其中一个工艺段的工艺参数统计查询。

5 结论

数据采集与控制系统通过对生产相关的关键信息,如设备状态、工艺状态、物料状态、环境状态、能源品质、生产工单、产量、消耗等进行采集,并以直观的形式表现出来,供生产管理者,特别是生产调度人员实时了解当前生产实况提供帮助,以便其做出正确的生产决策与指挥。

实际生产中由于生产现场设备数量大,接口种类多,给采集带来多困难。该系统采用.net平台开发,使用模块化的组织方式,整个系统具有良好的交互性、可用性和可扩展性,有利于系统的维护和升级。利用i Historian实时历史库和OPC技术实现生产现场数据的实时追踪,并完成调度指令的下达。该系统已经进入实际应用,很好地完成了数据采集与控制功能,极大地提高了制丝线产品质量和生产效率,保证了生产的稳定运行。

参考文献

[1]陈睿,王欢,李炳法.烟草制造行业中的数据采集系统[J].计算机应用,2007,27(6):414-416.

[2]张景旭,郭剑锋,马军.制造企业门户构建技术及其应用研究[J].制造业自动化,2007,29(5):9-13.

[3]接道良.烟草企业自动数据采集系统的研究与实践[J].自动化仪表,2006,27(3):53-55.

[4]金明冬.制造执行系统MES中数据采集与传送的研究应用[D].上海.上海交通大学,2007(1):5-6.

[5]王学龙,宋汐瑾,马迅飞.一个基于.NET的实时监控系统设计与实现[J].制造业自动化,2009,31(7):76-78.

[6]魏坤,陈开,竺长安.基于.NET技术与AutoCAD的产品数据管理系统研究[J].制造技术与机床,2008(7):126-130.

采集与控制 第5篇

本文在分析传统数字测图弊端的`基础上,给出了大比例尺数字测图图根控制和数据采集一体化的可行性及优点,并论述了如何实现内业数据处理及地形图的绘制.

作 者:张显云 瞿伟 黄观文 ZHANG Xian-yun QU Wei HUANG Guan-wen 作者单位:张显云,ZHANG Xian-yun(贵州大学矿业学院,贵州,贵阳,550003;长安大学地测学院,陕西,西安,710054)

瞿伟,黄观文,QU Wei,HUANG Guan-wen(长安大学地测学院,陕西,西安,710054)

采集与控制 第6篇

关键词:人机交互;Kinect传感器;姿态识别;PPT控制系统

随着人机交互在人们生活中的发展,大家越来越提出智能化,实现正真的人机交互。我们致力于研究出,一种全新的操控方式,基于kinect的姿势控制。通过人的姿态来控制PPT,可以更直观,更高效。增强PPT渲染力,说服力。也更符合现代人的需求,随心所欲更智能化。所选用Kinect体感手势识别传感器,其能够捕捉、跟踪以及解密人体的动作和手势,它通过对深度图像和骨骼图像的分析实现动态手势识别。在骨骼图像的20个骨点中选取至少2个有效骨骼点,通过追踪这些骨骼点的位置来实现对手部的追踪;再通过对手部深度图像的分析来实现动态手势识别。

一、Kinect的简单介绍

(一)Kinect简介

Kinect是微软为其Xbox 360游戏主机和Windows平台PC打造的一款运动感知输入设备,作为一款体感外设,它实际上是一个采用全新空间定位技术(Light Coding)的3D体感摄像头,利用即时动态捕捉、影像辨识、麦克风输入、语音辨识、社群互动等功能,允许玩家使用身体姿势和语音命令通过自然用户界面技术与Xbox 360交互,从而完全摆脱了传统游戏手柄的束缚。

(二) Kinect的主要配置有

RGB摄像头:为Xbox 360提供红、绿、蓝三颜色通道,主要作用在于面部识别和动作追踪;

深度传感器:深度传感器有红外线投影机加单色CMOS传感器组成,虽然功能并不复杂,但它可以让Xbox 360真正“看到”3D空间,而不是通过计算得出空间数据;

多点阵麦克风:主要功能是为了聊天以及语音命令识别,并可以帮助过滤环境噪声;

定制处理器和微软的定制软件:所有硬件都由微软设计的软件控制,商业目的。

(三)结构

Kinect有三个摄像头,中间是一个RGB摄像头,用来获取640×480的彩色图像,两边是两个深度传感器,左侧的是红外线发射器,右侧的是红外线接收器,用来检测玩家的相对位置。Kinect的两侧是一组四元麦克风阵列,用于声源定位和语音识别。

(四)kinect for windows SDK 功能介绍

骨骼追踪:对在Kinect视野范围内移动的一个或两个人进行骨骼追踪,可以追踪到人身体上的20个节点。此外,Kinect还支持更精确的人脸识别。

深度摄像头:利用“光编码”技术,通过深度传感器获取到视野内的环境三维位置信息。

音频处理:与Micorsoft Speech的语音识别API集成,使用一组具有消除噪声和回波的四元麦克风阵列,能够捕捉到声源附近有效范围之内的各种信息。

感应器:彩色和深度镜头,辅助感应倾斜驱动马,达完全相容所有Xbox 360装置。

二、Kinect程序流程

基于Kinect SDK中的API函数完成kinect解决方案,如下图所示,主要包括5个部分:初始化,获取图像,分析跟踪状态,显示图像,以及退出。下面将分别介绍。

Kinect SDK中的API函数以“Nui”开头,一般命名为“NuiXXXX”。为了与Kinect SDK中的API函数区别,kinect解决方案中的函数均以“KinectXXXX”命名,内部调用Kinect SDK中的API函数。

(一)初始化

对应KinectNuiInit()函数,初始化Kinect设备,设置摄像头仰角,打开颜色流、深度流和骨架流。

(二)获取图像

对应KinectGetDepthImage()、KinectColorFrameToImage()和KinectGetSkeleton()函数,从颜色流、深度流和骨架流中获得数据帧,转化为openCV中的IplImage图像类型。

上面的3个函数调用了KinectGetFrame()、KinectDepthFrameToImage()和KinectColorFrameToImage(),获取数据帧,并且转化为对应图像类型。

