【问题解答】用一个嵌入式开发板去实现数据采集的基本思路和逻辑
现在有一块火牛的STM32开发板 老师说要用来做节点 采集传感器数据 这是什么意思啊！！ 我没学习过这些个东西啊   要如何来学习呢  我不知道如何下手啊   求知指导     谢谢各位
【问题解答】
先来解释一下相关的基本概念，然后再来解释如何实现：
嵌入式数据采集相关基本概念
传递感觉的仪器
传递：将相关的数据，获得后，传递给你（等你后期用软件代码读取出来）
感觉：人类有感知功能，对外接各种东西都有感觉，比如温度高低，水流速度快慢等等，对应的，现实社会中，存在着（别人已经设计好的）硬件模块，一个硬件，就可以实现类似于人类的感知的功能，将获得信息，比如温度的具体数值是多少，水流速度是多少米每秒等等，转换为对应的硬件电路的信息，可供你后续用软件读取出来，供你后续使用（比如就只是将温度数值显示出来，功能更人类看，也就可以叫做一个普通的数字温度计了）
仪器：即对应的硬件，代替了之前人类（的感知），可以模拟实现人类的感知
所以，加起来，传感器的意思就是：
有个硬件，模拟人类（的感知），将外接某种信息，可以获得（供你后续使用）
用于采集获得外界温度的传感器，就叫：温度传感器；
用于采集获得外界水流速度的传感器，就叫：水流速度传感器；
其他的传感器，也都是类似的，基本都是，实现了对应的功能，叫做对应的某某传感器。
一些常见的传感器有：
压力传感器；
流量传感器；
湿度传感器；
重力传感器==即目前相对比较火的Gsensor==Gravity-sensor==能够感知到加速力的变化==你晃手机，手机突然掉了等情况，都可以检测到，你玩极品飞车时在车辆转弯时左右晃动手机，也都可以感受到
气体传感器==火警报警装置之一就有这个气体传感器==用于当发生火灾时，往往有浓烟，则气体传感器在检测到烟雾过量时导致立刻报警
等等等等。。。
数据：主要指的是上面的那些，传感器所获得的数据
采集：就是摘蘑菇，一点点摘到，一点点收集，把数据都收集到，供后续处理
节点：就是某个点，主要是在谈及传感器方面，往往用节点，表示对应的硬件的传感器所表示出来的逻辑概念
比如我开发板外接了一个温度传感器，一个压力传感器，
那么就是所谓的2个节点了，节点1是采集外界温度，节点2是采集外界大气压
常见的开发板，不管你是哪个CPU，往往都意味着：
你可以外接各种硬件模块，去实现你要的功能
设置开发板本身内部就集成了对应的硬件功能
换句话说：
你的STM32开发板，也许已经内置了某种传感器
如果没有内置，也可以外接
比如是温度传感器
嵌入式系统中实现数据采集的逻辑和大概过程
将STM32开发板，外接一个温度传感器
然后，再去写（嵌入式）软件，实现对应的数据采集
在你的开发板上的写对应的代码，实现该温度传感器的驱动，然后再写代码读取传感器采集处理的数据
1。关于如何外接传感器，如何硬件连线或焊电路板，则是你作为硬件开发（甚至是嵌入式开发）必备的基础知识，在此不详述
2.你的开发板上，往往，已经有了对应的某种操作系统，比如嵌入式Linux，
此时就是：你在该嵌入式Linux上面，实现对应的传感器的驱动
而实现传感器的驱动：
有可能是Linux系统中已经本身内置支持了某种型号的驱动-&你只需要编译Linux时，把对应驱动选上，去编译为静态或动态驱动模块后续再加载，即可；
否则就要你从头到尾，自己实现对应的该传感器的驱动了 -& 搞懂是属于什么类型的设备，再去写对应的该类型的设备的驱动，实现传感器的驱动；
3.实现完毕驱动后，再写Linux的应用程序，去读写对应的传感器的数据
即写Linux的app，操作对应的，你的传感器驱动所提供出来的某种接口，比如/dev/xxx，然后实现数据的读写，
最终实现对应的，将传感器所采集到的外接的温度，读取并显示出来
至此，才算一个，比较基本的，采集传感器数据，的例子。
中国的教育，把问题解释清楚的不多
搞得大家，尤其是初学者，包括即使是工作了一段时间的
对于很多事情的基本逻辑都不清楚；
哎，总之是和国外差距很大啊。。。
国外是：人家传感器都做了多少年了
国内是：对于传感器的概念，模糊了多少年了。。。
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基于FPGA的数据采集板设计与实现
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数据采集板作为雷达信号处理系统中的接收前端,必须面对越来越高的要求,为后续信号处理提供可靠的保证。将数据采集板独立设计提高了通用性,降低了系统的研制时间,因此成为雷达信号处理系统设计的发展趋势。采用ADC和FPGA设计了基于CPCI总线的数据采集板,实现了8路信号同时中频采样及处理,并已应用于雷达系统中。
