八通道串口数据采集与处理虚拟仪器系统设计

　　无线传感器网络是近几年国际研究的热点问题，而数据采集又是无线传感器网络系统性能*估、应用的基础环节。在数据采集过程中应用虚拟仪器可以尽可能地缩短数据采集的时间，同时降低实验成本，因此虚拟仪器在测控领域得到越来越广泛的应用。传统的前端数据采集设备都是，TI公司的数据采集卡，成本高且维修不便。本系统下位机采用NXP公司LPC2378为依托的数据采集电路板，上位机操作系统基于La-bview8．5编写，通过串口通信实现了数据的实时采集，可以对采集信号进行处理分析并显示。

　　1 系统设计

　　数据采集系统分为下位机和上位机2部分，二者通过驱动程序组成采集系统。下位机是指直接控制设备获取设备状况的计算机，一般是PLC／单片机之类；上位机是可以直接发出操控命令的计算机，一般是PC，屏幕上显示各种信号变化，如图l所示。图中程序部分采用Labview来实现。在数据采集之前，先对下位机采集板卡进行初始化，其中处理器Buffer是下位机采集存储的重要环节。可以采用外部触发(比较精确)，也可采用软件触发(容易实现)。由于上位机数据处理阶段要对采集到的一个周期的数据进行处理，所以系统采用软件触发，每个周期采样1024点。

　　1．1 下位机系统

　　下位机系统为数据采集硬件平台，主要包括采集卡前端设备即传感器电路、核心处理器(即算法实现电路)、电源模块电路和通信模块电路。

　　1．1．1 采集卡前端设备

　　前端传感器采用飞思卡尔MMA7260加速度传感器。相比于老式线圈式振动传感器，MEMS传感器具有量程大、不易溢出、受外界气候因素影响较小等优点。采集原理图如图2所示，在采集信号放大之前进行抗混叠滤波，有效滤除了高频干扰。需要注意的是，探头需要提供+5 V供电才能稳定工作。本系统采集传感器Z轴数据，对探头安装位置没有特殊要求；若要采集X轴数据，必须注意探头X轴方向与地面平行，否则信号会发生畸变。

　　1．1．2 核心处理器

　　从价格、操作系统、接口类型、内存大小等条件考虑，该系统设计的处理器采用LPC2378，它是一款基于ARM的微处理器，包含10／100 Ethernet MAC、USB 2．0全速接口、4个UART、2路CAN通道、1个SPI接口、2个同步串行端口(SSP)、3个I2C接口、1个I2S接口和MiniBus(8位数据／16位地址并行的总线)。工作频率为72 MHz，ARM局部总线上有32 KB的SRAM，可以进行高性能CPU访问和简单的算法实现。

　　1．1．3 电源模块

　　考虑到MEMS传感器最佳工作电压为5 V，所以系统采用ZY2405WHBD-3W型DC-DC变换器，输入电压9～36V，输出电压为5V。其他部分主要起稳压作用。

　　1．1．4 通信模块

　　系统采用串口通信。利用处理器内部的10位D／A转换器，将采集到的模拟信号转换成数字信号，再经过调理电路后送由MiniBus采用RS2-32协议送达上位机。另外采集板集成了一块单CAN高速隔离收发器CTMl050，可以通过网口通信。串口通信需注意的问题是转换电平，数据采集端供电电平为+5 V，而处理器能接受的电平是+3．3 V，因此系统采用MAX3221电平转换器，以达到处理器要求。另外系统上位机串口名称与下位机一定要设置为同一名称，否则数据不能成功送到上位机。