(三)分析跟踪状态

对应KinectJudgeTrack(),判断当前的跟踪状态以及控制权所示情况。

KinectJudgeTrack()调用了KinectPointDistance()和KinectPointHorizontalDistance(),求出两点之间的距离以及两点之间的水平距离。

三、演示系统结构

(一)演示框架

本文的虚拟演示系统是通过对骨骼数据的追踪来捕捉人体的动作来控制图片的移动,放大,缩小,旋转等操作,从而形成一个能与人交互的一个虚拟演示系统,总体结构如下:

图1 系统操作方案

(二)对骨骼数据的追踪

先定义骨骼点,通过定义的骨骼点确定骨骼位置;再定义一个骨骼状态函数,通过这个骨骼状态函数来捕捉人体的动作,最后通过时间模型来对骨骼数据进行追踪。

图2 骨骼追踪模式

(三) 图片操作

通过对骨骼的追踪,确定到手的位置,然后定义操作的动作来识别是对图片进行什么操作。先获取图片的中心位置,然后在进行操作。

图3 图片操作方案

(四)视频窗口

定义一个KinectSensor对象用来表示Kinect设备,定义一个数组来存放获取到的图像数据,再通过Loaded方法来来初始化视频数据并接收视频流,最后利用kinectSensor_ColorFrameReady方法来获取视频数据并显示出来。

图4 数据采集结构

(五)预演示

该方案应用体感外设作为LED全彩屏的手势输入终端。设备通过识别操作者的手势、动作来实现LED全彩屏的动作。

手势输入终端是一种新型的输入终端,它不同于传统意义上的输入终端,比如键盘、鼠标、游戏手柄等,它通过人体的手势以及动作将操作指令下达给设备。

本方案将体感外设作为新型的输入设备操作LED全彩屏,颠覆了以往LED屏只能显示无法互动的缺点。改变了以往LED显示后台操作的模式,实现了观众即是操作者的设计理念。

采集与控制 第7篇

21世纪, 世界进入了信息技术高速发展和应用时代, 农业的发展趋于数字化、精确化、智能化。目前, 世界农业信息技术已经进入农业数据库的开发、网络和多媒体技术应用以及农业生产自动化控制等的新发展阶段。农产品从生产到销售, 涉及的环节较多, 信息量复杂, 农产品信息管理困难, 必须借助信息新技术进行农产品各个环节的数据收集和管理, 尤其是农业机械田间精准化作业, 需要信息技术的支撑, 这将是今后农业生产机械产品发展的趋势, 是农业机械田间精准化作业发展过程中的一场信息革命。影响农业机械精准化作业发展的关键信息技术包括RFID技术、无线传感网络技术、3S技术、计算机网络技术、数据库技术和自动控制技术等。随着世界各国对物联网技术不断深入的探索, 物联网技术将会很快渗透到热带农业的各个环节中, 包括产前规划、产中精确管理、产后加工管理和流通管理, 指导种植户科学种田[1], 是有效解决农业生产难题的核心技术。

农业生产环境监测是实现农业机械智能控制的基础, 系统科学的环境监测开始于20世纪50年代, 环境监测技术发展历程见表1[2]所示。可见, 环境监测技术随着计算机技术、无线传感网络技术等的飞速发展, 逐渐趋于智能化、简单化。无线传感网络是物联网的一个核心技术之一, 是一种全新的信息获取和处理技术, 凭借其低功耗、低成本和高可靠性等特点, 已逐渐渗透到农业领域[3], 物联网与无线传感网络可以在大面积农田中部署环境监测节点、基站、通信系统、互联网以及监控软硬件系统等, 长期监测田间的温度、湿度、风力、大气和降雨量, 收集有关土地的土壤水分、氮浓缩量和土壤p H值等农情信息和监视农作物灌溉情况, 对作物生长情况进行实时跟踪, 帮助农民减灾、抗灾, 指导种植, 提高农田综合效益[4]。

国内学者对农业田间数据采集和自动控制方面研究逐渐深入, 如冯友兵等针对农田灌区范围广、数据量大及实时传输难的问题, 提出在节水灌溉控制系统中利用无线传感网络传送农作物需水信息的方案[5]。孙成采用以ARM7控制器为核心全自动智能控制接口技术设计了变量施肥机控制系统, 系统可以根据各个田块之间的土壤和作物长势差异按需施肥[6]。韩英梅采用无线传感网络技术设计了冬季蔬菜生产环境测控系统, 系统采用微控制器MAX232芯片和模糊温湿度控制, 由数据采集传感节点、设备开关节点、路由节点和总控制节点共同组成。系统可以改变蔬菜生长的环境因子、调节生长周期, 获得蔬菜生长的适宜环境[7]。骆凯等人利用WSN和GSM技术, 采集和处理土壤湿度、温度、空气湿度以及土壤含盐量等参数信息, 可以对农作物生长环境进行实时跟踪与诊断[8]。徐冬冬研究了Zig Bee无线传感器网络应用到温室环境监测系统, 构建了监测温湿度的温室无线传感网络模型, 实现自组织网络、无线数据传输和智能控制[9]。王骥等人研究了基于无线传感网络的智能灌溉单片机系统, 通过多个传感器对湿度、温度、降雨量、酸碱度、水分蒸发量 (风速) 和空气温度等多种信息的采集来实现对农田的精确自动灌溉控制[10]。李兴霞采用嵌入式技术、无线远程通信技术、GPS定位技术以及传感器技术等, 利用微处理器S3C44B0X研究和设计了农田环境数据采集系统, 主要用于采集土壤温度、水分, 空气温度、湿度和光照强度5个参数[11]。张利琼研究了基于无线传感网络的温度、土壤水分以及酸碱度的农业监控系统。ATmega128L微处理器和传感网络节点, 设计了农业环境监测系统, 提出了一个新的获取、处理信息的途径[12]。邓君丽采用组件式GIS研究和开发了智能施肥灌溉系统以及系统包括变量灌溉决策支持子系统和配方施肥决策支持子系统, 系统能根据农田、园林的水位、温度、土壤湿度、光照强度、气候条件等基本信息进行自动采集[13]。熊书明等人采用基于Zig Bee协议的MicaZ结点和MTS310传感器板, 基于作物水分胁迫声发射原理, 研发了作物水胁迫声信号监测的精量灌溉系统, 可以远程、精确获取作物需水信息, 并实施精量灌溉[14]。

