高速数据采集系统设计
多通道高速数据采集技术是宽带模拟信号数据采集的关键技术,在现代通信、仪器仪表等领域中得到广泛应用。本文通过多通道高速采样器AD9042设计实现说明接口电路的工作原理、设计思想和实现方案。本系统采用多路合成方案实现多路低
引言
在现代电子测量、仪器仪表、通信等领域,经常涉及对宽带信号进行数据采集和存储。实际数字采样系统中存在数字转换器引起的量化噪声、采样保持器带来的非线性失真、带宽限制和孔径抖动误差、数据在系统各部分间传送过程中可能引入的噪声干扰以及由电路布局和系统结构的原因耦合的噪声干扰等多种因素会造成采样系统性能下降，这种因素在高速采样系统中影响尤其突出。因此,高速宽带采样系统设计显得尤其重要。
影响高速采样系统性能的主要因素
1 前端电路的构成
合理的前端电路构成，是系统实现中最为关键的一步。在高速数据采集系统的设计中，最重要的技术指标是系统的通过速率。这一指标与预采样滤波器的建立和恢复时间，模拟多路开关的转换时间，驱动放大器的响应时间，采样保持电路的捕捉时间，模数转换器的转换时间等都有关系，即系统各部件的性能参数限制了系统的性能指标。实际上高速数据采集的实现总会受到器件性能的制约，而且对于不同的系统结构，起决定性作用的部件又各不相同，所以选择合适的结构在系统设计中显得尤为重要。在高速数据采集系统中，常用的结构有单通道采集结构和多通道并行采集结构两种。
在前端电路设计时应注意如下几点：
(1)前置放大器在输入信号的带宽范围内应该有足够大的增益和足够短的稳定时间。一般是选择具有大的驱动能力和快的稳定时间的运放。
(2)降低输出瞬态的影响。一个重要方法是保证工作频带内放大器能保持一个较低的输出阻抗。
(3)放大器带宽要保证其稳定时间跟得上ADC的速度。在接近单位增益的交叉点的频率时，放大器闭环增益会降低，导致输出阻抗增大。因此，在设计前置驱动放大器时，决不能忽视带宽的因素，所以在选择放大器时要有足够大的带宽储备量。
(4)除了前置放大器的噪声、增益和带宽的要求外，放大器还具有足够大的动态范围。
ADC的动态范围决定了高速数据采集系统的主要噪声和信噪比指标。在理想情况下n位ADC系统，当输入信号幅度达到满量程时，系统最大信噪比为：SNR=6.02n+1.76(dB)。实际系统中由于存在各种噪声因素，一般但噪声水平比理论分析值要大，获得的动态范围要小，所以在选择ADC时要有一定的动态范围储备量。
2 电源和接地
在高速采样电路设计时，一般设计原则是应把模拟电源与数字电源应分开。在不能单独供电的场合，模拟电源最好使用二次降压稳压电源。降压设计中主要权衡是使用线性稳压器还是使用开关稳压器。线性稳压器体积小，所需的滤波电容较小，这有利于减小浪涌电流。对于线性稳压器来说，效率低是其主要缺点。对于ADC电路和前端输入电路来说，耗电不大，变换效率不是主要问题，一般首选线性稳压器的。对于开关稳压电源在这种降压设计中尽量避免使用，以减小其带来的高频干扰。
高速数据采集系统中，电源连线上感应的高频干扰信号是不可忽视的电路干扰源。除了采用短而宽的电源线减小感抗外，还需在靠近器件输出端加接退藕电容和旁路电容。退藕电容为器件提供局域化的直流旁路电容，能消除高频辐射噪声和抑制高频干扰。
在滤波电路设计中，关键是确定接入电容、电感等元件构成的滤波网络的结构。对于大多数的采样器，具有较小的瞬态需用电流，可以采用容量较小的去藕电容。一般用容量为0.1～0.01μF的小容量电容接连在器件的电源与地之间。不能直接就近接电源层或地层，否则去藕效果不好，应尽量靠近器件的电源引脚，对用于去藕和旁路的电容器，其自谐振频率是决定电容设计的重要参数。常用如下计算公式计算谐振频率 ，L为电容器的等效电感。
3 系统接地
在高速系统中，接地技术是非常重要的。如果接地不良，使地线回路存在公共阻抗，只要电路的一个回路中出现干扰信号，就会通过地线阻抗对其他回路造成干扰。在设计时应尽可能降低地线上的电流，可以有效地降低地线电感的影响。常用方法是将电路分为若干个回路，每个回路使用自己的地线，各回路的地线再在一点共地，可以使各个回路相互隔离，减少互相影响。
4 采样时钟
对于高速采样器，采样时钟的相位噪声对量化噪声影响极大，应选用高精度、低相位噪声外接时钟源，从而减小由于时钟偏斜引起的噪声，以提高高速系统数据采集精度。
高速采样电路设计主要原则
鉴于上述因素，在高速电路板布线时应采用如下原则:
1 模拟地与数字地分开。
为了避免数字电路噪声对模拟电路的干扰，模拟地应与数字地分开，如果能做在不同的层上最好，否则可以用分割带把二者分开。地线的分割会引起分割带之间的传输线特性阻抗不连续，所以分割带不宜过宽，大多数情况下2～3mm为宜，同时应尽量减少跨越这一间隙的信号线数。还可以在模拟地与数字地接磁珠滤波，磁珠的高频阻抗很大，而直流电阻为零，应根据板上主要噪声的频率确定磁珠的选型。模拟地和数字地在电路板上不共地，可以利用总线插槽实现远端单点共地。
2 ADC模拟电路前端采用单独模拟电源供电，可以采用DC/DC进行隔离。
3 电容与电阻元件尽量采用表贴器件，以减小引线电感，提高电源滤波能力。
4 印制版使用尽量宽的地线或大面积地，印制版的周边构成完整的地线回路。
5 小信号地线与大信号地线分开;器件的接地管脚直接接地，减小了串联感抗。
6 对多通道并行数据采集，各通道间延迟不一致带来的非均匀采样采用各种方法补偿，使合成误差最小：
a) 硬件电路设计为对称结构，用对称的布局和布线方式保证两路ADC通道的一致性;
b) 系统时钟宜采用差分提供两路之间时钟偏斜差异最小。
结论
通过详细分析影响高速数据采集电路性能的各种因素，包括前端电路的构成、接线与电源技术以及前置驱动放大器参数选取等，为高速数据采集电路的设计提供一个依据和参考。在具体电路布线时，应充分考虑上述相关的技术问题，合理选择元件和正确的电路布局、布线，使电路达到最佳设计性能。■
作者：张 宁
摘要：数据采集系统获取数据信息的过程是从若干个信号中进行的。该系统是一个自动化程度很高的设备，它不但可以进行实时数据采集、实时控制和状态显示，还可以进行自动储存、信号预处理等功能。第一部分简单描述数据采集系统的发展历程，第二部分描述国内外数据采集器的现况和问题，第三部分介绍了数据采集器在实验室、物流供应链、海洋站和地震中的应用等。
关键词：数据采集系统;通信;数据采集器
1 数据采集系统的发展历程
数据采集系统发源于上世纪50年代，并将数据采集系统用于美国军方测试系统中，测试不依赖于相关的测试文档，用不熟练的人员也可以操作，测试仪器具有测试高度功能。数据采集系统可以进行许多测试任务。在上世纪60年代中后期，数据采集系统渐渐进入中国市场，使得现在的数据采集系统具备很多的特殊功能。
在70年代，随着微型计算机的发展，由采集器和仪器仪表相互结合形成了现在的数据库采集系统，数据采集系统具有良好的性能，它比传统的自动检测器和数据采集系统更好用。从70年代，数据采集系统的开发可以分为两类，通过相应的总线，可以使得公司与研究机构使用数据采集系统进行数据的采集。原有的数据采集系统已经有了很大的改变，工业计算机和单片机，通过软件管理，可以降低系统的成本，系统的工作量也大大的减少，同时功能增强，数据处理能力大大提高。
