高速无线数据采集终端的设计与优化

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数据采集系统目前已经广泛的应用在许多领域,如电机诊断、安全防护、电能质量分析等场合。很多数据采集系统采用有线的方式来进行数据的传输,例如CAN总线,Modbus通信等。采用这些方式安装成本都较高,并且灵活性不够。而利用无线传输方式既可以降低数据采集系统的安装成本,同时可以安装到一些由于经济原因或物理原因无法安装的区域,增加了设备的灵活性。可见,无线数据采集系统具有很重要的应用价值。本文首先介绍了数据采集系统发展及无线网络技术现状,并对高速无线采集终端的特性、应用场景等进行了详细的研究和探讨。针对现有有线采集系统的优缺点进行分析,从而得出无线技术与采集系统结合是未来发展的趋势之一。其次,考虑到Zigbee,GPRS等技术标准数据速率较低,很难满足大数据量传输的场合。本文采用IEEE802.11n协议标准,设计了一种多通道的同步数据采集终端。该终端具有六路数据采集通道,能很好的进行多点数据采集工作。本文对硬件电路设计进行了详细的分析和介绍,并给出部分模块的原理图。软件方面对系统的基本配置及无线模块驱动进行了详细介绍。在分布式的系统中,很多应用中需要更精确的数据分析,如电能质量监测,安全防护应用等。因此无线数据采集终端需要对各个检测点进行同步的数据采集,本文采用GPS授时模块的同步信号作为无线采集终端的采集的主时钟信号。为了避免同步失败,提升同步启动速度以及优化数据包的结构,本文设计了一种简化的同步协议流程。在这种协议流程中,简化的时钟信息代替了UTC标准时钟信息,并通过远程主控制台的进行辅助控制的方法实现多个终端之间的同步采集。最后,考虑到采集数据量大,数据带宽相对有限,一旦终端较多,每个终端的占有的数据带宽非常有限。因此采用数据压缩方法是提升数据传输效率的有效手段之一。相对于工控机而言嵌入式平台处理能力有限,数据处理过于复杂会造成主控制器负担沉重,甚至导致系统崩溃。考虑到这些因素,本文针对信号幅频冗余设计一种的数据压缩方法,通过相关实验证明该方法计算复杂度低,适用于嵌入式平台。
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