本研究从智能化、精准化农业机械装备的发展角度出发, 研究农业田间数据采集与智能控制的关键技术, 根据现有成熟的信息技术和设备, 提出农业机械智能控制的研究方案, 为农业智能机械的发展提供研究基础和技术支撑。

1 关键技术

(1) 传感器技术。传感器是一种物理装置或生物器官, 能够探测、感受外界的信号、物理条件 (如光、热、湿度) 或化学组成 (如烟雾) , 并将探知的信息传递给其他装置或器官, 符合国家标准GB7665-87。本研究主要采用的传感器包括数字温湿度传感器和养分传感器, 用于监测农产品田间生产过程中的温度、湿度和养分等参数信息。其中数字温湿度传感器是通过温、湿度敏感元件和相应电路, 将温湿度监测数据转换为方便计算机、PLC及智能仪表等数据采集设备直接读取的数字量。湿度主要包括相对湿度、绝对湿度、饱和湿度和露点等参数。其中PTC热敏电阻的电阻-温度特性可近似表示为:

RT=RT0exp Bp (T-T0)

式中RT、RT0表示温度为T、T0时电阻值, Bp为该种材料的材料常数。

(2) 无线传感网络技术。无线传感网络技术包括物理层、M AC、路由协议和协议标准的网络支撑技术, 时间同步、节点定位、容错技术、安全设计和服务质量保证等服务支撑技术, 以及网络管理、操作系统和开发环境等应用支撑技术。每个传感节点收集到田间作物生产环境的温度、湿度及养分等参数信息, 通过路由协议收集到汇聚节点上, 通过路由协议可以将配置参数或者需要更新的代码传递给网络中的每一个节点, 以保障数据高效、可靠和安全地自动传输。目前, 典型的路由协议主要包括数据收集协议CTP和数据分发协议Drip。

通讯芯片是无线传感节点的重要组成部分, 目前常用的符合IEEE802.15.4物理层协议规范的低功耗通讯芯片主要有厂商Atmel生产的RF230, Ember生产的EM260, Freescale生产的M C13192、M C13202、M C13212, Jennic生产的JN5121、JN5139和TI生产CC2420、CC2430、CC2520。

(3) RFID技术。射频识别技术 (Radio Frequency Identification, RFID) 可以保证每个标签具有唯一的电子编码, 附着在物体上标识目标对象。基于RFID的物流监控网络可以对食品从生产源头到流入市场的全过程进行严格监控和安全保障。本研究将田间生产信息的编码部分记录到电子标签中, 可以实现农产品质量安全生产环节的追溯。

(4) 数据库技术。数据库技术在无线传感网络中发挥着重要作用, 主要用于管理网络中产生的数据, 包括存储传感器产生的数据、分发用户的查询、处理查询并返回结果、消除查询结果中的数据冗余性和数据的不确定性。本研究是将传感器所产生的数据发回到网络的网关, 进入数据流管理系统中, 进行数据集中式存储, 防止历史数据丢失。

(5) 自动控制技术。自动控制技术是21世纪最重要的高新技术之一, 按照预设的目标, 对工作过程进行系统、精确的控制。一般采用嵌入式系统、单片机、微机和工控机等控制方式实现对农业机械的智能控制。根据工作环境和需要控制的参数, 选择相适应的最佳控制方式和设备, 采用相应的软件编程, 以达到对农业机械的控制目的。

2 系统设计思路

(1) 总体设计。农业田间数据采集与控制系统总体设计见图1所示。

系统设计融合传感器技术、WSN技术、RFID技术及数据库技术等, 围绕对田间生长过程中的农情数据采集、数据传输与存储、数据分析与管理及数据查询等关键问题, 进行了系统的初步设计。系统采用温湿度传感器、养分传感器等, 实时采集田间温度、湿度和养分等农作物田间生产环境参数, 将采集的数据及时传输到数据库中, 进行数据分析。当环境出现异常情况时, 通过网络远程通讯技术实现预报、预警, 将根据测量到的数据指导和自动控制田间农业机械工作, 保证农业安全生产。同时, 用户可通过手机终端或者WEB浏览器查询相关数据, 数据信息将与RFID电子标签溯源码进行数据关联, 为农产品生产环节的质量追溯提供数据保障。

(2) 硬件设计。农产品田间生产环境监测系统硬件设计, 包括传感节点和汇聚节点、RFID系统硬件。传感节点和汇聚节点的功能主要包括传感、信息处理和无线通讯, 选择的节点硬件和汇聚节点硬件设备支持Zig Bee底层协议IEEE802.15.4[15], 传感器采集到的数据经过A/D、D/A转换, 传输到节点, 再由节点传输到汇聚节点中, 通过通讯端口进行数据传输, 其中无线传感节点设计见图2所示。

RFID系统包括电子标签、读写器、天线和数据库等, 电子标签采用EPC-96位, 将电子标签中的96位溯源码与热带农产品田间生产环境参数信息关联, 在天线覆盖的区域中, 通过RFID读写器实现对电子标签中的信息写入与读识, 为热带农产品田间生产环节的质量回溯提供数据支撑。RFID系统工作原理见图3所示。

(3) 软件设计。本研究在现有的网络设备和先进信息网络技术的基础上, 构建农产品田间信息监测与控制平台, 建立农产品田间生产信息数据库, 实现远程数据传输、数据访问和数据分析与决策服务, 指导和控制农业机械设备田间作业。农产品田间数据采集与控制系统软件设计思路见图4所示。

3 结语

实现对农产品的田间信息动态监测, 可以对农产品田间生产环境因素、可持续发展能力和经济效益等的诸多因素相互关系进行全面评估和深入分析。本研究采用无线传感网络等信息技术, 监测对农产品生产有影响的各种环境状态参数, 提出农业机械的自动控制方法, 跟踪环境质量变化, 确定环境质量水平, 为农产品生产过程的环境管理和农产品质量追溯工作提供基础信息、方法指引和质量保证。