2 我国数据采集器的现况
2.1数据采集器的含义
数据采集设备，外观就是一个便携式分析仪，它的功能包括录音，分析和记录的功能。振动传感器和过程传感器安装在机器和设备中，测量信号作为输入依据，在各种测量和分析技术和显示格式形成一个检测系统，主要用于在故障诊断和定期电路的机械设备的诊断。它可以形成一个独立的监测和诊断系统，它是机器设备的计算机辅助诊断装置中的一个辅助诊断方法。
2.2 我国数据采集器的现况和问题
在上世纪80年代到90年代，从20世纪后期开始，我们国家的一些仪器制造商已经开发出多种数据采集，包括单通道SP201，SC247，双通道EG3300，YE5938超小型911902和921为了满足维护管理和外部数据采集设备的频谱分析的初始水平，静态信号采集，包括SMC-9012和支撑软件包两部分。
然而，仍然有国内数据采集和数据采集系统，这主要体现在技术之间的一些空隙：
(1)由于传感器的水平有限，频率范围分析不宽，相对还应带来一定的困难，主要表现为低速或轴承问题的诊断;
(2)数据采集，存储内存较小，以致于数据采集和信号处理的功能也不是很强，在这个领域也只能做一些简单的诊断，准确诊断的话必须在电脑上完成，这样一个功能性网站诊断是相对较弱的。
(3)设备的软件级别仍然在频谱分析和设备维护管理的管理阶段。机械故障诊断专家系统需要改进。
数据采集是整个工厂自动化，测试精度、速度和实现功能的成本的一个重要因素，数据采集也朝着这个方向发展。高速实时数据采集是在以下几个方面更为重要：爆炸物检测，医疗设备，如CT，MRI，快速制造的过程。在这些行业中，对于高速数据采集的需求远远超过实际水平。用户的需求，促进技术的发展和新产品的出现。因此，高速数据采集仍具有较大的发展空间。
3 数据采集器的应用
根据不同用途的数据的采集，数据采集系统可以根据使用功能分为两种类型：一种是在线数据采集，另一种是便携式数据采集。在线数据采集系统可分为两种一种是台式另一种是模块化。台式和便携式数据收集器是交流电源;模块化数据采集，这是最常用的数据采集和传输系统，该系统是基于直流电源的电源使用。数据采集的应用涉及多个领域，下面是对多个领域的应用描述。
3.1数据采集器在实验室的应用
首先将数据采集应用于物理实验室的是“科学工作室”，科学工作室是一个崭新的系统，它是由美国PASSCO公司生产的。”科学工作室”有三个部分组成：
(1)传感器的获取物理实验中各种物理量数据的技术通过现金的传感技术获取的。
(2)将传感器的数据采集信号传入到计算机软件上，这是通过计算机接口来完成的，它的最高采样速度高达25万次/S。
(3)应用软件可以支持英文和中文。
Science Work shop数据采集器的几种应用方式：
(1)数据采集通过和计算机的结合，不但可以提高试验的精确度，而且还能规避传统试验中出现的错误，同时可以自动输出测量数据和试验的结果。
(2)通过物理实验中的瞬间变化可以看出数据采集器的能见度低。
(3)使用于某些不能被直接观察到物理变化的试验中已作对照。
(4)用试验的方式通过数据采集器去检验易出现错误的物理概念。
(5)到户外开展具有意义的活动，同时运用物理
3.2 数据采集器在物流供应链管理中的应用
另一种类型的便携式数据收集器被设计用于扫描条形码符号。在读取时，扫描仪的条形码符号扫描，并且与所述显示数据收集器是相反的。因此，通常被称作是检查机和手持式终端机。它有自己的内部存储器可以存储一定量的数据，电池供电使用或者直流电使用都可以，用于执行计算机和扫描之间的通讯并将数据传送到电脑。大多数的便携式条形码采集装置为了满足各种使用需求，自身都具有编程能力，当然它自身的应用程序就是一个强大的专用设备。随着物流行业的发展，越来越多的这种企业都会把便携式条码数据采集器用于实际工作中，当然在国内的许多物流企业也广泛将便携式条码采集器用于仓库管理和运输管理中。数据采集系统的应用不但可以帮助物流企业更好的实施网络自动化管理，更加节省成本和时间，减少工人的工作量降低开支，同时还能提高库存的准确性。
3.3 数据采集器在海洋站数据采集中的应用
数据采集器的自动检测系统一般主要应用于海洋站，通过数据采集器的自动检测以便实现海洋站自动化操作的功能。至今，数据采集器的自动检测功能在海洋站这一领域，与国外的采用数据都有共通性(YRON SU8200，YRON SU9000，DT50，DT500)，功能主要包括模块化、仿真、灵活方便稳定和可靠等。在不同的环境和使用过程中，他们的特征都是不一样的。以下是结合海洋站自动检测系统的特征功能对数据采集系统特点的归纳总结：
(1)强，弱，电磁干扰，可以有效的防护雷击;(2)设计模块维修方便并且功耗低;(3)方便的温度、气压、风力、湿度、雨、水、盐和其他信号接入;(4)具有补充电、打印、发送和控制功能;(5)可靠的数据采集软件和有线传输，无线，调制解调器，卫星通信丰富的外围接口;(6)交直流两用，欠压保护、可靠供电也可以太阳能接入。
3.4数据采集器在地震数据采集中的应用
数据地震台网的关键设备就是地震专用的数据采集器，地震数据采集器的主要功能是输出模拟电压的数字。地震数据采集数据的基本参数是数字地震台网技术参数的关键基础。
参考文献：
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作者：陈丽萍 李岑
摘要深水网箱养殖技术目前已成为海产品养殖发展的一种趋势，对养殖海域造成的污染也日益严重，而传统的水质采集受到人工或移动网络覆盖范围的限制。为解决这一问题，该研究介绍了一种基于北斗“短信息”服务的水质环境数据采集、监测系统。结果表明，该系统能够实时地将不同天气、季节、海况等条件下获取的水质环境数据通过北斗导航系统网络实时发送回数据处理中心，便于对水质数据进行统计、分析以及预警。
关键词深水网箱养殖;水质;北斗导航系统;移动通信网络;采集系统
A
Key words Deep sea cage aquaculture; Water quality; BD navigation system; Mobile communication network; Acquisition system
深水海域远离海岸且相对开放，水质较好，海水流动性好、自净化能力也较强。国外以挪威为代表的深水网箱养殖取得了巨大成功，相比传统网箱养殖，深水网箱养殖取得更显著的经济效益、生态效益。目前国家和各级政府投入了大量资金开展深水网箱养殖的引进、吸收、开发，先后在山东、浙江、广东、海南等地取得了许多成功经验，使深水网箱养殖技术成为海产品养殖发展的趋势。全面发展深水网箱养殖，是转变渔业经济发展方式的重要途径，是提升渔业产业核心竞争力的重要载体，是引领渔民增收致富的重要渠道，是优化海洋生态环境的重要举措。虽然深水海域海水流动性比较好，但仅仅通过海水流动性无法改善深水养殖场区的水质[1]。为了探索深水网箱养殖对养殖海域环境的实际影响，为理论研究和科学养殖提供可靠、有效数据[2-3]，笔者介绍了一种基于北斗“短信息”服务的水质采集、监测方法，实时、动态采集水质数据。
1系统构成
传统的数据采集方式主要有2种：一是人工采集;二是基于无线通信网络的方式采集。人工采集方式无法做到全天候、实时采集，而且人力成本也比较高;而无线方式采集又严重受制于移动网络覆盖范围[4-5]。
