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数据记录仪的设计与实现

2012/8/28 16:01:07  来源:计测网通讯员 
字号: 13号字 16号字

  摘要:以毫米波近程探测器数据记录仪为对象,进行了以TMS320LF2407 DSP为核心的数据记录仪的硬件系统设计,并在此基础上完成了整个数据记录仪的系统软件和基于VB6.0的数据分析软件的设计,试验结果表明,该数据记录仪对获取有效的试验数据,分析试验结果能起到很好的作用.

  目前国内开发的近程探测器,已能完成如多通道的数据采集、遥测处理、数据记录、数据显示、数据打印以及各种信号处理等功能.本文中以毫米波近程探测器数据记录仪为研究对象,主要对数据记录仪的硬件、软件以及数据分析软件进行分析和设计.

  1 数据记录仪的硬件组成

  近程探测器数据记录仪主要完成对毫米波探测器获取的目标回波信号和四路数字信号(如上电信号,识别信号等)的电压等参数进行采样,并将采集的数据保存在存储器里.通过PC机串口读出数据记录仪存储器中的数据,然后经过数据记录仪分析软件实现对记录的各路信号及相关参数的再现、分析和处理.整个系统的硬件原理图如图1.

  从图1可以看出,硬件系统以TMS320LF2407A为核心,包括:模拟信号的调理电路,用74LVC04实现的四路数字信号调理电路,以4M×8位的K9F6408 Flash为基础的数据存储器,以及MAX-232实现的3.3V与5V之间的电平转换电路,从而实现DSP与PC机之间的通信[1].由于输入信号幅度与被探测目标大小、作用距离有关[2],因此,在目标回波信号进入DSP的A/D通道之前,必须对输入电压与DSP进行匹配处理.

  数据记录仪接入探测器后,探测器和数据记录仪同时上电.DSP在上电时完成初始化,打开捕获中断,为捕获数字信号做好准备,随后DSP开始采样模拟通道的数据.在采样的过程中,如果有数字量产生,将产生捕获中断请求,在中断服务程序中,将捕获到的记数值写入Flash,直到将Flash写满.试验结束后,数据记录仪与PC机串口通信,读取数据并进行数据分析和处理[3].捕获中断服务程序流程中写入Flash的数据都大于3FFH,这样可以把它们从模拟信号中区分开来.因为A/D采样结果为10位,采样结果不会大于3FFH,而Flash为两个8位单元存储一个采样结果(可存储16位数).即巧妙的利用Flash存储数据长度大于DSP采样结果的数据长度来区别模拟信号与数字信号.

  2 数据记录仪分析软件设计

  数据记录仪分析软件是实现人机对话的界面软件.它的核心任务是将采集并存储在闪存中的数据通过计算机的串口读入到计算机中,并绘制成曲线供设计人员参考.同时要求能通过串口发送指令来擦除闪存,以便下次采集数据;能够对采集的数据和分析结果进行管理;能够尽量保证数据的正确性、可靠性等.软件设计的过程如下.

  首先,利用VB6.0中MSComm控件实现串口通信,读取Flash中的采样数据.要注意Flash中存储单元数据是8位,而A/D采样数据是10位,在读Flash时,在算法上就必须考虑将两个数据单元合并为一个单元.同时,Flash中存储的数据是字节型的,在读取数据的过程中,将数据直接由十六进制转化为十进制,可以简化算化.本设计中,首先要把动态数组定义为字节类型.其次,把InputMode属性值设置为1,表示以二进制形式读取.另外,把读取的高位数据乘以256,再与低位相加,即可将数据直接由十六进制转化为十进制[4].

  对采样数据进行处理,即将从Flash中读出并保存在PC机文本文件中的数据依次全部赋值给一个数组.这样,按照时间先后顺序采集到的数据,将依次放在一个数组中.这就为曲线的绘制和时间坐标的确定作好了准备.采样数据保存在PC机中格式如图2,数据是以文件追加的方式保存在文本文件中的.在VB6.0中,打开文本并实现数据依次全部赋值给一个数组的算法流程如图3.

  绘制采样数据曲线就是将采集到的数据以曲线的形式表现出来,同时将一些所需要的参数体现出来.在VB6.0中,画连接线时,前一条线的终点就是后一条线的起点.绘制曲线时,每个画面显示10 000个采样点,第二个画面从10 001显示下面的10 000个采样数据,依次类推,完成所有采样点的绘制.模拟信号和数字信号的区别是通过不同颜色来区分的.

  3 系统试验

  数据记录仪分析软件恢复图形如图4.从图可以看出,分析软件恢复出了正确的图形.图中信号负压部分被削去,这是信号调理电路作用的结果.

  参考文献:

  [1] 刘和平,王维俊,江渝,等.TMS320LF240X DSP C语言开发应用[M].北京:北京航空航天大学出版社,2003.

  [2] 李兴国.毫米波近感技术及其应用[M].北京:国防工业出版社,1991.

  [3] 李朝青.PC机与单片机&DSP数据通信技术选编1[M].北京:北京航空航天大学出版社,2003.

  [4] 范逸之,陈立元,孙德萱,等.利用Visual Basic实现串并行通信技术[M].北京:清华大学出版社,2001.

  作者简介:吴德平(1977—),男,湖北钟祥人,硕士研究生,主要从事信号检测与处理研究.

  数据记录仪在实际应用中取得了好的效果,对于获取有效的试验数据,分析试验结果起到了很好的作用.

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