数据采集范文

导语：如何才能写好一篇数据采集，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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【关键词】测井 数据采集 现状分析 先进的科学技术应用

在石油生产过程中，如何全面通过数字信号采集系统记录石油测井井下环境的各个参数，对提高采油效率并了解井下全方位的动态信息具有非常重要的意义。测井数据是油田勘探开发必不可少的宝贵资源，是建设油田数据中心的关键组成部分，而测井数据的应用贯穿于油田勘探开发的全过程。随着测井技术的发展和油田勘探开发由粗放型向精细型转变，测井数据采集的重要性越来越重。但是由于数字信号采集过程中存在各种各样的干扰信号，这些干扰信号叠加混淆在真实信号中，导致最终数字信号采集系统输出的结果具有降低的误差。而且在实际生产过程中，数字采集信号的内部与外部都存在各种不同的噪声干扰信号，建立一套稳定、精确的数字采集信号系统，并使用信号处理方式，抑制其噪声干扰，对于测井井下数据采集工作而言，是非常关键的，而测井井下的数字化与信息化能够较好地解决部门测井设备多次下井，并需要繁琐数据采集的现状，对于保证石油生产的顺利进行具有现实的应用价值。

1 针对测井井下数据采集的现状分析

在石油勘探、开采以及后续的生产过程中，油井的测试工作贯穿始终，而测井的目的就是判断油井的静态与动态状态，从而指导石油的生产，所以测井对于石油生产具有非常重大的意义。测井的数据采集工作重要包括信号的获取、信号的传输以及信号的采集，在这个工作基础上，相关技术人员才能对这些数据进行分析，从而了解到井下中的相关参数。一般而言，测井就是采用专门的测量仪器，采集地球物理参数，并利用地球物理方法分析井下流体的运动状况、井身的结构情况以及产油层物理地质状态的变化。在早期的石油勘探活动中，一般通过裸眼的方式进行探测。到了二十世纪五十年达，温度计、压力计和流量计可以组成一台测井仪，可在地面上记录测井后的数据。到了二十世纪七十年代，油井测井中陆续引入了声波测试与放射性测试，测井井下的参数可以较为方便的记录下来。使用中子进行测井的寿命评价和次生伽马能谱对产层的性质进行判断后，不但可以探测井内流体的运动，而且可通过声波和变密度检查测井固井的质量。到了二十世纪八十年代，伴随着信息革命与计算机技术的飞速发展，测井的数据采集技术进入了数字化与信息化的新时代。

通常，测井的数据采集系统由测试控制系统、传输系统、传感器三部分组成。而测试控制系统主要包含信号采集系统与信号控制系统。而测井的传输系统，主要用于传输和采集信号，这些信号一般由传感器所获取。在测井的数据采集系统中，传输系统主要包含电缆及与测试控制系统和传感器系统两端的相关设备。测井数字采集系统中的传感器通常包含敏感探测元件为核心的仪器与与之相关的辅助测量元件。一般意义上，传感器需要进入待测量区域的内部空间，对其的相关信号进行采样后，通过传输系统向采集系统传递，最终被采集系统收集并记录下来。

2 新型关键技术在测井井下数据采集

现代测井数据采集工作中应用了当今最为先进的信息技术、网络技术计算机技术等，这些技术推动了测井的数据采集工作大幅度的进步，但是如何传统的信号处理技术对于建立一套稳定、精确的数字采集信号系统而言，仍是不可或缺的。

2.1 网络技术

网络技术主要应用于数据采集主机与前端设备的连接工作中，这些连接工作采用了很多种方式，但这些连接可以采取多种方式，但这些连接方式都需要网络协议的支持。在测井的数据采集系统中，使用恰当的网络连接技术将井下的设备与仪器通地面上的采集系统连接起来。由于信号在测井电缆中的传输的情况非常特殊，比如噪声、信号衰减、不同信号相互干扰等现象造成了信号的畸变，使用网络连接技术中，仍需要利用成熟的信号处理方法消除以上所述的信号噪声，这一问题也是研究的热点。

2.2 使用嵌入式实时操作系统及其开发技术

嵌入式实时操作系统及其开发技术涉及到主机与前端设备的分工、高速数据及时采集问题。通常主机一般都预先装好了通用的商业系统，如Windows等。但这些设备的主要面向于普通大众，虽然其通用性较好，但对用工业领域实时性却非常差，只能适用于交互式的应用程序，对要求较高的高速数据采集应用程序的变现却非常差，所以有必要采用嵌入式实时操作系统来解决这一问题，而通用的操作系统主要用于显示、记录等工作。所以，嵌入式系统开发技术对于测井的数据采集系统的高速数据采集工作而言是极其关键的

2.3 数据质量审核与维护技术

测井数据的采集质量影响着测井数据的分析与判断，为了保证数据采集质量，首先需要利用数据的采集软件进行审核与处理，然后就是要建立响应的实施审核机制，预先测井的数据特征进行研究，并建立响应的数据判断机制，从而有效的保证数据的准确性与及时性。将采集好的数据存储在采集系统中，并实施一系列的备份技术，对于便于用户实行分级管理、授权查询等工作而言具有重要意义。而且这些数据的使用范围，从石油的勘探生产部门到相关管理与科研部门都会涉及到。从这个方面而言，如何建立起一套实时、精确的数据质量审核与维护系统，将是测井数据采集研究的热点。

3 总结

通过以上对测井井下的数据采集相关分析与研究可以看出，现代测井井下数据采集的重要工作主要集中在相关软件技术与信息技术的应用上，甚至硬件的开发越来越依赖与各种各样的软件开发上，而测井数据的采集、处理最终均通过软件的形式存在。因此，软件的开发在现代测井数据采集上所占的地位也会越来越重。而传统信号处理技术对于测井井下数据的采集的地位则依然非常重要。信号传输的方式以及模拟信号与数字信号转换的精度等问题仍将在未来很长一段时间中，仍是测井井下的数据采集研究的热点。

参考文献

[1] 刘子文.中国石油学会第十四届测井年会.测井数据库建设及应用，2005

[2] 刘磊. 胜利油田测井数据管理[J].今日科苑. 2007，（18）

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物联网技术已成为国际备受关注的前沿热点研究领域，ZigBee技术具有低功耗、高度可扩展性、低成本、易组网等特点，已成为短距离物联网技术发展的一条主线。构建了一个基于ZigBee无线网络的物联网实验平台，设计协调器节点、路由节点和终端节点，移植并修改Miracl大数运算库，成功实现RC5和AES等数据加密算法，实现数据的可靠性传输。最后，设计了上位机监控软件，在接收到数据帧后能够进行解析、存储等操作，实时地查看网络节点的运行状态和较直观地显示监测区域的采集信息。

关键词：

物联网；CortexM3；ZigBee协议；传感器；监控软件

随着科技进步与网络的发展，物联网技术已成为全球关注的焦点并应用于多个领域，这为实现物联网的数据共享和安全等服务提供了技术保障。本文设计构建了一个基于ZigBee无线网络的物联网实验平台，深入研究物联网的数据采集与信息传输技术。

1网络节点的软硬件设计

在搭建物联网实验平台时，根据网络节点在网络中的任务特点设计了三种类型的网络节点，即终端节点（又称传感器节点）、路由节点和协调器节点。三种节点相互通信协作，共同完成数据的信息化处理。

1.1网络节点的结构设计网络节点一般由传感器模块、微处理器模块、无线通信模块、能量供应等模块构成（路由节点和协调节点可没有传感器模块）。该硬件平台的网络节点采用TI公司CortexM3核的LM3S811，LM3S1138和LM3S9B96作为节点微控制器。无线收发模块是由CC2420芯片和相应的外部元器件封装而成。

1.2网络节点的软件设计网络节点的软件设计框架如图1所示。软件底层采用的是μC/OSⅡ操作系统。节点软件的操作系统之上为ZigBee协议栈，通过这个协议栈实现树簇的网络结构。在网络节点的软件设计中，整个工程创建了多个用户文件夹，分类存储程序源文件。其中μC/OSⅡ的文件夹中存放的是μC/OSⅡ操作系统源码相关文件，Stack文件夹中是有关MsstatePAN协议栈的源码等相关文件，Target文件夹中是程序目标代码，Middleware文件夹中是一些中间件的代码，主要包括微控制器外部接口的代码实现等。LM3SDriverLib是TI公司提供的针对CortexM3系列微控制器的驱动库[1]。

