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物联网智能无线节点自动监控数据采集系统设计

更新时间:2019-12-12 13:08:26 大小:2M 上传用户:xiaohei1810查看TA发布的资源 浏览次数:254 下载积分:1分 出售积分赚钱 评价赚积分 ( 如何评价?) 标签:物联网智能无线节点 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

在物联网环境下进行无线节点自动监控数据采集,提高数据检测和诊断分析能力,提出基于动态增益控制和DSP高速信号处理的物联网智能无线节点自动监控数据采集系统设计方法.基于微机总线技术进行无线节点自动监控数据采集系统的总体设计,系统主要包括DSP处理器和PCI总线两大功能模块设计,数据采集的传感器基阵由多传感信息融合的无线监测节点组成,设计收发转换电路和功率放大电路实现采集数据的信号放大和数/模转换.采用动态增益控制方法实现采集数据的放大和滤波处理,基于DSP信号处理器进行自动监控数据采集系统的集成设计.测试结果表明,采用该系统进行物联网智能无线节点自动监控数据采集,能实现持续的大于15 MB/s的实时数据采集和记录,总线持续数据传输速率超过20 MB/s,峰值传输速率也可超过33 MB/s,满足实时记录无线节点自动监控数据的需求.

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2018215日  
41卷第 4期  
Feb. 2018  
现代电子技术  
ModernElectronicsTechnique  
Vol. 41 No. 4  
183  
DOI10.16652/j.issn.1004-373x.2018.04.047  
物联网智能无线节点自动监控数据采集系统设计  
蔡泽利 1,谭振江 2  
1.琼台师范学院,海南 海口 5711272.吉林师范大学,吉林 四平 136000)  
在物联网环境下进行无线节点自动监控数据采集高数据检测和诊断分析能力出基于动态增益控制和  
DSP高速信号处理的物联网智能无线节点自动监控数据采集系统设计方法。基于微机总线技术进行无线节点自动监控数  
据采集系统的总体设计统主要包括 DSP处理器和 PCI总线两大功能模块设计据采集的传感器基阵由多传感信息融  
合的无线监测节点组成计收发转换电路和功率放大电路实现采集数据的信号放大和数/模转换。采用动态增益控制方  
法实现采集数据的放大和滤波处理DSP信号处理器进行自动监控数据采集系统的集成设计。测试结果表明用该  
系统进行物联网智能无线节点自动监控数据采集实现持续的大于 15 MB/s的实时数据采集和记录线持续数据传输速  
率超过 20 MB/s值传输速率也可超过 33 MB/s足实时记录无线节点自动监控数据的需求。  
关键词物联网线节点控数据集系统DSP模转换  
中图分类号TN915-34TN911  
文献标识码A  
文章编号1004-373X201804-0183-04  
Design of automatic monitoring data acquisition system for IoT intelligent wireless nodes  
1
2
CAI ZeliTAN Zhenjiang  
1. Qiongtai Normal UniversityHaikou 571127China2. Jilin Normal UniversitySiping 136000China)  
AbstractThe automatic monitoring data acquisition of wireless nodes under the environment of Internet of ThingsIoT)  
can improve the capability of data detection and diagnosis analysis. Thereforea dynamic gain control and DSP high-speed sig-  
nal processing based design method of automatic monitoring data acquisition system for IoT intelligent wireless nodes is pro-  
posed. During the overall design of automatic monitoring data acquisition system for wireless nodes based on the computer bus  
technologytwo functional modules of DSP processor and PCI bus are designed. The sensor array of data acquisition is com-  
posed of multi-sensor information fused wireless monitoring nodes. The transceiver circuit and power amplifier circuit are de-  
signed to realize signal amplification and digital-to-analogue conversionDACfor data acquisition. The dynamic gain control  
method is used to achieve the amplification and filtering of data acquisition. The integrated design of automatic monitoring data  
acquisition system based on DSP signal processor is performed. The test results show that the system for automatic monitoring da-  
ta acquisition of IoT intelligent wireless nodes can realize over 15 MB/s continuous real-time data acquisition and recording,  
