基于WiFi的分布式无线数据采集系统

王杰 韩杰（安徽工程大学电气工程学院，安徽 芜湖 241000）

0 引言

电子测控信息技术的快速发展，对数据采集的精准度、效率都急剧增加。以往的数据采集技术及传输技术长伴有功耗大、仪器笨重、有安全隐患等问题。然而，现代工业往往需要更大的数据采集量，更安全、更复杂、更稳定的数据采集和恶劣环境下的数据分析方法，这些越来越复杂环境，使得原本的测控装备根本无法满足现代工业对数据的需求。数据采集应用范围逐渐扩大，更需要一种更为简洁、高效、安全、高性价比的传输方式来取代传统的数据传输系统。而WiFi具有成本低廉、实时通信效果好、组网方式多样便捷、抗干扰能力强等优点，是一种非常有前景的备选方案[1]。

本文采用MS SQL Server数据库，将无线传输技术作为核心设计理念，运用C#语言，设计了一套分布式数据采集系统。 该系统由上而下可分为三个子系统。 终端操作系统具有良好的人机交互功能，可以实现对实验设备的监控和基本的数据操作功能。中间部分是数据传输通道，该通道由现在主流的嵌入式无线模块构成，传输协议可由专门软件进行编写，其传输过程稳定，数据安全系数高，较为可靠。系统底端实现对数据的采集功能系统不需要重新设定程序进行调整，具有较强的可移植性，且续航时间长，数据传输距离远，数据传输稳定，具有较高的理论和价值。

1 无线数据采集系统

文章所设计的系统从上到下由三个部分组成：上层的数据分析软件、中层的数据传输通道还有下层的数据采集硬件。在系统的顶端，数据分析软件主要起到在线实时的监控，控制下端硬件系统的功能；中间层是WiFi传输通道，通过对IP，MAC地址的设置，每条通道独立传输数据，无冗余。底层的数据采集模块用于数据采集，同时将实时数据通过中层的数据传输网络上传至人机交互页面。系统各部分都具有信号转化、交换的功能。下位机数据采集模块包含三个信号传输通道，之间相对独立。首先，数据收集模块将采集到的信号接收并将其转换成电信号，然后经由单片机系统，通过提前备好的信号处理程序处理，将模拟信号转换成数字信号。随后单片机将处理好的数据经由WiFi通信模块传送至路由器。最终数据会被传输到系统应用层的数据分析软件，操作员由人机交互页面终端实现对数据的简单操作及存储[2]。

1.1 硬件系统

硬件系统有电源、信号转化、控制等模块。供电系统采用传统锂电池，电源稳定。系电源控制模块可以实时监控电量使用情况，包括对电量的检测及显示。系统可以通过对电池电压值的改变来进一步控制显示灯的状态。电池状态可以实时显示，并由操作者进行监控，保证系统正常有序的运行。系统A/D范围为-2.56～+2.56，若采集的数据处于这一区间，则可以直接进行数据处理，若采集的数据超出这一区间，则需要对收集到的数据进行调理转换，以保证采集到的所有数据均位于系统可接收的区间范围内。运算处理好的数据由WiFi模块送至路由器，随后可与路由器处于同一网络环境下的上位机进行数据交互。每个单位的采集模块均有预先设定好且唯一的MAC地址及IP地址，有利于设备组网，多台设备同时进行数据采集工作[3]。

1.2 软件系统

无线数据采集系统的源码是使用C#语言进行编写的，操作环境为Windows 10。该系统的主要功能有：一键配网、网页更新程序OTA、在线数据分析等。该系统的软件部分与硬件部分紧密联系，可实现对目标环境的数据收集、记录、储存和上传。系统软件界面人性化程度较高，并采用十分标准的数据处理方案。它支持远程监控，一键操作，高速的处理速度，并产生良好的用户体验。人机交互界面可以实现对数据采集系统的远程监控和操作，可以在线进行设备操作，查看、修改设备信息。

2 基于WiFi模块的数据采集系统的优点

本系统数据分析软件采用可同时支持高度和低速采集模式的通用平台。多线程编程，运行速度快，采集速度快，最快采集速度可达上百赫兹每秒。系统具有强大的扩展性能，由于现有的数据采集系统多为企业定制，系统在灵活性上受到较为严格的限制。但是，该系统不仅具有设备上原有的数据传输接口，还可以根据需要对系统进行扩展。理论上来讲，可实现对无限数量的智能数据探测器模块的扩展功能。另外，系统的可移植性，环境适应性高，基本不受施工环境的影响，摆脱了传统系统施工周期大，强度高的弊端。新系统在耗能上也有较大的优化，以往的系统往往采用同轴电缆、双绞线、光纤电缆等作为数据传输中介，不仅花费较大，而且会有损耗。系统具有网络断线自动重连功能，若由于信号或者其他原因导致通讯中断，系统会自动请求重连，并且有相应的信号提示。在重连成功后，系统会自动继续通讯中断前的数据传输操作[4]。

3 结论

文章介绍了一种基于无线传输模块的分布式数据采集系统。系统以现有的数据采集系统的基本架构为设计思路，将WiFi无线数据传输技术加入系统中，并对其进行优化，使之具有以往采集系统不具备的优势。该系统可以适应恶劣的施工环境，大大缩短施工周期，且具有较高的数据采集效率，在数据收集量、收集质量等方面都有较大的提高，具有很高的研究价值和使用价值。