八通道串口數(shù)據(jù)采集與處理虛擬儀器系統(tǒng)設計

　　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)議送達上位機。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，以達到處理器要求。另外系統(tǒng)上位機串口名稱與下位機一定要設置為同一名稱，否則數(shù)據(jù)不能成功送到上位機，如圖4所示。

　　1．2 上位機系統(tǒng)設計

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

　　1．2．1 數(shù)據(jù)讀取

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

　　1．2．2 數(shù)據(jù)驗證

　　數(shù)據(jù)驗證包括數(shù)據(jù)讀取、判斷是否是有效數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)報頭是否正確。數(shù)據(jù)報頭為8個FE，然后緊跟數(shù)據(jù)包。程序判斷讀取8個FE時開始讀數(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個元素作為第1通道的低位，第1個元素作為第l通道的高位……，第15個元素作為第八通道的高位，分別顯示：當滿足采樣點位數(shù)時，置位重新讀取數(shù)據(jù)。在顯示之前對數(shù)據(jù)進行預處理：去直流、峰值計算、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。由于程序運行時要調(diào)用Matlab控制臺，所以混合編程要求控制機必須裝載Matlab軟件。

　　1．2．4 數(shù)據(jù)存儲

　　當點擊采集數(shù)據(jù)按鈕時，系統(tǒng)提示選擇存儲路徑，并存儲為后綴名為‘.lvm’的二進制測量文件。上位機主程序如圖6所示。

　　2 用戶界面

　　將8個MEMS傳感器并排，然后拍擊桌面的信號波形圖。8個通道可獨立使用，如直接一路傳感器，其他通道數(shù)據(jù)都為0?？墒謩痈拇诿Q、波特率、停止位、奇偶校驗、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、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)，即將計算機Buffer分為2個相同區(qū)域Bufferl和Buffer2，數(shù)據(jù)先存往Bufferl，當Bufferl存滿時，標志位置位，數(shù)據(jù)繼續(xù)存往Buffer2，同時將Bufferl中的數(shù)據(jù)送往處理器進行處理，完畢后，Bufferl存數(shù)，Buffer2發(fā)送，如此循環(huán)，注意正確設置存儲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，功能更加強大。

　　3）上位機程序采用條件循環(huán)結(jié)構(gòu)和事件結(jié)構(gòu)設置，前面板和程序框圖同時執(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)主要用于實驗數(shù)據(jù)的采集，由于采用串口通信，所以設備布設簡便，方便操作。經(jīng)實際測試證明系統(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：同時可擴展性強，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，實時監(jiān)測待控領(lǐng)域。