1.3通信协议帧设计在建设过程中，为了方便其他设备对信息的识别和统一整个监控网络的数据帧的格式，自定义用户数据帧格式，具体数据位定义如图2所示。需要注意的是，接口数据是以ASCII码形式传送的，一个字节型的整数需要两个ASCII码表示，因此以上数据都要转换成字符串的形式，按照用户自定义的数据帧与上位机PC进行数据通信。在组网过程中，根据用户数据帧协议的约定，定义了3个特殊的数据帧提供给各节点，用于向上位机汇报组网状态。

2ZigBee无线网络的信息传输

ZigBee是一种面向自动控制的低传输率、低功耗、低价格、近距离的双向无线网络通信技术，基础是IEEE802.15.4，其三个工作频段2.4GHz，915MHz和868MHz是完全免费开放的。ZigBee的传输范围依赖于输出功率和信道环境，网络节点间的传输距离可以从标准的75m扩展到几百米，甚至于几千米。

2.1ZigBee网络的技术特点与WiFi，Bluetooth，GPRS/GSM相比，ZigBee网络具有成本低、体积较小、功耗低、易于扩展、感应性强等特点，适用于控制节点较多、传输量不大、覆盖面相对较广以及造价成本比较低的无线网络应用系统中[23]。

2.2ZigBee网络节点的拓扑结构根据ZigBee网络中设备的功能不同，IEEE802.15.4把ZigBee网络中的设备分为全功能设备（FullFunctionDevice，FFD）和精简功能设备（ReducedFunctionDevice，RFD）。根据设备在网络中承担的任务不同，ZigBee网络中的节点分为三种类型，即协调器节点ZC（ZigBeeCoordinator），路由节点ZR（ZigBeeRouter）和终端节点ZE（ZigBeeEndDevice）[4]。ZigBee以一个独立的工作节点为依托，通过无线通信组成星状、串（树）状、网状等网络拓扑结构。

2.3ZigBee协议栈框架完整的ZigBee协议栈由应用层、应用支持层、网络层、数据链路、媒体接入层（MAC）和物理层（PHY）组成，协议栈中的每层都含有特定的功能和服务。中间层都为其上一层提供一系列特定的服务，其中每层的数据实体提供相对应的数据传输服务，管理实体负责其他配套服务。每层的服务实体通过相应接口与上一层进行数据交换，为上层提供数据传输服务。

2.4MsstatePAN协议栈的移植采用硬件平台的收发功能主要通过CortexM3系列微控制器控制CC2420模块实现，选用原PIC微控制器+CC2420的协议栈为模板。在对MsstatePAN协议栈的结构与工作机制大致了解的基础上，修改硬件平台有关驱动，顺利在Keil和IAR的开发平台上将MsstatePAN协议栈移植到了LM3S811，LM3S1138，LM3S4749，LM3S9B96等同系列目标开发板上。LM3S811/9B96微控制器使用串口进行通信，需充分利用其提供的UART驱动函数，在程序中只需对UART硬件资源进行简单配置和初始化，就能实现数据的传输。

3物联网的前端数据采集

本节主要介绍DS18B20温度传感器、SHT11温湿度传感器、MMA7260三维加速度传感器、TSL230光频转换器和RFID等模块。3.1DS18B20温度传感器DS18B20是美国Dallas半导体公司推出的一款支持“单总线”控制接口的温度传感器[5]。该传感器温度采集转化后得到的12位数据存储内部的两个8位高速暂存器RAM，RAM中的第一个字节存放测量温度数据的低8位，第二个字节存放数据的高8位。利用DS18B20特有的控制命令集进行操作，将数据正确读入到微控制器，命令集分为ROM操作命令集和内存操作命令集。设计中，基于TI的LM3S811/1138微控制器采用C语言程序来实现对DS18B20的操作，芯片采用默认的12位采集数据模式，转换的时间一般低于750μs。实践表明，单总线方式的温度传感器DS18B20具有控制简单、易于扩展和成本低等优点。同时，利用微控制器读取传感器数据的程序相对比较简单，读取的温度值也相对比较精确。

3.2SHT11温湿度传感器SHT11是瑞士Sensirion公司推出的一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。该传感器内部的测湿元件、测温元件将监控区域的湿度和温度转换成相对应的电信号，同时将产生的电信号输入到信号放大器中，然后将放大的模拟电信号输送至内部的A/D转换器，转化数据存储在内部的寄存器中。传感器经过二根I/O数据线与微控制器进行通信，并将转换数据发送出去。传感器通过两线串行接口和微控制器LM3S811/1138相连接，采用普通I/O与传感器模块相连，模拟SHT11芯片能识别的时钟信号，并通过DATA数据线直接获取采集数据，无需额外A/D转换电路，大大简化了传感器和微控制器之间的硬件连接。

3.3TSL230光频转换模块TSL230使用硅光二极管测量光照强度，具有响应快、稳定性好等特点，广泛应用于照相机曝光控制、舞台灯光检测、医学光照诊断等领域。内部由光强采集、光/频转换、频率信号处理三部分组成，外部由8引脚PDIP封装。

3.4MMA7260三维加速度传感器采用LQMMA7260模块检测物体的运动状态。可以通过其本身提供的休眠模式来降低芯片功耗。具体方法为待传感器数据采集完毕后，通过SLEEP引脚来控制MMA7260是否进入休眠，当SLEEP引脚接到低电平信号时，传感器进入休眠模式，此时电流为3μA；当SLEEP接到高电平信号时，传感器便恢复工作。采用LQMMA7260模块与LM3S811微控制器进行连接，模块的三路电压分别与微控制器的A/D转换输入引脚相连，并采用ADC多通道采样的方法对三路模拟数据进行模/数转换。

3.5校园一卡通的信息采集设计一款读卡器可以快速准确地读取校园一卡通编号。读卡模块采用AKRFMOD05CD芯片，读卡器模块将采集的卡片信息按照Wiegand数据协议标准传输，通过WD0和WD1引脚进行输出。微控制器LM3S1138通过两个I/O引脚对数据进行接收，其接口电路如图3所示。读卡器模块的数据输出引脚WD0和微控制器的PB0相连，WD1和PB1相连。程序开始后，初始化PB0和PB1两引脚为输入方式，并设置为下降沿的中断触发，当两根线上有低电平出现时，进入相应的中断服务程序中接收Wiegan数据。在中断服务程序中判断触发中断的引脚编号和传输数据，同时将数据存储在用户开辟的数据缓冲区中。使用数字式示波器对读卡器的DATA0和DATA1线在协议位给出高电平时的波形图进行截取和分析，读卡器模块选择Wiegand26协议，将一张校园卡放置在读卡器上，其中上侧为WD0输出信号线波形图，下侧波形为WD1输出信号线波形图，与韦根协议理论波形对比，得出该卡的Wiegand26数据为“00000110100010010100110111”，数据波形与微控制器采集的数据保持一致。

4信息的加密传输

数据加密的本质就是对明文（文件或数据）按照预定的方法进行特殊处理，使其变为无法进行直接可读的一段代码或乱码数据。针对加入网络的节点，系统需要对申请入网的节点进行一个比较严格的入网认证。在网络的数据传输过程中，传输数据需要经过高强度密码算法进行加密处理，防止私有数据的窃听，保证数据的可靠性传输[6]。

4.1信息通信的数据加密一般数据加密可通过无线通信网络中的三个层次来实现，分别为链路加密、节点加密和端到端加密。链路加密要求网络节点之间的数据通信中的数据必须是不可读数据，包括路由信息、目的地址等数据。节点加密算法的操作方式与链路加密大体一致，在ZigBee通信链路上为传输的数据帧提供安全保障。在整个ZigBee网络数据通信过程中，端到端加密又称脱线加密或包加密，用户可以自行设计一些加密算法对数据帧中的负载数据进行加密，只有当目的网络节点接收数据帧时，才通知本节点的上次去解密数据帧。

