發(fā)布時間：2023-04-14 16:56:10
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的數(shù)據(jù)采集論文樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
系統(tǒng)框架設計
林業(yè)資源監(jiān)管通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用C#語言、ArcEngine和開普互聯(lián)智能表臺進行設計開發(fā)。系統(tǒng)分為B/S架構的Web配置系統(tǒng)和C/S架構的桌面系統(tǒng)兩部分，如圖1所示。這種設計方式基于:1)B/S架構已成為林業(yè)業(yè)務系統(tǒng)的主流架構，借助配置系統(tǒng)以便將通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與業(yè)務系統(tǒng)進行集成;2)使桌面系統(tǒng)可以專注于數(shù)據(jù)采集，實現(xiàn)與業(yè)務流程、功能的松散耦合。Web配置系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)交換以及桌面系統(tǒng)的配置管理功能模塊，支持本地和遠程配置方式。數(shù)據(jù)交換通過將事先制作完成的支撐數(shù)據(jù)提供給桌面系統(tǒng)，作為各業(yè)務數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)運行的基礎，并將采集完成的數(shù)據(jù)返回數(shù)據(jù)庫，提供給其他業(yè)務系統(tǒng)使用。配置管理支持對采集數(shù)據(jù)、支撐數(shù)據(jù)以及桌面系統(tǒng)功能界面的配置，并將配置結果保存在XML配置文件中，作為桌面業(yè)務系統(tǒng)運行的基礎。通過配置系統(tǒng)為桌面系統(tǒng)提供支撐數(shù)據(jù)并進行相關配置，就可以為不同業(yè)務定制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。桌面系統(tǒng)包括通用功能元件、業(yè)務系統(tǒng)配置、動態(tài)數(shù)據(jù)的管理以及界面的生成4個功能模塊。通用功能元件包含數(shù)據(jù)采集的一般功能。業(yè)務系統(tǒng)配置提供配置內容的讀寫功能。動態(tài)數(shù)據(jù)管理根據(jù)配置實現(xiàn)對不同業(yè)務支撐數(shù)據(jù)的訪問、更新以及采集數(shù)據(jù)的導出。界面生成根據(jù)配置信息生成特定于業(yè)務的系統(tǒng)界面。桌面系統(tǒng)框架采用變種MVC模式(模型--視圖--控制器)，該模式采用數(shù)據(jù)驅動設計［9］，使得視圖、控制器和模型可以隨業(yè)務而變。在數(shù)據(jù)層，空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)分表存儲，空間數(shù)據(jù)表只存儲與業(yè)務無關的圖形信息，從而能以統(tǒng)一的形式訪問、處理及顯示空間數(shù)據(jù)，不受業(yè)務變化的影響。而與業(yè)務緊密相關的屬性數(shù)據(jù)單獨存儲在屬性表中，并將與屬性數(shù)據(jù)相關的視圖、控制器及模型的變化存儲在用開普互聯(lián)智能表臺制作的表單文件、數(shù)據(jù)映射文件中，系統(tǒng)在運行時就可以基于表單文件、數(shù)據(jù)映射文件及配置文件動態(tài)地構建視圖、控制器及模型，從而將業(yè)務數(shù)據(jù)的變化隔離在源代碼之外，使源代碼高度內聚，不會變異。由于兩類數(shù)據(jù)的處理方式不同，數(shù)據(jù)間的完整性通過邏輯校驗來保證。
