如何构建数据采集系统(二)

2015-08-06 09:01:12来源: vihome
3 信号传输

 


传感器信号在经过设备采 集之后,通过何种方式安全而可靠地传输到上位机或者服务器中,这个问题随着大通道数(几百通道以上)数据采集项目的不断出现,其重要程度与日俱增:无论前 端设备与传感器的接线部分、还是整体系统的总线组网模式,其中只要有一处出现疏忽,整个数据采集系统都可能会受到影响。

 

前端

前端,指的是数据采集设备到传感器的接线部分。传统的数据采集设备是板卡形式的(如下图),这种方式需要使用线缆与接线面板来使其与传感器引线连接。



为了进一步提升用户的接线体验,很多数据采集设备商也开始提供“直连传感器”的设备,例如NI公司推出的CompactDAQ数据采集系统,其可拆卸的C系列模块基本都自带接口(如螺旋端子、BNC等),方便工程师连线。如果用户对接口的防护性有要求,甚至需要有耐腐蚀的功能,则还可选择华穗科技(HUASUI)基于NI软硬件平台开发的高防护数据采集设备。

总线

目前主流的数据采集系统总线有很多,各有不同的优点。下表中罗列了主流设备总线的一些基本指标:


*理论最大数据传输速率基于以下的总线规范: PCI、PCI Express 1.0、 PXI、PXI Express 1.0、 USB 2.0、千兆以太网和Wi-Fi 802.11g


 

虽然总线种类较多,但在工程师构建数据采集系统时,以下几个因素需要综合考虑:

- 总线带宽需要能够支持数据采集的速度,需要注意的是,实际的系统带宽低于理论总线限制。 实际观察到的带宽取决于系统中设备的数量以及额外的总线载荷。 如果需要在很多通道上传输大量的数据,带宽是选择总线时最重要的考虑因素。

- 不同总线的I/O响应时间不同,它是调用驱动软件函数和更新I/O实际硬件值之间的时间延迟。根据您选择总线的不同,延迟可以从不足一微秒到几十毫秒。需要单点读写的应用程序单点I/O的相应时间是关键。一般情况下,对于低延迟的单点I/O应用来说,PCI Express和PXI Express等内部总线比USB或无线等外部总线更好。

- 许多数据采集系统都有复杂的同步需求,包括同步数百个输入通道和多种类型的设备。多个设备同步测量的最简单的方法就是共享时钟和触发。 一些数据采集设备提供专用的BNC接头的触发线,这些外部触发线在USB和以太网设备上十分常见,因为这些数据采集硬件处于PC机箱外部。 然而,某些总线内置有额外的时钟和触发线,使得多设备的同步变得非常容易(如PXI总线,具体见下图)。

- 处理器计算能力的极速增长是毋庸置疑的,它为数据采集系统的构建提供了许多新的创新方式,因此便携性也可能成为总线选择的首要考虑因素。例如,车载数据采集应用得益于结构紧凑,易于运输的硬件,如USB和以太网等外部总线,因为其快速的硬件安装以及与笔记本电脑的兼容性,特别适用于便携式数据记录系统(如ioBox L系列)。

组网方式

对于多通道数据采集系统来讲,其组网方式主要有集中式和分布式两种。集中式适合于测试地点和测试通道都在一个集中区域内的应用,而分布式则更适合于分布区域广大,且节点数较多的应用。

集中式中一个较为典型的例子就是PXI平台(下图),在一个多槽位的机箱中,工程师可以根据自己项目的不同需求选配不同的数据采集板卡(或仪器级板卡),从而以较为紧凑而标准的方式满足不同的采集需求。

 

 

分布式是相对于集中式的理念而生,其发展得最为极端的形式就是物联网,本文内容只涉及数据采集系统层面。WSN(无线传感器网络)是一个典型的分布式数据采集系统,它由节点、网关以及中央控制器(服务器)组成,从而实现分布在各个区域(一般该区域会很广泛,例如整个热带森林)节点的通讯、采集以及回传。

近来两种组网方式正在趋于综合,某些数据采集系统可以被设计来兼顾集中式和分布式,从而节省工程项目的投入成本,开拓更多的应用领域。

关键字:数据采集系统  传感器信号

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2015/0806/article_12627.html
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