摘要:围绕信息技术在农业田间数据采集与控制上的应用关键问题, 阐述了农业生产管理对物联网、WSN及FID等信息技术的迫切需求、信息技术在农业领域中的应用情况以及国内学者对农业田间数据采集与控制的研究进展。着重分析了影响农业田间数据采集与控制的关键技术, 在现有成熟信息技术和农业装备的基础上, 提出了农业田间数据采集与控制的发展思路, 并进行了系统的总体设计。系统建设是可行的, 为实现对农产品生产过程的监控和管理, 确保热带农产品生产环节的质量安全和农业智能机械的发展提供研究基础。

采集与控制 第8篇

在工业系统中, 现场电压采集和显示有着广泛的应用。传统方法多使用单片机完成现场电压采集和向上位机传输数据的任务, 然而由于单片机的运行速度慢和宜于受到干扰而出现死机等问题, 在实时性和可靠性要求高的地方不能应用。而FPGA的快速性、可靠性以及易更新性使得它成为完成这一任务的目前最好的选择。利用FPGA设计的模块非常简洁, 只用一个芯片就可以完成很多复杂的任务。非常适合用在各类嵌入式系统中。

本论文设计基于FPGA控制的电压采集系统设计。FPGA对按键进行检测, 通过按键切换不同的AD转换电路采集电压, AD启动转换结束后, 将得到的数据送到液晶显示器上显示结果。论文要求采用Protel绘制原理图;在QUARTUSII中使用VHDL语言以及原理图法完成软件功能设计。

2 多功能充电器的设计

本文在详细分析设计任务书的基础上, 了解对各个器件的要求, 并以PGA EP2C8芯片作为主控制器, TLC549为A/D转换器, 使用VHDL语言作为程序语言, 应用PROTEL完成电路图设计, 实现了基于FPGA控制的电压采集系统设计。

2.1 硬件设计的实现

本论文设计的硬件框图, 如图1:

本设计的关键在于FPGA模块、A/D转换器模块、液晶显示模块的设计, 在此重点介绍, 另外还有电源电路、键盘电路以及时钟信号等。

(1) FPGA模块设计的设计

现在考虑硬件的选取, 首先考虑系统的核心部分——主控制器的选择。本次设计主要是采用FPGA EP2C8芯片作为主控制核心。因为本文中用到其以下特点:采用FPGA EP2C8设计ASIC电路, 用户不需要投片生产, 就能得到合用的芯片;FPGA EP2C8可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片;FPGA EP2C8内部有丰富的触发器和I/O引脚;FPGA EP2C8是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一;FPGA EP2C8采用高速CHMOS工艺, 功耗低, 可以与CMOS、TTL电平兼容;FPGA EP2C8芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之。

FPGA采用了逻辑单元阵列LCA这样一个概念, 内部包括可配置逻辑模块CLB、输出输入模块IOB和内部连线三个部分。下面是其中几个典型部分的电路图。

晶振电路。FPGA中的晶振主要是保持系统内的各部分工作可同步, 还有提供时序的标准时刻, 让电路按准确时序工作。

JTAG电路。本次设计采用JTAG方式, 其具体电路连接图如图3所示:

JTAG的四个接口TMS、TCK、TDI、TDO, 分别为模式选择、时钟、数据输入和数据输出线。

配置芯片电路。FPGA在正常工作时, 它的配置数据存储在SRAM中, 加电时须重新下载。在实验系统中, 通常用计算机或控制器进行调试。在实用系统中, 多数情况下必须由FPGA主动引导配置操作过程, 这时FPGA将主动从外围专用存储芯片中获得配置数据, 而此芯片中FPGA配置信息是用普通编程器将设计所得的pof格式的文件烧录进去。本设计对FPGA芯片的配置中, 采用AS (主动配置) 模式的方法, 采用EPCS1S18芯片。

(2) AD转换电路设计

本次设计选用的是八位分辨率A/D转换器TLC549, 其主要特点如下所示:8位分辨率A/D转换器;微处理器外设或独立工作;差分基准输入电压;转换时间为17usMax;每次总存取与转换周期数高达40, 000;片内软件可控采样——保持;总不可调整误差 (Tota Unadjusted Error) ---±0.5LSB Max;4MHz典型内部系统时钟;宽电源范围:3V至6V;低功耗:15mW Max。

采用了两路A/D转换, 在液晶显示的第一行和第二行分别进行显示转换结果。A/D转换部分包括:时钟信号CLOCK、复位信号Reset、转换使能端EN、数据输入输出端和片选控制端CS。TLC549转换电路原理图如图4。

(3) LCD1602液晶显示电路设计

本次设计采用的液晶显示芯片为LCD1602, 其电路连接如图5所示。

LCD1602采用标准的14脚 (无背光) 或16脚 (带背光) 接口, 显示容量为16*2字符, 模块的最佳工作电压为5V。液晶显示模块是一个慢显示器件, 所以在执行每条指令之前一定要确认模块的忙标志为低电平, 表示不忙, 否则此指令失效。要显示字符时要先输入显示字符地址, 也就是告诉模块在哪里显示字符。

(4) 其他部分设计

电源电路:电源电路为各个电路提供所需要的电源。分别产生3.3v和1.2V电压。本设计使用的是LM1085, 最大输出电压为3.3V;同时采用1117-1.2V芯片将3.3V电压转换为1.2V的输出电压。键盘电路:本设计的按键电路采用自锁按键, 当按下某个按键且为低电平时, 认为其对应的AD通道被选中, 将启动对应通道的A/D转换。

2.2 软件设计的实现

在软件设计工具的选取方面, 本次设计编程语言使用了VHDL和Verilog HDL两种语言, 在Quartus II软件上进行程序编程。此次设计软件部分所要实现的功能包括:FPGA可以检测按键来选择不同的AD转换通道, 实现采样电压的A/D转换控制, 并输出AD转换结果到液晶显示。