4.2常用的无线传感网数据加密算法Miracl库是ShamusSoftwareLtd开发的一个基于大数运算的函数库，是编写密码安全方面的程序所必备的一个算法模板库，是当前应用比较广泛的基于公钥加密算法实现的大数库之一。RC5是由RSA公司的Rivest于1994年提出的一种新型的分组加密算法。结合TI公司的ARMCortexM3系列微控制器的特点，由于该类型微控制器的存储字长为32位，特设置该RC5算法的三个参数可定义为：字长为32位，加密轮数为12轮，密钥长度为16B，可用符号表示为RC532/12/16。在加密系统中，首先创建密钥组，在创建完密钥组后，开始对明文数据进行加密。针对AES加解密算法，利用Miracl开源库中的相关函数，编写适应于微控制器的特定程序。其中节点进行AES加解密数据流程如图4所示。

5上位机监控软件开发

5.1监控软件总体设计该监控软件采用VisualStudio系统平台进行开发，利用现代计算机技术、数据通信技术、图形学等技术，将分布于监控区域的各类设备的运行参数和采集信息以文字、图形、图像等形式展示给用户，实现监控软件的可视化控制，实现对远程ZigBee网络节点设备的自动化控制。本系统监控软件的框架设计模型如图5所示。

5.2监控软件与协调器节点的数据通信采用标准串口和USB两种通信模式实现微控制器与监控软件的数据通信。为了较好地完成串口通信任务，LM3S811/1138/9B96微控制器可以利用TI公司提供的驱动库配置UART资源，然后通过调用UARTCharPut和UARTCharGet等函数来实现下位机串口数据的收发。上位机监控软件利用多线程串口编程工具CserialPort类进行开发，CserialPort是由RemonSpekeijse编写的免费串口类，其内部函数完全透明，并允许对相关类的内容进行改造、补充和完善等[7]，其内部重要函数如表1所示。本文对CserialPort进行修改，以满足系统的整体需求。程序设计中需要创建一个监视线程负责监视可用串口产生的各种信息。读/写串口操作需要WaitCommEvent和WaitForMultipleObjects等函数配合监视线程共同完成。一个典型的USB应用系统由USB设备、USB主机和USB电缆组成。在本课题中，协调器节点是USB设备，USB主机则是具有USB接口的计算机。上位机监控软件的USB数据通信需要调用TI公司提供的动态链接库LMUSB.dll，程序可以采用显式链接和隐式链接两种方式调用LMUSB.dll动态链接库。在USB接口程序的设计中，首先利用设备管理器查看具有USB硬件资源的协调器节点的PID，VID和GUID等相关信息，然后加载动态链接库LMUSB.dll。程序通过调用InitializeDevice函数初始化协调器节点设备，待初始化成功后，监控软件创建接收数据线程，线程中调用ReadUSBPacket（）函数去接收协调器节点设备发送的数据帧。在使用完USB设备后，需要通过调用TerminateDevice函数释放USB设备。待完成数据通信以后，上位机软件需要创建专门的线程用于接收协调器节点传输的数据帧。然后根据自定义的数据帧格式，编写专门的函数对接收的数据帧进行解析，然后将数据分类存储在相对应节点设备的结构体中。用户可以自定义网络节点数据帧发送周期，监控软件根据预先设定的周期内是否收到该节点的数据帧去判断其在网络中的组网状态。

5.3绘图模块本节中将部分终端节点采集的信息以曲线等形式显示出来。本软件选用TeeChartPro作为图表、图形控件，它和VisualStudio平台具有较好的兼容性。它提供了上百种2D和3D图形风格、40余种数学统计功能以及20余种图标操作工具等，图6为添加TeeChart控件类的步骤图。5.4ZigBee组网功能测试在整个测试过程中，终端节点负责采集检测区域的数据，并按照自定义的数据帧格式进行封装，然后发送至协调器节点；协调器节点主要负责创建和维护网络，并将收集的帧发送至上位机监控软件。监控软件能够对各个网络节点的组网状态进行有效判断，路由节点和终端节点可以根据实际需要定时地向协调器节点发出成功组网状态标志数据帧。本节选用LM3S9B96作为微控制器的网络节点，或者整个测试网络的协调器节点，以LM3S811/1138作为微控制器的网络节点，终端节点或者路由节点。对协调器节点建立网络的过程、终端节点加入网络的过程、树型拓扑网络系统进行了检测，选择树型拓扑网络系统测试进行详细说明。当协调器节点组建网络，把编写好的路由节点程序下载到编号为一号和二号的路由器节点上，然后逐个按下开发板上的Reset按键，等待其加入网络。如果路由器节点成功组网后，并向协调器节点发送路由器成功组网标志数据帧，监控软件接收到该数据帧后，该路由节点设备相对应的组网图标为绿色（红色表示未加入网络）；然后依次上电复位编号为1~5的传感器采集节点，待节点成功加入网络后，监控软件根据相关数据形成检测ZigBee网络拓扑图。根据形成的网络拓扑图可知，共计有1个协调器节点、2个路由器节点、5个终端节点共同组成此时的ZigBee监控网络。

6结论

篇3

系统体系结构如图1所示。该系统主要包括5大功能区，各功能模块如下：（1）模拟量4～20mA：根据CPU以及设备正常工作时所需要的供电电压，选取合适的电阻值，从而获得模拟量4～20mA的电流值作为输入。（2）CPU：中央处理单元，专用于对采集到的数据进行处理的单元模块。本设计中通过I／O口接收输入的模拟量，再通过A／D转化模块将模拟量转为数字量并存储在CPU的Registers中。（3）ModbusData：一旦下位机（从站）接收到上位机（主站）下达的正确命令，则从站立刻将CPU所存储的数据进行处理，遵照ModbusRTU协议规范，形成ModbusADU数据包，通过串口发送出去。（4）上位机：基于C＃编写实时显示数据软件。接收来自串口传送的数据包，按照ModbusRTU协议对数据包进行解析，获得要显示的数据。（5）组态软件：使用Espider力控6．0组态软件直观显示数据。

2系统设计

2．1硬件电路设计

2．1．1单片机电源模块AT91SAM7X256是基于32位ARMRISC处理器系列微控制器中的一员，集成有256K字节的高速Flash和64K字节的SRAM和全套设备。硬件系统采用24V电源作为输入电压，经过两次电路转换（先由24V转为5V，再由5V通过内部电路转为3．3V）后给AT91SAM7X256管脚VDDIN等提供输入标称值为3．3V的电压，AT91SAM7X256工作后通过VDDOUT管脚输出1．8V电压为各个逻辑部件供电。2．1．2串口通信模块系统采用通用的RS232作为串口通信。通过CPU各个管脚PA3、PA4、RXD1、TXD1和VDD3．3与转换芯片连接，达到串口数据收发的目的。

2．2软件设计

软件设计包含3部分：上位机PC界面设计、组态软件设计以及下位机控制系统设计。2．2．1上位机软件设计上位机软件主要完成本机设置和数据实时显示2个任务。本机设置包括对串口通信的设置：选择串口，设置串口（本系统采用默认的串口属性设置。波特率是9600，数据位是8，停止位是1，无校验位），打开串口。串口打开成功即进入数据显示界面，打开失败则提示重新选择正确串口。实时显示数据的变化，开机按钮起到上载数据的作用，关机按钮则用于停止上位机与下位机的通信。上位机软件设计流程如图2所示。2．2．2组态软件设计在Espider软件中进行组态界面设计。本系统通过串口对变量包括数据库组态和IO设备组态进行设置，选择标准的ModbusRTU协议串行口，并对内存区、偏置和数据格式进行设置，用以在界面上显示相应的实时数据。2．2．3下位机控制系统控制系统完成数据的采集及发送功能。系统上电后进入初始化，一切准备工作就绪后，等待上位机命令，一旦接收到发送来的数据即按命令进行处理，随后将所需数据发送到上位机实时显示。控制系统部分流程如图3所示。