数据采集板;ADC;FPGA;C
数据采集板作为雷达信号处理系统中的接收前端,必须面对越来越高的要求,为后续信号处理提供可靠的保证。将数据采集板独立设计提高了通用性,降低了系统的研制时间,因此成为雷达信号处理系统设计的发展趋势。采用ADC和FPGA设计了基于CPCI总线的数据采集板,实现了8路信号同时中频采样及处理,并已应用于雷达系统中。
数据采集板;ADC;FPGA;CPCI&&&
&The Design and Realization of the Data Sampling Board&
&Abstract:
With the development of modern radar,the data sampling board used as the receiver of a system of radar signal processing must face the increasingly high requirements,and guarantee the reliability of posterior signal processing.The data sampling board is designed specially,whICh improves the generality and shortens the time for design,so that it has become the development trend of signal processing system design.This paper adopts FPGA and ADC to design a data sampling board for signal processing based on the CPCI Bus,which aCComplishes eight channels of IF signal sampling and processing,and has been used in some radar systEMS.
&Keywords:ADC;FPGA;CPCI&&&
　随着先进雷达功能多样化、复杂化, 要求研制、装备周期越来越短, 有必要设计一种通用性强、功能强大的数据采集板, 以支持雷达技术发展的需要, 这无论是在硬件还是软件编程的实现方面, 都为其可通用性打下坚实的基础。在实现技术上, 近些年来, 一改以往传统的模拟处理方法, 多采用数字中频正交采样技术, 这种做法直接对模拟中频信号进行单路采样, 再以一定方法实现数字下变频, 得到所需的两路正交信号。由于两路信号是经数字处理得到的, 因此可以达到较高的精度,两路正交信号的幅度和相位一致性都较好。
文中所设计的系统正是基于上述几点应用而生的, 采用的核心器件是Analog Devices公司的A /D芯片和ALTEra 高端高密度、低功耗、低成本的FPGAStratix II, 设计了基于CPCI总线的数据采集板, 实现了单板8路信号的中频采样及数据的实时处理, 并在某雷达系统中进行了实际应用。
1　系统设计
所要设计的系统可以同时接收8 路中频模拟信号, 并在FPGA中同时对8路数字信号进行下变频处理, 得到所需要的检波信号, 然后送往后端继续进行处理。实际硬件设计实现中, 系统大致可分为模拟和数字两部分, 模拟部分实现中频采样, 核心器件采用的是AD6645ASQ; 数字部分实现数字下变频(DDC) ,通过FPGA (EP2S60)来实现。
模拟部分选用美国Analog Devices公司的模数转换芯片AD6645ASQ, 它是一个完整的14 位集成ADC, 功耗115 W, 芯片结构采用的是串/并行编码相结合的方法, 兼顾速度与成本, 其主要特性在于:中频采样最高能到200MHz; 输入时钟和模拟信号都采用差分电平格式, 降低了干扰; 器件信噪比高; 而且其工作温度范围(环境) : - 40～ + 85&C[ 7 ] , 能够满足一般雷达系统对环境温度要求 。数字部分选用的是Altera 公司采用112 V,90 nm, 9层金属走线、全铜SRAM工艺制造的中高端FGPA产品Stratix II系列的
图1　系统硬件总体架构
8路模拟信号经由50&O 匹配电路, 通过A /D直接对中频信号进行采样和幅度量化, 再由FPGA得到正交双通道数据的方法来实现正交相干检波, 处理后数据经并/串转换送往CPC I_J5 口供后端继续处理,处理时所需的控制信号同样由此接口输入; 各芯片工作所用的时钟信号由中间的时钟电路统一产生, 保证各时钟的相位基本一致。
2　数字正交采样在数据采集板上的系统实现
