设计和实现一个超低功耗的数据采集系统
基于STM32F103单片机的数据采集系统设计
基于STM32F103单片机的数据采集系统设计本文。
在现代科技快速发展的时代背景下，数据采集系统作为信息获取的重要手段之一，已经成为各行业必备的工具之一。
STM32F103单片机作为一款性能稳定、功能强大的微控制器，被广泛应用于各种数据采集系统中。
本文将以STM32F103单片机为基础，探讨其在数据采集系统中的设计原理、实现方法以及应用案例，旨在为同行业研究者提供参考和借鉴。
一、STM32F103单片机概述STM32F103单片机是意法半导体公司推出的一款32位MCU，采用ARM Cortex-M3内核，工作频率高达72MHz，具有高性能、低功耗、丰富的外设接口等特点。
在各种嵌入式系统中，STM32F103单片机的应用十分广泛，特别适用于需要较高计算性能和功耗要求低的场景。
二、数据采集系统概述数据采集系统是一种用于采集、处理和传输数据的系统，通常由传感器、数据采集设备、数据处理单元和通信模块等组成。
在工业控制、环境监测、医疗诊断等领域，数据采集系统扮演着重要角色，能够实时监测各种参数并进行数据分析，为决策提供数据支持。
三、STM32F103单片机在数据采集系统中的应用1. 数据采集系统设计原理数据采集系统的设计原理包括数据采集、数据处理和数据传输等环节。
在STM32F103单片机中，可以通过外设接口如ADC、UART等模块实现数据的采集和传输，通过中断和定时器等功能实现数据的处理和分析，从而构建完整的数据采集系统。
2. 数据采集系统实现方法基于STM32F103单片机的数据采集系统的实现方法主要包括硬件设计和软件编程两个方面。
在硬件设计方面，需要根据具体需求选择合适的传感器和外设接口，设计电路连接和布局；在软件编程方面，需要利用STM32CubeMX等工具进行初始化配置，编写相应的驱动程序和应用程序，实现数据的采集、处理和传输。
3. 数据采集系统应用案例以环境监测系统为例，我们可以利用STM32F103单片机搭建一个实时监测空气质量的数据采集系统。
低功耗压力采集系统设计
DOI:10.19551/ki.issn1672-9129.2021.03.068低功耗压力采集系统设计秦允振(上海控宇自动化仪表有限公司㊀201107)摘要:本文介绍了一款采用电池供电的低功耗压力采集设备㊂文章从硬件设计和软件设计分别进行产品介绍㊂硬件设计介绍了,根据产品需求选择硬件主控芯片设计低功耗的硬件电路,低功耗芯片选择STM32L151㊂软件介绍了,使用芯片低功耗控制单元实现休眠模式下保持通讯模块运行㊂软件设计对硬件模块电路控制流程的优化,进程调度中控制硬件模块保持休眠或唤醒㊂使用实时操作系统控制业务流程,在读取压力数据时如何采集压力使功耗电流才能更小㊂用最短时间完成上传数据到服务器的任务,完成任务关闭外设电路使系统进入休眠状态㊂本方案是在硬件和软件配合下完成低功耗压力采集㊂关键词:实时操作系统;STM32L151;休眠模式;进程调度中图分类号:TH812㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀文章编号:1672-9129(2021)03-0067-02㊀㊀1㊀引言在日常生活中每个家庭都用到燃气,燃气通过管道输送时,安全是不可忽略的一部分㊂需要一台设备对燃气管道的压力实时跟踪检测,对检查的压力情况及时上报到后台服务器或向后台服务器发送报警事件㊂因为,根据国家规定燃气管道附近不能有电线,电线需要和管道留一个安全距离,所以燃气管道的压力检测设备是不能用电线供电的,这样只能用电池供电㊂电池供电设备需要尽量节省功耗㊂综合上述条件,低功耗压力采集设备在燃气运输中不可缺少的㊂根据产品现实应用场景,查找市场低功耗产品分析学习,最终选择高性能超低功耗ARM处理器STM32L151,这款处理器专门用于超低功耗设备,提供了5种时钟源用于在各种功耗模式切换[5]㊂通讯模块选用4G通讯模块(EC20),这款通讯模块市场使用比较多相对比较稳定㊂软件操作系统选择比较精简的实时操作系统FreeRTOS[1],此操作系统代码容易修改维护,进程控制方便㊂有利于优化软件代码流程,做到及时响应事件,快速的完成数据采集和保存,数据上传到服务器㊂使设备用最短时间处理完任务,进入休眠状态做到低功耗㊂2㊀原理与设计2.1硬件设计㊂在电子产品上,硬件设计是基础㊂对于低功耗硬件设计需要更多注意电源电路模块设计,做到每量数据下,人脸识别方法的训练,提升识别率,人脸算法的性能和人脸数据库总量成反比㊂所以人脸识别技术提高的关键在于对外界影响因素的调整能力,只有不断的改善,才能适应外界因素的影响㊂4㊀人脸识别技术在微卡口监控中的应用微卡口是智慧公安建设的一部分,也是智慧型社区防范保障体系的一部分,主要包括小区出入口㊁医院出入口㊁银行出入口㊁校园出入口等区域,监控内容主要包括人脸识别㊁车牌识别㊁实时监控录像等㊂前端人脸识别摄像机具有深度学习算法,机器自身提取目标特征,可形成深层可供学习的人脸图像,支持人脸跟踪,多帧识别,自动筛选,减少重复抓拍,支持人脸瞳距20像素以上的人脸检测;后端采用超脑一体机,集IPC接入㊁存储㊁控制㊁智能分析于一体,实现精准人脸㊁人体㊁车辆识别分析,最终输出结构化数据加人脸图片㊂当前微卡口监控人脸识别技术应用最主要实现的功能是以人搜人以及1:N人脸比对㊂以人搜人主要是在本地或检索记录中上传一张人脸识别照片,进行人体以图搜图,检索结果按相似度高低进行排序;人脸比对主要是根据实时人脸分析结果,与50万在逃库及吸毒库进行结构化1:N模式进行人脸比对,达到或超过预设阈值的,进行报警联动,同时在控制中心或前端支持报警展现㊂人脸识别监控主要由前端人脸识别摄像机㊁传输设备㊁存储设备㊁人脸检测㊁识别㊁跟踪㊁比对等处理分析模块组成;具体工作流程为人脸识别摄像机输出人脸抓拍图片至超脑进行结构化处理,与数据库内人脸布控数据进行智能分析比对,出现警情后进行数据上传,并在显示终端展现报警的动态人脸图片;在这个过程中,人脸识别是核心,主要包括图像摄录㊁人脸检测㊁人脸定位㊁人脸识别㊁人脸结构化处理㊁人脸分析比对等几个过程㊂人脸识别技术极大提高了视频监控的清晰度和辨别度,这对人脸的识别和排查有着巨大帮助㊂在公安人员进行办案的过程中,人脸识别技术无疑节省了大量的人力和物力,技术人员无须从海量的数据库中一一对比,通过人脸识别技术即可立即分析出人物特征㊂这对我国的社会安全发展起到了很大的促进作用㊂在视频监控的动态视频中,技术人员研发了每一帧画面中提取出人类的面部特征的技术,从提取的人脸信息与数据库中的信息进行对比可以达到事半功倍的效果㊂5㊀人脸识别发展趋势随着生物特征识别技术发展,近几年人脸识别技术也进入爆发模式,尤其商业应用价值越来越高,市场行业应用越来越广泛㊂人脸识别技术是未来安防行业的重大支撑,从安防行业前端设备来说,近年科技人员研究出一种红外线人脸识别技术,通过红外线人脸识别技术,不管是在哪种光线条件下都能提取到比较清晰的面部图像㊂红外线人脸识别技术是传统人脸识别技术的一个实质性突破,在未来的几年中有望大幅应用到人脸识别智能监控系统㊂从算法上来看,当前3D立体人脸识别算法已经对2D 算法缺陷做了补充,对于人脸旋转㊁遮挡㊁相似度等难点,也有一定的应对措施;通过与大数据的结合,深度学习量的扩大,进一步提升了人脸识别的精确度㊂比如通过人脸识别技术使得公安历史照片数据再度存储利用,形成人脸大数据库,能够大大提升公安信息化的管理和统筹,以及历史案件的破获率㊂当前,人脸识别也有自身的使用范围和局限性,为此基于人脸识别的多生物特征融合识别模式将是未来高精度识别系统的首要选择,也是未来身份鉴别领域的发展趋势㊂人脸识别可视化程度高,可以作为基本配置,包括融合指纹㊁掌纹㊁虹膜㊁视网膜㊁声纹㊁手血管㊁步态等方式的深度融合㊂人脸识别与第三方认证的结合也将成为人脸识别发展的重大趋势,第三方认证最常见的有RFID智能卡㊁USB加密秘钥等方式㊂RFID卡也可以实现无感识别,只需授权并与人脸绑定即可实现安全管理和认证;USB加密秘钥一般是重要终端登录的安全验证方式㊂6㊀结束语总的来说,人脸识别技术是近几年来一项新兴技术,虽然起步的时间较晚,但智能监控中的人脸识别系统已经取得了广泛的应用,并得到了市场的认可,也进入到我们生活的方方面面㊂未来将是人脸识别为主的多生物态组合㊁多模式融合的发展趋势,先进的人脸识别系统为我们的生活带来极大的便利的同时,也会越来越安全,让我们生活的环境越来越安全,让生活更美好㊂参考文献:[1]柳莲花,邹香玲.