基于cRIO的远程 数据采集终端

遥程I-O数据采集控制系统设计随着现代科技的快速进步，越来越多的工厂和企业开始接受遥程I/O数据采集控制系统来管理和监测生产过程。

本文针对传统数据采集系统存在的一些问题和缺陷，提出了一种新的基于无线网络和STM32 MCU的遥程I/O数据采集控制系统设计方案。

起首，本文详尽介绍了系统的整体架构，并对其中的各个模块进行了详尽的设计和实现。

接着，通过对系统进行模拟和试验验证，证明了系统的可行性和好用性。

最后，本文对设计方案进行总结和评判，并提出了进一步的完善和优化方向。

关键词：遥程I/O、数据采集、控制系统、无线网络、STM32 MCU一、引言近年来，随着工业生产的不息进步和智能化的加强，越来越多的企业开始接受遥程I/O数据采集控制系统来监测和管理其生产过程。

相较于传统的数据采集系统，遥程I/O数据采集控制系统最大的优势在于其能够在遥程位置对生产过程进行实时监控和控制，从而保证了生产过程的准确性和高效性。

然而，传统的遥程I/O数据采集控制系统在实际应用中依旧存在许多问题和缺陷：1）传输方式单一，无法满足多样化的数据传输需求；2）数据传输不稳定，容易出现断电和丢包等问题；3）系统复杂度高，硬件部分实现难度大。

为了解决传统遥程I/O数据采集控制系统存在的问题，本文探究了一种基于无线网络和STM32 MCU的新型遥程I/O数据采集控制系统设计方案。

本文按照以下内容对系统进行详尽讲解。

二、系统设计2.1系统整体架构设计本文所设计的遥程I/O数据采集控制系统主要由三大模块构成：数据采集模块、数据传输模块和数据控制模块。

其中，数据采集模块主要负责对生产现场数据的采集和储存；数据传输模块主要负责将采集到的数据传输到控制中心；数据控制模块能够实现对生产现场的实时监测和控制。

2.2数据采集模块设计在数据采集模块中，本文主要使用了STM32 MCU作为控制核心，并借助了其自带的I/O口进行数据采集和存储。

详尽来说，数据采集模块分为两部分：采集端和存储端。

CRUISE 1(P) 工业级手持采集终端产品规格书V1.0江苏东大集成电路系统工程技术有限公司一、CRUISE 1(P)性能、物理及使用环境参数CPU Cortex™-A53八核1.8 GHz操作系统Android 7.1存储2GB+16GB 兼容4GB+32GB/4GB+64GBSIM接口Micro SIM卡*2（双卡双待，主板支持4G）用户存储扩展Micro SD Card，最大兼容128GB接口/通信防水Type C USB接口；支持USB2.0 HighSpeed ；支持OTG。

键盘音量+、- 键、开关机键、2个侧扫描键、功能键。

显示屏幕5.2英寸显示屏，电容式触摸,1920(H)×1080(W)电源半可拆卸3.8V 4500mAh锂离子充电电池底部Type C USB接口，支持快速充电，智能识别PC及充电器；背部POGO PIN接口，支持快速充电，USB数据通讯及VBAT供电、扫描触发键。