關鍵技術及實現(xiàn)
林業(yè)資源監(jiān)管通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用的關鍵技術包括智能配置、界面自動生成和動態(tài)數(shù)據(jù)管理技術。
1智能配置技術
智能配置技術是指將與業(yè)務相關的變化信息存儲在配置文件中，系統(tǒng)在運行時讀取配置文件，根據(jù)其中的信息實現(xiàn)對不同業(yè)務數(shù)據(jù)采集功能的定制。當業(yè)務數(shù)據(jù)采集需求發(fā)生變化時，僅需通過改變配置信息就能滿足需求，這樣既增加了系統(tǒng)的靈活性，又能保持系統(tǒng)的穩(wěn)定。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過配置系統(tǒng)實現(xiàn)智能配置，主要包括系統(tǒng)配置、采集數(shù)據(jù)配置兩方面。（1）系統(tǒng)配置。系統(tǒng)配置包括支撐數(shù)據(jù)、用戶功能界面配置兩部分。支撐數(shù)據(jù)的配置內容包括數(shù)據(jù)版本號，采集人員的賬戶信息及該賬戶關聯(lián)的業(yè)務名列表，支撐數(shù)據(jù)中各數(shù)據(jù)名稱、類型、對數(shù)據(jù)操作的命令和命令狀態(tài)列表。版本號為自然數(shù)值，作為數(shù)據(jù)是否需要更新的依據(jù);業(yè)務名列表的形式為“Reforestation/造林，Harvesting/采伐”，前面是業(yè)務系統(tǒng)的英文名，后面是對應的中文名，之間用反斜杠隔開，指明賬號可以使用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng);數(shù)據(jù)名稱為數(shù)據(jù)文件的名稱，類型包括數(shù)據(jù)庫、表和普通文件。命令指明了如何處理數(shù)據(jù)，包括覆蓋、更新、添加、刪除4種。命令狀態(tài)包括已執(zhí)行或未執(zhí)行，決定系統(tǒng)是否執(zhí)行命令。用戶功能界面配置內容包括功能元件、邏輯驗證規(guī)則和表單配置。功能元件和邏輯驗證規(guī)則的配置目標可以是單個圖層或整個系統(tǒng)。功能元件的狀態(tài)包括可見、隱藏、可用與禁用，當不需要使用某項功能時，根據(jù)功能元件的名稱將其狀態(tài)設置為隱藏或禁用即可。邏輯驗證規(guī)則的配置內容包括SQL語句及其描述，通過執(zhí)行SQL語句進行驗證;SQL語句的執(zhí)行方式不隨業(yè)務變化，規(guī)則的描述為界面上呈現(xiàn)給用戶的信息，如地類檢查。表單的配置目標是圖層，包括圖層名、表單文件名及其描述，通過將圖層名和表單文件名配對存儲，就能根據(jù)圖層找到對應的表單進行屬性數(shù)據(jù)的錄入，描述為用戶界面上呈現(xiàn)給用戶的信息，如造林模式表。（2）數(shù)據(jù)配置。采集數(shù)據(jù)的配置包括需要導出的數(shù)據(jù)版本號、表名稱、數(shù)據(jù)記錄主鍵序列以及其他數(shù)據(jù)文件的名稱。數(shù)據(jù)版本是自然數(shù)值，作為外界是否需要下載該數(shù)據(jù)的依據(jù)。系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)名稱和主鍵序列導出數(shù)據(jù)。
2功能界面自動生成
