原创 【博客大赛】基于嵌入式平台的数据采集系统

数据采集就是将传感器采集到的一系列模拟信号，比如：温度、压力、流量、位移等转换成数字信号，以便于计算机识别，并且进行相应的计算、存储和处理；同时，将这些处理之后的数据进行显示或打印，这样就可以实现对某些物理量的监测和控制。随着各类科技的迅猛发展，人们对数据采集的各方面要求不断提高：从高速、高精度、强实时性等最基本要求，到采集设备的便携化、网络化以及智能化等比较复杂的要求。嵌入式系统是当前最流行的前沿技术，具有体积小、功耗低等特点，将嵌入式技术引入数据采集系统，可以大大提高数据采集系统的实时性以及灵活性，满足日益增长的采集需求。

    本设计通过对嵌入式开发板的研究，以ARM9为核心，USB技术为通信传输方式，搭建一个基于ARM和USB2.0接口通信的数据采集系统，自主完成硬件平台的搭建以及软件程序的设计。

系统总体框图

整个系统以ARM9为核心，负责协调整个系统其它部分的工作，保证整个系统数据采集系统正常完成数据的采集、处理以及传输；ADC是模数转换器，负责将模拟信号转换成为数字信号；USB则负责与PC或者其它设备的数据传输；FLASH跟SDRAM用于存放固化程序和运行程序；LCD用于显示数据采集过程中的一些信息，采集到的数据还可以通过用户界面来显示并且进行一些简单的处理，方便用户对采集过程进行控制。

本设计利用一个嵌入式开发板搭建的一个智能照明系统，验证整个数据采集系统设计的正确性，其中会有一个光敏传感器来感知外部的光照强度，以此来控制LED灯的明暗程度，这里对处于不同光照强度情况下的LED灯的电压电流数据做了采集。用户程序界面如图所示：

在界面的左上角有一个“A/D采用参数设置”按钮，点击此按钮将可以对采样的一些参数进行设置，包括采样通道的选择，采样分辨率的选择，如图所示。其中，采样通道有四个，这样在需要采集几组数据进行对比的情况下，可以同时通过几个通道来采样；分辨率有两种选择，这需要根据对具体采集的数据的精度要求来选择。在选择符合要求的参数之后点击“确定”就可以回到主界面，如果放弃选择点击“取消”即可。这时候再点击“采集数据”按钮，系统就会开始采集数据了，为了对采集到的数据进行查看或者处理，需要将所采集到的数据显示在界面上，这时只需要点击“显示数据信息”按钮，之前所选择的采样通道和分辨率以及采集得到的当前的电压和电流就会在左下角显示出来。如果需要对以前采集的数据进行查看，可以点击“查看历史记录”按钮，这时在此时刻之前采集到的同一通道的电压电流数据就会显示在右下角的空白处，供用户查看。本设计的一个创新之处就是增加了绘图功能，有时候简单的看数据会比较抽象，不够直观，数据之间的联系通过一些图表清晰的表现出来，在数据采集界面的中有“绘制曲线图”按钮，点击此按钮可以讲这些数据与对应的采样时刻之间的曲线图会在右上角的坐标轴上显示出来。

A/D采样参数设置界面

从上面结果可以看出，所测数据符合实际情况，采集到的数据精度已经达到小数点后三位，基本上可以满足一般数据采集的精度要求。本次实验采集数据的时间分布大概是从早上到傍晚，这期间，室内光线是先变亮然后再变暗，这时光敏传感器会根据采集到的照度强弱来控制LED灯的明亮程度，从上午到中午的这一段时间，外部亮度不断变大，所以LED灯会不断变暗，所以电流会持续变小，到正午的时候电流基本为0，这段时间LED灯基本上不会亮；中午到傍晚的这一段时间，LED灯又会不断变亮，电流不断变大。从这个例子我们可以看到本系统能正常采集所需要的数据，并且对这些数据进行一些简单的处理，基本达到了预期效果，此外为用户提供了友好的人机交互接口，用户可以设定采样参数，查看数据信息。本设计能够很好的实现数据采集。