通知方式声音、振动器、LED灯指示音频内置单扬声器（1W），内置双麦克风（具有降噪功能），3.5mm立体声耳麦接口传感器加速度传感器、陀螺仪、电子罗盘、光线&距离传感器尺寸152(H)×75.9(W)×12.8(T)重量(含标准电池) 227g（含电池，依据不同配置有不同）工作温度-20℃至+50℃储存温度-40℃至+50℃（含电池）-40℃至+70℃（不含电池）湿度5% to 95% RH 无凝露状态防水防尘工业等级IP67跌落等级 1.5米抗冲击1000轮0.5米滚动（相当于2000次撞击）静电放电(ESD) ±15kV空气放电，±8kV直接放电二、CRUISE 1(P)数据采集功能参数功能1二维图像扫描引擎（选配1）光学分辨率844(H)×640(V)旋转视角360°上下倾斜视角偏离正常角度±45°左右偏移视角偏离正常角度±65°激光安全等级Class II图像帧率60fps支持符号Codablock F, MicroPDF417, Code 11, MSI, Code 128, PDF417, Code 2 of 5 , Plessey Code, Code 39, PosiCode, Code 93, QR Code, Data Matrix, RSS Expanded, EAN/JAN-13, RSS Limited, EAN/JAN 8, RSS-14, EAN-UCC Composite Codes, TCIF Linked Code 3, EAN-UCC Emulation, Telepen, IATA Code 2 of 5, Trioptic Code, Interleaved 2 of 5, UPC-A, UPC E , Postal Codes (Australian Post, British Post, Canadian Post, China Post, Japanese Post, Korea Post, Netherlands Post, Planet Code, Postnet)照明、投射白光照明，激光投射最小印刷对比度20%功能2 二维图像扫描引擎(选配2) 光学分辨率1600（H）×1200（V）旋转视角360°上下倾斜视角偏离正常角度±60°左右偏移视角偏离正常角度±55°扫描景深5mil Code39 （9 字符）62-138mm；20mil Code128 (12 字符) 100-550mm图像帧率15fps支持符号1D：UPC/EAN, UPC/EAN with supplementals, Code128, GS1-128, Code 39, Trioptic, Code 32, Code 93, Code11, Matrix 2 of 5, Interleaved 2 of 5, IATA 2 of 5, Industrial 2 of 5, Codabar, MSI, Code11 等2D:PDF417, MicroPDF417, Composite Code, Data Matrix, Maxicode, QR Code, MicroQR, Aztec照明、投射白光照明、红光投射最小印刷对比度40%功能3 二维图像扫描引擎(选配3) 光学分辨率1280（H）X800（V）旋转视角360°上下倾斜视角偏离正常角度±60°左右偏移视角偏离正常角度±55°激光安全等级Class II图像帧率60fps支持符号1D：UPC/EAN, UPC/EAN , Code128, GS1-128, Code 39,Code 32, Code 93, Code11, Matrix 2 of 5, Interleaved 2 of 5, IATA 2 of 5, Industrial2 of 5,Codabar, MSI ,Code11等。

基于cRIO
 CompactRIO高性能控制器基于LabVIEW RIO架构，采用了功能强大的Intel Atom片上系统(SoC)和Xilinx Kintex7 FPGA等最新技术。

Intel Atom SoC提供了极高的性能和丰富的功能，包括集成式GPU和双核1.33 GHz处理器。

比起其他CompactRIO控制器的FPGA，Kintex-7 325T FPGA包含大约3倍的复杂逻辑块和超过13倍的DSP片。

FPGA与处理器使用PCI Express总线进行通信，大大提高了吞吐量，并可访问16个DMA通道。

 全新CompactRIO高性能控制器采用的LabVIEW RIO架构提供了软件灵活性，可将HMI和控制任务集成到同一个硬件和同一个操作系统中。

这主要归功于Intel Atom SoC和NI Linux Real-TIme操作系统提供的特性。

NI Linux Real-TIme操作系统可将任务优先级显示给开发人员，为控制任务分配比在同一个应用程序中运行的HMI软件任务更高的优先级。

 这些技术的结合大大提高了闭环控制应用的系统吞吐量并降低了延迟。

CompactRIO高性能控制器为嵌入式设计人员提供了灵活强大的硬件，同时还可帮助他们降低系统复杂性和成本。

[NI技术]基于 CompactRIO 的状态监控平台"NI cRIO- 9068模块采用基于Linux的 OS，着实改变了一切。

我们在商业现成即用的控制器上安装基于Linux的开放式实时OS，在很短的时间内即移植好我们现有的 Linux软件组件。

这节省了我们至少三个月的开发时间。

"- Wolfram Koerver,cRIO封装图The Challenge:以适中的价格开发通用监控系统解决方案，特别是机器监控、结构健康监控应用等纵向市场常见的应用，对于这些应用，提供模块化的传感器和信号类型是至关重要的。

