基于WiFi的分布式無(wú)線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

王杰 韓杰（安徽工程大學(xué)電氣工程學(xué)院，安徽 蕪湖 241000）

0 引言

電子測(cè)控信息技術(shù)的快速發(fā)展，對(duì)數(shù)據(jù)采集的精準(zhǔn)度、效率都急劇增加。以往的數(shù)據(jù)采集技術(shù)及傳輸技術(shù)長(zhǎng)伴有功耗大、儀器笨重、有安全隱患等問(wèn)題。然而，現(xiàn)代工業(yè)往往需要更大的數(shù)據(jù)采集量，更安全、更復(fù)雜、更穩(wěn)定的數(shù)據(jù)采集和惡劣環(huán)境下的數(shù)據(jù)分析方法，這些越來(lái)越復(fù)雜環(huán)境，使得原本的測(cè)控裝備根本無(wú)法滿足現(xiàn)代工業(yè)對(duì)數(shù)據(jù)的需求。數(shù)據(jù)采集應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大，更需要一種更為簡(jiǎn)潔、高效、安全、高性價(jià)比的傳輸方式來(lái)取代傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。而WiFi具有成本低廉、實(shí)時(shí)通信效果好、組網(wǎng)方式多樣便捷、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是一種非常有前景的備選方案[1]。

本文采用MS SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)，將無(wú)線傳輸技術(shù)作為核心設(shè)計(jì)理念，運(yùn)用C#語(yǔ)言，設(shè)計(jì)了一套分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。 該系統(tǒng)由上而下可分為三個(gè)子系統(tǒng)。 終端操作系統(tǒng)具有良好的人機(jī)交互功能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的監(jiān)控和基本的數(shù)據(jù)操作功能。中間部分是數(shù)據(jù)傳輸通道，該通道由現(xiàn)在主流的嵌入式無(wú)線模塊構(gòu)成，傳輸協(xié)議可由專門軟件進(jìn)行編寫，其傳輸過(guò)程穩(wěn)定，數(shù)據(jù)安全系數(shù)高，較為可靠。系統(tǒng)底端實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的采集功能系統(tǒng)不需要重新設(shè)定程序進(jìn)行調(diào)整，具有較強(qiáng)的可移植性，且續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)，數(shù)據(jù)傳輸距離遠(yuǎn)，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，具有較高的理論和價(jià)值。

1 無(wú)線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

文章所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)從上到下由三個(gè)部分組成：上層的數(shù)據(jù)分析軟件、中層的數(shù)據(jù)傳輸通道還有下層的數(shù)據(jù)采集硬件。在系統(tǒng)的頂端，數(shù)據(jù)分析軟件主要起到在線實(shí)時(shí)的監(jiān)控，控制下端硬件系統(tǒng)的功能；中間層是WiFi傳輸通道，通過(guò)對(duì)IP，MAC地址的設(shè)置，每條通道獨(dú)立傳輸數(shù)據(jù)，無(wú)冗余。底層的數(shù)據(jù)采集模塊用于數(shù)據(jù)采集，同時(shí)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)中層的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)上傳至人機(jī)交互頁(yè)面。系統(tǒng)各部分都具有信號(hào)轉(zhuǎn)化、交換的功能。下位機(jī)數(shù)據(jù)采集模塊包含三個(gè)信號(hào)傳輸通道，之間相對(duì)獨(dú)立。首先，數(shù)據(jù)收集模塊將采集到的信號(hào)接收并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，然后經(jīng)由單片機(jī)系統(tǒng)，通過(guò)提前備好的信號(hào)處理程序處理，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。隨后單片機(jī)將處理好的數(shù)據(jù)經(jīng)由WiFi通信模塊傳送至路由器。最終數(shù)據(jù)會(huì)被傳輸?shù)较到y(tǒng)應(yīng)用層的數(shù)據(jù)分析軟件，操作員由人機(jī)交互頁(yè)面終端實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單操作及存儲(chǔ)[2]。

1.1 硬件系統(tǒng)

