PDF《存储器的数 据采集系统设计》

电子测量技术才无第卷第期年月基于 和 存储器的数据采集系统设计 ' 郊磊李启征 魏世民北京邮电大学自动化 学院 摘要基于 .

系统硬件平台和 驱动库 、 文件系统设计 了一 种数据采集系统 . 移植了 拌 嵌入式操作系统的 处理器将采集到的传感器输出量进行采集 、 处理后 , 将其以文件的形式存 储到 接口 的存储设备中 , 以便于上位机对其进行分析和处理 . 实验验证 了该采样系统的有效性 . 关键词 拌 数据采集 存储器 中图分类号 十 文献标识码 , , 加,,

既拌几,、扒几州.油成弓言在移动机器人等运 动载体的传感器数据采集中 , 有蓝 牙技术仁 ' 一口、无线局域网圈 、 等技术川 的应用 . 以上技 术有着准实时 、 在线测量等优点 , 但也存在一 些不足之处 . 比如 , 蓝牙技术的有效距离短 无线局域 网络技术的覆盖 区域的局限 等技术 的成本较高 . 在不需要 实时测 量、或者不易实时测量的场合 , 可 以采用这样的方案 使用 处理器将传感器数据进行处 理,并将处理 的结果存 放到 接口的存储介质中 比如 . 该方案有 其成本低 、 便于上位机分析数据等优点 . 尤其适合移动机 器人的传感器数据采集 、 分析与处理 . 开发环境 硬件环境 硬件平 台采用 广州 周立功单 片机 发展 有限公司的系统 . 该平 台支持 成操作系统 具有 接口板,支持 固件编程 和驱 动程 序 的开 发具有转换 电路,可与上位机或传感器进行串行通信 . 使用的 微 控制器 为,该微控制 器 具有 路 位精度 的砚,并具有 接口和总线接 口.故既可以用来接收模拟量输出的传感器信号 , 也可 以接收数字 量输出的传感器信号 比如 接口.还具有实时时 钟片内外设 , 可 以在系统工作时对时间进行测量 , 可 以用 来确定采样数据的时间 . 软件环境 软件开发平台采用 公司的 . 基于 源代 码开放的嵌入式操作系统 拜,,

