高精度万能数据采集仪

附件2：安徽工业大学第十届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛作品申报书作品名称：高精度万能数据采集仪申报者姓名（集体名称）：指导教师1：指导教师2：类别：□自然科学类学术论文□哲学社会科学类社会调查报告和学术论文科技发明制作A类□科技发明制作B类A2申报者情况（集体项目）说明：必须由申报者本人按要求填写，申报者代表必须是作者中学历最高者，其余作者按学历高低排列。申报者代表情况姓名学校学历作品名称高精度数据采集仪通讯地址其他作者情况姓名性别年龄学历所在学院、班级资格认定学生资格是否为我校正式注册在校的全日制非成人教育、非在职的各类学生（本科生和研究生）。是□否（学院盖章）2014年12月9日指导教师意见作品是否为课外学术科技作品或社会实践活动成果。是□否指导教师签字：2014年12月9日B3．申报作品情况（科技发明制作）说明：仅科技发明制作类作品填写此表。必须附有研究报告，并提供图表、曲线、试验数据、原理结构图、外观图或照片，也可附鉴定证书和应用证书，以上材料可附于E表。作品全称高精度万能数据采集仪作品分类（A）A．机械与控制（包括机械、仪器仪表、自动化控制、工程、交通、建筑等）B．信息技术（包括计算机、电信、通讯、电子等）C．数理（包括数学、物理、地球与空间科学等）D．生命科学（包括生物、农学、药学、医学、健康、卫生、食品等）E．能源化工（包括能源、材料、石油、化学、化工、生态、环保等）作品设计、发明的目的和基本思路，创新点，技术关键和主要技术指标作品设计及发明目的：数据采集仪作为工业控制、学术研究等多个领域的基础性数据来源设备，其采集精度及存储速率直接影响研究结果的准确性，及控制系统的稳定性。本作品提供一种高精度快速存储的数据采集仪设计方案。基本思路及创新点：采用24位高精度AD采集芯片，配合linux操作系统，设计数据采集仪应用程序，实现了系统级的采集驱动，提高了系统的可移植性和可维护性，完善系统功能。技术关键及技术指标：设计稳定的数据采集模块，开发对应的模块驱动程序，实现高精度采集；设计操作系统应用程序，实现快速存储数据及存储扩展。作品的科学性先进性（必须说明与现有技术相比、该作品是否具有突出的实质性技术特点和显著进步。请提供技术性分析说明和参考文献资料）数据采集仪在工业现场中也叫做无纸记录仪，在记录仪的发展过程中，经历了三个阶段：传统的机械模拟仪表、第一代无纸记录仪和基于虚拟技术的多功能无纸记录仪。现在实际使用中的记录仪基本都属于第三个阶段的记录仪，本作品与其相比，科学性与先进性表现在：1、采用了24位高精度AD，提高了作品的采集精度2、采用了嵌入式操作系统技术，提高了作品的稳定性、可靠性以及可扩展性3、采用了开源的LINUX操作系统，极大的降低了成本及开发难度。参考文献：[1]魏中天.无纸记录仪[P].中国：2010101566371，2011-11-09.[2]王勇，张浩，彭道刚.ARM平台在多功能数据采集系统中的设计与实现[J].自动化仪表，2010，31（1）：13-16.作品在何时、何地、何种机构举行的评审、鉴定、评比、展示等活动中获奖及鉴定结果无作品所处阶段（B）A实验室阶段B中试阶段C生产阶段D（自填）技术转让方式无作品可展示的形式实物、产品□模型□图纸□磁盘□现场演示□图片□录像□样品使用说明及该作品的技术特点和优势，提供该作品的适应范围及推广前景的技术性说明及市场分析和经济效益预测使用说明：见附表E的F项使用说明书技术特点和优势：采用了24位高精度AD，提高了作品的采集精度；采用了嵌入式操作系统技术，提高了作品的稳定性、可靠性以及可扩展性；采用了开源的LINUX操作系统，极大的降低了成本及开发难度；硬件设计采用塔式结构，大大缩减了作品的体积，方便携带使用。市场分析和经济效益预测：我国正在加快全国的工业化水平，但从技术层面来说，我国对国外的工业化技术依赖程度较大，其根本原因在于研发工业控制装置及系统的技术不够强。而本成品从数据源的角度，为研发高水准的工业控制装置及系统提供可靠的技术支持。产品在研发的使用范围内，有良好的应用市场前景。专利申报情况提出专利申报申报号201410686308.6申报日期2014年11月26日□已获专利权批准批准号批准日期年月日□未提出专利申请C.当前国内外同类课题研究水平概述说明：1.申报者可根据作品类别和情况填写；2.填写此栏有助于评审。数据采集仪起始于20世纪50年代，大约在60年代后期，国外就有成套的设备才产品进入市场。此阶段的数据采集仪多属于专用的系统。从70年代起，数据采集仪发展过程中逐渐分为两类，一类是实验室数据采集，一类是工业数据采集，实验室数据采集系统多采用并行总线，工业现场数据采集系统多采用串行数据总线。从90年代至今，在国际上技术先进的国家，数据采集及存储系统技术已经在军事、航空电子设备及宇航技术、工业等领域被广泛应用[11]。随着国外微电子技术、计算机技术、测控技术和数字通信技术的发展，目前国外数据采集技术已经较初期有了很大的发展。通道数从初期的单通道到双通道，以及后来的多通道，分辨率从最初的8位到10位、12位，采样率从几kSa/S到几个GSa/S。国外的先进的数据采集与存储产品有SpectrumSignalProcessing公司推出的采样率200MSa/S，8bitA/D，VME板卡，该板卡是基于VME总线和高速DSP的高速数据采集和处理系统；Signatec公司的基于PCI总线8位AD板卡PDA500，采样率高达500MSa/S，带宽为DC～500MHz，能通过PCI总线DMA模式以100MB/S速率传输数据，存储容量1MB或4MB两种可选，用主从配置模式最多4块PDA500可互联用于多通道高速同步采集。Aquisitionlogic公司推出基于PCI总线的采样率分别为500MSa/S，lGSa/S，8b数据采集板卡AL500和AL51G，其存储深度为64MB、256MB和1000MB三种可选。