3MODBUS通信协议

目前，Modbus通信协议是工业控制领域最为流行的协议，主要分为3种类型：ModbusRTU、ModbusASCII和ModbusTCP／IP。通信协议栈结构见图4。Modbus协议采用主从工作方式，允许一台主机和多台从机进行通信，从机地址由用户设定。地址范围为1－255，地址0用作广播地址，所有主机把它当作一条命令来执行，从设备不作任何回应［5］。本设计采用ModbusRTU协议，因为RTU模式规定了消息、数据的结构、命令和应答方式。在校验上，RTU模式采用16位CRC校验［6］，CRC校验保证了数据传输的正确性。在Modbus协议中，一般CRC产生的校验数据位于ModbusADU的后两个字节，比如在本设计中，主站上位机需要向下位机写入的数据是：0x000x000x000x04，按照图5，先后加入从地址（系统默认为1）、功能码和校验位形成ModbusADU（0x010x030x000x000x000x040x440x09），再通过串口发送给下位机，下位机再对接收到的数据包进行解析，从而得知要执行的动作，并将上位机所需的数据（0x010x030x080x000x1a0x000x1e0x000x090x000x1a0xd70xdd）以同样的方式传送给上位机。收到的数据同样包括站号和功能码，该处功能码是3，最后两字节是校验位，0x08表示返回的数据字节数。数据位采用大端模式，0x000x1a0x000x1e0x000x090x000x1a分别表示十进制数26，30，9，26。根据标准Modbus协议规范（Modbus通用数据帧如图5所示），通过串口通信的ADU（ApplicationDataUnit）最大字节长度为256bytes，所以在通信过程中PDU长度是：256－Serveraddress（1byte从地址）－CRC（2byteCRC校验）＝253bytes。Serveraddress：从地址。用于标识和上位机通信的下位机模块，具有唯一性。Functioncode：功能码。它是Modbus协议最重要的标志，位于所需数据之前，表示上位机给下位机下达的命令。下位机接收到数据包后解析出功能码，按照功能码执行上位机分配的任务，随后返回上位机所需数据（同时返回相同的功能码以便上位机识别）。本设计使用的Modb－us协议功能码见表1。

4运行结果

4．1上位机运行界面

通过本机设置选择需要连接的串口，打开串口后点击开机按钮，通过RS232接口与下位机通信，将采集到的数据上传到上位机并进行实时显示，运行界面如图6所示。为了更加直观形象地看到数据的动态显示，通过组态软件设计了组态画面，用于对接收到的数据进行模拟显示，部分运行界面如图7所示。

4．2Modscan测试验证

为了测试接收的数据是否正确，选择Modscan软件进行验证，用以读取寄存器中的数值。经过对数据的分析和验证表明该系统数据采集的正确性，如图8所示。

5结语

篇4

1.为什么要建数据采集平台

（1）数据平台是新评估方案的核心组成部分，是实施新评估方案的重要手段，也是检测办学质量的重要依据。数据平台采集的数据反映高职院校的基本办学状况，该平台的出台也改善了以往评估的工作模式，让专家更清晰明了地分析学校的问题，是评估专家对高职人才培养工作评估的重要参考依据之一。（2）数据平台不只是为了应付评估，高职教育的发展要求有一个信息化的公共管理平台，这个平台定期更新，实时添加高职院校各种数据信息，向教育部和社会开放，是让外界了解各个学校的重要窗口，接受社会监督也是主管部门进行高校管理的重要手段。特别是今年开始推行的网络版数据采集平台，对数据采集更是实现了科学有效的管理。（3）数据平台建设同时也满足了高职院校内部发展的需要。为体现高职院校管理的科学化、规范化，进一步深化教育教学改革，不断提升内涵建设，最终提高人才培养的质量，每学年高职院校利用数据平台采集的机会，认真剖析数据平台的数据，发掘本身办学过程中的各类问题，有针对性地进行整改，更有利于提高办学质量。

2.数据平台的主要特点

（1）数据平台采集的真实性。根据教育部采集平台相关文件的精神指示，要求数据平台采集高职院校的真实的、原始的数据，不得掺假虚报数据。（2）数据平台采集的即时性。由于数据平台的数据多为动态数据，采集的各类指标数据时时更新变化，所以只有即时信息才能反映学校的当前状况。（3）数据平台数据的公开性。建立一个开放性公共平台，将高职院校的数据平台公开变成一种常态，接受教育部和社会的监督。

3.数据平台的功能作用

（1）评估功能。人才培养评估已成为高职院校内涵建设和发展的推动力量，而数据平台在其中发挥着关键作用，是评估工作的重点参考依据和主要评估手段，评估专家通过对数据平台数据的查看分析，结合现场考察、访谈等多种方式对高职人才培养工作进行评估。（2）管理功能。数据平台不仅要求各高职院校必须认真、及时、准确、规范及真实、完整的报送数据，而且促使高职院校通过对数据的采集，发现本校人才培养工作中存在的问题，及时调整规范教育教学活动，从而推动高职院校教育教学的改革和创新。（3）监督功能。通过数据平台，教育部和社会各界尤其是各企业等单位、学生家长对高职院校人才培养工作了解的更全面、更具体，高职院校与上级和社会之间的沟通更直接，通过这个数据平台充分体现高职院校办学开放性的特点。

二、福建船政交通职业学院数据平台建设情况

1.我院数据平台的建设及成效

（1）福建船政交通职业学院是经国家教育部批准的福建省属公办高职院校，是我国首次批准的示范性高职院校。学院的前身为福建船政学堂，是1866年我国第一所官办的高等实业学堂。学院于1999年由原福建交通学校、福建船政学校、福建交通干部学校及福建省公路技工学校四所学校合并升格而成。2011年6月28日，福建交通职业技术学院更名为福建船政交通职业学院。2003年10月，我院通过第一轮高职院校人才培养工作评估，准备2015年12月参加福建省高职高专人才培养工作第二轮评估。（2）数据平台既是高职人才培养评估工作最主要的参评依据，同时也是高职院校对人才培养工作实施的实时监测，通过其发现自身办学的不足之处，实施科学管理和规范管理的主要方式。我院为保证数据平台的有效采集，保证数据采集的及时性、真实性和完整性等，已形成我院独立的数据平台管理体系。一是以我院院长为总负责人，分管教学的副院长为组长，教务处牵头，各部门部门长和系部主任为具体负责人，各部门和系部采集员为成员的数据平台采集工作小组，该体系涵盖数据采集、数据汇总、数据分析、数据修改、数据上报等各个环节的具体分工，为数据平台的顺利采集提供有力支持；二是我院现实行一人一责的上报管理方法，数据采集前，每个采集部门和系部须提交自己部门信息采集人员的联络表，采取谁上报谁负责，各部门长和系部主任把关自己上报的数据，明确职责，责任到人；三是经过对采集数据的分析，结合办学指标进行审核，分析问题解决问题，提供院领导决策，完成数据平台最终上报。（3）目前我院在每年数据采集工作布置上，都会下发“关于填报数据平台工作的相关通知”“数据平台采集分工表”“数据平台采集分工细表”“数据平台注释”“数据平台参考指标”“数据平台项目负责人联络表”等相关文档，顺利完成每年的数据平台采集工作。对数据平台数据的分析，可发现学院的办学问题。例如，2012年，对数据平台的分析报告中，我院就发现应加强专兼结合的双师教学团队建设，加大校园基本建设的工作力度，进一步加大对教学工作的投入，进一步加强校企合作工作，坚持学校教育与各类培训并举、全日制与非全日制并重等。2015年我院即将迎来第二轮评估，我院以评估为契机，要求认真贯彻落实各项评估工作部署，加快推进相关迎评准备工作，确保顺利通过2015年高等职业院校人才培养工作评估。

2.我院目前存在的问题及今后的发展方向

（1）我院数据平台虽然已形成相关的操作文档，但仍需要出台相关配套管理办法文件，使数据平台的操作性更加制度化、规范化。（2）尽量减少数据表之间重复字段。采集过程中，会出现同一个字段由多个人员或部门同时填报现象，容易出现相同字段采集的数据不规范、重复、累计等现象，给数据平台最终汇总带来不便，导致数据采集管理员工作量变大等问题。因此，数据采集任务下发时，应分工细致到位，实行一人一责制。（3）数据采集的具体过程太过复杂，反反复复、来来回回地修改数据，含分解填报表格、下发数据源表、采集人填报数据、回收下发的所有数据表格及数据审核修改、领导审核修改、数据最终汇总上报等。过于烦琐的过程，会导致数据来回过程中的失真。（4）数据平台采集一般在每年下半年，采集内容涉及的时间长、内容多，但采集时间短，容易导致数据采集遗漏错误等，缺乏一定的及时性和完整性。今后，我院数据平台工作将试行推广网络版，这样有利于我院数据平台采集管理工作的规范性、完整性，避免数据平台单机版所遇到的漏报、错报等烦琐问题，也有利于直观的比对历年数据，最终实现教育教学管理科学化，提高学院整体办学质量水平。