主函数软件流程图, 如图6。

在本设计硬件基础上, FPGA通过按键检测, 决定采样电压通道的选择, 然后启动对应通道的A/D转换, 转换结束后并最终输出到LCD1602液晶显示器上。

3 结论

利用FPGA实现的电压采集和监控系统的核心部分, 具有速度高、可靠性强、体积小的特点, 可以广泛的应用于工业系统中, 具有很强的适用性。

本设计易于扩展, 在不改变电路的前提下, 只要稍微改变VHDL的源程序, 就可实现复杂的数据采集系统。设计比较简单, 易于理解, 但对FPGA芯片资源的的利用率不高, 因此本设计有很大可修改之处。

摘要:本次设计主要是将采样来的模拟电压信号转换为数字信号输出到液晶显示器进行显示。FPGA对按键进行检测, 通过按键切换不同的AD转换电路采集电压, AD启动转换结束后, 将得到的数据送到LCD1602显示结果。

关键词:FPGA,电压采集,A/D转换,VHDL

参考文献

[1]赵艳华, 曹丙霞, 张睿.基于Quartus II的FPGA/CPLD设计与应用.电子工业出版社, 2009.

[2]纪宗南.集成A/D转换器应用技术和实用线路.中国电力出版社, 2009.

采集与控制 第9篇

随着科学技术的发展,嵌入式系统已经被广泛应用于工业控制、国防军事、通信、汽车电子以及医疗卫生和消费等方面,成为后PC时代的主力军。ARM芯片由于功能强大、处理速度快、片上资源丰富、外围接口芯片多等优势,是目前嵌入式系统中应用较多的一种主控芯片[1,2]。LPC2220微控制器是基于一个支持实时仿真和嵌入跟踪的32/16位ARM7TDMI-S CPU。由于144脚封装、极低的功耗、多个32位定时器、8路10位ADC、PWM输出以及多达9个外部中断管脚使它特别适用于工业控制、医疗系统、访问控制和电子收款机(POS)。通过配置总线,LPC2220最多可提供76个GPIO。由于内置了宽范围的串行通信接口,LPC2220也非常适合于通信网关、协议转换器、嵌入式软件调制解调器以及其它各种类型的应用。

1 系统总体框图

系统一方面采集按键的键值并显示在点阵LED屏上,并将键值数据通过串口送给PC;另一方面通过串口接收由PC发来的数据,并将收到的数据显示在点阵LED屏上并控制相应的发光二极管灯亮。系统方框图如图一所示。

系统以ARM处理器为核心,形成ARM最小系统实现核心控制处理功能[3]。外围电路主要由串行通信接口、LED点阵屏、LED发光二极管、键盘、电源等组成。

2 单元电路设计

2.1 ARM最小系统

在系统中,ARM处理器选择的是LPC2220,要使处理器能正常[4]的工作必须形成最小系统,方框图如图二所示。

由于LPC2220内部没有FLASH,所以需要外扩FLASH;晶振是CPU工作必须的采用11.0592MHz;复位电路选用CAT1025芯片可实现上电自动复位和手动复位,电源产生1.8V的内核电源和3.3V的I/O口电源;JTAG接口是调试测试接口。

2.2 串行通信接口

串行通信接口芯片选用SP3232E,由电平转换芯片完成从TTL电平到RS232电平的转换,如图三所示[5]。

2.3 LED点阵屏

LED点阵屏采用的是4个8×8点阵屏拼起来的一个16×16的屏,用于实现数据的显示。电路[6]如图四所示。

ARM处理器通过SPI接口送出显示数据,由74HC595进行数据的串并转换,以列扫描的方式进行数据的显示。

2.4 LED发光二极管及按键

在系统中,LED发光二极管是受控对象,由接收到的数据控制对应的二极管灯亮;按键为8个单独按键,作为数据的输入端。电路如图五所示。

3 软件设计

软件是系统设计的核心,在ADS1.2开发环境下采用C语言进行编程设计。软件主流程如图六所示。

初始化包括引脚功能选择、串口初始化、SPI接口的初始化、初始状态及中断初始化,在之前应建好LED点阵显示用的字模数据。串口数据的接收使用中断方式,发送采用查询方式。

4 结束语

本系统基于ARM实现了键值采集及16×16点阵LED屏显示,将键值数据通过串口发送给上位机PC;另一方面,通过串口可以接收从上位机来的控制信号以点亮相应的二极管,接收的数据由16×16点阵LED屏显示,整个系统得到了实现。经验证,系统工作稳定、可靠,在实际的测控系统中具有很好的参考价值。

参考文献

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[2]刘苍,王建业,张景伟.基于ARM的便携式数据采集存储系统设计[J].仪表技术与传感器,2013,(08):89-92.

[3]刘锐,王林.基于ARM数据采集系统的设计[J].中国测试,2010,36(4):89-92.

[4]周立功.ARM嵌入式系统实验教程(一)[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005.

[5]周立功.ARM嵌入式系统软件开发实例(二)[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006.

采集与控制 第10篇

近年来农业大棚生产由于其高效性已成为世界农业发展趋势[1]。介于大棚内农作物生长受到其温湿度等诸多因素影响,大棚内的温湿度参数都应被及时监控,从而保证作物在最适宜环境下生长。长期以来我国大棚内对此类参数的监控多依靠人工经验[2]此类人工管理存在调控效果不及时、调控精度差、失误率高等缺点,为了实现对农业大棚的智能监控,田辉辉、郭佳等人提出借助CAN总线的农业环境监控系统[3,4],这一有线信息传输方式有连接稳定、信息交换速率及效率较高的优点,然而又有着布线繁琐、移动性差、安装维护成本高等诸多问题。

为实现对农业大棚的智能管理,本文设计了基于NRF905的多点无线数据采集与远程通讯系统。系统可依靠DHT11数字温湿度传感器完成信息采集,并利用NRF905进行无线射频通讯,上位机以MSP430G2553为控制核心,并能通过串口通讯与PC机进行通讯。

