李敏+王國歡

摘 要： 傳統(tǒng)采集系統(tǒng)存在數(shù)據(jù)采集不準確、速度慢，不能滿足高效數(shù)據(jù)采集標準，為此，對集中式信息通信運行數(shù)據(jù)的自主采集系統(tǒng)進行設計。設計系統(tǒng)硬件框圖，分析多端口采集器，并使用多端口采集器將動態(tài)信號轉變成靜態(tài)信號；根據(jù)用戶需求對系統(tǒng)軟件設計流程展開分析，采取線性方程算法描述信息采集情況，進而對集中式信息通信運行數(shù)據(jù)進行準確采集。通過實驗驗證結果可知，該系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集準確、速度較快，能夠滿足系統(tǒng)高效性采集要求等特性。

關鍵詞： 集中式信息； 信息通信； 運行數(shù)據(jù)； 自主采集； 多端口采集器； 系統(tǒng)設計

中圖分類號： TN911?34； TP242 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2018）05?0020?04

Abstract： Since the traditional acquisition system has inaccurate and slow?speed data acquisition， and can′t satisfy the standard of efficient data acquisition， an autonomous acquisition system of centralized information communication operating data is designed. The system hardware block diagram was designed. The multi?port collector is analyzed， and used to convert the dynamic signal into the static signal. According to the user demand， the system software design flow is analyzed， and the linear equation algorithm is adopted to describe the information acquisition situation， so as to acquire the centralized information communication operating data accurately. The experimental results show that the system has accurate and fast?speed data acquisition， and can meet the requirements of high?efficient acquisition.

Keywords： centralized information； information communication； running data； autonomous acquisition； multi?port collector； system design

0 引 言

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)發(fā)展受到通信網(wǎng)絡、信息傳感器技術、軟件技術的影響，在很大程度上限制了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展。針對集中式信息通信運行數(shù)據(jù)的自主采集提出了新要求，其準確性和高效性成為當下采集系統(tǒng)設計標準。隨著科學技術的快速發(fā)展，現(xiàn)代化自動采集程度也在不斷提高，技術難度增加，使自動采集方式不斷發(fā)生變化[1]。從目前自動化發(fā)展趨勢看，自動采集技術趨于全程化，且在制造過程中任何領域都可實現(xiàn)自動采集與管理，由于系統(tǒng)設計所處環(huán)境的特殊性與復雜性決定了測試軟件中應具有多樣的處理功能，但是國內(nèi)仍有不少數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)存在功能單一問題，數(shù)據(jù)采集不準確，且速度較慢，不能滿足高效數(shù)據(jù)采集需求。

基于此，本文對集中式信息通信運行數(shù)據(jù)自主采集系統(tǒng)進行設計。該系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集速率與精準度方面極為苛刻，隨著采集速率的增加，在相同時間內(nèi)采樣值就越多，因此，對數(shù)據(jù)分析處理時，獲取的信息數(shù)據(jù)規(guī)模較大。為了驗證系統(tǒng)設計的合理性進行實驗，并通過實驗結果可知，該系統(tǒng)采集效率較高，速度較快，能夠滿足系統(tǒng)高效性采集的要求。

1 自主采集集中式信息通信運行數(shù)據(jù)系統(tǒng)設計

在通信技術中應用數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)可彌補傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集不足的問題，改善了時間與空間之間的界限[2]。當數(shù)據(jù)采集的電路通過數(shù)據(jù)傳輸將采集到的信息進行量化后，可通過接口傳送給計算機，并利用軟件完成集中式信息通信數(shù)據(jù)的處理，數(shù)據(jù)采集的硬件與軟件需通過圖1原理圖進行設計。

首先在通信網(wǎng)絡環(huán)境安全的情況下，借助傳感器檢測信號是否安全；然后對集中式信息通信運行數(shù)據(jù)進行傳輸，將其轉換成電信號，并進行信號調(diào)理和A/D轉換；最后使之轉換成系統(tǒng)中的處理信息信號，并記錄。

1.1 自主采集系統(tǒng)硬件設計

針對集中式信息通信運行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)專用性決定了數(shù)據(jù)采集、通信網(wǎng)絡傳輸應該遵守的應用環(huán)境[3]。在硬件設計過程中，被測試目標需要跟隨硬件系統(tǒng)設計中的多端口采集器進行數(shù)據(jù)收集，根據(jù)物理量變化對收集的數(shù)據(jù)屬性進行科學分析。由于進行數(shù)據(jù)采集時對設備要求極高，為此，在設計時需保持系統(tǒng)穩(wěn)定性，如果失去了數(shù)據(jù)采集精準度，那么也就失去了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計意義[4]。

通過通信網(wǎng)絡傳輸使集中式信息運行數(shù)據(jù)收集難度增加，考慮到運行數(shù)據(jù)的集中性，在硬件系統(tǒng)中添加了雙絞線對數(shù)據(jù)進行傳輸，如圖2所示。

利用數(shù)據(jù)自主采集設備采集相關數(shù)據(jù)，使用多端口采集器將信號連接在接線柱上，該接線柱可將動態(tài)信號轉變成靜態(tài)信號。利用雙絞線將被測目標的靜態(tài)信號傳送到采集器上，工作站接收信號后傳遞給系統(tǒng)，并對數(shù)據(jù)加以分析和處理[5]。