211　数据采集板中频采样的实现一个中频窄带信号可以表示为
30MHz的线性调频信号, 设计系统时M 值取为2,则时钟设计所定的fs = 40 MHz, 通过FPGA实测得到中频采样数据, 如图2所示。
图2　FPGA实测中频采样数据
2 12　数据采集板数字下变频的实现
对中频实信号进行采样后, 下一步是进行数字混频和滤波处理, 使信号变为零中频正交信号(零中频正交信号即是回波信号的复包络, 包含了回波的所有有用信息) , 即为数字下变频, 其作为雷达信号处理中的关键技术之一, 这里采用低通滤波法来实现, 低通滤波法包括正交插值、低通滤波和抽样3个部分。数字下变频的算法框图, 如图3所示。
图3　数字下变频算法框图
& 相比于传统的模拟处理方法, 本方法从根本上解决I, Q两路正交误差和幅度不平衡, 提高了镜频抑制比。
&& 其中混频, 即点乘的实现, 根据中频带通采样定理有
这是以{1, 0, - 1, 0}和{0, 1, 0, - 1}为周期循环的两个序列。当外部数据进来时根据不同时刻输出不同的数据, 主要包括原值、原值取反和0。其FPGA实现电路, 如图4所示。
图4　数字混频的FPGA实现电路
　　在整个正交相干检波过程中, 除了ADC的量化影响外, 整个正交检波系统的性能, 由低通滤波器的设计决定。由于镜频分量处于滤波器的阻带, 因而阻带衰减决定了镜频的抑制程度。文中采用的低通滤波器为24阶F IR滤波器, 其阻带衰减& 70 dB镜频分量得到了较好的抑制 。24阶FIR滤波器的频率特性, 如图5所示。
输入时宽带宽积为55的线性调频信号, 实测的I路与Q路波形, 如图6所示。
把实测数据导到Matlab进行分析, 得到镜频抑制比满足系统的要求, 如图7所示。
图7　系统实测数据, 低通滤波法频率归一化后的镜频抑制比数据采集板实物图, 如图8所示。
文中设计的基于CPCI总线的数据采集板, 8路信号同时采集并处理, 兼备强大的数据处理能力和高实时性。整个系统实现的是数字正交采样, 无论是中频采样, 还是数字下变频, 都有一定的通用性, 在以后类似的应用中, 无需重新设计, 只需通过资源分配和算法的再实现, 足以达到预期的效果, 保证可靠性的同时也大大的缩短了研制周期。
图8　数据采集板实物图
实时性。整个系统实现的是数字正交采样, 无论是中频采样, 还是数字下变频, 都有一定的通用性, 在以后类似的应用中, 无需重新设计, 只需通过资源分配和算法的再实现, 足以达到预期的效果, 保证可靠性的同时也大大的缩短了研制周期。
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数据采集卡，是一种可以将测单元内的电量或者非电量的信号自动采集出来，并发送到上位机中进行分析、处理的计算机扩展卡，其可以通过USB、PCI、PXI等主要形式的接口和以太网、无线网络等多种总线接入计算机之中，已达到对计算机进行扩展的目的。目前，数据采集卡被突出应用在安检的X光机与雷达图像信号中。目前，数据采集卡一般分为三种，即量输入板卡、开关量输出板卡以及开关量输入/输出二合一卡。在销售市场中，有着众多品牌的数据采集卡，其产品质量与品质各不相同，售后服务也是有所区别。那么，那些品牌的数据采集卡是质量比较好的呢?下面，小编就为朋友们简单推荐几个比较好的数据采集卡品牌吧。推荐品牌一：中泰牌数据采集卡中泰牌数据采集卡是由北京中泰研创科技有限公司生产制造的，该公司是一家专业生产工业自动化产品与代理加工各类工控产品的高技企业。中泰牌数据采集卡就是该公司的生产的主要产品之一，该品牌的数据采集卡主要以USB接口的数据采集卡为主，支持各类网络总线接口。并且中泰牌数据采集卡是在ARM嵌入式系统的基础上开发研制出来的，可以将采集卡所采集的数据存储至便于拆卸与安装的SD卡中。另外，中泰牌数据采集卡还以产品质量可靠，技术指导人员耐心而在行业内备受好评。推荐品牌二：集智达牌数据采集卡集智达牌数据采集卡是由北京集智达智能科技有限责任公司生产制造的，该公司是我国国内专业的数据采集卡的生产商，其在数据采集卡的研发、生产、销售以及售后服务领域均能够排在行业前列。集智达牌PCI数据采集卡以其使用简单、集成轻松、采集快速并且产品质量一流而被行业内普遍评价为是性价比最高的PCI数据采集卡。另外集智达牌的USB、PXI以及网络等其他接口的采集卡也是质量比较可靠的。数据采集卡的出现，可以说极大的方便了工业生产中数据输出与输入工作。而一个质量可靠的数据采集卡更是可以为企业与社会做出巨大贡献。所以说，购买数据采集卡一定要购买质量和服务有保障品牌。
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