探究智能视频监控系统中人脸检测与识别技术的应用和相关问题[J].中国安防技术,2018 (21):25.[2]李建勇,周祥彬.探究人脸识别技术在智能视频监控系统中的应用与改进措施[J].中国安防,2019(4):50.㊃76㊃个元器件没有多余的耗电电流㊂为了使硬件没有多余电流,硬件设计上对每个硬件模块添加了电源控制电路,使软件通过GPIO[2]可以控制硬件模块上电工作情况㊂即在系统进入休眠时,软件控制MCU休眠前,通过GPIO先对外设硬件电路下电㊂这样确保系统休眠后,外设硬件处于掉电状态㊂硬件控制电路的主要设计如下:(1)低功耗控制电路设计㊂本设计低功耗硬件电路,根据低功耗MCU[2](STM32L151[4,5])低功耗属性针对控制引脚合理分配㊂主要思路是对外部设备(如4G通讯模块),添加了电源控制电路,用于在不传输数据的时候把4G模块断电,对于LCD显示模块去掉了背光显示电路㊂对于需要休眠时运行的外部电路,配置到可以在低功耗休眠时也能工作的GPIO上,如休眠抓log端口可以配置成低功耗usart㊂(2)通讯电路设计㊂通讯电路是功耗比较大模块㊂在设计低功耗电路时,经过反复改版才完成对通讯模块降低功耗,最终满足的产品的需求㊂通讯模块降低功耗是技术难点,因为通讯电路主要是无线通讯4G电路[5],4G模块电路就涉及到射频电路[6],射频的发射与接收是非常耗电的㊂而且数据发送接收对信号要求比较高,如果设计不好信号会影响比较大㊂信号不好传输数据的时候耗时会比较大,或者传输数据连接不到服务器,导致数据需要重新上传,这样更增加了功耗㊂为了降低功耗4G通讯模块采用MCU的低功耗UART[3]进行通讯,这样在MCU低功耗状态也能保持数据传输㊂2.2软件设计㊂软件设计采用分任务控制方法,分别创建三个进程:休眠任务进程;UI刷新进程;数据上传4G 进程㊂(1)功耗控制方法㊂软件控制功耗的思路是在设备运行时尽量使任务都处于休眠状态㊂任务处于休眠就是把任务唤醒时间缩短,即对每个任务处理数据时做优化㊂对于压力读取,模块发送数据等高功耗操作,系统会退出低功耗模式,进入高速运行模式,使工作尽快处理完毕㊂如果处理进程需要等待某个事件或延迟等待,任务会自动进入休眠,等待事件到后,自动唤醒任务继续处理㊂(2)压力采集㊂压力采集使用PM100-L数字压力传感器㊂这种传感器具有定时自动捕获压力的功能,并且在待机时功耗在1uA㊂软件通过IIC总线读取压力,因为IIC是高频时钟总线所以读取压力数据时,系统必须退出休眠状态,这样会增加功耗㊂为了避免功耗增加功耗,读取压力的操作并没有单独放入定时器中断进行,而是放在UI刷新进程里执行压力读取㊂这样设计有助减少系统唤醒次数,从而降低功耗的作用㊂(3)数据上传㊂压力数据上传使用4G通讯模块发送数据时的功耗比较大,所以对4G模块的操作做了单独优化处理㊂首先,在数据不上传时模块要处于断电关机状态使功耗最小㊂其次,每数据传输时对于传输的数据流程进行优化㊂在4G模块在初始化时,需要等待一段时间,这段时间的功耗比较大,而且模块处于初始化状态,程序不能对其操作,所以程序对这段流程做了优化㊂在模块开机后,保持模块供电,然后系统进入休眠㊂等待10秒后模块准备就绪后,系统退出休眠模式,进行上传数据,这样做到细节上降低功耗㊂3㊀实验及数据分析通过上述硬件和软件配合设计,再根据产品需求定义,最终选定设备的处理流程为:每2秒唤醒一次系统,在系统唤醒时,做读取压力值,刷新系统时间,检测上报数据等操作㊂设备以这个处理流程,用3.3V电池供电㊂在供电总电路上串联一个60Ω电阻,用示波器在电阻两端测量电压变化㊂得出如下波形图:通过测量得出图2,图3,图2得出系统2秒唤醒一次,每次唤醒很短时间系统恢复休眠㊂图3得出每次唤醒时间大概是25ms,唤醒后60Ω电阻电压约等于330mv㊂根据欧姆定律,得出电流:I=U/R=330mv/60Ω=5.5mA 即得出在系统唤醒工作时,电流约为5.5mA㊂得出系统工作的平均电流:i=5.5mA/(2000ms/ 25ms)=68uA即出系统的平均工作电流68uA㊂验证压力数据上传的时间在如下日志中㊂日志是包含了4G模块的信息,从StartReport开始代表4G模块开始上电㊂然后等待大约8秒以后,模块上电完成回复了(RDY OK[7])代表就绪㊂下面是模块找SIM卡(CPIN:READY OK[7])和找移动网络用了两秒时间㊂找到移动网络后,软件开始连接后台服务器,(+QIOPEN:1,0[7])代表设备和后台服务器连接建立完成了㊂到最后发送数据完成总共耗时13秒㊂因为模块上电时间固定是8秒,这个耗时是模块从断电到上电必须的,系统在此时间进行休眠等待㊂数据实际上传数据时间是5秒,这个时间满足产品需求上传数据后快速进入休眠状态㊂4㊀结论本系统设计利用了模块化设计理论,用软件对硬件电路分模块进行管理,对产品功耗实现了有效控制㊂软件通过控制MCU的各种工作模式相互切换,使MCU工作在低功耗㊂软件控制开关电路实现对硬件模块使用时进行供电,不用时断电㊂在进程调度上做细节优化,做到各个功能操作并行处理,完成了尽量少占用MCU资源,使整体设备功耗更低㊂当然对于功耗设计本产品还是有不足的地方,后续可以对于压力采集算法进行待优化比如采用DMA直传的形式㊂另外对于通讯模块选型,可以查找选择一个低功耗的通讯模块㊂最后希望在追求低功耗设备产品设计上,本文的设计思路和方法可以供相关产品借鉴参考㊂参考文献:[1]刘火良㊁杨森,FreeRTOS内核实现与应用开发实战指南:基于STM32[M],北京:机械工业出版社,2019. [2]王永虹㊁徐炜㊁郝立平,STM32系列ARM Cortex-M3微控制器原理与实践[M],北京航空航天大学出版社,2008.[3]张健㊁刘永民,嵌入式系统低功耗电路设计[J],光电技术应用,2005,20(6):1.[4]STMicroelectronics,‘RM0038_STM32L100xx, STM32L151xx,STM32L152xx和STM32L162xx单片机参考手册“[S],https://.[5]STMicroelectronics,‘DS8928_STM32L162VC, STM32L162RC单片机的数据手册“[S],https://www.stmcu. .[6]Quectel,‘Quectel-EC20-R2.0-硬件设计手册-V1.2“[S],https:///cn.[7]Quectel,‘Quectel_EC20_R2.0_AT_Commands_Manu-al_V1.1“[S],https:///cn.㊃86㊃。
基于Zigbee的低功耗数据采集系统设计
密级一般分类号TP393硕士学位论文作者：杨朋伟指导教师：侯宏录教授申请学位学科：2009年4月20日XI’ANTECHNOLOGICAL UNIVERSITY基于Zigbee的低功耗数据采集系统设计测试计量技术及仪器题目:基于Zigbee的低功耗数据采集系统设计学科：测试计量技术及仪器研究生签字：指导教师签字：摘要Zigbee无线传感器网络技术是一种全新的短距离无线通信技术，广泛应用于智能控制、无线监控及环境监测等领域。