在硬件結構中，對多端口采集器進行數(shù)據(jù)自主采集具有數(shù)據(jù)庫與非數(shù)據(jù)庫之分，數(shù)據(jù)庫被廣泛應用到硬件設計之中，其優(yōu)點是利用屬性結構存儲方式對信息進行采集；而針對非數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)自主采集存在伸縮性強、可靠性高等優(yōu)勢，遵循數(shù)據(jù)自主采集原則，其屬性結構具有不確定性，為此，設計多端口采集器可節(jié)省大量采集時間。endprint

1.2 系統(tǒng)軟件開發(fā)與設計

在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件設計中，根據(jù)用戶提出的需求在宏觀上對用戶信息、設備信息進行管理；在微觀上對數(shù)據(jù)采樣時間進行設計[6?7]。系統(tǒng)軟件嚴格按照安全環(huán)境狀態(tài)下數(shù)據(jù)采集真實業(yè)務流程進行設計，其順序為：設備校正、參數(shù)設置、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)計算顯示、導出。如圖3所示。

系統(tǒng)軟件功能主要有：

1） 對數(shù)據(jù)進行初始化采集，設置各個采集通道；

2） 設置采集環(huán)境和參數(shù)信息；

3） 控制數(shù)據(jù)采集自動化過程；

4） 在采集過程中，各個采集通道數(shù)據(jù)需要經(jīng)過存儲、計算、分析和顯示等步驟才能進行同步處理；

5） 嚴格管理用戶群，提高系統(tǒng)安全性與保密性。

在軟件設計過程中，設定每隔1 min對集中式信息通信運行數(shù)據(jù)變化進行記錄，時間間隔為50 ms，采集周期上限為10 min，每個采集器進行連接時，容易丟失10個數(shù)據(jù)[8]。為此，需利用多端口采集器對丟失的數(shù)據(jù)進行采集。

通常情況下，采取線性方程算法描述信息采集情況，采集數(shù)量選取區(qū)間的數(shù)據(jù)上限或者下限[9?10]，即為或5 200。設為采集時間，為數(shù)據(jù)采集數(shù)量，由此獲得的采集曲線任意方程為：

式中：和分別為數(shù)據(jù)采集的起始和終止時間；和分別為數(shù)據(jù)采集的起始和終止數(shù)量值[11]。

根據(jù)該計算方法，對集中式信息通信運行數(shù)據(jù)進行準確采集。

2 實 驗

為了驗證集中式信息通信運行數(shù)據(jù)自主采集系統(tǒng)設計的合理性，進行了如下實驗。在軟件開發(fā)過程中，使用多種方法進行設計與編程，但是，由于軟件本身不具有形態(tài)，而且知識高度密集，導致實驗驗證極易發(fā)生錯誤，為此，需經(jīng)過系統(tǒng)測試才可進行自主采集。

進行測試時，需注意以下原則：

1） 測試數(shù)據(jù)應由輸入數(shù)據(jù)和預期數(shù)據(jù)組成。

2） 測試數(shù)據(jù)需要選擇合理輸入和不合理輸入這兩種數(shù)據(jù)，只有這種選擇方式才能提高系統(tǒng)的可靠性。

3） 系統(tǒng)程序是否可自動完成所有功能。

4） 制定實驗測試計劃，排除隨意性。

5） 長期保留實驗測試數(shù)據(jù)。

6） 針對出現(xiàn)錯誤較多的模塊，應該進行深入測試。

2.1 實驗結果與分析

根據(jù)實驗條件，按照表1的實驗環(huán)境，每隔1 min讀取一次數(shù)據(jù)。

根據(jù)實驗條件，對比理想數(shù)據(jù)收集、丟失數(shù)據(jù)收集、傳統(tǒng)系統(tǒng)收集、本文設計系統(tǒng)自動收集的工藝曲線，如圖4所示。

由圖4可知：傳統(tǒng)采集系統(tǒng)在丟失數(shù)據(jù)時間內(nèi)，自動采集效率較低；而采用集中式信息通信運行數(shù)據(jù)的自主采集系統(tǒng)采集效率較高，工藝曲線也是最貼近理想情況下的曲線，數(shù)據(jù)采集較為準確。

為了驗證本文設計系統(tǒng)自主采集速率的快慢，選擇時間段內(nèi)，傳統(tǒng)系統(tǒng)與本文系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的采集情況，如圖5所示。

由圖5可知：在時間段內(nèi)，使用傳統(tǒng)系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行自主采集速度最高為60 kb/s，隨著時間的增加，速度逐漸降低；而本文設計的系統(tǒng)恰好相反，隨著時間的增加，自主采集速度逐漸加快，最高可達到100 kb/s。

2.2 實驗結論

基于上述實驗過程，可得出如下實驗結論：傳統(tǒng)采集系統(tǒng)在丟失數(shù)據(jù)時間內(nèi)，自主采集效率較低，且速度較慢，無法滿足集中式信息通信運行數(shù)據(jù)高效采集的需求；而本文設計的系統(tǒng)采集效率較高，速度較快，工藝曲線也最貼近理想情況下的曲線，數(shù)據(jù)收集較為準確。

3 結 語

數(shù)據(jù)自主采集系統(tǒng)是根據(jù)環(huán)境實驗中心所提出的數(shù)據(jù)采集要實現(xiàn)智能化與一體化的構思而進行設計的，該項目研究主要包含整體方案的實現(xiàn)和基礎通信運行數(shù)據(jù)的分析處理，為集中式信息通信運行數(shù)據(jù)高效自動采集提供了一條切實可行的實現(xiàn)路徑。該系統(tǒng)設計不僅大大提高了數(shù)據(jù)自主采集效率，且速度較快，具有較高的實用性和可靠性。

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