with the continuous data transmission rate of the bus higher than 20 MB/sand the peak transmission rate higher than 33MB/s,  
which can meet the requirement of real-time recording of automatic monitoring data for wireless nodes.  
KeywordsIoTwireless nodemonitoring dataacquisition systemDSPDAC  
提出基于动态增益控制和 DSP高速信号处理的智能无  
线节点自动监控数据采集系统设计方法进行系统测  
试分析出有效性结论。  
0
研究物联网智能无线节点自动监控数据采集系统  
的优化设计方法信号检测控等领域具有广  
阔的应用前景。传统方法设计物联网监控数据数据采  
集系统存在数据采集实时性不好适用于外场测试、  
现场检测等应用需求要进行系统改进设计[1]。对此,  
1
数据采集系统总体设计  
1.1 原理分析及系统总体构架  
本文设计的数据采集系统是采用多节点分布的传  
感器网络进行监控数据采集据采集系统建立在物联  
网体系结构基础上先采用物联网环境下的无线传感  
通信组网技术进行节点分布式设计建数据感知层,  
收稿日期2017-05-30  
修回日期2017-08-03  
基金项目家青年科学基金项10804036)  
Project Supported by National Youth Science Foundation10804036)  
万方数据  
现代电子技术  
184  
2018年第 41卷  
实现对原始监控数据的实时读取[2]用时钟控制电路  
进行数据采集过程中的中断控制和增益放大控制采  
集原始数据输入到匹配滤波器中进行噪声和干扰的滤  
波检测行匹配放大。确定动态增益范围放大输  
出的采集数据和原始信号进行增益放大和多模控制以  
高速 DSP信号处理芯片为内核行采集数据分析加工  
和信号处理[3]经过 PCI线及桥接电路实现系统的  
触发控制。系统的电源设计采用 I/O电源时电源和  
时钟电源三种模式计掉电复位电路止电源中断  
导致信息数据丢失[4]。基阵接收的无线节点自动监控数  
据一般都是几微伏到几百毫伏不等此在进行数据采  
集过程中必须通过模拟信号预处理机进行放大此选  
择合适的放大器即可动态增益控制方法实现采集数  
据的放大和滤波处理用微机总线技术进行无线节点  
自动监控数据采集系统的总体设计。根据上述设计分  
造物联网智能无线节点自动监控数据采集系统的  
总体设计框图如图 1所示。  
1)自动监控数据的调幅动态范围为ꢀ4040 dB宽  
带基阵阻抗匹配滤波的放大量为 80 dB出采集数据  
的频谱幅度为 ±10 V ;  
2)监控数据的采样通道12通道同步步输入;  
3)读取监控数A/D采样值采样率100 MHz;  
4D/A转换器的频谱控制分辨率12;  
5PCI总线接收自动监控数据的 D/A分辨率12位  
;  
6D/A换器进行数/转换速率100kHz。  
2
系统硬件开发设计  
2.1 器件选择  
本文采用模块化的硬件电路设计方法进行数据采  
集系统开发设计。在物联网自动监控数据采集硬件实  
现中要借助于专用的高速信号硬件DSP场可  
编程门逻辑阵列 FPGA实现信号集成处理系统主要  
包括了 DSP处理器和 PCI总线两大功能模块设计据  
数 据 采 集 运 算 量 的 要 求 DSP 的 最 低 速 度 应 大 于  
25 × 20 = 500 MHz 机功耗不大于 12 W选择低压  
低功耗 DSP芯片此在数据采集系统 DSP设计中选  
用高速 STC89C52芯片进行无线监控数据采集的基线漂  
移控制ADI公司的 ADSP21160处理器系统作为核  
心处理器件芯片具有 16位定点 DSP内核40位  
移位器持片外同步或异步存储器存数据的输出  
模式为 SRAM。外围器件主要是对 A/D转换器和 D/A转  
换器的选择文选择 ADI公司的高速 A/D芯片作为外  
围器件进行自动监控数据的 A/D采样频率为  
12 MHz体电路 ADI的串行 D/A转换选择 AD5545作  
为外围器件过晶体电路设计使输出时钟频率精确、  
稳定[6]。  
1 数据采集系统的总体结构构架  
Fig. 1 Overall architecture framework of data  
acquisition system  
根据图 1分析得知文设计的数据采集系统的核  
心控制模块部分主要包括了 DSP信号处理器拟信号  
预处理机I/O设备据存储器等联网无线传  
感器基阵接收的监控数据通过模拟信号预处理机放大、  
滤波后行数字 FIR滤波收信号处理谱分析、  
自动增益控制等信息处理方法现监控数据的自动增  
益放大/模转换和数据存储等[5]。  
2.2 硬件电路的模块化设计  
根据对系统总体构架与技术指标分析进行器件  
优选的基础上行物联网环境下无线节点自动监控数  
据采集系统的硬件模块化设计。其采用 32VME总线  
扩展技术构建无线节点自动监控数据的采集系统的可  
编程专用集成总线16DSP32DSP进行系统  
硬件电路的模块化开发文设计的数据采集系统主要  
包括物联网无线节点数据 A/D模块拟信号预处理模  
钟控制模块发转换模块动增益控制模块以  
及功率放大模块等[7]各个模块的电路设计描述如下:  
1A/D块。A/D块是实现对物联网无线节点  
数据的 A/D样和数/转换控制A/D路采用 2片  
AD5545芯片组成 D/A收发装置集系统的 AD5545采  
用单 5 V电。为了减少数字电路和模拟电路之间的  
1.2 系统的技术指标分析  
物联网环境下无线节点自动监控数据采集系统采  
用高速 A/D芯片 AD9225进行采样信息调制采样频  
率为 12 MHz32VME总线扩展技术构建无线节  
点自动监控数据的采集系统的可编程专用集成总线设  
计的无线节点自动监控数据系统具有 12DMA,  
0.81.2 V的核心电压3.3 VI/O电压2线制接  
口作为输出接口电路ARM Cortex-M3内核中进行控  
制系统的嵌入式开发文设计的数据采集系统的技术  
指标描述如下:  
万方数据  

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