功能界面自動生成以功能元件為基礎，通過建立配置文件完成用戶界面的按需定制。（1）系統(tǒng)功能元件。系統(tǒng)是功能元件的集合，功能元件可能是單個功能或一類功能，如圖形創(chuàng)建是單個功能，圖形編輯是一類功能，在界面上表現(xiàn)為單個控件。本文使用功能元件名稱、控件名稱、功能狀態(tài)及功能描述來表達功能元件。對于用戶而言，只需配置功能名稱及狀態(tài)來控制功能界面。系統(tǒng)功能元件信息存儲在XML文檔中，該文檔需要按照模板文件制作，配置系統(tǒng)解析該XML文檔，并在界面上列舉出功能元件列表供用戶配置。（2）界面生成算法。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中涉及界面變化的模塊主要包括:1)空間編輯和拓撲校驗界面。該界面因功能是否需要使用而變化。2)屬性編輯界面。該界面隨數(shù)據(jù)內容和結構而變化。3)邏輯校驗界面。該界面隨校驗規(guī)則內容而變化。界面自動生成以功能元件及系統(tǒng)配置文件為基礎，通過解析配置文件動態(tài)生成用戶界面，生成流程如圖2所示。3個界面的生成算法各有不同?？臻g編輯和拓撲校驗界面的生成是根據(jù)配置對WindowsForm控件的可見性和可用性進行控制來實現(xiàn)的;屬性編輯界面的生成是通過加載開普互聯(lián)智能表單文件到WindowsForm窗體中來實現(xiàn)的，開普互聯(lián)智能表單界面如圖3所示;邏輯校驗界面的生成是通過加載驗證規(guī)則到WindowsForm窗體中的列表控件中來實現(xiàn)的。
3動態(tài)數(shù)據(jù)庫管理
動態(tài)數(shù)據(jù)庫是結構和數(shù)據(jù)都可以隨需要而變化的數(shù)據(jù)庫［10--11］，在本文中是指整個數(shù)據(jù)庫的改變。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以單一業(yè)務配置為基礎，每個采集人員配備獨立的設備和采集系統(tǒng)，但在人力和設備資源有限的情況下，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需要支持多個業(yè)務的數(shù)據(jù)采集或多個采集人員共用一套設備和系統(tǒng)。系統(tǒng)需要根據(jù)業(yè)務、人員職責調用不同的支撐數(shù)據(jù)。解決方案為:建立以采集人員賬號名和業(yè)務名組合命名的文件夾，通過配置系統(tǒng)將不同的支撐數(shù)據(jù)放到對應的文件夾內。當用戶登錄系統(tǒng)時，系統(tǒng)依據(jù)賬號列出可操作業(yè)務，采集人員從中選擇業(yè)務名稱，系統(tǒng)就可以將正確的支撐數(shù)據(jù)供給用戶使用。
4數(shù)據(jù)交換
數(shù)據(jù)交換包括支撐數(shù)據(jù)的上傳及采集數(shù)據(jù)的下載，使用配置系統(tǒng)完成，交換的數(shù)據(jù)放在該系統(tǒng)目錄下。支撐數(shù)據(jù)的上傳有2種情況:1)采集系統(tǒng)的定制。將所有支撐數(shù)據(jù)以添加命令上傳，桌面系統(tǒng)運行時會判斷是否存在數(shù)據(jù)，如果不存在數(shù)據(jù)，就會從配置系統(tǒng)目錄拷貝數(shù)據(jù)到本系統(tǒng)目錄，結合這些數(shù)據(jù)形成特定于業(yè)務的采集系統(tǒng)。2)部分支撐數(shù)據(jù)的變更。將部分支撐數(shù)據(jù)以添加、刪除、更新3種命令之一上傳，桌面系統(tǒng)運行時檢查配置系統(tǒng)目錄下的數(shù)據(jù)版本號，如果版本號小于配置系統(tǒng)目錄下數(shù)據(jù)版本號，就按照配置的命令進行更改。數(shù)據(jù)采集完成并通過校驗后，由桌面系統(tǒng)將數(shù)據(jù)導出并壓縮，然后拷貝到配置系統(tǒng)目錄。每導出一次數(shù)據(jù)都會累加版本號，系統(tǒng)用戶根據(jù)版本號下載最新的采集數(shù)據(jù)。