1 系统总体设计

多点农业大棚无线数据采集及远程监控系统包括上位PC机,主节点和多个子节点组成,主节点借助433MHz的无线通讯模块形成星型的无线网络。内部各个子节点与主节点双向通讯,但是各节点间互不相通。农业大棚内部各区域的温湿度数据可被子节点采集,子节点将温湿度信息借助NRF905模块传输给主节点,主节点及上位机一方面负责汇总子节点信息并对相关数据进行显示,此外还负责处理来自上位机的控制命令,将来自PC机的指令下发给各个子节点,实现对农业大棚温湿度的全局控制。

2 系统硬件设计

2.1 主节点硬件设计

在通讯链路中,主节点负责对子节点传送来的数据信息进行显示和上传,同时对子节点进行控制命令的下发等任务。选用的硬件模块主要有有微控制器MSP430G2553、无线收发模块n RF905、液晶显示模块OLED、键盘模块以及电源模块等,其硬件结构如图1所示。根据该应用需求,射频收发模块选择12d Bi高增益天线。

对主节点控制中心选型时,选取了TI公司的低功耗16位单片机MSP430G2553,所具有的16k B闪存和512B的RAM足够使用,而且它所具有的低功耗及其他五种节能模式使得其在1MHz频率和2.2V电压条件下的运行功耗仅为230μA,待机状态下功耗仅为0.5μA,适应我们所需要的节能属性。并且内置的2个16位定时器、1个通用的串行通讯接口也足够编程所用。

无线收发模块负责主节点与子节点间的无线数据传输,采用用挪威Nordic公司的无线射频芯片n RF905。一次的数据传输量最多为32B,最大传输速度可达到100kbps,发射功率最大可达10d Bm,接收灵敏最大为-100d Bm。工作电压为1.9V~3.6V,此外其功耗非常低,以-10d Bm的输出功率工作时,芯片的发射电流只有11m A,于接收模式运行时的电流为12.5m A。内部具有空闲模式与关机模式,可实现节能目的。由于我国433MHz频段可以免费使用,所以本系统使用433MHz频道进行无线数据通信。n RF905内置点对多点通信地址控制,适用于本系统中心控制模块和各个下位机间的通信。

此外为实现主节点与PC机间的信息交流,需要借助CH340T串口转换器。

为了方便用户操作及查看相关信息,我们利用液晶屏来显示相关信息,液晶屏采用OLED12864液晶显示屏,OLED12864为128×64行点阵的OLED单色、字符、图形显示模块,采用4.5V~5.5V供电。

2.2 子节点硬件设计

子节点主要实现对农业大棚环境温、湿度信息的采集以及接收主节点下发的控制指令对执行机构进行控制等功能。主要硬件有微控制器MSP430G2553、温、湿度检测模块DHT11、无线收发模块n RF905、执行机构、液晶显示模块OLED以及电源模块。其硬件结构如图2所示。

温湿度检测模块在系统中负责检测农业大棚中的温、湿度信息,采用数字温湿度传感器DHT11。它与一个高性能8位单片机相连接,工作电压为3V~5.5V,湿度测量范围为20%~90%RH,湿度测量精度为±5%RH,温度测量范围为0~50℃,测温精度为±2℃,信号传输距离可达20m以上,能够广泛应用于各个领域。

其中DATA用于微处理器与DHT11之间的通讯和同步,采用单总线数据格式,一次通讯时间4毫秒左右,芯片有专用的通信协议,可通过软件测量高电平时间来确定数据,最终接收数据分小数部分和整数部分。执行装置有卷帘机的三相交流电机,电加热棒、继电器、通风口的直流电机。子节点根据来自上位PC机的指令控制相应的继电器和接触器的通断,进而控制相应的执行装置,以实现对农业大棚中温湿度的调节。接触器的控制电路如图3所示。

3 通信协议

通信协议是通信双方为实现信息交换而制定的规则。通信协议设计是软件设计的重点,也是通信可靠性的保证。

主节点与上位PC机串口通信设定协议,如表1~表2所示。

本系统中主节点与各通信子节点之间需构成完整的通讯网络以保证射频通信的可靠性,n RF90芯片本身不带组网协议,为此系统设计了n RF905通信协议,如表3~表6所示。

本系统是一个主节点对多个子节点的网络结构,为实现主节点全网广播的功能,为各个子节点都定义了相同的物理地址0XE7。但为了区分各个子节点,本系统在网络层为每个子节点分配了唯一的IP地址,主节点在接收到数据后通过该地址来判断接收到的数据是哪个子节点上传来的。子节点通过该网络地址来判断主节点下发的控制指令是不是给自己的,如果不是则不接收。

若出现数据传输因干扰发出错误或是现场停电等状况,主节点则不能接收到回传的应答信息,为保证通信可靠,本系统在主节点与子节点通信时设定了数据重发机制[8]。当主节点收到子节点上传的数据时需要及时回复给子节点一个ACK应答信号,子节点收到ACK表明数据上传完成,否则进行数据重发,直到收到ACK为止。同样当子节点收到主节点下发的控制指令时也会回复给主节点一个ACK,主节点以此信号来判断子节点收到控制指令,若没有则重发,但在5s后主节点仍没有收到ACK,则认为本次控制指令发送失败,主节点认为该子节点出错,并反馈给上位PC机。

4 系统软件设计

4.1 上位PC机程序设计

上位PC机主程序主要完成各个子节点数据的接收、分析及存储。如果数据在设定的范围之外,则下达控制指令,对相应农业大棚中执行机构进行控制。

4.2 主节点程序设计

主节点主程序主要完成定时接收各子节点采集到的数据且进行实时显示,并与上位PC机进行串行通信,当上位PC机下发控制指令时将指令下发给相应的子节点,它是上位PC机与子节点之间的纽带。主节点主程序流程如图4所示。

主节点与子节点间借助NRF905模块进行通讯,在NRF905处于接收模式时对数据进行保存并发送返回ACK,若切换到下发指令模式时则定时下发控制指令到对应子节点,直到接收返回ACK后切换回接收模式。

4.3 子节点程序设计

子节点主要负责采集农业大棚中的温湿度信息,并将这些数据定时发送至主节点,同时接收来自主节点的控制命令,并根据这些命令控制相应执行装置。子节点主程序流程图如图5所示。