针对北斗卫星导航系统覆盖范围也比较广 [6-8]，同时可以提供有效的报文服务，因此设计了一个基于北斗报文信息服务的实时深水养殖水质数据采集系统(图1)。
将深水养殖区多参数水质传感器采集到的海水pH、水温、盐度、溶解氧、氮、磷等水质数据，及时可靠地经由北斗卫星系统传输回数据处理中心，数据处理中心接收数据后，将接收后的数据信息解析后存入水质因子数据库，并进行处理，如果发现超出阈值预警范围或系统设置要求，再次将数据信息及预警信息通过移动通信网发送到相关管理人员的手机。相关管理人员根据当前水质情况，可以经由移动通信网络或互联网及时将相关指令传回数据处理中心，如提高水质采集频率、修改水质预警阈值范围等，数据处理中心在接收用户指令后，通过北斗导航系统，将相关指令送达深水养殖中心站，中心站立即执行相关指令修改或查询。
1.1北斗导航系统
北斗卫星导航系统是我国自行研制的全球卫星定位与通信系统(BDS)，是继美全球定位系统(GPS)和俄GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。系统由空间端、地面端和用户端组成，可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具有短报文通信能力[9]。
1.2北斗“短信息”服务
北斗星通公司的北斗定位通信终端模块指令根据不同的功能分为6类，分别为状态类指令、定位类指令、通信类指令、查询类指令、授时类指令和GPS类指令。通信内容以指令的方式表示，指令内容用ASCⅡ码编码，信息以字符串形式进行传输。基于此，设计了一种北斗导航系统的北斗“短信息”服务，用于传输数据信息和指令信息。
1.3采集系统
深水养殖中心环境采集系统如图2所示。数据采集端的核心控制采用nRF24le1模块，利用模块上的集成单片机作为主控制芯片，模块上的集成无线芯片进行短距离的无线数据传输，采用防水封装的多参数水质传感器进行水质参数数据采集。系统的供电主要采用大容量的锂电池和太阳能电池进行供电。
中心站和各分站之间采用查询响应模式，中心站为主模块，各分站为从模块，各从模块响应主模块指令操作。其中从模块主要用于定时发送多参数水质传感器采集到的水质数据和响应主模块的各种指令请求，如查询指令、设置指令等，主模块将各从模块采集到的水质数据按一定格式编码并经由北斗导航卫星网络发往地面数据处理中心。
1.4数据接收中心
数据中心对接收到的水质数据信息进行解析处理，存入水质因子数据库，并实时形成各种水质数据曲线，当某项水质数据超过预设的阈值，数据中心系统将通过短信网关给相关管理人员发送预警信息。相关管理人员也可以根据需要使用自己的手机或互联网查询水质信息，或给数据处理中心系统发送相关指令信息，如提高采样频率、查询当前监测数据等，数据处理中心接收到相关指令信息后，使用北斗发送阵列将相关指令实时反馈给水质环境采集子系统的中心站进行响应处理。
2采集系统
2.1北斗接口模块主控端与北斗定位通信模块连接如图3所示。
BDGMF06型数据传输终端主要是针对远程数据采集自动传输领域设计的一款北斗终端产品。它采用的是标准的RS232接口，参数如下：
①传输速率：119 200 bps。
②传输格式：1 bit开始位，8 bit数据位，1 bit停止位。
2.2软件处理流程
该系统由分站模块和中心站模块两部分组成，2个模块之间采用无线通信模块进行组网通信。其中分站模块，主要用于响应中心站指令请求，进行水质数据采集工作，同时将采集到的数据经由三无线通信模块发送回中心站。中心站模块工作流程如图4所示。
(1)中心站定时器计时到时，各分站下发定时采集指令，各分站实时采集水质数据，并将采集到的数据反馈给中心站，中心站选择短信息或北斗将各分站采集的水质数据信息传送到地面数据中心。
(2)中心站接收到地面数据中心实时采集指令后，给各分站下发实时采集指令，分站接收指令后，采集水质数据，并将采集到的数据反馈给中心站，中心站选择短信息或北斗将各分站采集的水质数据信息传送到地面数据中心。
(3)中心站接收到地面数据中心参数修改指令，及时修改采集计时数据或其他采集参数。
3数据接收中心
数据接收中心分别处理深水网箱养殖海域的水质数据信息和用户发送的管理指令信息，将采集到的水质数据经解析处理后，存入水质因子数据库，以供分析预警;而用户管理指令分为查询指令和参数修改指令2种，其中查询指令主要为要求环境采集系统实时响应采集、当前参数信息和系统运行状态，参数修改指令主要为要求环境采集系统实时修改系统参数。其执行流程分别如图5和图6所示。
4试验结果
试验地点位于东海岛养殖基地，实验时间为2个月以
上，试验主要进行北斗“短信息”数据误码率、失败率、重传率
和水质数据示意。数据中心采集系统如图7所示，试验结果数据如图8、9所示。
整个试验过程中，采集数据误码率约为0.09%，失败重传率约为0.23%。试验结果显示，该系统运行稳定，数据传输正常，通信可靠，设计方案可行。
5讨论
传统的水质数据采集方式，受制于移动网络覆盖范围，或受制于人力成本，无法实时采集。为此，该研究探讨了利用北斗导航卫星的全方位覆盖和“短信息”报文服务，提出建立一种可靠、快捷的水质数据采集方案，为探索深水网箱养殖投料、药物等可能对环境的影响提供了有效的研究数据，为后续水质环境保护和预警奠定了基础。
参考文献
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作者：陈亮等
摘要：论文依托西安电信电源监控系统工程，从通信电源系统的特征、电源监控系统的体系结构以及功能等方面，系统地分析了西安电信电源系统的特征及电源监控系统的需求，设计了由SC(监控中心)、SS(监控站)、SU(监控单元)及SM(监控模块)构成的通信电源监控系统框架。重点针对系统实现中的关键技术进行分析与研究，解决了现场数据采集的问题。从而保证了通信电源监控数据上报的准确性和实时性。
关键词：通信电源 监控系统 实时监控 数据采集
1 通信电源监控系统结构
在通信行业，电源设备通常被人们比作通信系统的“心脏”，通信网运行质量和通信安全取决于通信电源系统的运行质量。如图1所示，交流供电系统、直流供电系统以及接地系统共同组成了电信局站的电源系统。
主用交流供电系统均采用市电，此外还采用油机发电机等设备作为备用交流电源以防备市电停电。一般大中型的电信局站均采用10KV高压市电，而小型局站一般采用地压市电电源。按照安装电源设备的地点不同，可将直流供电系统分为集中直流供电系统和分散直流供电系统。
根据原邮电部1996年颁布的《通信电源和空调集中监控系统技术要求(暂行规定)》(YDN023-1996)，以及1997年原邮电部电信总局电网综[1997]472号文《通信电源、机房空调集中监控管理系统(暂行规定)》的规定：监控系统的建立和实施应以电信局(站)为基本单位，通过分布式计算机控制系统，逐步建成区/县监控系统和本地网(城市级)监控系统。
根据图2可看出，整个监控系统是由多个监控级自下而上逐级以汇接的方式组成的一个分布式计算机控制系统网络，分别对应通信局、区县以及地市三级电信管理体制。从网络结构来看，监控系统采用逐级汇接的拓扑结构，每个上级监控级均呈辐射状与若干下级监控级形成一点对多点的网络连接，最后通过监控模块与被监控的若干设备相连。
