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數據采集的基本原理

在計算機廣泛應用的今天，數據采集的重要性是十分顯著的。它是計算機與外部物理世界連接的橋梁。各種類型信號采集的難易程度差別很大。實際采集時，噪聲也可能帶來一些麻煩。數據采集時，有一些基本原理要注意，還有更多的實際的問題要解決。

假設對一個模擬信號x(t）每隔Δt時間采樣一次。時間間隔Δt被稱為采樣間隔或者采樣周期。它的倒數1/Δt被稱為采樣頻率，單位是采樣數/每秒。t=0，Δt,2Δt,3Δt……等等，x(t）的數值就被稱為采樣值。所有x(0),xΔt),x（2Δt）都是采樣值。根據采樣定理，很低采樣頻率必須是信號頻率的兩倍。反過來說，如果給定了采樣頻率，那么能夠正確顯示信號而不發生畸變的很大頻率叫做奈奎斯特頻率，它是采樣頻率的一半。如果信號中包含頻率高于奈奎斯特頻率的成分，信號將在直流和奈奎斯特頻率之間畸變。

采樣率過低的結果是還原的信號的頻率看上去與原始信號不同。這種信號畸變叫做混疊（alias）。

采樣的結果將會是低于奈奎斯特頻率(fs/2=50Hz）的信號可以被正確采樣。而頻率高于50HZ的信號成分采樣時會發生畸變。分別產生了30、40和10Hz的畸變頻率F2、F3和F4。計算混頻偏差的公式是：

混頻偏差=ABS(采樣頻率的整數倍－輸入頻率）

電流數據采集軟件部分

軟件部分要分別編寫S3C4510B部分的程序和CPLD控制程序。前者可分為μC/OSⅡ的移植和各個應用程序的編寫，后者用VHDL語言實現。對于S3C4510B部分，根據整個裝置實現的功能和對他的要求進行系統任務分割，并根據實際需要為各個任務分配優先級。系統大致可分為如下幾個任務：初始化CPLD控制參數；對FIFO的讀取；與上位機的TCP/IP通訊；與上位機的串口通訊。對應每個任務，需要編寫相應的應用程序，軟件設計部分的關鍵技術有μC/OSⅡ內核向S3C4510B中的移植，要根據處理器的特點合理地修改μC/OSⅡ的3個與處理器相關的文件：OS_CPUH，OS_CPU_AASM，OS_CPU_C.C。主要是將文件中的匯編指令，改為ARM7的匯編指令，并根據CPU的特點對文件中寄存器的初值進行改寫。

電流數據采集

LwIP的特性有：支持多網絡接口下的IP轉發；支持ICMP協議；包括實驗性擴展的的UDP（用戶數據報協議）；包括阻塞控制、RTT估算、快速恢復和快速轉發的TCP（傳輸控制協議）；提供專門的內部回調接口（rawAPI）用于提高應用程序性能。

LwIP可以很容易地在μC/OSⅡ的調度下，為系統增加網絡通信和網絡管理功能。LwIP協議棧在設計時就考慮到了將來的移植問題，他把所有與硬件，OS，編譯器相關的部份獨立出來，放在/src/arch目錄下。因此LwIP在μC/OSⅡ上的實現就是修改這個目錄下的文件，其他的文件一般不應該修改。在驅動中主要是根據S3C4510B內的以太網控制特殊功能寄存器，編寫網絡接口的處發送包、接收包函數，初始化以及用于以太網控制器的外部中斷服務程序。

通過RS232/RS-485通信將傳感器輸出的模擬信號轉換為數字信號，通過GPRS通信將信號遠程傳輸或無線數傳到GPRS，通過遠程模擬信號輸出模塊將數字信號轉換為模擬信號，得到還原輸出的模擬信號。在數據采集、遠程監控等領域，這些技術的應用越來越廣泛。其中電壓電流采集模塊采用工業上廣泛使用的標準MODBUSRTU/ASCII協議，可與多種PLC、人機界面、組態軟件、工業控制機等MODBUS接口產品進行通訊，并具有通訊超時檢測功能，便于通訊控制，還可根據用戶需求定制通訊協議。