目前，对于Zigbee无线传感器网络技术的应用还存在诸多问题，本文重点对无线传感器网络时间同步算法、低功耗系统设计开展深入研究。
1.对Zigbee无线传感器网络时间同步算法进行了全面分析研究,从降低同步开销和关键路径长度的角度出发，提出了两种应用于不同环境下的时间同步算法。
1）当网络规模较小时，采用二层拓扑结构的Zigbee时间同步算法，该算法通过构造二层拓扑结构和时延估计的方法实现了ms级的时间同步精度.降低了时间同步开销；2）当网络规模较大时，采用多跳传感器网络时间同步算法，该算法通过构造较优拓扑结构和累计时延估计的办法降低了时间同步开销及关键路径长度。
2.通过对Zigbee协议栈的研究及分析，从低功耗设计的角度出发，完成了Zigbee低功耗无线数据采集及传输系统设计。
主要内容包括如下几个方面：1）完成了Zigbee无线网络节点的电路设计及相关应用电路设计，在此基础上，应用IAR7.20H开发平台完成了Zigbee无线网络节点的功能软件设计。
2）使用TI公司的CC2430芯片完成了Zigbee节点点对点无线通信的设计及Zigbee 简单网络节点通信设计。
3）完成了多路传感器数据采集接口的设计及Zigbee无线网络监控管理软件设计。
4）研究了无线网络节点功能软件的低功耗设计方法。
5）搭建了Zigbee低功耗无线数据采集及传输系统，对其进行了调试和实验，结果表明该系统在70m范围内工作稳定，误码率较低，时间同步精度较高，能够满足工业环境下的参数远程监控。
基于TI5502的USB高速低功耗数据采集系统设计
王 洪武 赵 继敏 （ 上海交通大学电气工程 系， 上海 ２ ０ ３ ） ０ ０ ０
摘 要
介 绍 一 种 基 于 Ｔ５ ０ Ｄ Ｐ和 Ｃ ７ ６ ０ ３ 的 Ｕ Ｂ ． 多通 道 高速 低 功 耗 实 时数 据 采 集 系 统 ，可 以 直接 由 笔 记 本 Ｉ５ ２ Ｓ Ｙ Ｃ ８ １Ａ Ｓ ２０
Ｌ０１ ｅ １ Ｉ ’１１ ＣＯ １ ．
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… 一 １
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多种 触 发方 式 的数 据采 集 功 能 。 系统 具有 ４个 并 行 测 量 通道 、 １
路 转 速 信号 ， 且可 以根 据需 要 进 行级 联 实 现 ８路 甚 至 是 １ 并 ６路 的通 道 。 个 测量 通 道 具 有 １ ５４ 的采 样 频率 的 ２ ｂｔ Ａ Ｄ 单 ０ ．Ｋ ４ ｉ的 ／ 转换 器 Ａ Ｓ ２ １ 提 供 ５ ｋ ｚ带 宽 、 ８ Ｖ Ｃ 的失 调 漂 移 以 及 Ｄ １７， ０Ｈ １ ￣ ／ １ ９ Ｂ的 信 噪 比（ ＮＲ 。 ０ｄ Ｓ ）
１ 硬 件 设计
Ｐ Ｃ
图 ２ Ｆ ２系 列 ＵＳ ２０徽１芯 片
带宽为 ２ ４位 的工 业 用 模 数 转 换 器 ＡＤ １ ７ 。该 器 件 拥 有 Ｓ２ｔ Ｍ ＢＰ ｃ Ｓ Ｔ ５０ ＭＳ ５２
Ｈ ｆ７６０３ 、 （ ８１ Ｙ Ｐ Ｃ
１１ 采集 系 统 框 架 ・ 采 集 系统 框 图 如 图 １所示 ：
１２ ＴＭ￥３ ０ ５ ２ Ｐ芯 片 ． ２ Ｃ５ ０ ＤＳ
５ ｋ ｚ带 宽 及 １８ Ｖ Ｃ 的 失 调 漂 移 以 及 １ ９ Ｂ 的 信 噪 比 ０Ｈ ．￣ ／ ０ｄ
（ Ｎ ， 一 步将 工 业 、 Ｓ Ｒ） 进 医疗 及汽 车 应 用 中 的 高 精度 测 量 提 升 到 了新 的 水 平 。Ａ Ｓ１ ７ Ｄ ２ １高精 度测 量 的 同时 ， 合直 流 与 交 流 规 符
低功耗远程数据采集模块的设计与实现
低功耗远程数据采集模块的设计与实现阮健俊;陈源;李斌【摘要】Aiming at a series of problems existing in sewage flow measurement, e. g. , dispersion of measurement points, the long-distance between measurement site and the monitoring & control center, traffic inconvenience, high cost man labor and low efficient maintenance, etc. , the remote monitoring and control device of sewage flow measurement based on GPRS communication technology is designed. The SIM900 GPRS module is adopted to connect the device and GPRS network, with the low power consumption MSP430 as the control core, on the basis of low power consumption standby and low cost transmission, the centralized control of dispersing devices and acquisition of measurement data are implemented. In addition, by using various communication interfaces, such as RS-232, RS-485, frequency signal, analog signal (4-20 mA) , the communication compatibility between monitoring and control system and the flowmeter typical to the sewage flow measurement is implemented. The experiment shows that the device features high stability, good endurable capability and low cost, and it offers a new running and management mode to the domestic users of sewage flowmeters, and possesses outstanding economic benefit as well as the values of promotion and applications.%针对污水流量测量存在测量点分散、测量现场与监控中心距离远、测量现场地处偏远交通不便、人工维护成本高以及效率低等一系列问题,设计了一套基于GPRS通信技术的污水流量计远程监控装置.该装置通过SIM900GPRS模块连接到GPRS网络,采用超低功耗MSP430为控制核心,在低功耗待机和低成本传输基础上,实现对分散设备的集中控制和计量数据的采集功能.同时,通过RS-232、RS-485、频率信号、模拟4～20 mA等多种通信接口,实现与污水流量测量特有流量计的通信兼容.试验表明,该装置的监控性能稳定、续航能力优良、成本低廉,为国内污水流量计用户提供了一种新的运行和管理模式,具有明显的经济效益和推广应用价值.【期刊名称】《自动化仪表》【年(卷),期】2012(033)011【总页数】3页(P45-47)【关键词】流量测量;GPRS;远程数据采集;低功耗;MSP430;频率信号【作者】阮健俊;陈源;李斌【作者单位】上海大学机电工程与自动化学院,上海200072;上海大学机电工程与自动化学院,上海200072;上海大学机电工程与自动化学院,上海200072【正文语种】中文【中图分类】TP2730 引言节能减排、重视发展与自然环境的协调已成为当下社会和工业发展的重要议题。