从从近年来国外公司展示的新产品可以看出，主要的发展方向可以概括为功能多样、体积减小、功能完善和使用方便等四个方面，但是其采集精度不高，存储容量小，价格过高等缺点限制了其发展。国内的数据采集仪起步较晚，80年代末90年代初，国内已经研制出多种数据采集仪，基本以达到国外的初期水平。目前很多高校、研究所甚至公司已经开始研制具有自主知识产权的数据采集系统等测量仪器。国内示波器厂商，北京普源精电公司研制的示波器DSl000混合信号数字示波器，高达1M的存储深度；DS5000系列拥有1GSa／s的实时采样和50GSa／s的等效采样、4K的存储深度。南京航空航天大学和中国电子科技集团第十研究所在2005年合作开发的基于VXI总线的500MSPS数据采集模块，带宽到达100MHz，单通道存储深度2M。我国在高速数据采集系统的研制上有了很大的进步，但是与国外的产品相比，在技术指标和产品质量上还有一定的差距，表现在采样率不高、分辨率低、存储容量小，成本高，通用性差，信号处理能力不强，设备软件水平不高，人机界面有待改进。综上所述，现阶段国内外数据采集仪具有较好的发展现状及发展前景，但普遍存在存储容量小，成本高通用性差等问题，还具有较大的改进空间。参考文献：[1]MahboobImranShaik，Design&implementationofARMbaseddataacquisitionsystem[C]，1stInternationalConferenceonElectronicsCommunicationandComputingTechnologies2011,ICECCT'11，2011：38-42[2]FangAnan、Zhangyu，Designofhigh-speedelectricpowernetworkdataacquisitionsystembasedonARMandembeddedethernet[C]，2011InternationalConferenceonElectricalEngineeringandAutomation,EEA2011，2012：455-459[3]马宗骥、李佩玥、章明朝、隋永新、杨怀江，基于FPGA+ARM的数据采集系统设计[J]，化工自动化及仪表，2012，39（9）：1187-1189[4]Hsin-TiChueh，JohnV.Hatfield，Areal-timedataacquisitionsystemforahand-heldelectronicnose[J]，SensorsandActuators2002，B(83)：262~269[5]叶俊华、许雪梅、黄帅、郭远威、徐蔚钦、周文，基于ARM和WinCE的数据采集系统设计[J]，计算机工程与科学，2009，31（6）：136-141[6]QingguoZhou、LiWang、YanlongWang、HongZhao、RongjieZhou，AremotedataacquisitionandcontrolsystemforMossbauerspectroscopy[J]，NuclearInstrumentsandMethodsinPhysicsResearch，2004，215(B)：577~580[7]王勇、张浩、彭道刚、李辉，ARM平台在多功能数据采集系统中的设计与实现[J]，自动化仪表，2010，31（1）：13-16[8]张波、朱新华，基于ARM的数据采集系统设计[J]，火力与指挥控制，2009，34(2)：127-129[9]F.Thomas、M.M.Nayak、S.Udupa、J.K.Kishore、V.K.Agrawal，Ahardware/softwarecodesignforimproveddataacquisitioninaprocessorbasedembeddedsystem[J]，MicroprocessorsandMicrosystems，2000，24：129~134[10]杨德斌、吴海涛、李慧斌，基于ARM-uClinux的在线数据采集前端机[J]，仪表技术与传感器，2007（3）：16-17[11]安晋，基于ARM的数据采集及显示系统的设计[J]，苏州科技学院学报(工程技术版)，2010(23)：76-80D.指导教师情况及对作品的说明说明：1.请指导教师本人填写。2.请指导教师把关学生作品申报材料。指导教师1姓名工作单位研究方向联系电话指导教师2姓名性别年龄职称工作单位研究方向联系电话请对申报者申报情况真实性做出阐述该作品是由该团队独立完成，所申报内容属实，本人对该作品的真实性给予保证。请对作品的意义、技术水平、适用范围及推广前景做出您的评价嵌入式技术作为现今流行的电子应用技术，及本身具有传统PC技术无法企及的优势。而本作品将嵌入式技术应用在高速数据采集仪中，提高了数据采集仪的稳定性、可靠性及可扩展性。通过实验验证了本作品的精度及使用舒适性。其他说明无E．参赛作品支撑材料说明：1.申报者可根据作品类别和情况填写；2.填写此栏有助于评审；3.可附作品的研究报告，图表、曲线、试验数据、原理结构图、外观图或照片，鉴定证书和应用证书等材料。A、专利受理通知书B、研究报告研究报告1、研究意义数据采集仪是获取信息的重要手段和方式，是嵌入式技术和通信技术发展的产物，在各个领域都有着广泛的应用：科学研究中，用以获得大量的动态信息，作为研究物理过程的有力工具；生产过程中，用于对生产现场的工艺数据、特性参数进行采集及记录，为提高产品质量、降低成本提供信息和手段等等。传统数据采集仪主要采用的是基于X86和MCU架构的硬件方案。X86是复杂指令集结构(ComplexInstructionSetComputing)的CPU，基于X86通用处理器的工业控制计算机系统在功耗和成本上都较难控制，特别是在高端的数据采集领域受到了很大的限制。而基于单片机的数据采集仪的主要缺点是处理速度慢、系统资源有限、实时性能较差。另外，一般数据采集仪采用A