4.4 实验结果

为了验证系统方案的正确性,本实验包括10个子节点,1个主节点和1个上位PC机。每路子节点按顺序进行IP地址编号,每路子节点接一路DHT11温湿度传感器,和四路继电器、接触器的执行机构,分别控制开帘,闭帘,加热和通风。上位PC机采用串口与主节点数据传输,主节点采用无线传输与各个子节点通信。通信距离空旷场地约为400米。改变任何一个子节点的温湿度,经过约2秒钟左右,主节点和上位机能接收到任何子节点的温湿度数据,并实时更新。上位PC机发出控制指令,下位机在1S内,子节点能准确接收数据,实时控制对应的执行机构,对于本设计来说,可以忽略该时延。该系统连续工作24个小时,采样控制运行正常,具备可靠稳定的优点。

5 结束语

本设计是以MSP430单片机为核心,结合NRF905无线通信设计了多点农业大棚无线数据采集与远程控制系统。可实现对多个农业大棚中温湿度信息的无线实时监测,并完成开闭帘、加热、通风等的远程控制。经过实验表明,该方案运行良好,可靠性高,很好地解决了大棚蔬菜种植中的许多实际问题。

摘要:针对现有大棚经营中对信息获取及控制方面的需求,以无线数据收发为总思想,将大棚内部数据的采集与相关控制反馈任务分别分配给系统分节点与主节点,从而设计了大棚数据采集与远程监控系统,各个大棚分节点以单片机MSP430G2553为控制核心,借助DHT11数字温度传感器采集湿度信息,而后利用NRF905完成无线射频组网通信,最终主节点通过R232串口与PC机进行通信,上位PC机实时得到各个大棚的监测数据,同时能下发卷帘、加热等指令。

关键词:温室大棚,NRF905,数据采集,无线通讯

参考文献

[1]李金莹,杨宏业,吕文艳.物联网技术与我国设施农业发展[J].安徽农业科学,2013,41(19):8344-8346.

[2]张瑞娟.基于无线温度传感器和GSM短消息的蔬菜大棚温度监测报警系统设计[J].淮阴师范学院学报(自然科学),2011,10(3):212-216.

[3]田辉辉,王熙.基于CAN总线的农业温度监控系统设计[J].农机化研究,2013,(6):174-177.

[4]郭佳,任博,张侃谕.基于CAN的FCS型智能温室系统的设计与实现[J].自动化与仪表,2010(9):32-35.

[5]曾国敬,宋跃,何志辉.一种智能家居远程控制系统的硬件设计[J].电子技术应用,2011,37(4):81-84.

[6]吴波.89C52单片机系统的USB接口[J].信息科技,2012,45(16):84-89.

[7]谢春生,宋坦路,石成.串口通信协议的制定方法[J].黑龙江科技信息,2009,(33):83-83.

[8]计芳,张小鸣.基于n RF905无线通信的MAC协议研究[J].常州大学学报:自然科学版,2012,4(24):63-67.

禽类羽毛的采集与加工方法 第11篇

一、羽毛的采集

1. 以采集家禽和野禽的羽毛为主。家禽有鸡、鸭和鹅;野禽有山鸡、大雁和野鸭。它们的羽毛产量为活重的7%~9%,采集加工每只禽类的羽毛可增收5~15元。

2. 采集羽毛可分活体拔毛和死体拔毛,活体拔毛为干拔,采集下来的羽毛质量最佳;死体拔毛为湿拔,采集下来的羽毛含水量大,采后应及时晾干。

3. 羽毛采集的部分,有禽体上的绒毛、片毛和大羽毛,特别是鹅、鸭的绒毛和片毛最有实用价值,收购价格较高,应全部拔下来。

4. 羽毛的品种、品质、颜色和用途各有不同,在采集中应特别注意将鸡、鸭、鹅的毛分别采集,不能混杂,并将同一颜色的羽毛分别保存。

二、羽毛的晾晒

1. 晾晒前应将混在羽毛中的脚壳、内脏、粪便等杂物拣出来,不得将它们与羽毛混在一起。

2. 晴天选择避风、阳光充足和干净的地方进行晾晒;阴雨天或大风天不宜晾晒时,可放在室内摊开晾干。

3. 将不同颜色、不同种类的羽毛分开晾晒,不得混杂。

4. 晾晒中应避免雨淋,防止被风吹走,夜间有露水应及时收回。

5. 晒干后的羽毛应存放在干燥库房,避免潮湿、腐烂和虫蛀。要定期进行检查,如有发霉和特殊气味,应重新晾晒。

三、羽毛的加工方法

1. 风选。将羽毛分批倒入毛机内,开动鼓风机,使羽毛在箱内飞舞,利用片毛、羽毛、灰砂和脚皮等杂物的比重不同,使它们分别落入不同的承受箱内,然后分别收集处理。为保证质量,风箱内的风速要保持均匀一致。最后将选出的羽毛,装入大包送往捡毛间。如羽毛产量较少,可不用风选,采用人工挑选即可。

2. 捡净。风选后的羽毛,需再次检去毛梗和杂毛,并抽样检查,看其含灰量及含绒量等是否合乎规定标准。

3. 并堆。对捡净后的羽毛,根据品质成分,进行调整与并堆,使含绒量达到标准。

4. 包装。将并堆后的羽毛,经采样复验合乎标准后,即可倒入打包机内进行打包(每包重量按用户需求办),缝好包头并编号、过秤即为成品。凡是达不到包装重量的,应先装在袋中积累起来,达到一定重量后再进行打包。可用打包机打包,也可人工打包,打包后在包头上注明种类、重量等。