基于无线传感网的多功能低功耗数据采集平台设计
０ 引 言
近年 来 ， 随着传感 网技术 的快速 发展 ， 如何 实现
对监 测对 象 的远程 数据采 集 和实 时监控成 为 了一个 研究 和 开发热 点 。无线 数据采 集 和监测 系统在 智能
集平 台 ， 用 Ｚｇ ｅ 通信 标准 来 实 现各 采 集点 和管 利 ｉＢ ｅ
理 终端 的无线 传输 。在该 平 台 的实 现过 程 中 ， 点 重 考 虑节 点 的多功能化 、 功耗 特性 ， 低 以及管 理终 端软 件 对 网络 的管理 和配置 。
１ 系统 结 构
系统 由采 集 网络 和 监 控软 件 组成 ， 系统 结 构 如
。在 上 述 应用 中， 统 的 很多 功能 系
Ｙ ｈ—ｕ ， Ｎ Ｓ ｕｑｎ Ｃ Ｅ ｉ ｅｇ ＷＥ ｉ， Ａ Ｇ Ｚ ａ， ｎ Ｕ Ｚ ｉ ｏ ＷＡ ｈ —ｉ ， Ｈ Ｎ Ｚ — ｎ ， ＩＢｎ ＨＵ Ｎ ｈ ｏ ｕ ｇ ｆ ｊ
（ ｈ ８ ｈＲ ｓａ ｈＩｓｔｔ ｏ Ｅ Ｃ， ｉ ｇｕＷｕ ｉ １０５ ｈｎ ） Ｔ ｅ ｅｅｒ ｔｕｅ ｆ Ｔ Ｊ ｎ ｓ ｘ ２４ ３ ，Ｃ ｉａ ５ｔ ｃ ｎｉ Ｃ ａ
第 ２期
２１ ０ ２年 ４月
国鼋； 鼍 纠． ｆ 唧宪限．瓤 簪
Ｊ ｕ ｌｏ ＡＥＩ ｏ ｍａ ｆＣ Ｔ
Ｖ０ ． １７ Ｎｏ． ２ Ａｐｒ ２ ２ ． ０１
基 于 无 线 传 感 网 的 多 功 能 低 功 耗 数 据 采 集 ＿ 口 ｌ 计 平 台 沮．Ｉ Ｔ Ｚ， ． ，ｌ Ｓ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｆｏ ｈ ｅｅ ｔ ｆｈｇ ｏ ｔａ ｄ ｗｉ ｎ ｏ ｌｘ ｔ ｆｗｉｅ ｅｗｏ ｋ，ａ ｌｗ ｏ ｒ ａ ｄ ｗ ｒ ｌｓ ｒｔ ｅ ｄ ｆ ｃｓ ｏ ｉｈ ｃ ｓ ｎ ｒ ｇ ｃ ｍｐ ｅ ｉ ｏ ｒ ｄ ｎ ｔ ｒ ｉ ｙ ｏ ｐ ｗｅ ｎ ｅｅ ｓ ｉ ｄ ｔ ｃ ｕ ｓｔｏ ｙ ｔｍ ａ ｅ ｎ Ｚ ｇ ｅ ｔｃ ｎ ｌ ｇ ｎ ａａ ａ ｑ ｉｉ ｎ ｓ ｓｅ ｂ ｓ ｄ ｏ ｉ Ｂｅ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ａ ｄ ＭＣ１ ２ ｉ ３ ２Ｘ ｓ ｄ ｓｇ ｅ ． ｅ ｓ ｓｅ ｉ ｏ ｏ ｅ ｆ ｉ ｅ ｉｎ ｄ Ｔｈ ｙ ｔｍ ｓ ｃ ｍｐ ｓ ｄ ｏ ｄ ｔ ｃ ｕ ｓｔｏ ｏ ｅ ，ｏ ｉｇ ｎｏ ｅ ｃ ｏ ｄ ｎ ｔｒ ｎ ｄ ｎ ｎ ｔｒｎ ｏｔ ｒ ． ｅ ｓ ｓｅ ｓｒ ｃｕ ｅ ｉ ｎ ａａ ａ ｑ ｉｉｉｎ ｎ ｄ ｓ ｒｕｔ ｄ ｓ， ｏ ｒ ｉ ａｏ ｏ ｅ ａ ｄ ｍｏ ｉ ｉ ｇ ｓ ｆｗａ ｅ Ｔ ｙ ｔｍ ｔｕ ｔ ｒ ｓ ｉ— ｎ ｏ ｈ ｔｏ ｕ ｅ ｎ ａ ｄ ｒ ｅ ｉｎ，ｓ ｆ ｒ ｏ ｃ ａｔａ ｅ ｅａ ｏ ａｅ ｎ ｄ ｔｉ．Ｔｈ ｅ ｔｎ ｅ ｕ ｔｓ ｏ ｈ ａａ ｒ ｄ ｃ ｄ ａ ｄ ｈ ｒ ｗａ ｅｄ ｓｇ ｏ ｗａ ｅｆ ｗ ｈ ｒ ｒ ｌｂ ｒｔ ｄ ｉ ｅａｌ ｔ ｌ ｅｔ ｓｉ ｇ ｒｓ ｌ ｈ ｗｓｔ ｅ ｄ ｔ ａ ｑ ｉｉｉｎ ｎ ｄ ａ ｈ ｄ ａ ｔ ｇ ｆｌｗ— ｏ ｒｃ ｎ ｕ ｔｏ ｎ ｈ ｏｅ ｓ ｓｅ Ｓ ｏ ｃ ｕ ｓｔ ｏ ｅｈ ｓ ｔｅ ａ ｖ ｎａ ｅ ｏ ｏ ｐ ｗｅ ｏ ｓ ｍｐ ｉｎ ａ ｄ ｔｅ ｗｈ ｌ ｙ ｔｍ ａ ｃ ｍｍｕ ｉ ａｅｒ ｌ ｌ ． ｏ ｎ ｎｃ ｔ ｅ ｉ ｙ ｂ ａ
《基于嵌入式Linux的数据采集系统的设计与实现》
《基于嵌入式Linux的数据采集系统的设计与实现》一、引言随着信息技术的飞速发展，数据采集系统在各个领域的应用越来越广泛。
嵌入式Linux作为一种轻量级、高效率的操作系统，在数据采集系统中得到了广泛应用。
本文将介绍基于嵌入式Linux的数据采集系统的设计与实现，旨在为相关领域的研究和应用提供参考。
二、系统需求分析在系统需求分析阶段，我们首先需要明确数据采集系统的功能需求和性能需求。
功能需求主要包括：能够实时采集各种类型的数据，如温度、湿度、压力等；能够实时传输数据至服务器或本地存储设备；具备数据预处理功能，如滤波、去噪等。
性能需求主要包括：系统应具备高稳定性、低功耗、快速响应等特点。
此外，还需考虑系统的可扩展性和可维护性。
三、系统设计1. 硬件设计硬件设计是数据采集系统的基础。
我们选用一款具有高性能、低功耗特点的嵌入式处理器作为核心部件，同时配备必要的传感器、通信模块等。
传感器负责采集各种类型的数据，通信模块负责将数据传输至服务器或本地存储设备。
此外，还需设计合理的电源模块，以保证系统的稳定性和续航能力。
2. 软件设计软件设计包括操作系统选择、驱动程序开发、应用程序开发等方面。
我们选择嵌入式Linux作为操作系统，具有轻量级、高效率、高稳定性等特点。
驱动程序负责与硬件设备进行通信，实现数据的采集和传输。
应用程序负责实现数据预处理、存储、传输等功能。
四、系统实现1. 驱动程序开发驱动程序是连接硬件和软件的桥梁，我们根据硬件设备的接口和协议，编写相应的驱动程序，实现数据的实时采集和传输。
2. 应用程序开发应用程序负责实现数据预处理、存储、传输等功能。
我们采用C/C++语言进行开发，利用Linux系统的多线程、多进程等特性，实现系统的并发处理能力。
同时，我们利用数据库技术实现数据的存储和管理，方便后续的数据分析和处理。
3. 系统集成与测试在系统集成与测试阶段，我们将硬件和软件进行集成，进行系统测试和性能评估。
低功耗数据采集装置的设计
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用超低功耗MSP430单片机设计数据采集系统
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基于NBIoT技术的低能耗数据采集终端设计与实现
基于NBIoT技术的低能耗数据采集终端设计与实现随着物联网技术的不断发展，人们对于数据采集终端的需求也越来越高。
为了满足多样化的数据采集需求以及降低能耗，基于NBIoT（Narrowband Internet of Things）技术的低能耗数据采集终端成为了研究的热点。
本文将围绕该主题介绍基于NBIoT技术的低能耗数据采集终端的设计与实现。
首先，我们需要了解NBIoT技术。
NBIoT是一种低功耗广域网技术，专门用于物联网设备的连接。
相比于传统的GSM、3G或4G网络，NBIoT在功耗、连接密度和覆盖范围方面具有更好的性能。
因此，选择NBIoT作为数据采集终端的通信方式是合理的。
设计一个低能耗的数据采集终端，需要考虑以下几个关键方面：硬件设计、软件设计和能耗优化。
在硬件设计方面，我们可以选择适合低功耗应用的微控制器单元（MCU），如STMicroelectronics的STM32系列。
这些MCU具有低功耗模式和丰富的外设接口，可以满足各种数据采集需求。
另外，为了减小能耗，还可以选择低功耗传感器和模块，例如低功耗的温度传感器和无线通信模块。
