一种基于微控制器的多功能电力数据采集分析模块的制作方法

属于数据采集技术领域，具体涉及一种基于微控制器的多功能电力数据采集分析模块，能够广泛应用于电能采集分析以及工业自动化。

背景技术：

现代化工业的发展步伐越来越快，人们不需要整天坐在机器前时时守着以免发生故障，只需要看着电脑荧屏一目了然地对工业生产的每一个流程进行监视，甚至是全权交由电脑处理，工程师们只需要设定阈值以在发生要紧错误时采取相应的措施。所有的这些智能化都无法离开数据采集系统，要实施智能控制就必须要有传感器，把物理化学的变化转化成电压电流信号的变化，但是传感器感应出的信号往往都是极其微小的模拟量的变化，而像电脑手机这样的智能设备只认得0和1这样的数字信号，这就需要一个采集模块，将经过放大后的传感器信号进行实时采集，根据模数转换器的转换精度，转换成相应位数的二进制数，也就是电脑能直接认得的数，在短暂的时间内实现大量的采集，密度足够高，也就是采样的频率足够高，使得采样后的离散信号能够完美的还原信号的本来面目。这样一来，离散的数字信号可以送给电脑进行分析，甚至在手机上进行实时监测，小巧而方便。现有的采集模块或者功能过于单一，不方便实时监控，或者只能够采集数据上传，并不能利用本身微处理器的资源来对采集回来的数据进行分析，依赖上位机。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种基于微控制器的多功能电力数据采集分析模块，速度快，满足多通道采集的要求，小巧方便，适合近距离、远距离、有线多种场合的传输。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种基于微控制器的多功能电力数据采集分析模块，包括中央处理单元的微处理器、高速8通道模数转换器和数据传输模块；所述微处理器根据上位机发送的命令控制高速8通道模数转换器和数据传输模块工作，并将高速8通道模数转换器采集的数据发送给上位机；所述高速8通道模数转换器用于采集数据，所述数据传输模块负责传输上位机发送给微处理器的命令并将所述采集数据由微处理器传输至上位机。

进一步，所述微处理器还负责数据分析。

进一步，所述数据传输模块包括WIFI传输模块。

进一步，所述数据传输模块还包括485串口模块。

进一步，所述数据传输模块还包括GPRS通用分组无线远程模块。

本实用新型与现有技术相比，其显著优点在于：采用最半导体微处理器，速度快，反应时间短；采用高速的8通道模数转换器，最大可以实现8个通道的同时采集，满足多通道采集的要求；采用三种传输模块，小巧方便，适合近距离、远距离、有线多种场合的传输，适应性强，即使操作人员不在设备旁边，也可以通过手机平台发送命令获取当前的电力数据状态。

附图说明

图1是本实用新型多功能电力数据采集分析模块组成示意图。

图2是数据传输模块组成示意图。

图3是微处理器数据内部分析过程示意图。

具体实施方式

容易理解，依据本实用新型的技术方案，在不变更本实用新型的实质精神的情况下，本领域的一般技术人员可以想象出本实用新型基于微控制器的多功能电力数据采集分析模块的多种实施方式。因此，以下具体实施方式和附图仅是对本实用新型的技术方案的示例性说明，而不应当视为本实用新型的全部或者视为对本实用新型技术方案的限制或限定。

结合图1，本实用新型所述多功能电力数据采集分析模块包括中央处理单元的微处理器、高速8通道模数转换器和数据传输模块，数据传输模块由WIFI传输模块、485串口模块以及GPRS通用分组无线远程模块组成。

所述微处理器是本实用新型所述电力数据采集分析模块的核心，控制高速8通道模数转换器、WIFI传输模块、485串口模块以及GPRS通用分组无线远程模块工作。同时，微处理器根据上位机发送的命令控制高速8通道模数转换器执行相关数据采集工作，并将采集回的数据通过数据传输模块传送给上位机，或者采用微处理器内部编译好的傅立叶运算模块对数据分析后再传给上位机进行显示。

所述高速8通道模数转换器用于采集数据，当微处理器接收到上位机的命令时，微 处理器会对高速8通道模数转换器发出相关采集动作的命令，高速8通道模数转换器采集的数据引脚和微处理器的IO端口并行连接，微处理器对相应的连接端口进行8次读取，获得一轮的8通道的数据。

所述WIFI传输模块用于接收来自上位机的命令并传送数据给上位机。每次数据采集前可能需要WIFI传输模块接收命令传给微处理器的串口，采集后的数据微处理器也可能会通过WIFI传输模块无线传给上位机。由于数据传输模块有三中不同的传输方式，所以并不一定就会用WIFI传输模块。WIFI传输模块只适合近距离的连接和数据采集，距离过远会导致信号丢失。