电源和空调设备在通信局内分散的安装于不同的机房，由SM采集这些设备的运行参数和告警信息后实时传递给SU，因此，局监控系统的网络拓扑可以采用星形结构或总线结构。由于在区/县监控系统中，SU将SM传送来的监控数据加以处理后传送给SS，SS向SU下达控制命令，而SU之间不需要相互传送数据，因此，此系统结构采用星形结构。
2 采集内容分析
2.1 被监控设备
2.1.1 按照用途可将监控对象分为通信动力系统和环境系统。
①通信动力系统是电源监控系统的主要监控对象，包括高压配电、低压配电、UPS(三相电压、三相电流、功率、功率因数等)，柴油发电机组(三相电压、三相电流、频率、柴油油位、启动电池电压等)，整流器(输出电压、电流等)、蓄电池组(电池组总电压、电池单体电压、电池表面温度、电池组充放电电流)等动力设备。
②环境系统包括空调、局房环境(门禁、温湿度、红外、烟雾、水浸等)。电源监控系统通过对动力设备和环境合理布置监测点，就能准确地将设备运行状态和运行数据集中反应到监控中心。
2.1.2 按照监控设备本身的特性，可将监控对象分为智能设备和非智能设备。
①智能设备指设备本身具有一定的数据采集和处理能力，并带有智能接口(口和网络接口)，可以直接与计算机进行通信，如艾默生电源、Liebert UPS、海洛斯空调、卡特彼勒油机等。
②非智能设备本身不具备数据采集和处理能力，无智能接口，如低压配电柜、普通分体空调、蓄电池组等。
对于智能设备，可通过获取智能设备协议(包括智能设备通信协议、接口方式、数据包的结构和内容)，直接纳入监控系统。对于非智能设备则需通过专门的信号采集器使其智能化再接入监控系统。
2.2 被监控信号
2.2.1 被监控信号有非电量信号和电量信号。对于温度、湿度以及邮箱油位等非电量信号应当通过传感器将其变成电量信号后接入采集设备;对于三相电压以及电流等不能直接测量的电量信号则应当通过变送器变换成适合采集信号后接入采集设备。
2.2.2 信号有模拟量，也有数字量。模拟量指随时间连续变化的量(如交流电压、交流电流、温度等)，对这些信号的测量，需采用模/数转换设备把模拟量变成数字量后才能适合计算机采集;而数字量指不连续变化的、具有确定的几种状态的量，计算机一般可以直接测量。
3 采集方案的设计
3.1 模块局、AG及接入网数据采集
3.1.1 以艾默生公司PMC-3设备作为现场监控单元(SU)方式。
PMC-3设备适用于市话模块局、AG及接入网等小规模局站。PMC-3采用模板结构设计，内部有四个扩展槽，可插入四块采集板，对采集板又分为三种类型：相控电源专用采集板、通用模拟量采集板和通用开关量采集板。相控电源专用采集板用于对一组-48V或24V通信电源的总电压和分流器输出进行测量;通用模拟量采集板设有12路模拟量输入及1路频率输入;通用开关量采集板设有12路开关量输入和两路开关量输出。开关量输入可以是有源信号，也可以是无源干接点以及LED灯输入。RS422、RS232用于CPU板同上位机的通信。模块局PMC-3现场接入方式如图3所示。
3.1.2 采用ESC板作为动力设备监控装置的监控方案分析。
这个方案利用华为公司的ESC板作为动力设备监控装置对端局设备进行监控，ESC板有302，303两种型号，对于302板，只能接入数字开关量，对于接入网供电系统，无法在停电、电池放电等告警发生时进行现场抢修，只有在模拟量采集上后，通过告警等级及相应阀值设定，进行判断后才决定是否进行现场故障处理，302板实现不了这些功能，无法达到集中监控要求，故舍弃此方案。ESC303板方案采用华为ESC303板做为端局采集设备，通过RS232接口与华为接入网设备内部网管传输时隙连接，网管中心通过客户端软件读取监控数据。
ESC303板方案在两个模块局及接入网机房进行了试点。在完成了ESC303动力环境监控箱的安装与调试工作后，对该方案进行了专门的数据采集对比和调查分析，并与华为技术中研部开发人员座谈，试点结果如下：
①ESC板采用一48VDC工作电源，满足通信供电要求。
②挂壁式安装，具有6个模拟量扩展通道，16个数字量扩展通道，一个智能设备端口，能够对机房温湿度、烟感、水浸、门禁等环境量以及华为整流器进行数据采集。
③在客户端软件，可以设定告警门限值，并以不同颜色区分告警与正常状态。
④具备遥控功能，如对整流器进行远程均浮冲，或模块的开关机。
⑤能提供报表功能，如电池组放电电压曲线、电压波动曲线的报表。可查询历史告警数据。
但该方案仍存在较大不足，主要有：
①只能接入华为公司HONENT产品，对于其他公司设备均无法接入。
②智能设备接入端口仅有一个，该接口只能接入华为几种类型的电源。这对于智能设备多于一个及非华为电源的机房来说，将是一个不容忽视的问题。
③ESC板采集温度时，发现有近2摄氏度的误差。
④系统运行时，读取端局交换设备初始化数据较缓慢，且经常失败。
⑤当前界面显示的机房信息，无法对需欲查询机房进行迅速定位，端局过多时难以及时了解所关心的机房情况。
⑥没有单独的当前告警一览表，且没有单独的声光提示，若想查看各个机房有无动力环境告警，需在华为接入网网管界面上所有网管告警上逐个浏览，而网管告警是海量数据。
⑦告警不分级别，如一般、重要、紧急等，使得维护人员不便于对告警的轻重缓急进行区别对待。
⑧虽然能提供历史告警数据查询，但查询结果无法打印，查询到的数据没有进行分析统计功能。
⑨动力环境监控系统数据利用接入网网管内部控制通道传输。数据配置、上报及存储均在端局交换设备上完成，数据量过大时是否会对V5产生影响待观察。
⑩该系统底端采用专用的采集板;且传输利用华为交换的控制通道，日后维护将会带来极大不便。
综合上述，利用ESC303板作为模块局动力设备监控的装置方案可以达到基本的监控要求，但如果采用该方案只能接入华为设备。考虑到西安电信本地网中接入网设备大多采用华为公司HONENT产品，因此在华为设备接入网中采用此种数据采集方案。
3.2 端局数据采集
目前电源监控系统对西安电信所有的端局相关设备都进行了监控，在端局采用的现场监控单元(SU)是艾默生公司的PMC-3设备，PMC-3与现场被监控设备的连接如图4所示。其中AMS-1是数据处理单元，OCI-4是协议转换器。每一个AMS-1都可以接入模拟量、开关量或控制量信号。如果这些信号是工业标准信号，可以直接接入，否则，可以通过加装传感器、变送器接入。端局的专用空调如Lfabert，Hirnss，Atlas等型号的专用空调可以通过协议转换器OCI-4接入系统。
4 结论
本论文以西安电信电源监控系统工程为背景，根据西安电信通信网络的实际情况，设计并确定了电源监控系统的管理层次及系统设备组网结构;并通过对监控对象的确定，对采集设备的分析研究，对模块局、AG、接入网及端局进行数据采集方案的设计，保证了通信电源监控数据上报的准确性和实时性。
参考文献：
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[4]李崇建.通信电源技术标准及测量[M].北京：北京邮电大学出版社，2002.