以及广州周立 功公司 开发的 才驱动库仁三 和,文件管理 系统 . 在文献 」 中已经将嵌入式操作系统 拼移植到 了 微控 制器为上,并且编写好了的设 备驱动库,安装好 了 文件管理系统 . 本文所做的工作是编写程序 将通过 接口采集的数 据和串口接收的数据基于驱动库和 文 件管理 系统写 入到接口的存储器中 . 基金项 目 国家 自然科学基金项 目、国家 项目、年教育部科学 技术研 究重 点项 目、高等学校博士学科点专项科研基金资助课题 ? 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 郭磊等基于 和 存储 器的数据采集系统设计 第期数据采集系统设计 模拟 , 输出传感器数据的采集硬件系统简介 以 自行车机器人的传感器数据采集为例 , 采集系统的 硬件结构如图 所示 , 印 型精密电位计输出的模拟电 压对应着车把转动角度的变化 , 的片内 以二 将该 模拟电压做 变换得到数字量 . 双轴陀螺仪以 串口 数据格式输 出 自行车横滚角的数字量 , 使用 丁 劝接 受串口数据.将采集的数据通过实现的 接 口写入到 盘中 . 数据采样任务 写 盘文件任务 陀螺仪 仪・情密电位计 计盘盘图数据采集系统硬件结构 型精密电位计输出电压 对应车把的初 始零位 , 输出 代表顺 时针 度正度,输出 代表逆时针 度负度,其输人输出关系如图 所示 . 请 请求操作 盘数据 据据请求操作 盘数据 据缓缓冲区的信号量 量量缓冲区的信号量 量接接收串日 数据 、 刀 变换 换换安装文件系统驱动 动创创创创创创创创创创创创创创创创建并打开文件 件将将盘数据缓冲区 区数数据写入该文件 件写写写写写写写写写写写写写写写写写写入完成则蜂鸣器鸣 鸣将将采样数据转换为 码码码叫一声并关闭该文件 件发发送操作 盘缓冲区 区区区区区区区区区区区的的信号量操作 作作发送操作 盘缓冲 冲区区区区的信号量操作 作系系统延时 时时时时时时时系系系系系系系系统延时 时图采样任务 图写盘文件任务 一一一一.勺车把转动 角度八 图 车把转动角度与电位计输出电压的对应关系 数据采集系统软件设计 在拜操作系统主 函数 中建立 一个空 闲任务 , 创建读采样数据缓冲区 的任务 , 并创建一个控制读采样数 据缓冲区任务的信号量 , 信号量初值为 , 即该信号量为二 值信号量 . 以便于采样任务和写 盘文件任务分别访 问 该数据缓冲区 . 然后启动 内核 , 初始化实时时钟 . 并记 录 内核启动的时间值 . 在空闲任务中建立 文件管理系统任务 、 采样 任务和写 盘文件任务 . 这 个任务按照优先级从高到 低的顺序排列为 文件管理系统任务 采样任务和 写 盘文件任务 . 采样任务和写 盘文件任务的流程 图 分别如图 、 图 所示 . 由于 经过 变换后得到的数据是 位 整形数据 , 而写文件系统得写文件 函数 是 把要 写 数据 的义码写人 文件中.因此 , 需要编写 函数 , 将采样数据缓冲区 位整形数组 中的每个 元素的每一 位都转换 为其所对应 的跳码.片内的 位 的测量模拟电压 的范围是 . 若使用毫伏为单位则可知该数据采集系统测量数据的范 围是 一,即对 于 每个采样数据最多需要 个咒码表示 . 为了增强采样数据的可读性 , 就需要在各 个采样数据前加人起始符 " " , 在每个采样数据后加入结 束符 " , " , 这样最少需要 个鱿码就可 以表示任何采 样数据 . 双轴陀螺通过串口发出的数据格式范例为如 下所示 " , 一,一",其中的 " 一"和"一"分别是传感器输 出 的横滚角度和俯仰角度 . 编写 函数来实现 对于 输 出数据的参数过滤 , 从而得到横滚角度和 俯仰角度 . 当每次采样只取 串口 数据 中的横滚角度时 , 需 使用 个 码表示 每次的串口 采样数据及其起始符 和结束符 . 因为 盘数据缓冲区是采样任务和写 盘文件任务 的公共资源 , 这两个任务都访问这个数据缓 冲区 . 为了能 保证在采样任务还未向缓冲区写人数据时 , 写 盘文件的 任务不会从缓冲区得到数据而处于等待状态 , 使用在主程 一'・ 任丫国智书潺十塑钾?1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 第卷电子侧量技术序里定义的那个二值信号量来协调如图 、 图 所示的两 个任务 . 写 盘文件任务使用 了 文件管理 系统 的 函数来完成 安装文件系统驱动 创建并打开文件 移动文件指针 将缓冲区 中的数据写人 文件 关闭文件 缓 冲回写 移出设备驱动等功能 . 如流程图 所示 . 实验结果 通过实验 , 对一个文件系统为 的 盘进行操 作,在原来 为空 的盘内成 功写入一个文件夹和一个文件 . 在文件结尾 处为数据采 样开始的时间和采样结束的时间 , 该系统分别记 录了两个 时刻的秒值和毫秒值 . 该文件中记录的即为所需要 采集 的数据 在同一 时刻 , 电位传感器 的输 出电压值和陀螺仪 输出的串口 数据 . 采样 频率 即 为陀螺仪输 出数据 的频 率,数据格式如表 所示 . 表 采样数据格式 数据含义 一组采样数据 数据 起始符 电压值 数据 结束符 串口 数据 起始符 横滚角度 " 串口 数据 结束符 数据示例 , , 一 例如 , 当 自行 车机 器 人运 动时 , 该数据采 集系统 以〕的采样频率从 一 采样所得的 组数据如图 所示 . 子图 子图 巨〕门产内了广..护之刨任娜姐兰扮田钾石择七坦曰采样时自】 益.一,占采样时 肖爱平 , 孙汉旭 , 谭月胜 基于蓝牙技术的机器人模块 化无线通 信设计 〕北 京邮电大学学报 , 一 王光荣 , 马培荪 , 曹曦 无线局域网技术在锅炉承压管 管外检测 机器人中的应 用机器人 , 一 李瑞峰 , 顾义坤 基于网络的家用机器人 远程 监控系统设 计 制造业 自动 化,一周立 功 嵌人 式系统软件开发 实例 二 北京 北京航空航天大学出版社 , 周立功 嵌人式系统软件开发实例 一「北京北京航空航天大学出版社 , 周立功 嵌人式系统实验教程 二「北京 北 京航空航天大学出版社 , 一八,图电位计输出电压和车体横滚角度的采样数据 作者简介结论实验结果表明了该数据采集系统的稳定性和可靠性 , 并且采样总时间长度和采样次数成 比例 的增加 口 说明所 记录的采样时间 比较可靠 . 本文设计 的数据采集系统可 以用于无法或不便于使用无线数据传输的场合 , 具有一定 的使用价值 . 郭磊 , 男,年出生 , 北京邮电大学 自动化学院博士 研究生 , 主要研究方 向为远程控制 . 一.廖启征 , 男,年出生 , 教授 , 博士生导师 , 主要研究 方向为串联机器人机构位置反解 、 并联机 器人机构的位置 正解 、 并联机构的标定 、 弹簧系统的静力逆分析 、 非线性方 程组的求解等 . 参考文献巨〕秦磊 , 李满天 , 孙立宁 无线微小型机器人及其驱动控 制 机械工程学报 , 一?1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net