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关键词：电力通信；北向接口；设备直连；数据采集

0引言

近年来随着通信技术的发展，为了满足电力系统安全、稳定、高效生产的需求，电力通信网发展十分迅速[1]。电力通信网是支撑电网安全稳定运行的重要支撑设施，在通信的稳定性、可靠性等方面有极高要求，因此，对电力通信网进行实时的状态监测是电力通信网管理乃至电网生产运行的重要技术环节。目前在电力通信网实时监测方面，主要依靠通信设备的设备网管、专业网管以及综合网管等通信设备监控软件系统，网管为了满足通信网的管理需求而存在[2]。综合网管实时监测方面，利用直采、北向接口接入等多种技术途径，实现对通信设备和通信网配置信息、运行信息的有效采集[3]，具备动态采集技术，能够保证设备数据的完整性、准确性和唯一性[4]。本文结合北向接口与设备直连进行数据采集的技术经验，对2种模式进行优缺点的对比分析，提出了融合北向接口与设备直连模式的电网通信设备数据采集技术。

1现状分析

1.1电力通信的现状分析

在国际能源格局不断变化的背景下，我国能源发展面临着复杂的挑战。在我国能源战略转型的过程中，电力一直处于中心地位，电力平衡是能源平衡的重要支撑。电网的发展离不开电力通信的支持，经过几十年的发展，国内电力通信网络已经成为通信方式多样、结构完善、功能齐备的现代化通信网络[5]。在电力通信的发展过程中，通信完成了从同轴电缆到光纤传输的过渡，交换机制由纵横模式到程控模式的转变，通信技术从硬件到软件的技术转变，实现了质的飞跃[6]。电力通信网不同于公用通信网，电力通信网中存在着多种通信手段，还有种类繁多的设备，从骨干传输网的SDH、OTN等设备，到终端通信接入网的PON设备、无线专网设备、工业以太网设备以及电力通信网特有的载波通信设备[7]（电力线通信，是指利用已有的配电网作为传输媒介，实现数据传输和信息交换的一种技术），它们通过不同的接口和转接方式连接在一起，构成了复杂的通信网络结构。由于电力生产的不间断性和运行状态变化的突然性，使得电力通信必须具备高度的可靠性和灵活性，同时，电力通信所传输的信号量少但种类复杂，所以对实时性要求很高。

1.2电力通信设备数据采集技术现状分析

由于电力通信网具有多样的技术体制、类型繁多的厂家型号、恶劣的设备运行环境以及需求各异的业务应用等特点，从根本上加大了电力通信网的运维以及管理的难度[8]。目前在电力通信网中，综合网管主要通过北向接口采集和设备直连采集来获取设备告警、资源及运行状态数据，但2种方式各有缺陷，主要体现在：北向接口采集的数据受设备网管限制，采集的数据完整性不足；设备直连方式采集的设备数量庞大，导致采集数据的连接会话数大，处理复杂，并且原始数据解析的难度更大。总体来看，传统单一模式的数据采集，无论是北向接口还是设备直连，均在不同程度上存在着采集数据完整性、准确性、及时性以及稳定性上的不足。

2融合北向接口与设备直连模式的电网通信设备数据采集技术

融合北向接口与设备直连模式的标准化通信设备数据采集技术，可以实现对电力通信设备双纬度立体式数据采集，弥补北向接口或者设备直连模式单纬度采集的缺陷，从而提高数据采集的完整性、准确性、及时性以及稳定性。首先采用协议栈一体化设计，将北向接口连接以及设备直连涉及到的协议栈连接处理方法进行统一封装，智能调配；其次，对采集模式进行自适应识别，根据采集内容，智能化选用更合适的采集方式，通过结合北向接口和设备直连2种模式的数据采集，做到个性化功能互补，提高数据采集的完整性；最后，对通过北向接口和设备直连2种模式采集的数据进行智能化匹配以及双纬度数据验证。采集数据

2.1协议栈一体化设计

协议栈（protocolstack）对常用的协议栈进行封装，统一接口调用，简化协议程序编码复杂度，让协议转换开发人员不用纠结协议栈的实现细节。采集控制层对协议栈的依赖需要获取协议栈需要配置哪些通信参数，需要根据协议参数通过协议栈与下层网管或设备进行通信。在网络管理领域，SNMP体系结构由于其设计简单，易于实现而得到众多厂商的支持和广泛应用[9]。而TL1更适合对各厂商网管进行统一管理。协议栈一体化设计，以具体协议为单位（如SNMP、TL1、FTP等），针对北向接口和设备直连的不同点，在满足连接、数据互通等基本功能的基础上，全部采用异步通信的方式进行数据发送和接收，并且基于非阻塞通信的原理进行数据处理。

2.1.1协议栈封装

1）定义2个通用接口，分别为协议栈管理接口与协议栈执行接口，规范每个协议栈实现的方法。

2）协议栈管理接口向上层管理模块提供该协议栈需要的参数信息，并实例化协议栈执行接口。

3）协议栈执行接口负责提供远端北向接口或者设备的连接方式，并提供数据交互方法。

2.1.2异步处理和非阻塞通信

在协议栈封装过程中，所有的数据交互方式均采用异步接口，以应对在设备直连方式下，设备数量过多而造成线程阻塞，影响程序执行效率。在实际运用过程中，通过北向接口进行数据采集时，北向接口的数量较少，通常由一个线程控制一个连接，以同步方式获取数据，多个连接之间不会互相影响。而在运用设备直连方式进行数据采集时，因设备数量大，通常会共用线程去处理任务。若采用同步方式，一旦遭遇连接不通或任务阻塞，将会影响其余连接，进而影响程序处理效率。而使用非阻塞通信方式，当一个方法需要处理I/O有关的事务时，不要求方法等待I/O操作完成即可返回[10]。为了避免线程阻塞，充分融合北向接口与设备直连2种数据采集模式，在进行协议栈一体化设计过程中，以非阻塞通信模式为核心思想，统一采用异步接口进行数据发送和接收。

2.2采集模式自适应识别

融合北向接口与设备直连模式进行数据采集，支持人工选择采集模式、自适应选择采集模式、智能化采集模式切换等功能。2.2.1人工选择采集模式采集模块设计提供2个配置页面，一个是北向接口采集配置界面，即选定采集模式为通过北向接口采集，配置需要的参数，启动采集任务；另一个是设备直连采集配置界面，即选定采集模式为通过设备直连采集，配置需要的参数，启动采集任务。人工判定需求，选择特定的采集模式。2.2.2自适应选择采集模式本文强调北向接口采集模式与设备直连采集模式的融合，提供了采集模式自适应选择，由于北向接口提供的数据已经过设备网管解析整理，且北向接口方式取得的数据简单清晰容易解析，对于2种模式都支持采集的数据，优先选择北向接口方式采集，对于仅支持设备直连方式采集的数据，则自动选择设备直连方式采集。

2.2.3智能采集模式切换

针对北向接口和设备直连模式均支持采集的指标项，提供采集模式智能切换功能，即当使用北向接口模式采集某项数据时，北向接口突然中断且重连失败，系统会自动切换至设备直连模式进行数据采集。同样，若使用设备直连采集模式采集某项数据时，出现设备连接中断，系统会自动切换至北向接口模式采集，保证了数据采集的稳定性。

2.3个性化功能互补

在传统的单模式数据采集时，北向接口采集的告警、资源、性能等数据，比如EPON网管的北向接口功能与光通信的骨干传输网管的北向接口功能类似，一般包括配置信息管理、网络拓扑管理、告警故障管理、性能数据管理[11]。经过设备网管的解析处理，使得采集到的数据变得清晰易懂，上层网管解析数据更为方便简洁。但是由于设备网管的功能限制，使得北向接口能采集的内容局限于设备网管能提供的数据，因此大部分设备数据无法通过北向接口采集，且数据的及时性也无法高于设备网管。而设备直连采集，由于设备数量巨大，导致采集数据的连接会话数量也很大，处理复杂，且原始数据解析的难度更大，但优势在于摆脱了设备网管的限制，可以采集设备的全量数据。基于以上2种采集模式各自的特性，本文提出了以北向接口功能为基础，进行告警、资源数据采集，通过设备直连模式采集设备配置、性能等数据，做到个性化功能互补。