[5]侯永涛.现场总线技术的发展及在通信电源监控系统中的应用[J].通信电源技术，2000(3)：9-13.
作者简介：
任彦臻(1977-)，女，陕西人，工程师，主要从事电信系统通讯设备的维护工作。
作者：任彦臻
摘要：512路峰值检波数据采集系统用于监测大功率放大器老化实验时的输出功率，该系统分成四个机箱，每个机箱由32个4路检波模块和一块数据处理模块构成。数据处理模块，运行环境为STM32F103VET，设计了专门的嵌入式软件。四路检波模块，射频及模拟电路部分相互独立，数模转换及通讯部分共用一个单片机。
关键词：峰值检波；功率监测；嵌入式系统
1 引 言
目前，射频功率放大器进行批量老化实验通常会遇到几个问题：功率测试设备仪器昂贵，以及如何高效的监测每个放大器是否正常工作。为此我们设计一个了专门的系统，该系统能够实时上报各个功率放大器当前的输出功率，监测功率放大器的老化状态。
2 系统方案设计和工作原理
512路峰值检波数据采集系统分成四个机箱，每个机箱由32个4路检波模块和一块数据处理模块构成。1号机箱四路检波模块地址01-32，2号机箱四路检波模块地址33-64，3号机箱四路检波模块地址65-96，4号机箱四路检波模块地址97-128。数据采集模块通过RS485通讯接口收集128路峰值检波模块的检波数据，然后通过以太网通讯接口将检波数据上报给用户单元。数据处理模块，运行环境为STM32F103VET，设计了专门的嵌入式软件。四路检波模块，射频及模拟电路部分相互独立，数模转换及通讯部分共用一个单片机。系统框图如图1所示。
四路检波模块中射频及模拟电路部分相互独立，数模转换及通讯部分共用一个单片机，如图2所示。输入信号功率-10dBm～15 dBm；经过衰减器信号功率降为-25dBm～0dBm；经过肖特基检波器，射频信号转变为0.02V～1V电压信号；经过对数放大，电压信号范围0V～4V；将该信号送入峰值保持电路，峰值保持电路负责
记录检测到的最大电压，并受单片机控制每50ms复位一次；单片机依次对四路峰值保持电路进行采样做AD变换，并将数据汇总上报。
数据处理模块的功能收集32个4路检波模块的检波数据，然后上报给用户单元。数据处理模块和4路检波模块之间通讯采用485总线，查询工作，各模块收到相应命令后依次上报数据。数据处理模块和用户单元之间通讯采用以太网通讯（RJ45接口），工作在查询模式，通讯速率32个模块数据更新一次的时间不超过1.5秒。
3 软件设计
程序运行时，首先上电复位，然后初始化时钟和中断源，再打开中断。初始化数据主要包括RS485通讯波特率，SPI通讯速率，以太网通讯的IP地址和端口号，数据采集模块实际采集的检波模块数量等。数据采集模块通过RS485輪询采集各个检波模块的检波数据，实时更新数据，当接收到用户单元通过以太网发来的命令时，根据命令类型进行响应，如上报检波数据和存在故障的通道号。图3为软件流程图。
系统和参数初始化主要包括系统时钟设置，I/O初始化，SPI初始化，EEROM数据读取，定时器设置，串口初始化，网络初始化，创建TCP监听端口，中断初始化。初始化的参数均为存储在EEROM中的数据，上电后通过SPI口读取。系统时钟设置主要设置STM32F103VET平台的运行主频率，以保证系统的稳定运行；I/O口初始化根据硬件连接来定义各个I/O口输入输出功能和初始化电平；SPI通讯口主要用来存取EEROM中的数据，当用户单元通过以太网接口发送参数设置命令后，数据采集模块将相关参数存储到EEROM中；系统中设置了两个定时器，10ms定时和1S中定时，分别用于RS485通讯和以太网数据上报定时；串口初始化包括串口通讯波特率、中断设置和收发数据帧数据初始化；网络初始化包括采集模块IP地址设置、端口号设置、MAC设置、网关和子网掩码设置、设备通道数设置、创建TCP监听端口等。
数据采集模块通过以太网接口创建的TCP连接来接收用户单一的相关指令，根据接收的指令类型，做出相应的数据处理。数据采集模块接收到用户单元发送的以太网数据TCP包后，先校验数据包数据接收是否正确，若不正确，则丢弃该数据包；然后比对数据包的设备串号和该数据采集模块是否相符，若不相符，则不响应该数据包；在比对串号成功的基础上，数据处理模块根据指令的类型，进入到相应的子程序，如返回所有通道检波功率数据子程序，返回某个通道的检波功率数据子程序，返回通讯障碍的通道号子程序和设置设备通道数子程序。
4 上位机测试
上位机软件使用labview 2010开发，如图4所示。系统测试时，需选择对应的机箱IP地址，上位机和数据处理模块通过以太网进行通信，及时上报采集到功率监测数据。
5 结 论
512路峰值检波数据采集系统实现了射频功率放大器批量老化试验时的功率监测，具有成本低，效率高的优点，无需再使用昂贵的射频功率计和射频开关矩阵。
参考文献：
[1] 丁鹭飞，耿富录.雷达原理[M].第三版.西安：西安电子科技大学出版社，2002.
[2] Eamon Nash.改善高动态范围均方根射频功率检波器的温度稳定性和线性度.ANALOG DEVICES.AN-653. www.analog.com.