硬件系統(tǒng)有電源、信號(hào)轉(zhuǎn)化、控制等模塊。供電系統(tǒng)采用傳統(tǒng)鋰電池，電源穩(wěn)定。系電源控制模塊可以實(shí)時(shí)監(jiān)控電量使用情況，包括對(duì)電量的檢測(cè)及顯示。系統(tǒng)可以通過(guò)對(duì)電池電壓值的改變來(lái)進(jìn)一步控制顯示燈的狀態(tài)。電池狀態(tài)可以實(shí)時(shí)顯示，并由操作者進(jìn)行監(jiān)控，保證系統(tǒng)正常有序的運(yùn)行。系統(tǒng)A/D范圍為-2.56～+2.56，若采集的數(shù)據(jù)處于這一區(qū)間，則可以直接進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，若采集的數(shù)據(jù)超出這一區(qū)間，則需要對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)理轉(zhuǎn)換，以保證采集到的所有數(shù)據(jù)均位于系統(tǒng)可接收的區(qū)間范圍內(nèi)。運(yùn)算處理好的數(shù)據(jù)由WiFi模塊送至路由器，隨后可與路由器處于同一網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。每個(gè)單位的采集模塊均有預(yù)先設(shè)定好且唯一的MAC地址及IP地址，有利于設(shè)備組網(wǎng)，多臺(tái)設(shè)備同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集工作[3]。

1.2 軟件系統(tǒng)

無(wú)線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的源碼是使用C#語(yǔ)言進(jìn)行編寫的，操作環(huán)境為Windows 10。該系統(tǒng)的主要功能有：一鍵配網(wǎng)、網(wǎng)頁(yè)更新程序OTA、在線數(shù)據(jù)分析等。該系統(tǒng)的軟件部分與硬件部分緊密聯(lián)系，可實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)環(huán)境的數(shù)據(jù)收集、記錄、儲(chǔ)存和上傳。系統(tǒng)軟件界面人性化程度較高，并采用十分標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)處理方案。它支持遠(yuǎn)程監(jiān)控，一鍵操作，高速的處理速度，并產(chǎn)生良好的用戶體驗(yàn)。人機(jī)交互界面可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和操作，可以在線進(jìn)行設(shè)備操作，查看、修改設(shè)備信息。

2 基于WiFi模塊的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

本系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析軟件采用可同時(shí)支持高度和低速采集模式的通用平臺(tái)。多線程編程，運(yùn)行速度快，采集速度快，最快采集速度可達(dá)上百赫茲每秒。系統(tǒng)具有強(qiáng)大的擴(kuò)展性能，由于現(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)多為企業(yè)定制，系統(tǒng)在靈活性上受到較為嚴(yán)格的限制。但是，該系統(tǒng)不僅具有設(shè)備上原有的數(shù)據(jù)傳輸接口，還可以根據(jù)需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展。理論上來(lái)講，可實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)限數(shù)量的智能數(shù)據(jù)探測(cè)器模塊的擴(kuò)展功能。另外，系統(tǒng)的可移植性，環(huán)境適應(yīng)性高，基本不受施工環(huán)境的影響，擺脫了傳統(tǒng)系統(tǒng)施工周期大，強(qiáng)度高的弊端。新系統(tǒng)在耗能上也有較大的優(yōu)化，以往的系統(tǒng)往往采用同軸電纜、雙絞線、光纖電纜等作為數(shù)據(jù)傳輸中介，不僅花費(fèi)較大，而且會(huì)有損耗。系統(tǒng)具有網(wǎng)絡(luò)斷線自動(dòng)重連功能，若由于信號(hào)或者其他原因?qū)е峦ㄓ嵵袛?，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)請(qǐng)求重連，并且有相應(yīng)的信號(hào)提示。在重連成功后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)繼續(xù)通訊中斷前的數(shù)據(jù)傳輸操作[4]。

3 結(jié)論

文章介紹了一種基于無(wú)線傳輸模塊的分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。系統(tǒng)以現(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本架構(gòu)為設(shè)計(jì)思路，將WiFi無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)加入系統(tǒng)中，并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，使之具有以往采集系統(tǒng)不具備的優(yōu)勢(shì)。該系統(tǒng)可以適應(yīng)惡劣的施工環(huán)境，大大縮短施工周期，且具有較高的數(shù)據(jù)采集效率，在數(shù)據(jù)收集量、收集質(zhì)量等方面都有較大的提高，具有很高的研究?jī)r(jià)值和使用價(jià)值。