2.4数据智能化匹配

针对同一个采集对象，采用北向接口和设备直连2种模式采集数据，必然需要对数据关联。在传统电力通信数据采集中，以设备网管分配的逻辑ID作为唯一标识定位资源，但是在设备直连模式下，无法获取该逻辑ID，因此，应当以设备的IP地址作为标识进行数据匹配。无论是北向接口采集的数据还是设备直连采集的数据，资源对象的IP地址稳定不变，而以设备IP地址为标识，可以使不同模式下采集的同一对象的指标数据进行关联匹配，以达到数据定位资源的目标。

2.5双维度数据验证

双维度数据验证方法是针对北向接口和设备直连模式均支持采集的指标项，提供双通道采集，经过特定的模型转换，将数据格式保持一致，然后通过IP地址匹配，对2种模式下采集到的同一个资源对象的数据进行匹配验证排错，提高了数据的全面性以及准确性。

3结语

目前，我国正在大力推进智能电网的建设，电力通信是智能电网建设的基础，能够确保智能电网快速、安全和正常运行，在国家电网公司的“十二五”规划中就明确了电力通信业务需求的特点是“高可靠、全方位、多元化、宽带化、网络化”[12]。如今，电力通信网已经基本实现光纤通信的覆盖，完善传输、数据调度和数据交换三大网络将成为电力通信网的优化方向[13]。智能电网对通信网络的需求是建设一个与电网同覆盖的双向、实时、互动的通信网络，该网络在现有电力通信网络中不断发展、完善，是现有电力通信网络的继承与发展[14]。在电网智能化的建设和发展过程中，对电力通信提出了“全方位、多元化、差异化”的保障需求。电网生产、运行、管理、经营等大规模全过程的监测、控制、分析、计算逐步向动态化、在线化、智能化、全过程化转化，将在电网各个环节部署更多的信息采集与监测点，电网核心业务数量及业务流量不断上升[15-17]本文对融合北向接口与设备直连模式的标准化通信设备数据采集技术进行了研究，通过2种采集模式的融合互补，极大地提高了现有电力通信设备采集数据的全面性和准确性。通过2种采集模式间的智能切换，提高了数据采集过程的稳定性，为上层综合网管进行设备监视、数据分析提供了坚实的数据基础，能够显著提升电力通信网运维管理效率，具有良好的应用前景，为电网安全稳定运行与电网企业现代化管理提供重要支撑。

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云定制的使用方便大批量采集控制服务器的集中管理，尤其在批量采集策略变更时为集中更改提供便利。广播电视音视频采集广泛分布在各无线频段和有线网络之中，采集种类多，数据存在差异，采集地域分布广，通过专网将采集前端设备、集中控制服务器等连接起来，并反馈给数据处理服务器。云定制屏蔽了采集前端设备的差异性、分散性，将其集中在同一个云之中，实现定制服务的远程控制和自由变更。如图3所示。

通过架设云定制服务器Web服务端作为云端，依靠B/S系统结构，使用者仅需在专网之中使用任意一台计算机设备即可连接云端，进而连接所有采集前端，其优点主要体现在无需安装软件，便可通过浏览器登陆广播电视音视频采集云定制系统，对所有前端设备、控制服务器进行操作。云定制服务器基于C#语言，基于Socket通信协议编写通信模块，与前端采集控制软件通信，接收并汇总采集端控制软件返回的结果，下发采集服务定制的命令至采集端控制软件进行变更操作，并预留二期开发接口，方便其他系统对云定制切换服务的调用。采集集中控制服务器与采集前端系统通过采集端控制软件接收来自云端的命令，并反馈采集状态与命令执行状态，执行云端下发的采集策略，变更采集方案，实现所有广播电视音视频数据按需分类、分时采集。软件测试阶段，发现前期测试始终存在指令丢失的情况，后经反复测验，发现本策略对网络时间同步、数据可靠传递要求较高，需要引入GPS校时系统，以解决网络设备时间不统一的问题。在自动切换策略时间的过程中，专网网段采用统一的GPS校时服务器，并在采集端C/S软件嵌入校时功能，确保整个网络内设备时间一致。同时对Socket通信数据进行编码校验，采用8位2进制数顺序累加做校验，一旦校验失败便启用数据重传机制，确保数据传输稳定、可靠，无指令数据丢失或错乱。指令收到后，返回执行状态，以使云端准确收到各设备采集端切换策略的执行情况。

2自动切换策略的实现

在实际应用中，广播电视音视频采集策略会根据业务需求变化，业务需求又分为周期性变化与临时性非周期变化。云策略变更的命令下发后，采集集中控制服务器接收采集前端的命令，并将采集策略转化为采集指令，根据采集策略规定的时间启用或停止某一类广播电视音视频数据采集。同时使用C#Process类对采集服务进程进行实时监测，以掌握采集命令执行是否成功，采集端进程是否正常启用或者关闭，并将所有进程终止与启动情况记入前端log文件，并阶段性回收至云端数据库。前端采集服务存在一定的差异性，硬件不同，驱动不同，使用C#语言，依托不同硬件的DLL封装文件，将采集服务最小分割，并打包存储，由采集端控制软件集中调用。在采集集中控制服务器存储config配置文件，将周期性、预期性采集策略的变更存储其中，依靠定时器触发采集策略的变更，实现自动切换采集策略。采集策略一旦变更，需要对采集数据进行抽样测试，如发现数据开启采集仍未回传、数据关闭采集仍有回传等切换失败的情况，需要对采集进程进行2次校验操作，即回复之前策略，校验数据采集状态，再重新执行采集切换策略。

3采集状态实时监测、记录与预警

广播电视音视频采集对实时性与采集质量要求很高，一旦因前端软件或设备故障影响采集，势必影响下游业务，因此需在采集前端控制软件中增加监测、记录与预警的功能，对采集进程实时监控，一旦采集进程卡死或进程终止，需立即激活采集服务重启响应采集任务。同时将所有采集状态通过Socket通信反馈至云端服务器，云端服务器将所有采集设备的运行状态计入数据库中，形成采集状态记录并报警，便于对采集前端的设备软件故障进行及时处理，同时也有利于积累长期的采集数据，用于日后数据汇总分析。在测试中发现，采集策略切换失败主要由前端C/S软件通信数据堵塞、软件卡死、内存溢出、config配置文件读写错误等问题引起，一般重启前端软件后即可恢复正常。多次测试发现，广播电视音视频数据采集量大，采集时间长，设备一直满负荷运转，因此需要对前端软件定时重启。后期完善中，增加采集端软件进程监视模块，并在每天23:59:59对前端软件自重启，对16台前端设备分组测试，累计测试7天，A组使用定时重启功能，B组不使用该功能，测试结果表明，A组7天内未发生切换失败故障，B组7天内仍有2次切换故障，故引入定时重启可确保软件运行正常。

4总结

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关键词： 微弱信号采集； 热电偶； 数据采集； 仪表放大器

中图分类号： TN911.7?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）09?0071?03

微弱信号是由测量各种物理量的传感器产生的电压或电流信号，这些信号的幅度一般都非常小，比如测量温度的热电耦传感器在整个工作范围内输出电压在几个到几十个毫伏之间，测量电流的温度传感器在整个工作范围内输出电流在200～300 μA之间[1?3]，这么微弱的信号采用通常的数据采集电路设计，往往难以保证采集的精度，甚至出现数据错误。本文针对某系统微弱信号的特点，探索采用新的电路拓扑结构，通过对微弱信号的传输、滤波、放大调理和模/数转换等电路的优化设计和分析计算，实现对微弱信号的高精度采集。

1 系统采集要求

某数据采集系统使用的热电偶传感器的测量温度范围一般是-200～1 500 ℃，对应输出电压为-5～45 mV，灵敏度是40 μV/℃；电流输出型温度传感器的测量温度范围是-50～150 ℃，对应输出电流为223～423 μA，灵敏度[4]是1 μA/℃。