作者简介：曾瑞锋（1984.09—），男，福建长汀人，2007年东南大学硕士毕业，现为中国电子科技集团第五十五研究所工程师。从事微波电路设计；梁庆山（1981.11—），男，江苏镇江人，工程师，硕士研究生。从事微波射频电路设计。
作者：曾瑞锋 梁庆山 施小翔
摘 要：从前使用最为普遍的高速数据采集系统主要使用单片机以及硬件FIFO将相关数据进行采集。为了增强数据采集系统的实用性，逐步将EPGA电路融入于高速数据采集系统，这样的电路设计不仅可以有效提高系统的可靠性和稳定性，还更加方便对系统进行修改与升级，为了方便今后高速数据采集系统的进一步发展，本文就对数据采集系统数字电路设计进行分析与研究。
关键词：数据采集；数字电路设计；分析；研究
从目前多种产品与技术中可以看出，数据采集低分辨率、低速方面的技术已经趋于成熟，并且许多技术在实际操作中也较为容易实现。但在高速数据采集方面仍然存在很多问题，较国际相关方面技术水平还有一定差距，如何将我国的低速数据采集向高速数据采集方面发展，根据分析以下以电路设计作为侧重点进行研究。
一、数据采集系统的实现原理
我国目前的数据采集系统实现原理大概分为三个部分，第一个部分主要是对位于前端的数据进行采集和转换，这部分也可以称为自然信号的数据转换和采集。第二个部分属于功能控制模块，对固定的芯片内部相关功能进行时间顺序上的控制，简单来说即是使用硬件对数据语言进行描述转换成实用设计。第三个部分是数据最终储存的收尾工作，主要是对收集成功的数据进行后续相关处理。
在整个系统进行通电运行过程中，首先通过FPGA芯片内部存在的A/D控制模板分别对相关数据采集芯片进行驱动，并将采集到的数据进行转换。而A/D控制模板中的芯片在运行一定时间后会将已经转换完成的数据重新提供给FPGA中的A/D控制模板，接收到整合的数据模板rc端口会立即产生脉冲，这个脉冲属于上升沿，直接会引起A/D控制模板形成高阻状态，并借助这样的高阻态形成另一个脉冲对A/D控制模板中的芯片进行读管脚方面的选取，最后将以上顺序重复循环几次以帮助所采集的数据一次被储存在缓冲储存器中，以完成最终数据采集以及转换的工作。
二、FPGA芯片组成与選择
FPGA是是专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件上电路数有限的缺点。FPGA主要有三大部分组成的：I/0模块、逻辑功能模块与用来连接逻辑模块之间，逻辑模块与I/O模块之间的连线。逻辑功能模块是由查找表（LUT，LookUpTable）和寄存器（Register）组成的。FPGA的特点主要有：采用FPGA设计ASIC电路，用户不需要投入生产，就能得到合用的芯片。FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。FPGA内部有丰富的触发器和I/O引脚。
FPGA采用高速CHMOS工艺，功耗低，可以与cM0s、TTL电平兼容。CycloneI系列是IFPGA定位与低成本的可编程器件，由Altera的第一代Cyclone系列发展而来。CycloneI通过使用新型的架构I、缩小裸片尺寸，在保证成本优势的前提下提供了更高的集成度与性能。
CycloneII器件的密度范围从4608LE和119808bitRAM，到68416LE和l152000bitRAM。CycloneII器件中还含有从13—150个18×18嵌入式乘法器。设计选用ALTERA公司的Cyclone1I系列FPGAEP2C8Q2o8C7来实现，这个系列内的PLI提供了时钟合成功能，允许内部工作时钟与输入时钟频率不同，从而保证了输入时钟和FPGA时钟以及SDRAM时钟之间的零延迟；EP2C8Q208C7具有8256个Les，36个RAMblocks，165888RAMbits，18个内嵌的乘法器，2个PLL，最大可使用182个I/O口，多种程序配置方式等优点。
高速缓存是高速数据采集系统的一个关键环节，∫EP2C8Q2o8C7的最高频率达到25OMHz，165888bit的内部RAM具有独立的输入、输出接口和读、写时钟信号，可以实现同步读写操作。内部RAM提供三种状态指示：Empty、HalfFull、Full，分别代表当前数据存储的深度，可根据系统的需求对存储进行设定。
三、前端调理部分
1.缓冲放大电路
需要被检测的电压在进入系统中后，最先经过的是电压跟随器，电压跟随器会根据数据对电压进行阻抗转换，而后通过电阻网络对电压中的信号进行调整，最后在外部将电压信号转变成为与系统更为符合的电压信号。
2.差分输入电路
由于采用高速A/D采样电路，为保证足够的信号带宽，要将单端的输入信号变成差分信号提供给ADC，以减少偶次谐波产生，保证ADC的精度。考虑到上述因素，在前端部分采用了AD公司的AD8138作为缓冲放大器。
四、数据存贮部分
实际数字电路中用到的存储器有RAM （Random Aeeess Memory），SRAM （Statie RAM），R0 M （Read--only Memory），FIFO（First In First out），SDRAM（Synehronous Dynamic RAM）等。它们的存储特点不同，各自有不同的用途：RAM和SRAM是随机存储，存储容量小，掉电后数据丢失，按照地址线访问各单元数据；ROM和EEPROM是固化的掉电数据保护存储器，存储容量小，一般用于DSP或专用芯片的程序固化和上电寄存器配置，读取数据一般为IC总线形式；FIFO是先进先出堆栈存储，没有地址线，有半满、满、半空、空等标志信号，操作简单，但是容量很小。异步RAM还可以用作不同数据流的缓冲器，读和写时钟可以不同，可用作“快进慢出”或者“慢进快出”；SDRAM和DDRSDRAM是大容量的动态随机存储器，可达到512Mbits，IGbits或者更高，读写速度高，支持突发式读写，但是控制复杂，需要定时刷新，Precharge激活和关闭操作行。
设计中用到的SDRAM是Cypress公司的CY7C1362V25。它是512Kx18同步的数据流高速缓存。所有的同步输入在时钟的上升延被保存到输入寄存器，所得输出数据也在时钟的上升延同步地从输出寄存器向外输出。最大时钟上升访问延时为3Ins，既支持奔腾处理器的交叉存储脉冲序列也支持个人台式机的线性脉冲序列，脉冲可以通过模式管脚进行选择。对于CY7C1362V25的访问或者用处理器地址触发或者控制器地址触发。
五、时钟电路部分
时钟电路的电路构造，它是通过外部的晶振与电容等构成的稳定的时钟脉冲作为主时钟脉冲，然后通过FPGA芯片的PLL来提供各种不同的时钟频率来达到时序控制功能。外部的主时钟脉冲通过晶振可以构成稳定的25MHZ的脉冲。
结束语：
从以上设计研究可以看出，目前我国大范围使用的依然是低速数据采集系统，虽然高速采集系统也存在小范围的使用，但技术水平仍然处于落后状态，无法满足更多的数据采集需求，想要将高速数据采集系统有效升级需要进行技术升级的方面有许多，其中较为重要的技术便是电路设计，优秀的电路设计可以更好的保证系统的稳定性和可靠性，有效促进高速数据采集的发展，在今后的数据采集方面有着重要的现实意义。
参考文献：
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[5]陈友学. 6GSPS数字存储示波器数据采集系统的硬件设计[D].电子科技大学，2012
作者：马晨光