The Solution:利用灵活、坚固的商业现成即用（COTS）技术，我们不仅能够将具有竞争力的状态监控解决方案快速投向市场，而且降低了成本。

借助NI cRIO-9068 基于Linux的实时OS，开发团队将必需的安全性、联网和通信功能无缝地集成在一起。

集成 GPS 接收器以提供 Linux OS内部的时间和地理位置标注是至关重要的，这样可使 LabVIEW程序员和应用工程师方便、直接地进行访问。

Author (s):Wolfram KoerverS.E.A.正在为纵向应用构建下一代状态监控平台，并作为标准化产品。

SEA 3200是一个坚固、密封的数据采集和处理系统，对传感器和机器数据进行连续监控。

新产品基于新型NI cRIO-9068 模块、NI模数转换器模块，以及无线通信和监控状态监控所用的两个专用 CompactRIO 模块。

系统用于结构载荷监督的结构健康监控、桥梁和建筑的材料变化、露天采矿中的地球物理效应监控等应用。

S.E.A.位于德国科隆地区，看到该地区的莱茵河上有多座怀疑发生结构损坏的桥梁需要进行监控。

例如，著名的Zoobrücke 大桥一般禁止卡车通行。

凭借灵活的测量模块配置，可对加速度、距离、表面温度、湿度等多种传感器传来的数据进行采集、预处理和存储。

单片机远程监测系统的传感器数据采集与处理一、引言随着科技的不断发展，单片机远程监测系统在各个领域得到了广泛应用。

该系统通过传感器采集环境数据，并通过单片机进行处理和分析，使得用户可以实时监测和控制目标物体或环境的状态。

本文将探讨单片机远程监测系统的传感器数据采集与处理的相关内容。

二、传感器的选择与连接在设计单片机远程监测系统时，首先需要选择合适的传感器来采集监测数据。

根据具体的监测需求，可以选择温度传感器、湿度传感器、压力传感器、光线传感器等不同类型的传感器。

根据传感器的特点和要求，选择合适的输入接口，并通过连接线将传感器与单片机进行连接。

三、数据采集与处理1. 数据采集在单片机中，需要设置相应的程序来实现对传感器数据的采集。

通过读取传感器的模拟信号，将其转换为数字信号进行处理。

这可以通过模数转换器（ADC）来实现。

通过设置合适的采样频率和分辨率，可以获取准确的传感器数据。

同时，为了提高数据的精确性和稳定性，还可以采取一些降噪和滤波的方法。

2. 数据处理获取到传感器数据后，需要进行相应的数据处理和分析。

首先，可以对数据进行校验，以确保数据的有效性和完整性。

然后，可以根据具体的需求进行数据的分类和筛选。

例如，可以根据温度的变化，判断某个物体或环境是否处于异常状态。

此外，还可以进行统计和计算，以获取更详细的数据信息，如最大值、最小值、平均值等。

四、远程数据传输与存储1. 远程数据传输单片机远程监测系统需要将处理后的数据传输到远程服务器或用户终端，以便用户可以实时监测和远程控制。

常用的数据传输方式包括无线传输和有线传输。

无线传输可以使用无线模块，如Wi-Fi、蓝牙或LoRa等。

有线传输可以使用以太网或串口等接口。

根据实际情况选择合适的传输方式。

2. 数据存储为了长期保存和分析数据，可以将传感器数据存储在远程服务器或云平台中。

可以选择关系型数据库或非关系型数据库作为数据存储的方式。

在存储过程中，还可以对数据进行压缩和加密，以节省存储空间和提高数据安全性。

392023年4月上 第07期 总第403期信息技术与应用China Science & Technology Overview示{B}坐标系的具体方位，由此建立{A}进行A 关节位姿的描述，其矩阵表示为：}{}{0A P R A =在实际位姿描述环节，当描述关节所在位置时，运用传感模块建立连接，通过TCP/IP 协议实现与计算机终端显控设备的通信，用于执行对传感信号的采集调理，将运行控制算法生成的运算结果转化为信号形式输出，实现对机械臂位置、姿态等状态的实时控制。

收稿日期：2022-10-11作者简介：常浩（1985—），男，安徽宿州人，本科，中级工程师，研究方向：电子设备维修、仿真测试。

基于CRIO 的机械臂测控系统设计研究常 浩（国营长虹机械厂，广西桂林 541003）摘 要：为解决机械臂在大风、水上等极端工况下，因采集的角度、位置数据偏差导致抓取物体失败、诱发安全风险等问题，引入CRIO 系统与LabVIEW 开发工具建立基于FPGA 技术的机械臂测控系统设计方案，集成多种类型传感器、计算机PC 端与CRIO 硬件装置，并融合CANopen、Profibus、RS485等多种总线通信协议，实现对机械臂移动位置、姿态等测试数据的采集、传输、处理、存储等功能。

通过搭建实验平台进行机械臂产品在高频摇摆状态下的PID 控制及姿态显示情况测试，最终测试结果显示，该机械臂的402023年4月上 第07期 总第403期信息技术与应用China Science & Technology Overview2.2系统硬件设计2.2.1传感模块在测控系统硬件设备选型上，综合考虑传感器尺寸、输出响应值、信号分辨率及通讯协议等要求，分别引入HDI300倾角传感器、SCL3300-D01-10倾角传感器，基于CANopen 通讯协议测量机械臂主臂、副臂的俯仰角与横滚角数据；引入CC1400旋转编码器，基于Profibus 通讯协议测量机械臂主臂、副臂的转动角度；引入KFZ15-24T 输出电动执行机构（4mA ～20mA）作为阀门执行器，利用HAWE EV1M2-12/24、EV1M2-24/48比例放大器进行输出信号的放大处理，实现对机械臂运动过程的控制。