在软件设计方面，需要进行嵌入式软件的开发。
首先，需要实现与NBIoT网络的通信协议栈，以便与云平台进行数据交互。
其次，要编写采集数据的驱动程序，使终端能够读取传感器数据。
此外，还需要设计一套有效的数据处理算法，以便对采集到的数据进行筛选、压缩和存储，从而减小数据传输量和能耗。
为了进一步降低能耗，还可以采取一些能耗优化措施。
例如，可以使用睡眠模式和唤醒定时器来控制终端的工作周期，避免长时间的待机过程。
此外，还可以通过优化数据传输的方式来减小能耗，例如，采用数据压缩和差异化传输的方法。
在实际实现过程中，需要进行严格的测试和验证。
可以模拟不同场景下的数据采集和传输，以评估终端在实际使用中的性能和能耗。
此外，还需要进行电力管理的测试，以确保终端在不同能量供应条件下的稳定性和可靠性。
基于STM32单片机的多路数据采集系统设计
基于STM32单片机的多路数据采集系统设计概述：多路数据采集系统是一种用于采集和处理多种传感器信号的系统。
基于STM32单片机的多路数据采集系统具有低功耗、高精度、稳定可靠的特点，广泛应用于工业控制、环境监测和医疗设备等领域。
本文将介绍基于STM32单片机的多路数据采集系统的设计方案及实现方法。
设计方案：1.系统硬件设计：系统硬件由STM32单片机、多路模拟输入通道、数模转换器（ADC）和相关模拟电路组成。
其中，多路模拟输入通道可以通过模拟开关电路实现多通道选通；ADC负责将模拟信号转换为数字信号；STM32单片机负责控制和处理这些数字信号。
2.系统软件设计：系统软件可以采用裸机编程或者使用基于STM32的开发平台来进行开发。
其中，主要包括数据采集控制、数据转换、数据处理和数据存储等功能。
具体实现方法如下：-数据采集控制：配置STM32单片机的ADC模块，设置采集通道和相关参数，启动数据采集。
-数据转换：ADC将模拟信号转换为相应的数字量，并通过DMA等方式将数据传输到内存中。
-数据处理：根据实际需求对采集到的数据进行预处理，包括滤波、放大、校准等操作。
-数据存储：将处理后的数据存储到外部存储器（如SD卡）或者通过通信接口（如UART、USB）发送到上位机进行进一步处理和分析。
实现方法：1.硬件实现：按照设计方案，选择适应的STM32单片机、模拟开关电路和ADC芯片，完成硬件电路的设计和布局。
在设计时要注意信号的良好地线与电源隔离。
2.软件实现：（1）搭建开发环境：选择适合的开发板和开发软件（如Keil MDK），配置开发环境。
（2）编写初始化程序：初始化STM32单片机的GPIO口、ADC和DMA等模块，配置系统时钟和相关中断。
（3）编写数据采集程序：设置采集参数，例如采样频率、触发方式等。
通过ADC的DMA功能，实现数据的连续采集。
（4）编写数据处理程序：根据实际需求，对采集到的数据进行预处理，例如滤波、放大、校准等操作。
物联网环境下能量自适应低功耗数据采集终端的设计与实现
物联网环境下能量自适应低功耗数据采集终端的设计与实现在物联网快速发展的背景下，能量自适应低功耗数据采集终端成为了一项具有重要意义的技术研究。
本文将从设计与实现两个方面来介绍物联网环境下能量自适应低功耗数据采集终端的相关内容。
一、设计1. 设计目标能量自适应低功耗数据采集终端的设计目标是实现在物联网环境中低功耗的数据采集和传输，能够通过无线网络与云平台进行数据交互，同时要具备自适应能量管理的能力，以实现长时间的持续工作。
2. 硬件设计在硬件设计方面，需要选择适合低功耗应用的微处理器和传感器，采用节能的电源管理技术，同时结合节能的通信模块，以减少功耗。
此外，需要注意硬件设计的紧凑性和高效性，以便于集成和部署。
3. 软件设计软件设计是能量自适应低功耗数据采集终端设计中的关键一环。
软件设计需要优化系统的运行效率，减少功耗。
其中包括设计低功耗的算法和优化数据采集和处理的流程。
此外，还需要为系统提供实时的能量管理策略，根据能量状态和网络环境等因素自动调整功耗模式。
二、实现1. 能量管理实现能量自适应低功耗数据采集终端的关键在于有效管理能量。
该终端可以通过多种方式获取能量，如光能、振动能、热能等。
在能量获取方面，可以采用能量收集器（如太阳能电池板、热电模块等）进行能量转换和存储。
此外，还可以采用能量回收技术，将系统的闲置能量回收为可用能源。
2. 数据采集与传输在物联网环境下，能量自适应低功耗数据采集终端需要实现对环境数据的采集和传输。
传感器的选择和布置是关键因素之一，需要根据实际应用场景选择合适的传感器，并合理布置以实现全面的数据采集。
同时，需要考虑数据的压缩和加密等技术，以提高数据传输的效率和安全性。
3. 云平台交互能量自适应低功耗数据采集终端需要与云平台进行数据交互，实现数据的存储和分析。
在实现云平台交互时，需要考虑数据的格式和协议，以保证数据的正确性和完整性。
此外，还需要设计有效的数据传输机制和云平台接口，以实现高效的数据交互。
智能电表数据采集系统设计与实现
智能电表数据采集系统设计与实现智能电表数据采集系统是一种基于现代信息技术的电能计量设备，它能够采集电力系统中的各种数据，包括电能、电压、电流、功率等，并将这些数据传输到云端，帮助用户实时监控和管理电力系统，提高用电效率，降低能源消耗，达到节能环保的目的。
本文将介绍智能电表数据采集系统的设计和实现过程。
首先，系统主要由两部分组成，一部分是智能电表，另一部分是数据采集模块。
智能电表负责实时采集电力系统中的各种数据，包括电能、电压、电流、功率等，然后将这些数据传输到数据采集模块中进行处理和分析。
数据采集模块可以通过各种通信方式，包括有线通信和无线通信等，将采集到的数据传输到云端，供用户进行查询和分析。
接下来，我们具体介绍系统的设计和实现过程。
首先，智能电表的设计需要考虑采集的数据类型和精度等因素，这将决定电表的硬件配置和软件编程。
硬件配置主要包括电表芯片、传感器、功率分析器、存储器等。
软件设计主要包括电表编程、通信协议、数据处理和分析等。
在硬件配置和软件设计方面，需要根据具体需求进行精细化设计和编程，确保采集的数据能够准确、稳定地传输到数据采集模块中。
其次，数据采集模块的设计需要考虑通信协议、数据解析、存储和传输等因素。
数据采集模块可以通过有线通信方式，包括串口通信和以太网通信等，将采集到的数据传输到云端。
同时，也可以通过无线通信方式，比如GPRS、NB-IoT等，将数据传输到基站或云端。
在数据的解析、存储和传输等方面，也需要根据需求进行精细化设计和编程，确保数据的安全、稳定和高效传输。
最后，为了实现智能电表数据采集系统的高效运行和长期可持续发展，需要考虑一系列的因素，包括系统的维护和升级、采集数据的完整性和可靠性、用户数据的保密和安全等。
这些因素都将对系统的性能和效果产生重要影响，需要高度重视和精心考虑。
综上所述，智能电表数据采集系统是一种基于现代信息技术的电能计量设备，它能够采集电力系统中的各种数据，并将这些数据传输到云端，帮助用户实时监控和管理电力系统，达到节能环保的目的。
水下低功耗变频数据采集系统的设计
爹
原 玢 赵 奇 杨 卓 静 董 冰 玉
一
、
引 言
爆炸对 于水面和水下物体 而言，只有空爆和水下爆炸 两种爆炸条件 。由于炸药周 围的介质不 同，爆炸产
生 的冲 击波的特征具有 明显的差异 。水 的可压缩 性小，密度大 ，因而水 中初始冲击 波压力 比空气冲击波大 得