所述485串口模块的功能与WIFI传输模块一样，用于接收来自上位机的命令并传送数据给上位机，只不过它是有线连接。

所述GPRS通用分组无线远程模块的功能与WIFI传输模块一样，用于接收来自上位机的命令并传送数据给上位机，但它与WIFI传输模块形成一个对比，其适合超远程的命令和数据传输，它需要移动网络提供远程传输数据的服务，唯一不同的是，通过GPRS通用分组无线远程模块传输时，只能传输微处理器内部分析后的数据，因为会受制于流量的成本问题。

本实用新型中的数据采集部分，由模数转换器和微处理器组成，由于模数转换器的开始转换引脚A和B分别控制1-4号通道和5-8号通道开始数据转换，所以将模数转换器的开始转换引脚A和开始转换引脚B引脚短接，当上位机命令到来时，微处理器将连接模数转换器的开始采集引脚A和B的引脚拉低，保持至少25ns的反应时间，再拉高，等待模数转换器的表示忙信号引脚的下降沿到来时产生中断获取通道1-8的数据保存至事先定义好的数组中，达到要求的数目时通过WIFI传输模块、485串口模块或者GPRS通用分组无线远程模块选择性地发送出去。如果采用采集分析模块的本身微处理器资源分析数据，则需要等待数据分析完毕由WIFI传输模块，485串口模块，GPRS通用分组无线远程模块选择性地发送出去。

本实用新型中的数据传输模块由WIFI传输模块、485串口模块以及GPRS通用分组无线远程模块组成，上位机和下位机履行同一个8字节个人自制的协议，第1个字节用于传输模式的选择，第2个字节用于单次或者连续采集数据模式的选择，单次采集代表一次采集固定数量的数据，连续采集代表不间断的采集固定数量的数据，两个字节一共16个比特，下位机接收到上位机发来的8个字节，取前两个字节转换为十进制，如 果值为2056，则上位机选择的是WIFI单次采集，如果是2176，则是WIFI连续采集，如果是2177，则是WIFI连续采集停止；如果是16392，则是485串口单次采集，如果是16512，则是485串口连续采集，如果是16513，则是485串口连续采集停止；如果是32776，则是GPRS通用分组无线远程模块单次采集，如果是32896，则是GPRS通用分组无线远程模块连续采集，如果是32897，则是GPRS通用分组无线远程模块连续采集停止。另外，由于通信之前需要确保通信状态良好，另设置了连接状态测试位，假如接收的第1、2个字节的值为43605，下位机必须返回一个“SUCCESS！”大写字符串给上位机，上位机判断字符是否正确，如果正确表示WIFI连接成功，并且可以通信和传数据了；假如接收的第1、2个字节的值为21930，下位机必须返回一个“success！”小写字符串给上位机，上位机判断字符是否正确，如果正确表示485连接成功，并且可以通信和传数据了；假如接收的第1、2个字节的值为3855，下位机必须返回一个“Success！”大小写字符串给上位机，上位机判断字符是否正确，如果正确表示GPRS通用分组无线远程模块连接成功，并且可以通信和传数据了；第3、4个字节用于采样个数的设置，最大不超过216-1＝65535个，第5、6个字节用于采样频率的设置，最大同样不超过216-1＝65535Hz，第7个字节用于是否采用采集分析模块本身的FFT傅立叶变换的选择设置，如果值为8，则表示不选择采集分析模块本身的FFT傅立叶变换；如果值为2048，则表示选择采集分析模块本身的FFT傅立叶变换。第8个字节选择对哪些通道进行FFT傅立叶变换，一个字节8个位，代表8个通道，需要FFT变换的通道只要将对应的位置1。这些参数都由上位机设置，通过三个接口传给下位机，下位机只需按照约定采样所需的数据并返回它们。

微处理器进行内部数据分析时由上位机发送采样命令并进行内部分析，具体的命令通信部分已经涉及，微处理器控制8通道模数转换器采样不大于128个电力数据，送至预先申请的8192个字节的内存块保存，再由微处理器取出进行傅立叶算法分析得到频域的直流分量和各次谐波分量，也就是不大于128个的复数常数，再还原至时域表示的各次分量，谐波最多分析到63次，为保证函数点数，分析取到15次，各次分量最多保持64个点，再由三个传输模块将16个64点的数组传送到上位机直接显示即可。可以选择内部谐波分析或者由WIFI传输模块、485串口模块、GPRS通用分组无线远程模块三个传送端口输送至上位机进行分析。内部分析的优点是方便快捷，不需要外部的干预而自动实现整个电力数据的采集并进行分析，缺点是采样个数的限制，受限于处理器的 速度和功耗。反之，外部分析没有这些限制，数据的采样个数可以更多，但采集模块的采样个数最好不要超过1024个，因为采样个数的增加势必使采样时间增长和分析的时间更长，除非上位机的处理速度够快，否则就失去了数据分析的实时性，采样分析也就失去了意义。