數(shù)據(jù)采集的基本原理

在計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用的今天，數(shù)據(jù)采集的重要性是十分顯著的。它是計(jì)算機(jī)與外部物理世界連接的橋梁。各種類型信號(hào)采集的難易程度差別很大。實(shí)際采集時(shí)，噪聲也可能帶來一些麻煩。數(shù)據(jù)采集時(shí)，有一些基本原理要注意，還有更多的實(shí)際的問題要解決。

假設(shè)對(duì)一個(gè)模擬信號(hào)x(t）每隔Δt時(shí)間采樣一次。時(shí)間間隔Δt被稱為采樣間隔或者采樣周期。它的倒數(shù)1/Δt被稱為采樣頻率，單位是采樣數(shù)/每秒。t=0，Δt,2Δt,3Δt……等等，x(t）的數(shù)值就被稱為采樣值。所有x(0),xΔt),x（2Δt）都是采樣值。根據(jù)采樣定理，很低采樣頻率必須是信號(hào)頻率的兩倍。反過來說，如果給定了采樣頻率，那么能夠正確顯示信號(hào)而不發(fā)生畸變的很大頻率叫做奈奎斯特頻率，它是采樣頻率的一半。如果信號(hào)中包含頻率高于奈奎斯特頻率的成分，信號(hào)將在直流和奈奎斯特頻率之間畸變。

采樣率過低的結(jié)果是還原的信號(hào)的頻率看上去與原始信號(hào)不同。這種信號(hào)畸變叫做混疊（alias）。

采樣的結(jié)果將會(huì)是低于奈奎斯特頻率(fs/2=50Hz）的信號(hào)可以被正確采樣。而頻率高于50HZ的信號(hào)成分采樣時(shí)會(huì)發(fā)生畸變。分別產(chǎn)生了30、40和10Hz的畸變頻率F2、F3和F4。計(jì)算混頻偏差的公式是：

混頻偏差=ABS(采樣頻率的整數(shù)倍－輸入頻率）

電流數(shù)據(jù)采集軟件部分

軟件部分要分別編寫S3C4510B部分的程序和CPLD控制程序。前者可分為μC/OSⅡ的移植和各個(gè)應(yīng)用程序的編寫，后者用VHDL語言實(shí)現(xiàn)。對(duì)于S3C4510B部分，根據(jù)整個(gè)裝置實(shí)現(xiàn)的功能和對(duì)他的要求進(jìn)行系統(tǒng)任務(wù)分割，并根據(jù)實(shí)際需要為各個(gè)任務(wù)分配優(yōu)先級(jí)。系統(tǒng)大致可分為如下幾個(gè)任務(wù)：初始化CPLD控制參數(shù)；對(duì)FIFO的讀??；與上位機(jī)的TCP/IP通訊；與上位機(jī)的串口通訊。對(duì)應(yīng)每個(gè)任務(wù)，需要編寫相應(yīng)的應(yīng)用程序，軟件設(shè)計(jì)部分的關(guān)鍵技術(shù)有μC/OSⅡ內(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的3個(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令，改為ARM7的匯編指令，并根據(jù)CPU的特點(diǎn)對(duì)文件中寄存器的初值進(jìn)行改寫。

電流數(shù)據(jù)采集

LwIP的特性有：支持多網(wǎng)絡(luò)接口下的IP轉(zhuǎn)發(fā)；支持ICMP協(xié)議；包括實(shí)驗(yàn)性擴(kuò)展的的UDP（用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）；包括阻塞控制、RTT估算、快速恢復(fù)和快速轉(zhuǎn)發(fā)的TCP（傳輸控制協(xié)議）；提供專門的內(nèi)部回調(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)增加網(wǎng)絡(luò)通信和網(wǎng)絡(luò)管理功能。LwIP協(xié)議棧在設(shè)計(jì)時(shí)就考慮到了將來的移植問題，他把所有與硬件，OS，編譯器相關(guān)的部份獨(dú)立出來，放在/src/arch目錄下。因此LwIP在μC/OSⅡ上的實(shí)現(xiàn)就是修改這個(gè)目錄下的文件，其他的文件一般不應(yīng)該修改。在驅(qū)動(dòng)中主要是根據(jù)S3C4510B內(nèi)的以太網(wǎng)控制特殊功能寄存器，編寫網(wǎng)絡(luò)接口的處發(fā)送包、接收包函數(shù)，初始化以及用于以太網(wǎng)控制器的外部中斷服務(wù)程序。

通過RS232/RS-485通信將傳感器輸出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，通過GPRS通信將信號(hào)遠(yuǎn)程傳輸或無線數(shù)傳到GPRS，通過遠(yuǎn)程模擬信號(hào)輸出模塊將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，得到還原輸出的模擬信號(hào)。在數(shù)據(jù)采集、遠(yuǎn)程監(jiān)控等領(lǐng)域，這些技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛。其中電壓電流采集模塊采用工業(yè)上廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)MODBUSRTU/ASCII協(xié)議，可與多種PLC、人機(jī)界面、組態(tài)軟件、工業(yè)控制機(jī)等MODBUS接口產(chǎn)品進(jìn)行通訊，并具有通訊超時(shí)檢測(cè)功能，便于通訊控制，還可根據(jù)用戶需求定制通訊協(xié)議。