数据采集与处理技术的概念
　　1.1 数据采集系统的基本功能
　　“数据采集”是指将温度、压力、流量、位移等模拟量采集转换成数字量后，再由计算机进行存储、处理、显示或打印的过程。相应的系统称为数据采集系统。
　　从严格意义上说，数据采集系统应该是用计算机控制的多路数据自动检测或巡回检测，并且能够对数据实行存储、处理、分析计算，以及从检测的数据中提取可用的信息，供显示、记录、打印或描绘的系统。总之，不论在哪个应用领域中，数据的采集与处理越及时，工作效率就越高，取得的经济效益就越大。
　　数据采集系统的任务，具体地说，就是传感器从被测对象获取有用信息，并将其输出信号转换为计算机能识别的数字信号，然后送入计算机进行相应的处理，得出所需的数据。同时，将计算得到的数据进行显示、储存或打印，以便实现对某些物理量的监视，其中一部分数据还将被生产过程中的计算机控制系统用来进行某些物理量的控制。
　　数据采集系统一般由数据输入通道、数据存储与管理、数据处理、数据输出及显示这五个部分组成。输入通道要实现对被测对象的检测、采样和信号转换等工作。数据存储与管理要用存储器把采集到的数据存储起来，建立相应的数据库，并进行管理和调用。数据处理就是从采集到的原始数据中，删除干扰噪声、无关信息和不必要的信息，提取出反映被测对象特征的重要信息。另外，就是对数据进行统计分析，以便于检索；或者把数据恢复成原来的物理量形式，以可输出的形态在输出设备上输出，如打印、显示、绘图等。数据输出及显示就是把数据以适当的形式进行输出和显示。
　　数据采集系统性能的好坏，主要取决于它的精度和速度。在保证精度的条件下，应有尽可能高的采样速度，以满足实时采集、实时处理和实时控制的要求，由数据采集系统的任务可知，数据采集系统具有以下几方面的功能。
　　1.数据采集
　　计算机按照预先选定的采样周期，对输入到系统的模拟信号进行采样，有时还要对数字信号、开关信号进行采样。数字信号和开关信号不受采样周期的限制，当这类信号到来时，由相应的程序负责处理。
1 引言
 射频识别技术RFID(Radio Frequency Identification)作为一种高速发展的自动识别技术具有诸多优点：数据读取方便快捷、识别速度快、可同时识别多目标、数据容量大、使用寿命长、应用范围广、标签数据可动态修改等。因此其推广应用越来越广泛。但目前实际应用中的读写器大多只适合单机工作，不适合组网，不便于集中控制，不能应用到多点高密度数据采集场合。基于RS485标准利用超高频RFID读写器构建数据采集网络，遵循IS018000－6B协议的电子标签中的数据，很好解决了多点高密度数据采集的难题。网络节点数目可以根据具体应用场合灵活设置，最多可以拓展至256个数据采集节点。节点终端设备还配置有USB接口、LCD显示、声光提示、时钟模块等，也可以脱机使用，作为通用的RFID读写器，读、写标签、记录操作时间等。
2 整体方案设计
 该系统借鉴计算机网络中经典的C／S架构，利用RS485总线连接整个网络。其中计算机作为网络服务器，节点终端设备作为客户机。计算机向各节点终端设备发送命令控制整个网络，接收采集到的数据并做进一步处理；节点终端设备主要负责采集标签数据，响应计算机的命令。系统选用的RS485器件MAX1483使网络节点数最大可达到256个。系统方案框图如图1所示。
3 硬件电路设计
 系统设计的重点在于节点终端设备的设计，即超高频RFID读写器的设计。读写器的主要功能是发出询问信号，选择能量场内的应答器，建立数据通信链路并对应答器进行读写操作。超高频RFID读写器的数据采集距离较远，可达到1～30 m，通过软件设置射频收发模块增益大小来控制读写距离，灵活地满足实际要求。读写器硬件按照不同的功能可划分为主控模块、射频收发模块、电源模块、数据存储模块、接口部分、时钟模块、LCD显示模块、声光提示模块及调试电路等，具体如图2所示。
    (1)主控模块选用混合信号系统级器件C8051F340作为节点终端设备的主控器件，负责控制、协调各功能模块，实现数据采集和命令响应。利用器件的双串口分别控制射频收发模块和RS485接口器件MAX1483；自带的USB功能控制器构成USB接口；通过I／O端口模拟I2C时序控制数据存储器件AT24C16；通过I／O端口控制时钟DS1302；LCD通过端口并行传输显示数据，外加其他I／O端口作为辅助控制：由I／O端口控制LED和蜂鸣器构成声光提示模块。
(2)射频收发模块选用RMU900超高频读写模块。该模块通过天线解调、解码射频标签发射的信号，把数据发送给主控器件实现数据的采集，或将命令和数据编码、调制后经天线发送给标签，实现对标签的写操作。数据的传输通过与C8051F340的串口O相连的TX0和RX0实现。图3为主控模板和射频收发模块原理图。
(3)电源模块 射频模块的功率较大。因此对于电源的要求较高，要求输出大功率并且整个系统用到5 V和3．3 V两种不同电源。所以选择LT1085作为电源转换器件。该器件可将5 V电压转换成3．3 V，最大输出电流可达2 A。完全满足射频模块和系统其他部分对电源的需要。
(4)数据储存模块存储节点设备采集到的数据，待接收到计算机的发送数据命令后再将数据转发到计算机。I2C接口的AT24C16容量为16 Kbit，可存储2 K字节的数据。通过主控器件I／O端口模拟I2C时序，实现数据的读和写。
(5)接口部分RS485接口采用MAX1483器件。最多可驱动256个节点，通过RJ11接口实现与总线的连接：USB接口使用主控器件自带的USB控制器，具有很高的可靠性。图4是电源模块、数据存储模块、接口部分的原理图。
(6)其他模块1602单色液晶显示屏，可显示采集到的数据和操作时间或实时时间。显示数据的传输采用并行传输的方式，加快了屏幕的刷新频率。声光提示模块提示操作完成情况。主要通过主控器件的I／O端口控制LED闪烁和蜂鸣器的鸣笛。时钟模块显示数据采集的时间或实时时间。除板载电源外还设计有备用的纽扣电池，使掉电时时钟不丢失。调试电路实现在线编程，向主控器件C8051F340烧写程序，监测变量值的变化情况，调试程序，辅助完成软件的编写。图5、图6为上述模块的原理电路图。
4 软件设计
 系统的软件设计包括上位机软件和下位机软件两部分。上位机软件部分主要针对计算机平台，采用C++语言编写．控制节点终端设备和接收节点终端设备发送的数据，然后做进一步处理。考虑到网络的规模最大为256节点，上位机采用轮询方式控制各个节点终端设备，维持整个网络正常运行。控制节点终端设备的命令主要有：(1)发送数据命令：下位机接收到该命令的响应是发送采集到的数据，即缓存在数据存储模块中的数据；(2)写标签命令：下位机接收到该命令的响应是向感应区内的标签写入新的数据；(3)时间设置命令：下位机的响应是根据参数更新DS1302的数据；(4)设置功率命令：设置射频收发模块的发射功率以调节读写标签的距离；(5)写分机号命令：该命令为单机命令，可为每个节点终端设备写入一个唯一的分机号，以便区别不同的终端设备。下位机软件设计主要针对单片机平台，采用C语言编写，主要是各功能模块的驱动程序，如射频模块的控制、数据存储模块的数据读写、时钟模块的输出、LCD显示模块的数据显示程序、USB接口的驱动程序等。数据采集图7为下位机软件流程图。