测控技术与仪器
0840308234
张臻欢 摘要：
介绍了监控和数据采集系统各部分的功能和运行原理,以及一种基于USB和CAN总线技术的数据采集系统，该系统主要由一个USB-CAN节点和多个数据采集结点构成，采用CAN总线构成通信网，以USB总线接口实现主节点与计算机的通信，数据采集结点完成电力设备参数采集，可以通过一台主机监控多个电力设备状态参数。该系统实现了电力监控系统中的电力参数检测和总线通信，具有实时性强、可靠性高、抗干扰能力强、容易扩展新节点等优点。 关键词：
电力监控、数据采集、功能运行原理、通用串行总线、控制器局域网总线
引言：
计算机的出现，使监控系统的设计与使用发生了巨大的变化。在引入以计算机为基础的系统前，监控系统的功能局限于远程控制和简单的状态信号显示。当以计算机为基础的监控系统出现后，大容量的数据采集和处理才有可能被广泛地运用，并成为计算机系统的基本功能之一。随着电力工业的发展，电力系统的可靠性和电能质量越来越多的受到人们的关注，对电力监控也提出了更高的要求。 1监控及数据采集的功能
1.1数据采集
周期性地从RTU中采集数据是它的基本功能。电力系统中的大多数系统是以查询方式采集数据，即RTU仅在接收到主站对其请求后，才把数据传送给主站。它有2种可选用的RTU响应方式：第一种方式是发送所需点或点集的实际值或状态;另一种方式是仅发送前一次查询请求以来状态发生过的变化或数据值超过一预先定义的增量变化范围的点或点集。后者称为报告异常事件方式。此方式的主要优点是减少了主站处理时间。通信线路中平均负荷也比第一种方式要小。不过，通信线路必须具有足够的带宽容量，以适应最坏情况，即在电力系统出现大干扰时，大量点的数据会发生快速变化，而此时调度员却最需要及时和准确的数据。
数据采集过程可认为是一些专用及高度相关子过程的过程集。这些子过程为：a.对RTU内部数据库的查寻及快速修改;b.主站周期性地对RTU进行查询;c.把主站所需的RTU数据传送给主站;d.校核因传送所引起的数据错误;e.换算数据工程单位;f.通过写入来覆盖数据库中的原有状态或数值。
1.2信息显示
信息显示是有选择地检索数据库中固定数据及实时数据，并将其组合后提供给运行人员的过程。通常将其显示在有限的图形CRT彩色屏幕上。固定数据包括发电厂、变电站接线图的信息及其它不随时变化的可显示信息。可变数据包括二态或三态设备的状态和数量变化，并可能带有符号的模拟量。通过名字或标识符来表示的设备名称和点的标志常被认为固定值，并被附在变量后面。
显示常常选择分层的树结构形式。在此结构中，索引页面(或者叫菜单)允许运行人员用光标定位技术(键盘、鼠标、跟踪球或屏幕接触定位法)来选择各种信息的显示。在同一系统中，常常提供多种显示选择方法，如专用功能键、显示标识符或名字的键盘输入。 专用功能键使显示的时间大为缩短。但由于受空间的限制，因而这种键的数目是有限的。用标识符进行键盘选择，要求运行人员记住及使用相互参照表。
也有除CRT之外的其它显示介质。一般有动态模拟盘，它主要通过灯光的变化来显示。也有在模拟盘上装配数显来显示重要的模拟量数据。
1.3监控
监控是指能操纵远距离设备的运行。这个过程包括发电厂或变电站的选择、被控设备的选择以及执行开关的断开或闭合。因此需采用选择—确认选择—操作的顺序(简称为操作前校核)。必须避免未被选中设备的操作或未发命令就进行错误操作的情况发生，这是监控及数据采集系统中一个重要的设计环节。为了高度安全，通常采用如图1所示的“操作前校核”信息顺序。
1.4报警处理
告诉运行人员发生了异常事件并报告发生的时间、站号、设备和事件的实质，一般称为报警处理。它有多种报警处理及表示方式。处理方法的细节大都被纳入监控及数据采集系统中的一个功能块中。最常用的报警处理输出是按时间先后排列，显示在CRT报警表、打印机硬复制输出和语音报警中。运行人员确认报警之后，立即把运行状态直接转到与其相关的运行位置，进行人工直接干预。
1.5信息存贮及报告
记录和保存运行过程中的状态和数据是电力系统运行中的一项重要任务，通过精确的记录，用来满足各种统计要求和对系统未来运行情况及用电规划进行预测。
记录保存一般的实现方法是按一定的周期间隔获取预先选定的数据集，并把它们保存在一个滚动文件中。存贮周期常被设定为1 h，但某些特殊情况下则需要更频繁获取和保存信息。
监控及数据采集系统中的历史文件为各种表、报告提供了一个有效数据和状态信息源。可在保存历史数据文件的基础上设置各种报表格式，如日、月、年报表等。
1.6事件顺序采集
事件顺序是获得和记录异常事件的发生过程，具有毫秒级事件间隔的时间分辨率。事件一般以离散状态(两态)出现，如断路器的断开或闭合状态。获取记录异常事件，其时间分辨率与中心主站对RTU进行查询的周期无关。当发生异常事件时，RTU主动向主站发送告警信号，因此RTU中的精确时间基值或时钟是事件顺序记录的基础。在大量分散的RTU中，时间基值的精确同步是事件顺序记录的关键，通常主站定时向各RTU发送广播校时命令，以达到与RTU时钟同步。不同RTU之间事件时间分辨率大约为±10 ms。各RTU将所发生的异常事件发送给主站，主站对这些异常事件一起按时间先后排列，随后打印在一张事件顺序记录表上。 1.7数据计算
在监控及数据采集系统中，需要不断利用所采集的数据进行计算，其中包括工程量转换和在给定时间间隔内最大或最小值的计算，以及对时间的积分。对大变压器组进行负荷监视，就是一个计算过程实例。大变压器的最大容量是由它们的最大温升值来确定，而变压器的发热与MVA负荷有密切的联系。与变压器有关的最普通的测量为MW和Mvar，而不是它的输送电流(安培)。监控数据采集系统通过下列公式(MVA)2=(MW)2+(MVAR)2，定期计算MVA，并把它作为实时数据与额定值相比较。
布尔计算用于离散点或点集，并把计算处理结果作为一个新的信息。这个过程被称为“组合过程”，它能确定电力系统中某些部分的特殊状态，如断路器的通断状态等。
2监控及数据采集系统基本运行原理
2.1问答式
电力系统监控及数据的采集大多采用问答(polling)运行方式，主站与各个RTU之间几乎都是问答式。在通信中，这种方式被称为需求分配/时分多路存取。主站控制所有活动，处于主动位置，定时对RTU进行顺序查询。RTU仅对主站查询作出响应。目前，最普通的2种通信配置方式如图2所示。
其中图2(a)是用多条2线或4线制电话线从主站向外辐射。这些通信回路均以半双工方式运行，并且相互独立，一条回路可专用于单个RTU。但通用且比较经济的方法是在一条公共通信线路上连接几个RTU支路。这些线路的媒质可用电话线路、专用电缆、电力载波。在每条线路上，主站查询命令以及RTU响应回送数据采用多路复用技术。主站以异步方式独立地为接在主站处的每条线路服务。每个通道上的信息传送速率可在3 000～9 600 bit/s范围内。这种通信方式数据传输率高，连续传送的信息量大。采用应答方式时，其循环周期只受各RTU支路响应时间的影响，但这种通信方式成本较高。
图2(b)是无线通信方式构成的监控及数据采集系统。无线通信是以民用电台或数传电台作为通讯工具。国家无线电管理委员规定超短波段为数据传输通讯使用频段，频率范围为223～460 MHz。由于无线电台不能长时处于发射状态，因此由无线电台构成的系统主站查询扫描周期一般选择间隔为15，30，60 min。用无线组成的监控数据采集系统基本与用户供电设施相对独立，具有投资少、见效快、维护检修方便、容易扩充等优点。
