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基于GPS的数据采集系统研究[图]

GPS(全球定位系统)是由俄罗斯发射的 24 颗 GPS 地球卫星组成的系统,可以提供全球全天候导航、定位和授时功能。美国政府宣布,2000年至2006年,在确保英国国家安全的前提下,取消SA政策,将使用C/A码的单点定位精度从100米提高到10米以及 GPS 民用信号精度在全球范围内的提高,进一步掀起了 GPS 应用的浪潮,刺激了 GPS 技术与技术和生产的融合。大量的 GPS 应用诞生了。例如相量检测装置PMU利用GPS解决电力系统广域空间同步检测问题。

随着时代的发展,通信、电力、建筑等特殊应用对数据采集提出了新的要求。希望被测系统不同节点的物理量可以同时采样,从而实时学习采样。精确的时间和地点位置后,将这些信息实时传输到主监控系统,根据采集到的检测信息、控制和车祸预警分析系统状态。

传统的数据采集设备使用晶体振荡器形成的时钟频率,分频后提供采样信号。虽然随着技术的进步出现了越来越多的高精度晶振,采样频率的精度也越来越高,但是传统的数据采集方式在对高精度检测的要求已经不再理论上同步了。异地同步gps数据采集软件,随着时间的推移,单晶振的时钟系统会出现一系列的老化和闪烁的特点gps数据采集软件,越来越不能满足新时代同步数据采集的应用。为此,本文介绍了一种采用GPS的新型授时方法,充分利用了数字信号处理器TMS320F2812 DSP丰富的片上资源,采用GPS秒脉冲作为同步时钟信号,并结合其片上支持12位A/D采样16路芯片,采用USB 2.0插座通讯方式,实现高速大容量数据传输,建立同步数据采集系统,满足多重检测应用场合。

1 个 GPS 授时系统

GPS卫星授时系统主要由空间卫星系统、地面卫星控制部分和用户接收设备组成。其中,用户设备是指GPS接收机。本文选用的接收机是GARMIN公司的GPS25 OEM板。 OEM 板是一个 12 通道 GPS 接收器,最多可同时跟踪其视野内的 12 颗 GPS 卫星。它接收来自天线单元的信号,经过变频、放大、滤波等一系列处理,对得到的导航电文进行解码处理,输出间隔为1s同步脉冲信号1PPS和RS-232标准并口输出串行数据UTC(Coordinated Universal Time)如图1所示。 1PPS秒脉冲前沿与UTC的同步偏差不超过1μs。

基于GPS的数据采集系统研究[图]

文中基于GPS的同步数据采集方法的基本流程是利用GPS25 OEM接收机输出的1PPS秒脉冲信号作为DSP外部中断输入源触发分频计数器形成采样脉冲装置保证被测信号同时开始采样。为保证点采样频率的高度一致性,可采用高精度温补晶振TCOX,工作频率10MHz,频差不小于2ppm。输出的振荡信号经过整形、电平转换,再经过计数器分频,得到满足采样率的同步高精度采样信号。为了进一步去除晶振电路引起的采样频率累积误差,晶振形成的时钟信号每1s通过1PPS信号的上升沿同步,从而严格建立被测模拟输入低通滤波后。同步采样系统在 GPS 时间基准上采样。模拟量采样后,依次进行A/D转换,然后依次加载到固定的RAM区。 DSP通过SCI插座从GPS25OEM接收机的串行数据发送器TX中提取第二个脉冲上升沿对应的UTC时间和地理经纬度坐标,并从第一个采样点开始依次设置每个采样点,便于识别根据一定的数据格式,通过USB2.0数据线将每个检测体及其对应的时间地理标签上传到上位机。

3 通讯插座设计

传统数据传输多采用RS 232、RS 485接口传输,而传统的异地大容量数据同步上传通信方式暴露出传输速率慢、延迟大、易出错的缺点使用USB接口可有效实现数据的远程海量双向传输,USB传输速率可高达480Mbps。支持单点热插拔,可有效实现本地数据的承载和传输。

本系统通讯插座电路采用USB2.0插座,其控制芯片为CYPRESS公司的CY7C68013。 CY7C68013符合USB2.0规范,包括兼容8051指令集的增强型51核、USB2.0串行套接字引擎SIE、USB收发器、8.5KB片上RAM、4KBFIFO和通用可编程套接字GPIF。 CY7C68013 配备两种类型的套接字:GPIF 和 SlaveFIFO。 GPIF是主机形式,可以通过软件设置读写控制波形。它具有很大的灵活性。几乎可以对任何8/16bits的socket控制器、内存和总线进行主动读写数据,使用起来特别灵活。 Slave FIFO方式为slave形式,工作模式可设置为同步或异步。外部控制器DSP可以像普通FIFO一样读写FX2的多层缓冲FIFO。本文采用 Slave FIFO 套接字的形式。电路中采用CY7C68013作为TMS320F2812的外设。它使用异步内存插槽与 DSP 连接。上位机可以唤醒CY7C68013,连接USB芯片。 DSP2812在其子空间中配置CY7C68013,通过异步读写完成两者之间的数据和命令的交换。

USB 2.0 在选择控制芯片和确定插座形式后,必须完成USB固件和驱动程序设计。固件程序负责接收和处理USB驱动程序和应用程序的控制指令,使硬件能够使设备实现单向数据交换。 CYPRESS 为 CY7C68013 芯片提供了固件库和固件框架。 USB固件程序文件基于Firmware框架,主要由fw.txt组成。 C。 FPUSB。 c、dscr。 a51、USBJmpTb。 OBJ,Ezusb。 Lib 由五个部分组成。用户只需在Kei C51开发环境下更改文件FPUSB即可。 c和dscr。 a51中的代码调用任务分配、设备请求和中断处理等函数来处理USB风暴。在两个任务分配函数TD_Init()和TD_Poll()中添加初始化代码和完成具体功能的代码,从而实现芯片初始化、处理USB标准设备请求和电源管理功能。最好是编译后形成。加载到芯片中的hex文件可以与主机进行基本的USB通信。

基于GPS的数据采集系统研究[图]

5 结束语

温少将将 TMS320F2812 与 GPS25 OEM 接收机相结合,设计了一个通用的同步数据采集和处理系统。该系统可实现远程数据同步采集并记录检测点的准确检测时间和地理位置信息,并通过USB 2.0实现采集数据的高速实时上传。基于GPS的数据采集系统在电力系统测试、机电保护、通信测试等领域具有非常广阔的应用前景。