多参数数据采集系统

多参数数据采集系统

摘要：介绍了一种多参数数据采集系统，共64路数据采集通道，能够对不同类型的传感器输出的模拟信号进行数据采集。可根据传感器类型，配置相关参数，并能任意选择数据采集通道，实现温度、压力、流量等不同性质参数的多通道数据采集、存储、传输及显示。系统数据采集端口通用性强，数据采集精度高，抗干扰能力强，尤其适用于工业控制领域的数据采集。

关键词：多参数 多通道 通用性 数据采集 中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）03-0156-03 1 引言

数据采集系统，从严格的意义上来说，应该是用计算机控制的数据自动采集，并且能够对数据实行存储、处理、分析计算以及从检测的数据中提取可用的信息，供显示、记录、打印的系统。

数据采集系统的任务就是采集传感器输出的模拟信号并转换成计算机能识别的数字信号，然后进行相应的计算和处理，得出所需的数据。在生产生活的各个领域，数据采集系统几乎无处不在，凡是有自动检测及控制的地方都会有数

据采集系统的出现。

在某些特殊的场合，需要对多种不同类型的参数进行采集，为了节省成本，就要求一个数据采集系统能够同时对多种类型的参数进行采集。本文提出的多参数数据采集方案能够提供多路通道，对温度、压力、流量等多种不同类型的模拟量进行高精度的数据采集、处理和显示，必要时还可以根据数据类型和传感器的特性进行扩展和调整。 2 系统方案

系统设计了64路采样通道，可以对温度、压力、流量等传感器的模拟量输出信号进行采集。

为了使用方便，系统设计了64个通用接口，每个接口均可接不同的传感器。为了节省硬件成本，64路采集通道共用一个AD转换通道，分时轮流进行数据采集。

实际使用过程中，只要在确定端口连接的传感器类型、量程等参数后，通过上位机对系统进行参数配置，即可进行数据采集工作。

数据采集本身不涉及控制环节，因此数据采集采用开环系统，其组成如（图1）所示。

在对多种类型的数据进行采集时，为了保证数据采集系统的通用性，采用变送器将各种传感器输出的模拟电信号均转换为4～20mA的电流信号，然后通过采样电阻进行电压采样，接下来通过采样通道选择器进行巡检，在某一时刻只

允许某一个采样通道的模拟量被采样保持，再经过AD转换后送显示器显示采样结果或通过串行口发送采样数据。 系统设计了64路采样通道，在硬件设计环节，每路采样通道的硬件构成完全相同，这样增加了数据采集的灵活性，在软件设计时，可以根据所需采集的不同数据类型和数量，合理分配采样通道，配置相关参数，并编制相应的数据采集和处理程序。

将各种类型及不同量程的传感器通过相应的变送器将输出信号统一成4～20mA的电流信号，首先是考虑到采样端口的通用性，这样使传感器经变送器后的输出信号可以和任意数据采集端口相连，其次，当传感器与数据采集系统距离较远时，涉及到信号传输问题，如果传感器的输出是电压信号，长距离的导线传输会引起原始信号的衰减，导致数据采集错误，尤其是在工业应用场合，还容易受到外界干扰，因此变送器的采用可以提高系统的稳定性和端口的通用性。 由于64路数据采集通道共用一个AD，采用分时轮流采集的方式进行AD转换，每次AD转换及数据处理时间约为10ms，因此，每一路数据采集通道的数据采集频率最高可达100Hz，可满足常用的温度、压力、流量等中低频变化的物理量数据采集要求。 3 硬件设计

系统硬件原理图如（图2）所示。

3.1 CPU

主控芯片采用ATmegal6芯片，ATmegal6基于增强性的AVR RISC（精简指令集）结构的低功耗8位CMOS微控制器，具有1MIPS/MHZ的性能。片内集成了16KB的Flash程序存储器、1K字节的SRAM、512字节的EEPROM；32个通用工作寄存器；2个8位的定时器/计数器；1个具有输入捕获输出比较以及PWM功能的16位定时/计数器；UART通用串行接口；SPI同步串行接口以及片内模拟比较器；且片内具有可编程看门狗定时器，具有很好的抗干扰能力。 3.2 AD转换

ATmega16有一个10位的逐次逼近型ADC，用于进行模拟量到数字量的转换。ADC包括一个采样保持电路，以确保在转换过程中输入到ADC的电压保持恒定。ADC由AVCC引脚单独提供电源。ADC的参考电压源VREF反映了ADC的转换范围。VREF可以是AVCC、内部2.56V基准或外接于AREF引脚的电压。AVCC通过一个无源开关与ADC相连。片内的2.56V参考电压通过内部放大器产生。无论是哪种情况，AREF都直接与ADC相连，由于VREF的阻抗很高，因此只能连接容性负载，基准电压可以通过在AREF引脚上加一个电容进行解耦，以更好地提高参考电压的抗噪性。

系统采用片内2.56V基准电压作为VREF，各个通道均