用户手册和产品规范NI cRIO-9023CompactRIO 智能实时嵌入式控制器本文档主要介绍NI cRIO-9023的安装、使用方法以及产品规范。

图 1. cRIO-9023前面板1.LED 指示灯2.电源连接器3.RS-232串口B 端口B 固定螺丝6.重置按钮7.DIP 开关8.RJ-45以太网端口19.RJ-45以太网端口2关于机箱的详细信息，见/manuals 上的可重配置机箱的说明文档。

安装并配置好系统后，关于系统的使用方法，见/gettingstarted 。

关于软件技术支持的详细信息，请访问/info ，并输入信息代码swsupport 查询。

安全守则警告请勿尝试采用本文档中未提到的方式操作cRIO-9023。

错误操作设备可能发生危险。

设备损坏时，内部的安全保护机制也会受影响。

关于受损设备的维修事宜，请联系NI。

危险环境安全守则cRIO-9023仅适用于危险环境Class I, Division 2, Groups A, B, C, D, T4；Class I, Zone 2，AEx nA IIC T4，Ex nA IIC T4；以及非危险环境。

在可能发生爆炸的环境中安装cRIO-9023时，应遵守下列守则。

违反安全守则可能导致人员伤亡。

警告电源未切断时，请勿断开控制器上任何导线和连接器连接。

警告电源未断开时，请勿安装或移除控制器。

警告替换组件可能影响模块在环境等级为Class I, Division 2时的适用性。

警告对于Division 2和Zone 2环境中的应用，应将系统安装在防护等级不低于IP54 (IEC/EN 60079-15)的外壳内。

危险环境下的特殊要求（欧洲及国际）cRIO-9023的评估为Ex nA IIC T4 Gc设备（依据DEMKO Certificate No. 07 ATEX 0626664X）并通过IECEx UL 14.0089X认证。

每个cRIO-9023均标有II 3G，适用于危险环境Zone 2。

TRC远程数据采集监测系统1．概述TRC远程数据采集监测系统是与流量计等现场仪表配套的一个集远程数据采集、监控的自动化管理系统，具有数据保存、查询、统计及报表打印等功能。

本系统具有多种通信方式，包括有线网络、INTERNET、GPRS无线网络等，具有组态灵活，扩充方便等特点。

尤其是GPRS 无线通信技术，使用安装更加方便。

TRC远程数据采集监测系统包括：1）现场流量计（带通信功能的仪表）；2）TRC型数据采集器：TRC-Ⅰ型数据采集器、TRC-Ⅱ型数据采集器、TRC-Ⅲ型数据采集器；3）TRC数据采集监测系统：TRC-1000数据采集监测系统（单机版）TRC-2000数据采集监测系统（网络版）图1 结构图2．特点TRC远程数据采集监测系统：9在流量计与管理中心的计算机之间，利用GPRS服务建立快速方便的数据传输通道；9不受地域、地形、距离限制，只要有电源，有移动信号覆盖，就能采集现场仪表的数据；9远程实时采集数据，随时掌握现场运行情况，信息及时快速；9减少人工抄表的工时，只要在需要时到现场核对数据，提高效率，降低运行成本；9及时反映现场工况，对于压力、温度、流量异常情况可设置报警，及时维护，降低故障损耗；9网络版的系统，多个用户可以通过互联网查看站点流量、总量、温度、压力等数据；9仪表数据自动采集，手工采集；9提供历史数据查询，图表显示；9数据报表打印；9温度、压力自诊断与报警输出，提供仪表故障查询；9在线站点、仪表数据的实时显示。

3．现场仪表数据采集组网3.1 TRC型数据采集器与仪表间采用RS485电缆通信方式所有仪表，以RS485接口与TRC数据采集器相联，再由数据采集器与监控中心联网。

适合于仪表安装距离与TRC数据采集器＜800m，有移动信号覆盖，有外电源，要求抄表次数很频繁的场合。

3.2 TRC型数据采集器与带射频通信的仪表间采用短程无线通信方式采用TRC型数据采集器作为主机，以GPRS与监控中心联网；在同一区域内的其它具有无线数据传输功能的仪表，作为从机以射频方式与主机相联。