数据采集系统的要求是：电压分辨率达到40 μV，电流分辨率达到1 μA，误差不大于0.1%，信号数量是9路热电偶信号和1路电流型温度传感器信号，采集频率20 Hz，数据采集系统工作温度范围为-55～125 ℃。由于传感器所处的环境比较恶劣，微弱信号在传输中常常会受到各种电磁干扰。

篇8

关键词：SMT；制造执行系统；数据采集；上料防错

1前言

近年来，在外部需求（已交货产品发生质量事故而面临大批召回）和内部需求（提高企业服务能力、提升企业生产管理水平等）的双重驱动下，大部分企业通过对SMT生产线的自动化程度加以进一步的改善，并引入新型企业级的管理信息系统，从而在极大程度上提高企业的生产管理水平与市场竞争力。然而，这样并不能够有效提高企业的生产效率，造成这一问题的原因为：企业生产过程中对于信息的采集存在费事、滞后、易出错等情况，MES在监控、反馈及动态调度管理方面有着较高的要求。随着物联网技术的应用，有些学者[3-4]提出，MES中引入射频识别RFID（radiofrequencyidentification）技术[5]，利用多种通讯手段、分层设计理念，这样能够对制品进行较好的跟踪、对产品质量进行较好的追溯、对车间现场产生的实时数据进行较好的采集、对车间的生产方案进行合理安排、对企业设备与工作人员进行较好的实时监控、对工艺反馈进行较好的校正。然而，该技术并没有广泛的在SMT行业中得到应用。因此，结合现有的研究成果，文章利用RFID技术，将RFID标签赋予在SMT生产对象[6-7]上，对生产线数据采集方式进行了研究，应用到MES上，达到降低生产成本，缩短生产周期，提高产品质量的目的。

2SMT工艺分析

SMT生产线主要工艺流程为：PCB上板锡膏印刷元器件贴装回流焊检测PCB下板维修。虽然工序不多，但由于贴装过程中存在大量外观相似元器件且大量重复操作特性，因此，从线边库拣料、工位上料、锡膏供给、贴片物料比对、回焊等工序是PCB装配易出错的环节。然而，PCB板组装行业特性决定了若其中一环节发生问题，会导致全部制品报废。因此，企业需使用需对关键生产参数进行实时地、灵敏地监控，并对出错位置进行准确定位，提供准确的报警提示信息，及自动回控调整部分重要参数。关于SMT生产线设备，其主要组成的自动化设备包括：丝印机、贴片机、回流炉等，对于这些设备的控制主要运用工控机。然而，在数据接口与格式上，设商厂商存在极大的不同；同时，由于各个设备之间无网络连接，这就使得设备信息无法自动反馈，需借助人工才能够对设备信息进行收集，进而使得无法迅速的对整个生产线的作品情况进行反应，使得数据分析与处理无法实现统一。而人工采集工作效率低，准确性也无法得到保障。因此，企业采用的MES系统必须具备以下功能：可以实时显示车间每条生产线生产的进度、物料、在制品、产成品的型号、数量信息、设备状态信息，并实时监控产品质量的变化趋势，实时显示车间的各种KPI（KeyPerformenceIndicators）统计性能标准；同时，可依据不同装配产品动态配置可视化信息；需要MES系统能够对SMT车间原材料上线、生产、搬运、下线的整个过程的关键信息进行实时跟踪，为准确的故障产品的召回和追溯提供基础。

3生产线数据采集研究

3.1SMT生产线数据采集参数

SMT生产过程中需要采集的参数有：①人员信息采集。人员信息采集对象为：车间管理者、设备操作者以及质量检验者等；企业通过实行责任到人的管理理念，从而使产品质量追溯得以实现；②物料数据。相关工作人员在对每一种关键物料进行入库时，会得到一个唯一编号，该编号关联到产品生产过程和生产信息，方便今后在产品质量追溯时进行查询；③设备质量检测数据。现阶段大多数的贴片机、回流焊炉、AOI测试机等SMT设备都具备设备自检功能，能够将检测数据保存于检测设备中，因此只需写入设备接口程序就能将数据传输到MES系统中提取使用；④生产过程状态数据。其指过程监控的核心数据，主要包括：工位实时状态信息、设备实时状态信息、在制品实时状态信息等，以上本次数据采集研究的要点。在PCB上板时，应对PCB的投入数、PCB的条码、刮刀情况等信息进行写下来；开展锡膏印刷时，应对锡膏的信息、钢网的信息等加以记录；在元器件贴片过程中，应对物料的追溯信息、料枪等信息加以关注；开展回流焊时，应对炉温与贴片机传送速度等信息加以记录；开展炉后检测工作时，应对各项检测数据（如：SMT线产出、不良数量等）加以记录。

3.2RFID技术与智能对象采集

RFID（RadioFrequencyIdentification）是1990年期间出现自动识别技术，这项技术的优势有：不需接触即可大批量的对信息读取、对环境的适应能力比较强、工作效率比较高等。相较于条码技术，RFID技术的读取距离更长、数据存储量更大，并可以适应各种恶劣环境。如果对所有的制造对象（如：物料、容器、设备等）运用RFID标签进行部署，能够将生产对象变为可跟踪及追溯的智能对象。将固定式或移动式RFID读写器应用到在生产线布置管控点，能够对这些智能对象进行实时监测。若将RFID系统与企业信息系统无缝集成，标签携带大量数据传递给MES系统，实现了产品与生产信息的关联，也就能够准确、完整、实时了解物料消耗、机器状态、订单进度以及生产状况等。

3.3丝印机数据采集

丝印指在PCB板上进行焊膏、固化胶的涂布。如：借助DEK全自动丝印机对相关数据进行采集，相关数据主要包括：循环时间、刮印的速度与压力、印刷的方向与方式、生产的机种和数量等。DEK丝印机通过连接了工控机及MachineController，能够有效的控制相关设备。在工控机上使用相应的控制监视软件，如：MachineController可以有效的相应设备进行控制，使具体的设备控制得以实现，借助NextMoveCard完成通讯工作。DEK丝印机具有符合开放标准GEM/SECSII的主机通信功能，可便于对全部的生产线的丝印数据进行集成。利用SEMI相关协议对通讯驱动程序加以编写，从而有效的对驱动端及设备之间数据应答进行采集。

3.4贴片机数据采集

贴片指在PCB板上贴装元器件的过程，其是SMT生产线重要工艺。贴片机具有控制参数比较复杂、精度要求比较高的特点。其中采集内容有：程序、供料器、吸嘴、实装、生产等信息；主要参数包括：抛料、有生产、贴装的数量及停机与工作时间、工作效率、取料数。分析吸嘴、时间段、料架等条件，若吸附、贴装的效率低于相关标准，或造成某一机种的产量降低，会及时提示报警。（1）利用设备监控软件接口采集。运用DOS操作系统的相关贴片设备，借助离线软件、贴片机的COM口完成通讯，从而对离线软件产生的相关文件中取得有关数据加以直接的采集驱动。此外，在设备上进行串口通讯程序的安装，从而在DOS条件下与采集服务器中串口程序实现通讯，把过程数据传输到采集服务器，这样就能够较好的对相关数据进行存储、监控。（2）利用设备自定义通讯协议采集。多数贴片机是一种控制系统，其将主机板作为核心的，结构为：板卡。将P8000控制箱运用到Panasert贴片机，其中组成的控制模块包括：MMC、HMI。同时，主机通讯中的25针RS232串口是由Panasert贴片机所提供，适用于制造信息系统的组网。主机和设备之间的双向应答通讯、通讯指令是由HostCommunication协议所提供，主要包括：长度段、数据段等，和校验方式是其中的主要运用方式。

3.5回流炉数据采集

回流焊工艺指通过对组件板进行加温，对焊膏进行熔化，进而实现PCB板焊盘与器件之间电气连接。回流焊工艺的采集数据有：各区炉温与带速。同时，以时间作为横轴，绘制炉温的变化图，这样一来，能够在炉温超过一定高度时，及时发出警报。回流炉数据的采集，则可以通过相应的设备控制系统，然后将采集应答程序安装到回流炉控制电脑上，将远程采集服务器上的采集驱动应答进行连接，从而实现数据的实时传输。