多。水 的密度大 ，惯性大 ，爆炸产物 的膨胀过程 要 比空中爆炸慢得多 。气泡 的脉动次数也要 比空 中爆炸 多， 有 时可达 十次 以上 。在不 同的压力段 ，水 的状态 方程 不同，因而水 中冲击波在 不同的压 力段 ，计算方法也不 同［ｏ １ ］ 水 下爆 炸的研究 己有悠久 的历史 。早期 的研 究主 要是出于军事应用 的 目的，世 界各 国的研究者 以球形药 包在 水中爆炸产生 的冲击 波为主要研究对象 ，系 统研 究 了其形成 、传播 、衰减 的规律 以及冲击波对水 中 目标 的破坏 效应 ，建立起一套相应 的理论和计算公式 ，随着二战后世界各 国经济 的复苏，水下爆炸广泛地应用 于 民用建 设，如新建港 口、桥梁 、水工建筑物 的岩石基 础爆破开挖 ：增加港湾 、湖 泊、运 河的水深 以利通航 ：
统具有小体积 、 微功 耗、采样频率高等特 点 ， 具有抗干扰性强和无需电缆引线的优 点， 别适宜于 大范 围 特
数据采集系统课程设计
数据采集系统课程设计1. 系统概述本课程设计的目标是设计并实现一个数据采集系统，该系统可通过网络爬虫自动抓取特定网站上的数据并进行提取和存储。
采集的数据可以是任何形式的，例如文本、图像、视频等。
同时本系统支持数据可视化展示和数据分析处理。
数据采集系统可以应用于各种领域，普遍用于商业、市场调研、人工智能、信息搜索等方向。
2. 功能需求分析本系统有以下几个主要功能：1.网站数据抓取：该功能基于网络爬虫理论，可自动化地从特定网站中抓取数据，例如商品信息、用户评论、新闻文章等。
2.数据分析处理：该功能可以将采集到的数据进行分析处理，例如对情感倾向进行分类分析、对关键字进行统计分析等。
3.数据存储：该功能可以将采集到的数据进行存储，例如采用数据库进行存储、采用文件进行存储等。
4.数据可视化：该功能可以将采集到的数据进行可视化展示，例如对采集到的商品信息进行图表展示、对采集到的用户评论进行词云展示等。
3. 系统设计和实现3.1 网站数据抓取网站数据抓取模块主要由以下几个部分组成：1.网络抓取器：实现网站页面的下载和解析，提取需要的信息。
2.数据提取器：从解析出来的页面中提取需要的数据。
3.数据筛选器：根据用户指定的规则过滤不需要的信息。
该模块的实现将采用Python编程语言，主要使用requests库、BeautifulSoup库、Scrapy框架等工具。
3.2 数据分析处理数据分析处理模块主要由以下几个部分组成：1.数据预处理：对采集到的数据进行去重、清洗、格式化等处理。
2.数据分析算法：根据分析任务需求，使用不同的算法对处理后的数据进行分类、聚类、关键字提取等操作。
3.数据可视化：将处理好的数据进行可视化展示。
该模块的实现将使用Python编程语言，主要使用pandas、numpy、scikit-learn、matplotlib等工具。
3.3 数据存储数据存储模块主要由以下几个部分组成：1.存储类型选择：可以选择不同的数据存储方式，包括数据库存储、文本存储等。
离线式超低功耗压力数据采集系统
离线式超低功耗压力数据采集系统
张建利;卢振
【期刊名称】《哈尔滨工业大学学报》
【年(卷),期】2003(035)007
【摘要】针对建筑环境和市政工程领域的压力测量周期长、作用半径大、现场无电源等特点,提出一套离线式超低功耗压力数据采集系统,由超低功耗的压力数据采集仪、掌上电脑和PC机组成.系统硬件采用超低功耗的方法进行设计,选择超低功耗的器件,电源采用按需供给的管理方式.实测压力数据采集仪平均工作电流为379 μA,12 Ah的锂电池供电可连续工作3.6 a;开发了掌上电脑及上位机软件,掌上电脑可与采集仪通讯,实现离线采集数据和数据处理.应用此离线式系统采集压力数据可节省大量的人力、物力.
【总页数】4页(P853-855,878)
【作者】张建利;卢振
【作者单位】哈尔滨工业大学,市政环境工程学院,黑龙江,哈尔滨,150090;哈尔滨工业大学,市政环境工程学院,黑龙江,哈尔滨,150090
【正文语种】中文
【中图分类】TU831
【相关文献】
1.超低功耗数据采集系统的设计 [J], 胡迎春;苏燕辰;张晶
2.一种新的超低功耗轮胎监控数据采集系统设计 [J], 潘萍;童成义;马振中;易素红
3.用超低功耗MSP430单片机设计数据采集系统 [J], 沈宝利
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5.基于XLP技术的超低功耗数据采集系统设计 [J], 李闯泽;姚金杰;王黎明;张回园因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于CC2530的ZigBee数据采集系统设计
基于CC2530的ZigBee数据采集系统设计一、概述随着物联网技术的快速发展，无线通信技术在数据采集领域的应用日益广泛。
ZigBee作为一种低功耗、低成本、短距离无线通信技术，在智能家居、工业自动化、环境监测等领域具有广泛的应用前景。
基于CC2530的ZigBee数据采集系统，充分利用了ZigBee技术的优势，实现了高效、稳定的数据采集与传输功能。
本系统以CC2530芯片为核心，构建了一个完整的ZigBee无线通信网络。
CC2530芯片是德州仪器（TI）公司推出的一款基于8051内核的无线单片机，具有高性能、低功耗的特点。
通过CC2530芯片，系统可以实现数据的采集、处理、传输以及网络管理等功能。
在数据采集方面，系统通过外接传感器实现对温度、湿度、光照等环境参数的实时监测。
传感器采集到的数据经过CC2530芯片处理后，通过ZigBee网络传输至协调器节点，再由协调器节点将数据上传至上位机或云端服务器进行进一步的分析和处理。
本系统还具备网络管理功能，可以对ZigBee网络进行配置、监控和维护。
通过上位机软件，用户可以实时查看网络状态、节点信息以及采集到的数据，并进行相应的操作和管理。
基于CC2530的ZigBee数据采集系统以其高效、稳定、低功耗的特点，在物联网领域具有广泛的应用价值。
本文将对系统的硬件设计、软件编程以及实现过程进行详细阐述，为相关领域的研究和实践提供有益的参考。
1. ZigBee技术概述《基于CC2530的ZigBee数据采集系统设计》文章“ ZigBee技术概述”段落内容ZigBee技术是一种专为短距离、低速率无线通信设计的协议，它基于IEEE 4标准，具有低功耗、低成本、高可靠性及高安全性等特点。
该技术最初被称为“HomeRF Lite”和“FireFly”，后统一命名为ZigBee，其命名灵感来源于蜜蜂通过Z字形飞行交流食物源信息的自然现象。
ZigBee技术广泛应用于智能家居、工业自动化、农业智能化等领域，在这些领域中，ZigBee技术以其独特的优势，为数据采集和传输提供了高效的解决方案。
基于DSP的低功耗高速数据采集系统1
基于DSP的低功耗高速数据采集系统摘要：介绍了自行研制的基于DSP的低功耗数据采集系统。
该系统以TMS320C5509为核心，实现了低功耗四通道同步高速数据采集。
从同步ADC采集、存储器设计、DSP时钟设计以及电源设计等方面，详细阐述了基于低功耗的设计思想和实现方法。
关键词：DSP 低功耗数据采集随着电子技术的发展及新器件的不断涌现，电子系统在手持设备、便携医疗仪器以及野外测试仪器等领域得到了广泛的应用。
在这些领域的应用中，由于客观条件的限制，通常采用电池或蓄电池为仪器设备提供电源。
在这种情况下，如要实现系统长时间工作，必然对仪器设备系统功耗的要求较高，因此低功耗系统的设计在这些应用领域中得到广泛重视。
1 TMS320VC5509简介TMS320VC5509（以下简称VC5509）是德州仪器（TI）公司针对低功耗应用领域推出的一款低功耗高性能DSP，采用1.6V的核心电压以及3.3V的外围接口电压，最低可支持0.9V的核心电压以0.05mW/MIP的低功耗运行。
