基于USB的大容量多通道数据采集系统(可复制论文).pdf

西北工业大学硕士学位论文八日






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西北工业大学硕士学位论文第一章绪论
第一章绪论
本课题的来源和意义
本研究课题来源于中国飞行试验研究院“十五”科研项目环控和供氧
试飞测试系统。在歼十飞机环控系统鉴定、供氧和抗荷系统鉴定试飞中,需要长
时间、快速、准确的测量环控系统的参数,以及供氧和抗荷系统的温度、压力等
指标。本系统正是为了满足这一需要而设计的小型、低功耗、便携式测试系统。
该系统利用现场实时数据采集存贮,离线进行数据处理的方法,即测试试
验前预先进行参数设置,然后将整个数据采集系统带在飞行员身上。系统上电
后,按照指令自动实时记录被测对象的信息参数数据并存贮起来,待试验结束
后,数据采集系统通过接口与计算机相连,将采集数据传送到计算机,进行
显示与分析处理。该系统可快速、准确测量气体压力、温度及流量等参数,测量
精度高,测量数据可靠,并可自动完成数据处理、存储等任务。不但可以大大节
省人力,减轻劳动强度,而且可以降低成本,改善劳动环境。
本课题的主要研究内容
在数据采集系统的设计和开发中,现在常用的是通过或是等内置式
接口实现机与外围系统间的通信。如前所述,内置式插卡容易受到机箱内
高频信号的干扰影响,从而降低系统的采样精度和稳定性,此外,计算机主板上
的插槽个数是有限的,加上仪器电路插卡的安装必须断电、打开机箱操作很不
方便。更有甚者,在机内插入的专用插卡必须进行资源重配置,以避免资源
冲突,而此项工作专业性极强,往往令人头疼。这些弱点使得它们的应用受到了
很大的局限。
现在的串行口虽然支持外插,但因其速度太慢,远不能适应现今高速
设备的发展需求。对于需要野外作业的场合,经常使用便携式的采集设备,将采
集到的数据存储在设备中,带回室内再将它送给计算机进行分析处理或是开发
专门的利用笔记本电脑实现的采集器。而接口是一种通用型的标准接口,并
且它的体积很小,便于插接,带接口的外设既可以适用于台式计算机,也适
用于笔记本电脑,这就给我们带来极大的方便,使我们的设备更加具有通用性。
本课题研发的数据采集系统,以单片机为微控制器,控制数
据的采集和存储、驱动芯片实现与机的通信。本课题的主要研究内容主
要集中在的接口设计上,即设备控制器的固件设计,基于模型的
驱动程序设计和应用程序设计。
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西北工业大学硕士学位论文第一章绪论
本课题的主要技术指标
根据技术要求,本系统应满足下列主要技术指标
整个系统由数据采集和数据处理两部分组成,数据采集部分由电池供
电,电池容量必须保证连续个飞行小时的需要。
无故障工作时间小时,意外断电后能保持数据不丢失,电源恢复后
能继续工作。
具有记录北京时间的功能,记录格式为分制,时间精度不小于

温度信号采集通道为通道,传感器采用,总采样率达于
分辨率
压力信号采集通道数为通道,输入信号士,总采样率,采样
速率
开关量路电平。
存储卡要求
可靠度不小于
外形尺寸不大于
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西北工业大学硕士学位论文第二章接口数据采集系统的硬件电路设计
信号调理电路
温度信号的调理
温度测量传感器采用的铂电阻测温范围为一,为
了减小引线的影响,采用三线制,测量原理是电阻电压转换,如图所示。运
算放大器采用,电流源采用
图温度信号调理
是一种精密低功耗仪表放大器内部电路原理如图所示。
西北工业大学硕士学位论文第二章接口数据采集系统的硬件电路设计
图内部结构
图中的为双路恒流源,其内部结构如图所示。由图可知,
该器件包含两个的电流源和一个镜像电流源。电流源精度为士
,温度系数为士输入电压范围为。可达到℃的测
量精度。

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图的内部结构
压力信号的调理
压力信号的输入量为土和土的电压信号,而的模拟输入
电压范围为,因此需要将双极性输入信号转换为单极性信号。
压力信号调理电路如图所示。当开关接到位置”时放大倍数为
当开关接到位置“”时,放大倍数为
当输入信号为士时,开关接“,选,则
西北工业大学硕士学位论文第止章接口数据采集系统的硬件电路设计
当输入信号为时,开关接“”,选,则
参考电压由的数模转换器的输出端提供。其输出电压
值由软件设置。
厄与门


图压力信号调理
压力信号的调理采用,其内部结构如图所示。的非线性