3.6采集驱动开发

采集驱动开发进行组建时，可选用多个厂家的设备，从而实现对相关设备的优化配置。然而，目前我国市场上SMT设备的类型比较多，且型号不一；不同的SMT生产设备和型号，其数据的接口也不尽相同。因此，采集数据的方式和手段也不同，具体采集的方式有以下几种：通过设备控制系统的接口进行采集、设备自行定义下的通讯协议进行采集、行业之间通用的协议采集以及采集板卡。

4贴装过程物料防错分析

在PCB生产过程中，产品多品种变批量，所用到的元件、元器等数目较为巨大，且辅助的种类、工具也比较繁复，因此，在很大程度上，让物料的上料、配送以及换料等也变得复杂；而仅仅依靠人工去辨别杂乱、复杂的物料难度较大，且还会导致工作效率过低，造成线边仓物料堆积，甚至在上料和拣料环节发生错误。因此，对于SMT生产线，应建立合理、科学的物料放错体系就显得尤为重要。文章主要就RFID采集生产过程中的实施数据，通过MES系统进行备料及看板，并从拣料和工位上料两个环节实现这一过程。在拣料过程中，相关工作人员利用MES数据库从而对SMT生产线物料的总需求加以自动获取，再开展拣料工作。在拣料时，对物料标签加以扫描，从而对物料是否符合生产标准及要求，若判断为符合，就继续拣料，直到完成所有工作量为止；如果判断为不符合，需要再一次拣料。在工位上料过程中，在贴装线的物料到达车间后，应对元器件进行正确的分配，使其进入对应的贴装工位线边仓。相关工作人员通过对物料标签进行扫描，根据工位备料看板，将物料进行合适分配。若上料符合相关规定及要求，备料看板会提示继续上料；若上料不符合相关规定及要求，看板会提示错误且立即报警。备料看板可以显示设备运行中的备料任务、完成情况、物料信息，并可以显示下一阶段的备料料号及料站信息，对当前备料任务的执行进度进行提示。

5结束语

文章在分析SMT工艺基础上，研究SMT生产线的数据采集模式，对贴装过程物料的防错流程进行分析。但由于时间因素的限制，本课题对采集数据的挖掘、统计分析、决策分析等研究尚显粗浅，下一步将对电子产品通用制造执行系统的敏捷化、智能化进行研究。

参考文献：

[1]王志新,金寿松.制造执行系统MES及应用[M].北京:中国电力出版社,2006.

[2]蔡长岚.面向表面贴装的制造执行系统研究[D].西安电子科技大学,2009.

[3]刘卫宁,黄文雷,孙棣华,等.基于射频识别的离散制造业制造执行系统设计与实现[J].计算机集成制造系统,2007,13(10):1886-1890.

[4]胡国金,刘跃华.基于RFID技术的MES在离散型制造业应用成效研究[J].中国制造业信息化,2010,39(1):34-36+40.

[5]张映锋,黄国全,江平宇,等.基于RFID技术的无线制造车间智能看板管理系统研究[J].制造业自动化,2007,29(4):16-19+43.

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篇9

>> 探究微型计算机的输入输出接口技术 微型计算机的输入输出接口技术 基于Modbus_RTU的远程输入输出接口设备的设计 基于PSO的逆变器接口电源输出控制器的优化方法 语境与英语输入输出探究 输入输出与大学英语写作 RTU接口控制器设计 基于输入输出线性化的自适应模糊滑模航迹控制 利用输入输出测量值设计控制系统的新方法 高速大容量数据采集板卡的SDRAM控制器设计 微机网络控制系统试验平台的输入输出电器柜设计及施工分析 输入输出理论与大学英语教学 中文语音代码输入输出方案编码规则 兼顾输入输出，实现英语教学读写联动 使用NIO提高Java应用输入输出性能 浅论计算机信息的输入输出技术 从输入输出理论谈教学重点的转变 输入输出相结合的写作教学模式探究 结合输入输出理论，探索影视教学实践 调音台的信号输入输出及应用 常见问题解答 当前所在位置：

[2] /ART_8800369598_865371_e9ea5461.HTM

作者信息

李秀梅（1974－），女，内蒙古包头人，大连交通大学教师，职称：助教，研究方向：嵌入式系统；华洪涛（1974－），男，安徽人，大连天途有线电视网络股份有限公司，职称：工程师，研究方向：数字电视

作者联系方式：

李秀梅，

email: .cn,msn： 电话：0411－81803139

篇10

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，只需要编写适当的代码既可以获取该页内容所对应的URL链接。在动态生成的页面中大多数内容页面中都包含相同的html标记，因此可以根据已定义规则的标记提取相关的需要部分的内容。例如：每个Web页面都有相应的标题，代码中呈现为标题，编写相应的MID截取函数就可以获得两个title标签之间标题，也可以用正则表达式来获取，如：body（"标题"，""，""）[3]。

图1 网站数据采集基本原理图

3 网站防采集策略

目前，常用的网站数据防采集策略包括以下几种：

1）通过在单位时间内限制固定IP地址对同一个网站所有站点的访问次数来避免网站数据采集。

一般情况下，用户在正常访问某一个网站时不会在极短的时间内多次访问同一个网站，只有网络引擎爬虫和网站数据采集工具会造成这样的现象。但是这种方法容易造成误判，并且如何设计时间的阈值是这种方法的关键。

2）通过人工的方式屏蔽可疑的访问源IP。

网站的管理人员通过在后台设置计数器来记录访问的源IP及在单位时间内的访问频率，进而通过人工干预的方式判断并屏蔽可疑的IP地址。这种方法适用于小型的网站，大型的网站可能需要大量的人力来进行，同时这种方法难以解决通过的方式进行数据采集的问题。

3）将网站的内容以flas、图片或者PDF文档的格式进行呈现。

目前的搜索引擎爬虫和网站数据采集工具还不具备对PDF文档和图片的识别和分析能力。这种方法能够有效地避免网站数据被非法采集，但是它的适用面较窄，仅适用于一些用于多媒体视觉呈现的网站。

4）通过在网页内嵌套藏网站的版权信息或者利用水印技术对Web页面进行加密。

一般情况下，这些用于保护网站数据的信息被写在了相应的CSS文件中。这种方法虽然不能阻止网站数据被非法采集，但它能够使得被采集的数据无法完整的呈现在其他网站中。因为，网站数据采集工具或网络爬虫一般不会同时采集网站中的CSS文件，那些数据丢失了相应的格式化设置，就被显示出来了。

5）通过在网站中对访问者设置权限来保护数据。

这种方法要求用户只有在登录了系统后才能够浏览网站的数据。自动化的数据采集工具和网络爬虫无法对每一个网站进行登录，这种方法可极大程度上避免数据被采集，但同时网站的用户友好性就降低了。

6）利用脚本语言对网站做隐藏分页设置

由于网站数据采集工具和网络爬虫不会针对一个网站的隐藏分页进行数据的分析，因此，这种方法能够有效地阻止自动化工具对网站数据的采集。这种方法适用于对搜索引擎依赖度不高的网站，同时它无法阻止人工进行网站数据的采集。

7）对于动态的网站，可以采用随机的模版避免非法数据采集。

由于网站数据采集工具是根据网页特定的结构来定位所需要采集的数据，一旦网站的模版出现变更，采集工具中事前设定好的采集规则就会失效，这样就可以避免网站的数据被非法地采集。这种方法造成的问题是破坏网站的用户友好性。

8）在网页中使用动态不规则的html标签代替传统的静态html标签。

在html标签中包含空格和不包含空格的效果是一样的，因此包含和不包含和< div>标签，在页面显示中的效果也是一样的。但是一般的网站数据采集工具中，这两个是完全不同的标记。因此，随机地在每个页面的html标签中添加若干个空格数就会导致网站数据采集工具相应的规则失效。但是这种方法违反了网页设计的规范。

4 结论

随着互联网技术的不断发展和个人PC机的不断普及，越来越多人参与到网站的建设和维护中。如何有效地避免网站中的数据被非法的采集是每一个网管员必须掌握技能。该文主要研究了网站数据采集的基本原理和八种常用的网站数据防采集的方法，希望能为网站的建设和维护提供更多的帮助，。

参考文献：

[1] 巫志勇.基于XMLHTTP的网站数据自动采集[J].福建电脑，2007（01）.