VC5509支持丰富的外设接口，最高支持144MHz的时钟频率，片内具有双乘累加器，每周期可执行一条指令或两条并行指令，具有高达288MIPS的处理能力。
VC5509内部存储器采用统一编址，带有128K字RAM，其中包括32K字双存取RAM（DARAM）以及96K字单存取RAM（SARAM），另外还有64KB片内只读ROM，并可以实现高达4MB的外部存储空间扩展，是一款具有较高性价比的低功耗DSP芯片。
VC5509的结构框图如图1所示。
2 系统设计与实现本系统要求实现四通道同步采样，每通道采样频率为50kHz，系统供电为+5V，全速运行时整体功耗低于250mW。
针对这些技术指标，本系统以低功耗DSP芯片TMS320VC5509为核心，采用串行EEPROM作为程序存储器，选用四片微功耗12位ADC实现四个通道模拟信号的同步采集。
系统中设计铁电存储器（FRAM）作为掉电保护数据存储器，并设计一个异步串口实现与外部系统的通讯。
一种新的超低功耗轮胎监控数据采集系统设计
ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｉ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｉ ｓ ｇ ｉ ｖ ｅ ｎ ． Ｆ ｉ ｎ ａ ｌ ｌ ｙ ， ｔ ｈ ｅ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗａ ｒ ｅ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｅ ｓ ｏ ｆ ｄ ａ ｔ ａ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ａ ｒ ｅ ｇ ｉ ｖ ｅ ｎ ｂ ｙ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｒ ｕ ｐ ｔ ． Ｔ ｈ ｅ ｗ ａ ｋ ｅ — ｕ ｐ
目前 ， 汽车 已经 成 为 社会 生 活 中不 可 或 缺 的必 需 品之 一 ， 如 何 防止爆 胎 已经 成 为安 全 驾 驶 的一个 重 要 研 究课 题 。汽 车 轮 胎 压 力 监 控 系 统 （ Ｔ Ｐ ＭＳ ， ｔ ｉ ｒ ｅ ｐ ｒ ｅ ｓ ． ｓ ｕ ｒ ｅ ｍ ｏ ｎ ｉ ｔ ｏ ｒ ｉ ｎ ｇ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ） 在 汽车 行驶 过 程 中对 汽车 轮
算法 通过 无线 射频 方 式 发 送 到位 于 驾驶 室 的上 位 机 ；
最后上位机的控制 系统对采集数据进行相应 的处理 ， 并在液晶显示屏进行显示 ， 如果轮胎压力 和温度 出现 异常情况则进行相应 的声光报警 』 。 １ ． ２ 数据 采 集器设 计 方案 数据采集器是直接式 Ｔ Ｐ Ｍ Ｓ的核心部分 ， 会受到 安装位置等因素的影响 ， 其是否能满足超低功耗 的要 求是系统成功运用的关键 。本文设计的数据采集器在 功能上主要 由信号传感器 电路、 中断信号 电路 、 Ｍ Ｃ Ｕ 控制电路和射频发送 电路组成。数据采集器首先将压
锂电池采样模组,高精度和低功耗采集的电路和技术原理
锂电池采样模组,高精度和低功耗采集的电路和技术原理锂电池采样模组是一种用于采集锂电池状态的电路模块，可以实现高精度和低功耗的数据采集。
以下是关于锂电池采样模组，高精度和低功耗采集的电路和技术原理的要点介绍：采样电路设计：锂电池采样模组的核心是采样电路设计。
常用的采样电路包括电阻分压器、运算放大器等，通过这些电路可以实现对锂电池电压的精确测量。
同时，为了实现低功耗，采样电路的设计也需要考虑到功耗优化，例如采用低功耗的器件和电路结构。
信号处理技术：锂电池采样模组需要对采集到的模拟信号进行数字化处理。
常用的信号处理技术包括模拟-数字转换器（ADC）和数字信号处理器（DSP）。
ADC可以将模拟信号转换为数字信号，DSP则可以对数字信号进行进一步的处理和分析。
数据传输技术：锂电池采样模组需要将采集到的数据传输到主控制器或云端。
常用的数据传输技术包括有线通信（如I2C、SPI等）和无线通信（如蓝牙、Wi-Fi等）。
通过这些技术，可以实现数据的快速、稳定传输。
电源管理技术：为了实现低功耗，锂电池采样模组需要采用有效的电源管理技术。
常用的电源管理技术包括动态电源管理（DPM）、功率门控（PGS）等。
这些技术可以根据实际需要动态调整电源的供应，从而降低功耗。
精度校准技术：为了实现高精度采集，锂电池采样模组需要采用精度校准技术。
常用的精度校准技术包括硬件校准和软件校准两种。
硬件校准是指在电路设计中采用精密电阻、放大器等器件来提高测量精度；软件校准则是通过算法对采集到的数据进行修正，以实现高精度采集。
集成化技术：为了方便用户使用，锂电池采样模组通常会采用集成化技术，将采样电路、信号处理电路、数据传输电路等集成在一个封装内。
这样不仅可以提高测量精度和降低功耗，还可以减少外部元件的数量和复杂性，方便用户使用和维护。
总之，锂电池采样模组是实现锂电池状态监测的关键组件之一。
通过采用高精度和低功耗的电路设计和信号处理技术，以及有效的电源管理和精度校准技术，可以实现高效、准确的锂电池状态监测。
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设计和实现一个超低功耗的数据采集系统摘要：本文介绍了一种基于MSP430单片机的数据采集系统。
该系统利用单片机的强大的处理能力和丰富的片上外围模块可在具有良好电源的便携式设备上工作。
它可实时记录对象的动态数据，即使是在超低功耗的情况下，依然可工作。
所以，该系统可方便的进行数据的回放和存储。
实践证明，该设计方案是确实有效的。
关键字：MSP430F449，数据采集，超低功耗，串口介绍微处理器决定了系统的智能化水平和信号采集系统的结构，是数据采集、处理和传输的主要设备。
随着电子技术、微型计算机和半导体的发展，微处理器向着小型化，低功耗，高速度的方向发展。
基于微处理器的数据采集系统具有智能自动化、高精度、低成本的特点[1]。
MSP430系列单片机混合了信号微控制器，具有低电压、低功耗、处理能力强的特点。
它同时具有丰富的片上外围模块和方便的开发环境[2-4]。
本文将介绍一款基于MSP430F449单片机的可长时间采集数据的数据采集系统。
同时还介绍了能够保证信号采集完整性的付延迟功能。
MSP430F449单片机的FLASH存储模块可在电源关闭的情况下记录数据。
由于体积小（3平方厘米）、过载高（40000～60000G）、功耗低、抗干扰能力强、可靠性高，该系统在实践中有非常好的应用。
系统的设计方案数据采集系统包括信号处理模块、CPU、串口通信模块、电源管理模块等等。
其基本结构如图1所示。
原始信号通过传感器传输给信号处理模块进行放大和滤波。
然后传送给CPU 进行处理和分析。
最终信号通过串口通信模块传输给PC机。
考虑到需要提高系统的信噪比，减低电磁干扰，体积小、功耗低，该系统还需要加一些外围电路。
图1：数据采集系统基本结构 信号处理模块由于系统使用的传感器的灵敏度是微伏，小信号很容易被噪声覆盖，所以在送入CPU 前要对它进行预处理，如前置放大和滤波。
放大器是对微弱的信号进行不失真放大。
本文在前置放大模块选择了具有噪声低、偏置电流低、功耗低的AD620放大器。
它可以方便的调整增益（1～1000）。
AD620的增益方程是（如公式（1）所示）：14.492+Ω=R K G （1）图2：放大模块电路图增益G 可以很方便的通过调节2R 进行改变。
放大模块的电路图如图2所示。