采集与控制 第12篇

在现代工业控制系统中,多参数实时采集对监控设备正常运行有着十分重要的作用。多参数信号采集是将监控现场的物理量、化学量或生物量通过相应的传感器和调理电路把模拟量转换为易于采集、处理的电压信号,经过单片机的处理,一方面反馈给控制部件对监控对象进行控制调整,另一方面送给显示单元,实时显示采集的信号数据。在航空、汽车、通信、园林等控制领域,多参数实时采集与处理是自动控制系统的核心。但是专用的数据采集设备价格动辄上万,高速数据采集卡的价格也在千元以上,而且这类设备大多有固定的接口,无法适应千差万别的被测对象的需求,不具有通用性[1,2,3]。本文从应用角度出发,设计分辨率为8位的实时数据采集系统,在STC_ISP_V394软件环境的支持下,通过PC机实时显示采集的参数。下位机以AT89C52单片机为控制单元,8路A/D转换芯片ADC0809采集两路电压信号:通道0每隔1s采样一次,共采集10次;通道1每隔5s采样一次,共采集20次。采集的数据通过串行通信方式发送到上位机实现实时显示。本系统利用不同的传感器取代两路电压信号的采集,适用于各种控制电路,具有较强的通用性。

1 系统硬件设计

数据采集与处理系统分为单片机主控模块、A/D转换模块、数码管显示模块、键盘控制模块和串行通讯模块等五个单元,系统组成框图如图1所示。

1.1 A/D转换模块

模数转换采用常用芯片ADC0809,其内部有一个8通道多路开关,由于内部进行转换的转换器只有一个,所以只能对8路模拟量信号进行分时转换,根据锁存地址线译码后的信号,某一时刻只选通8路模拟输入信号中的一路,以逐次逼近原理进行模-数转换,转换时间为100μs,转换精度为8位[4]。

ADC0809内部结构如图2所示。启动ADC0809进行A/D转换,首先输入3位地址信号,并使ALE为高电平,将地址存入地址锁存器中,经译码器译码选通8路模拟输入之一到比较器;START上升沿将逐次逼近寄存器复位,下降沿启动A/D转换,EOC输出信号变低,指示转换正在进行。直到EOC变为高电平,表示A/D转换结束,转换结果存入锁存器。当OE输入高电平时,输出三态门打开,转换结果的数字量输出到数据总线上。

1.2 键盘及显示模块

参数采集与处理系统的人机交互采用2×8矩阵键盘和静态数码管显示,如图3所示。设计上为节省单片机I/O口线,人机交互采用两条线控制,利用模拟开关CD4052切换,控制键盘和数码管的数据信号[5]。

1.3 串行通信模块

由于单片机和PC机使用不同的逻辑电平,在设计串行接口电路时,必须考虑电平的匹配、驱动能力的匹配、元器件的选择以及其它电气特性。PC机通常有两个标准的RS232串行口,为了提高抗干扰能力,这种接口采用EIA电平逻辑,如表1所示[6]。

为实现单片机与PC机电平兼容,单片机与PC机通讯时,必须经过电平转换。通常使用MC1488和MC1489芯片实现电平转换,但这两种转换芯片组成电路结构复杂,电源需±12V电源供电,工作不稳定,易烧坏芯片。本设计使用MAX232集成电路芯片,仅用+5V供电,其内部有两组电压转换电路,外围电路配上4个升压电容,实现在EIA电平和TTL电平之间互相转换,具有电路结构简单、元器件数量少、电源单一、功耗低等特点,MAX232芯片组成的串行接口电路如图4所示[7,8]。

AT89C52单片机内有一个可编程、全双工的串行口,串行收发的数据在通讯时,通过特殊功能寄存器SFR的串行数据缓冲器SUBF实现数据交换,故可做多机通讯,特别适合于终端和系统主机间的通讯。

1.4 单片机与A/D接口模块

单片机采用ATMEL公司生产的AT89C52单片机。它采用先进工艺制造,具有高性能的MCS51内核设计,带有非易失性Flash程序存储器,是一种高性能、低功耗的8位CMOS微处理芯片,市场应用广泛,在实现信号采集、数据处理、串行传输、实时控制等有较大优势。

本设计采用查询法采集数据,合理分配单片机的资源,大部分时间单片机用来运行控制程序,只有在采集时间到来时单片机才用来执行采集程序。图5所示为ADC0809与单片机的接口电路,需要采集数据时,单片机首先输出地址信号,指定采集的通道,接着使ALE和START为高电平,启动A/D转换,然后单片机处理其它事务,稍后查询EOC是否为高电平,若为高电平,转换结束,需要读取转换结果时,发送读取命令使OE为高电平读取转换结果,存入指定单元,供数码管显示和上传给PC机[9]。

2 系统软件设计

系统软件主要包括:系统初始化、判键程序、AD转换程序、数码管显示程序和串行通信程序,图6为程序结构框图。

单片机采用11.0592MHz晶振、定时器选择工作方式2、串口工作在方式1,波特率设为9600。上位PC机在STC_ISP_V394开发环境下,使用"串行调试助手"功能,接收串行数据并显示采集结果,图7为STC_ISP_V394数据采集界面,显示出两路电压信号的实时采集结果。

单片机串行通信初始化设置:

MOV TMOD,#20H:T1工作方式2

MOV TH1,#0FDH:波特率9600

MOV SCON,#40H:串口工作方式1

SETB TR1:打开定时器1

单片机发送数据:

MOV SBUF,A:将接收的数据传送给PC机

JNB TI,$

CLR TI

3 结束语

本文介绍了一种基于A/D转换芯片ADC0809和AT89C52单片机的数据采集和串行通信接口的实现方法。本设计在自制开发机上完成调试,自制开发机采用S T C 8 9 C 5 4单片机,具有I S P在线编程功能,在STC_ISP_V394开发环境下完成程序下载以及数据通信。通过实践验证在短距离传输中有很好的效果,传输中未出现数据丢失和错误。数据采集和串行数据传输在工业控制中十分重要,本设计具有一般通用性,读者可根据自己的实际需要进行改进,以满足工程设计需要。

摘要:本文以AT89C52单片机为核心,采用A/D转换芯片ADC0809,设计了两路直流电压信号实时采集系统,对信号进行采集、转换、处理、存储,通过单片机串行口送给PC机,在STCISPV394开发环境的串行调试窗口下实时显示。文中详细论述了系统的硬件设计和程序流程图的结构,此采集和处理系统具有较强的移植性和通用性。

关键词:单片机,A/D转换,数据采集

参考文献

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[6]官晟,张杰,等.微机主从通讯系统多232口连接电路设计[J].微计算机信息,2005,21(4):200-201.

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