八通道串口數(shù)據(jù)采集與處理虛擬儀器系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　系統(tǒng)采用串口通信。利用處理器內(nèi)部的10位D／A轉(zhuǎn)換器，將采集到的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再經(jīng)過調(diào)理電路后送由MiniBus采用RS2-32協(xié)議送達(dá)上位機(jī)。另外采集板集成了一塊單CAN高速隔離收發(fā)器CTMl050，可以通過網(wǎng)口通信。串口通信需注意的問題是轉(zhuǎn)換電平，數(shù)據(jù)采集端供電電平為+5 V，而處理器能接受的電平是+3．3 V，因此系統(tǒng)采用MAX3221電平轉(zhuǎn)換器，以達(dá)到處理器要求。另外系統(tǒng)上位機(jī)串口名稱與下位機(jī)一定要設(shè)置為同一名稱，否則數(shù)據(jù)不能成功送到上位機(jī)，如圖4所示。

　　1．2 上位機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　數(shù)據(jù)流程如圖5所示，數(shù)據(jù)經(jīng)下位機(jī)采集處理后，由通信模塊通過串口發(fā)送到上位機(jī)，上位機(jī)主要包括數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)驗(yàn)證、數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)4部分。

　　1．2．1 數(shù)據(jù)讀取

　　即虛擬儀器設(shè)備串口初始化，包括：串口名稱設(shè)置、超時(shí)設(shè)置、波特率設(shè)置、數(shù)據(jù)位設(shè)置、奇偶校驗(yàn)設(shè)置，等等。本系統(tǒng)采用的設(shè)置為：超時(shí)l000 ms；波特率115200；數(shù)據(jù)位為8位；無奇偶校驗(yàn)；其他采用默認(rèn)值。

　　1．2．2 數(shù)據(jù)驗(yàn)證

　　數(shù)據(jù)驗(yàn)證包括數(shù)據(jù)讀取、判斷是否是有效數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)報(bào)頭是否正確。數(shù)據(jù)報(bào)頭為8個(gè)FE，然后緊跟數(shù)據(jù)包。程序判斷讀取8個(gè)FE時(shí)開始讀數(shù)并顯示。

　　1．2．3 數(shù)據(jù)處理

　　系統(tǒng)為8通道，一次循環(huán)讀取16位的數(shù)組，將數(shù)組第O個(gè)元素作為第1通道的低位，第1個(gè)元素作為第l通道的高位……，第15個(gè)元素作為第八通道的高位，分別顯示：當(dāng)滿足采樣點(diǎn)位數(shù)時(shí)，置位重新讀取數(shù)據(jù)。在顯示之前對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理：去直流、峰值計(jì)算、濾波等等，由于Labview程序框圖中有Matlab腳本文件，所以可以和Matlab混合編程，在Labview腳本框中直接寫Matlab代碼。由于程序運(yùn)行時(shí)要調(diào)用Matlab控制臺(tái)，所以混合編程要求控制機(jī)必須裝載Matlab軟件。

　　1．2．4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

　　當(dāng)點(diǎn)擊采集數(shù)據(jù)按鈕時(shí)，系統(tǒng)提示選擇存儲(chǔ)路徑，并存儲(chǔ)為后綴名為‘.lvm’的二進(jìn)制測量文件。上位機(jī)主程序如圖6所示。

　　2 用戶界面

　　將8個(gè)MEMS傳感器并排，然后拍擊桌面的信號波形圖。8個(gè)通道可獨(dú)立使用，如直接一路傳感器，其他通道數(shù)據(jù)都為0?？墒謩?dòng)更改串口名稱、波特率、停止位、奇偶校驗(yàn)、流控制、傳輸數(shù)據(jù)位和顯示信號線的線性、顏色，界面友好?？筛鶕?jù)需求添加峰值顯示、頻譜顯示，傅里葉變換等復(fù)雜信號處理內(nèi)容。通道l至通道8信號波形分別用：紅、橙、黃、綠、藍(lán)、靛、紫、洋紅顯示。

　　3 系統(tǒng)特色

　　1）系統(tǒng)采用了雙緩沖技術(shù)，即將計(jì)算機(jī)Buffer分為2個(gè)相同區(qū)域Bufferl和Buffer2，數(shù)據(jù)先存往Bufferl，當(dāng)Bufferl存滿時(shí)，標(biāo)志位置位，數(shù)據(jù)繼續(xù)存往Buffer2，同時(shí)將Bufferl中的數(shù)據(jù)送往處理器進(jìn)行處理，完畢后，Bufferl存數(shù)，Buffer2發(fā)送，如此循環(huán)，注意正確設(shè)置存儲(chǔ)速度和處理速度之間的關(guān)系，以保證數(shù)據(jù)無遺漏。

　　2）Labview編程與Matlab編程相結(jié)合進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析。對于Labview中沒有的數(shù)據(jù)處理功能可直接調(diào)用Matlab腳本文件，功能更加強(qiáng)大。

　　3）上位機(jī)程序采用條件循環(huán)結(jié)構(gòu)和事件結(jié)構(gòu)設(shè)置，前面板和程序框圖同時(shí)執(zhí)行，最大程度地節(jié)省了CPU資源。界面友好，具有良好的可操作性。

　　4 結(jié)論

　　本系統(tǒng)主要用于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集，由于采用串口通信，所以設(shè)備布設(shè)簡便，方便操作。經(jīng)實(shí)際測試證明系統(tǒng)性能穩(wěn)定，信號失真度較小，很好替代了NI公司數(shù)據(jù)采集卡：同時(shí)可擴(kuò)展性強(qiáng)，修改板子處理器ARM程序，采用CAN通信后，結(jié)合算法，即可用于工程需要，實(shí)時(shí)監(jiān)測待控領(lǐng)域。