本系统是采集频率低于10KHz 的信号。
系统的滤波器是采用通过2个集成运算放大器TL084（其他两个是用来驱动信号）组成的四阶巴特沃斯低通滤波器[6,7],截止频率是10KHz ，电路图如图3所示。
图3：四阶巴特沃斯低通滤波器电路图CPUMSP430F449是系统的控制核心，主要完成数据的采集、处理和传输。
它是MSP430系列单片机的最新产品。
除了拥有MSP430单片机的共同特点，它还有自身的优势：拥有内部参考源、采样保持、12位自动扫描A/D转换器，最大存储容量Flash存储器可达60KB，RAM可达2KB。
利用片上的JTAG接口对Flash 进行连接便于调试和模拟[2,4]。
单片机F449使用独有的12位A/D转换器采集模拟量,避免了接口的复杂性,提高了系统的可靠性。
A/D转换器是单通道多转换模式。
多转换模式是通过系统选择在某一个通道内进行。
一旦转换完成后，相应的中断标志位设置表示为该转换结束。
该单片机电源电压+3.3V，利用引脚XT2OUT和XT2IN连接频率为8MHz 的振荡器来启动。
在串口通信模块，引脚XOUT和XIN连接频率为32.768KHz 的振荡器为LFXTICLK（低频时钟晶振产生低时钟频率）提供时钟频率。
对于数据采集功能，系统设计了一个复位键来控制系统的工作状态，通过控制数字I/O 引脚P2.2电平的高低来进行控制，高电平是采集状态，低电平是串口通信状态。
利用片上JTAG接口和可擦除的Flash存储器，系统在断电的情况下仍可存储数据。
首先，系统通过JATG接口从Flash存储器中下载程序，然后，系统通过软件控制程序的运行。
在处理过程中，采集到的数据存储到Flash存储器中（断电后仍可保留）。
采集完成后，信息通过串口传输给PC机。
这里需要强调一点，Flash存储器在擦除或写的时候不能够访问。
另外，在MSP4430F449单片机中有5个特殊的JTAG引脚，分别是RST/NMI,TCK,TMS,TDI和TDO/TDI.JTAG接口的电路图如图4所示，其中S1是控制系统状态的复位键。
图4：JTAG接口电路原理图串口通信模块MSP430F449单片机串行通信模块利用全双工异步串行通用模式的USART 具有自己的特点。
它的波特率为9600bps。
通过设置一系列的寄存器，硬件可以自动的完成串行数据的输出或接收。
数据流的输出或接收取决于一个移位寄存器。
在接收状态，数据流达到一个字节时被存储在接收缓冲器中。
在输出状态，输出缓冲器中的数据从端口一个比特一个比特的传输。
本系统采用RS232C标准[8]，选择MAX232CWE芯片来实现基于TTL电路的单片机和基于CMOS电路的计算机之间的电平输出形式的转换。
串口通信模块电路图如图5所示。
图5：串口通信电路图电源管理模块MSP430F449单片机的工作电压是1.8V～3.6V。
为了确保系统在低功耗状态下工作，其内部的所有电子装置可以很好的工作在±3V以内。
三个纽扣电池串联，作为系统的主电源，保证了系统的稳定性。
线性稳压芯片采用TI公司的生产的具有低功耗、低电压差的TPS76930芯片。
它可将9V的输入电压转换为3V的输出电压，作为MSP430F449电源。
由于系统中用到传感器和AD620芯片，COMS单片集成输出电压转换器MAX660芯片可将+3V的输入电压转换为-3V的输出电压，系统可用其作为传感器和AD620芯片的电源。
由于输入A/D转换器的模拟信号的幅度非常小，系统中数字电路的数字开关的噪声会严重影响A/D转换器的转换精度。
所以电源需要分为模拟的和数字的。
模拟部分和数字部分需要严格的分开，他们只有一个共同点。
功耗设计为了减低系统的功耗，我们采用了几种方案，此外还选用了低功耗的元器件。
1.在达到系统要求的性能的基础上，我们可以尽可能的减少电路中接口电路、高性能装置、电容的数量[9]。
2.采用模块化设计。
该系统分为三个部分，如电源模块、采集/处理模块和串行通信模块。
在数据采集的时候，只有电源模块和数据采集/处理模块工作。
数据采集完成后，串口通信模块才工作，将采集的数据传输到PC机中[2]。
3.MSP430F449提供的低功耗模式可得到充分利用。
CPU在完成主程序任务后，可设置进入低功耗模式。
CPU的大部分工作需要在中断服务程序中完成。
相应的中断服务程序完成后会提醒CPU，然后CPU会进入低功耗模式。
4.系统的功耗和单片机CPU的时钟频率成正比，在控制和计算任务不重时，会尽可能的降低CPU的时钟频率。
系统的软件本系统的软件是在集成开发环境IAR Embedded Workbench中编译，并使用调试器C-SPY进行调试。
如果程序调试成功，将可执行代码下载到MSP430F449单片机Flash存储器中运行[10]。
软件主要功能是初始化MSP430F449、数据采集和滤波等。
MSP430F449单片机的初始化是建立芯片操作模式的重要一步。
当通电时，由于要初始化数据，CPU需要进入预置状态。
在设置好时钟频率和将引进P2.2设为高电平后，A/D转换器进行初始化。
然后，A/D转换器开始工作，等待阀值电压（预先设置）。
当信号电压达到阀值电压值，数据采集开始，采集到的数据在处理之后存储到Flash存储器中。
复位后，引进P2.2的电平变为低电平。
这个时候，存储在Flash存储器中的数据通过串口发送程序发送给PC机作进一步的分析。
程序流程图如图6所示。
图6：程序流程图这里有三点需要解释一下：1.为了确保信号的完整性，数据采集过程中用到了负延迟的方法。
如图7所示的信号的波形是在没有使用负延迟功能设计下获得的，由图中可以看出信号波形的最高波峰是不足的，所以在信号峰值处的值是不能被观察和计算清楚的。
这样的设计并没有达到预期的目标。
有两种方法可以用来改善它，一个是减低采集电路的触发电平，另一个是在硬件中使用软件负延迟方法。
第一种方法是很容易实现的，但是考虑到电源的强噪声，降低触发电平，采集的信号会被噪声覆盖。
同时，考虑到硬件负延迟的复杂性，本系统采用软件负延迟方法。
图7：无负延迟功能的信号波形有一百份数据被循环抽样和存储到RAM中直到信号达到阀值。
然后这一百份数据被加到后面采集的数据中以获得完整的数据，并且有2份数据被保存到Flash存储器中。
这种方法非常的容易和方便。
确保了断电后数据的完整性。
2.信号通过软件滤波器进行处理。
考虑到单片机MSP430F449最高可高效处理16位数据，积分系数数字滤波器采用极点和零相互抵消构成[11,12]。
滤波器的截止频率为1KHz。
3.系统可通过软件设置时间实现多个分割系数。
测试结果与分析利用振动传感器的数据采集实验验证了系统的性能。
传感器被固定在桌子上，通过敲击桌子产生振动信号。
通过一次一次的设定时间，数据被数据采集系统和数字示波器同时采集。
数字示波器采集的信号如图8所示，数据采集系统采集的信号如图9所示（其中（a）图是单次采集的信号，（b）图是多次采集的信号）。
图8：数字示波器采集的信号波形图9：数据采集系统采集的信号波形比较数据采集系统和数字示波器采集到的信号的波形，可以看出数据采集系统可即好又准确的捕捉到从传感器输出的实时信号。
获得的数据完全的再现了振动波形，所以本系统达到了要求。
有一点需要指出，为了清楚的观察2次采集的信号，2个设备的参数需要设置为0.结束语数据采集存储系统的设计具有硬件结构简单、体积小、功耗低、抗干扰能力强特点。
负延迟方法和积分系数数字滤波器在软件中的使用，确保了信号的完整性和提高了实时数据的处理能力。
不同类型的传感器的使用，该系统可以从许多信号源采集数据。
测试结果表明设计达到要求。
系统可方便稳定的采集数据，它已被多次应用于室外振动和冲击信号的采集。