上述由有线、无线通信方式构成的监控及数据采集系统，其工作原理是主站以串行方式逐一查询扫描各RTU，当查询到某一RTU时，RTU根据接收到的不同命令及控制要求，加以区分，并逐个对应。对线路断路器操作的命令总是按选择—校核—操作顺序以避免错误操作。
在大型变电站或厂矿能源管理中，分布数据采集及控制的监控数据采集系统，可采用不同的查询方式。对于地理上相距较近的所有RTU，可以通过一个局域网来相互联接，并与主机相连。这样的配置允许在系统单元或结点之间的通信有较大灵活性，能代替传统的、完全由主站控制下的顺序查询方法。采用局域网连接系统，允许任意2个结点之间直接交换信息。
2.2数据采集
电力系统运行中的监控及数据采集系统常用于监视从变电站传送来的信息，如母线电压，线路电压、电流、有功、无功，变压器的分接头位置，线路上的断路器、隔离开关及其它设备状态，报警，总有功功率，事件顺序等。
以上大部分为模拟量输入，它们均来自强弱转换的二次仪表变送器。常用简单的二进制“0”，“1”两种状态来表示变压器分接头位置和断路器、隔离开关的状态。
因为RTU运行在高压环境中，必须在设计中采取相应措施，以防止干扰、损坏、数据出错和误操作。
2.3控制输出
在监控及数据采集系统中，监控是调度运行人中全面调度的有效手段，由运行人员选择被控RTU及对操作顺序即设备—确认—选择—操作的运行。正确选择和操作是避免人身伤亡和供电安全的保证。
控制输出是RTU接收到主站发来操作命令后发出的一高电平信号，该信号是由继电器瞬间闭合而产生的，与此同时提供起动电源，使断路器“跳闸”或“合闸”。
2.4人—机对话
现代监控及数据采集系统中，最有吸引力和挑战优势的是提供一个有效的并对用户“友好”的人—机接口。这种人—机接口不仅由硬件设备(如CRT、控制台、模拟屏、打印机及声音报警)组成，而且还需有支持实现这些工作的程序。所谓“友好”的人—机接口，焦点是提供快捷清晰的画面，操作简便能使运行人员迅速掌握运行概况。
模拟盘(模拟屏)的使用及与CRT显示器之间的关系，历来存在着争论，主要原因是模拟盘一次性投资费用及经常修改所需的费用和精力花费较大。但是，模拟盘可提供一个电力系统网络的总的概貌，这些信息在单个CRT显示器上是难以实现的。所以，模拟盘与CRT之间有互补性。
3采用USB和CAN总线的电力监控数据采集系统
在电力监控系统中电力参数的检测和总线通信是两个基本而且重要的组成部分。目前电力监控装置中常见的通信方式是RS232和RS485接口。RS232接口是不能直接构成实际意义上的通信网络，因为它只能是一对一通信，而且通信距离最长只有15m。RS485接口是一种使用较多的通信方式，具有结构简单、抗干扰能力强、传输距离远、网络节点多、成本低等优点。但是RS485接口是单主结构，同一时刻，总线上只能有一个节点发送数据(或命令)，所以总线只能用巡回检测的方式，实时性差。此外，RS485接口的系统故障限制能力差，中继结构复杂。
控制器局域网(CAN)总线是一种“多主竞争”的总线形式。它废除传统的站地主编码方式，代之以对数据信息进行编码，协议采用总线型拓扑结构，利用总线结构电缆长度短、布线容易、可靠性高、易于扩充等优点;且通信速率高，在距离不超过40cm的条件下通信速率最大可达1Mb/s;利用短帧数据结构，占用总线时间很短;提供错误处理能力，保证数据通讯可靠。
通用串行总线(USB)是一种快速的、双向的、同步传输的、廉价的并可以进行热拔插的串行接口。速度快是USB技术的突出特点之一。全速USB接口的最高传输率可达12Mb/s，比串口快了整整100倍，而执行USB2.0标准的高速USB接口速率更是达到了480Mb/s。对于广大的工程设计人员来说，USB是设计外设接口时理想总线。
本文以CAN总线构成骨干通信网络，以USB总线接口实现主节点与计算机的通信，完成了USB总线和CAN总线的协议转换。各个基于CAN总线的数据采集节点完成电力设备参数的采集。这个数据采集系统实现电力监控系统中的电力参数检测和总线通信。
按照以上论述，研制了基于USB和CAN总线的电力监控数据采集系统样机，并对该系统中的USB-CAN节点和各数据采集节点进行了多次测试，测试结果表明该系统具有如下特点：(1)实时性强。USB总线除了具有易于使用、双向、可同步传输外，还能够高速、高效完成大量数据交换。USB-CAN节点实现了各数据采集节点与计算机之间的高速通信，提高了系统的实时性;(2)可靠性高。CAN总线具有错误处理和检错机制，当发送的信息遭到破坏后，系统会自动重发，从而提高了系统的可靠性和抗干扰能力;(3)传输距离远。CAN总线的直接通信距离可达10km,通信速率最高可达1Mb/s，此时通信距离最长为40m。(4)易于扩展。在实际电力监控系统中，有时需要增加或减少监控节点，由于CAN总线具有很强的开放性，所以增加或减少节点，不需要更改系统的硬件和软件，也不影响其他节点正常工作。
4结语：
电力监控及数据采集系统不仅适用于电力系统，同样也适用于供水、煤气、工矿企业的能源管理、污水计量等分散目标的集中管理及控制。基于USB和CAN总线技术的数据采集系统能够满足电力监控的需要，对提高电力系统的自动化水平、提高供电的安全性和可靠性具有重要意义。随着电子技术的发展和计算机速度及存贮容量的不断提高，将会出现功能更加齐全的监控和数据采集系统。
双钱集团(重庆)轮胎有限公司热电站
数据采集系统(DAS)及事故追忆系统(SOE)
调试报告
批准： 审核： 编写：
陕西盾能电力科技有限公司
2008年12月28日
目 录
1. 设备及系统概述 2. 调试过程 3. 调试质量 4. 评价
5. 存在问题及处理建议
1.系统概述
1.1数据采集系统(包含SOE)简介
数据采集系统(DAS)没有设立专门的机柜，它分布在电子间DCS系统锅炉、汽机SC
1、SC
2、SC
3、SC4站的4个机柜。事件顺序记录系统(SOE)共有224个信号，其中包含14个DAS信号。数据采集及事件顺序记录系统主要完成以下功能：
A. 显示(包括概貌显示、趋势显示、报警显示、操作指导显示等); B. 记录(包括SOE记录等); C. 事故追忆; D. 报表打印;
2. 调试过程
2.1 静态调试
2.1.1 系统功能检查调整。
2.1.2 核实组态图与设计图纸是否一致,不一致的部分已做了相应修改。
2.1.3 I/O通道检查。
在机柜端子口，用信号发生器代替变送器，电阻箱、毫伏源模拟温度信号，开关量信号采取短接方式进行现场信号模拟(有通道校验记录)。
2.1.4 静态参数调整
参照电厂热工定值表对静态参数进行检查调整。
2.1.5 SOE功能检查
在SOE输入端子上，•以先后顺序进行逐点模拟，检查是否记录正确，进行功能检查。 2.2 动态调试
所有I/O信号随各自热力系统投入而投入使用。检查I/O信号，并与系统就地指示仪表对照，确定其准确性。试运中发现的缺陷已及时调整解决(包括流程图修改、量程设置、报警参数设置等)。。
3. 调试质量
3.1 模拟量
包括压力、差压、热电阻、热电偶等。投入率100%，正确率100%。 3.2 开关量
投入率100%，正确率100%。
4. 评语
机组DAS系统测点投入100%，正确率100%。
5. 存在的问题及处理建议:无
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