信號調理電路根據(jù)功能分為輸入保護電路、抗混疊低通濾波電路、衰減電路、增益電路和電壓抬升電路。(1)輸入電壓幅值最高在24V，為防止輸入電壓超出可測范圍，在輸入端采用兩個24V的穩(wěn)壓管支路進行電壓鉗位保護，并且分別在兩個支路串聯(lián)不同顏色的發(fā)光二極管以顯示正反向超壓。(2)為了消除高頻噪聲信號和被測信號中的高頻成分對信號采集的混疊效應，設計了二階低通抗混疊濾波電路。為保證較好的抗混疊效果和測量帶寬，設定濾波器的截止頻率為300kHz。濾波電路形式固定如圖2所示，其頻域傳遞函數(shù)為。由式可得濾波器的截止頻率fp≈0．64f0，fp=300kHz，得RC=3．4×10－7s。通過multisim仿真比較確定參數(shù)值。抗混疊低通濾波電路如圖2所示。(3)LM3S9B96的ADC的輸入電壓范圍是0V～3V，要實現(xiàn)采集0V～±24V的輸入信號需要對信號進行衰減處理，衰減網(wǎng)絡采用兆歐級精密電阻組成，其中固定電阻設定為1MΩ。這里選擇8，4，2，1四級衰減，后期處理的數(shù)據(jù)可以通過移位操作進行數(shù)據(jù)還原。電路實現(xiàn)選用OMRON公司G5V－1小信號繼電器作為開關控制，根據(jù)上位機傳輸?shù)拿顏磉x擇合適的電阻支路。具體的數(shù)值對應關系如表1所示。(4)為滿足采集小信號的需求，采用TI公司的增益可編程儀表放大器PGA205。PGA205具有四級數(shù)控增益，數(shù)控端直接連接到微控制器的I/O引腳［5］。輸入幅值、放大倍數(shù)和數(shù)控端的對應關系同上述衰減電路類似，這里不列表贅述。增益電路如圖3所示，PC4、PC5為數(shù)控端。(5)信號經(jīng)過衰減和放大電路的調理后電壓范圍為0V～±3V電壓信號將信號調理至0V～6V范圍，再經(jīng)過比例運算電路做1/2分壓處理。運放選擇TL052，是由TI公司生產(chǎn)的低失調加強型的JFET運算放大器，相對于TL07和TL08系列具有更快的轉換速度。
2電源供電系統(tǒng)
本文中需要三級電源供電:3．3V，5V，±10V。5V電壓通過SPX1117－3．3V穩(wěn)壓芯片轉變?yōu)?．3V為系統(tǒng)供電，±10V要是給可編程放大器PGA205和運放TL052供電，該電壓需要5V電壓經(jīng)過Boost升壓電路得到，設計選用TPS61040開關電源芯片，其為低功耗的DC/DCBoost轉換芯片，內部集成開關管，開關頻率可達1MHz，輸出電壓紋波低［6］。雙電源供電電路如圖4所示。
3系統(tǒng)軟件設計
本文軟件設計任務主要是LM3S9B96芯片的初始化和內部各模塊之間的邏輯控制，包括根據(jù)上位機的指令來設定調理電路。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總的軟件任務框圖如圖5所示。信號調理任務負責根據(jù)上位機發(fā)出的指令完成調理電路的設定;采樣任務實現(xiàn)對模擬信號的采集;數(shù)據(jù)轉移存儲任務負責將數(shù)據(jù)從ADC轉移到內存，再轉移到USB緩存。數(shù)據(jù)轉移任務利用DMA來實現(xiàn)，DMA的工作模式分為基本模式、乒乓模式和外設散聚模式，為了ADC采集不丟失數(shù)據(jù)，本文采用了乒乓模式，在程序設計時創(chuàng)建主數(shù)據(jù)結構體和副數(shù)據(jù)結構體交替接收數(shù)據(jù)，高效的完成數(shù)據(jù)轉移任務;數(shù)據(jù)傳輸任務負責將數(shù)據(jù)從微控制器通過USB總線傳輸?shù)缴衔粰C。USB總線標準是在1994年由英特爾、康柏、IBM、Microsoft等多家公司聯(lián)合提出，包含了四種基本數(shù)據(jù)傳輸類型:控制傳輸、批量傳輸、中斷傳輸和等時傳輸，本文需要向上位機傳輸大量數(shù)據(jù)，選擇批量傳輸模式(BULK)傳輸數(shù)據(jù)［7］。基于LM3S系列芯片，TI公司提供了多層次十分豐富靈活的USB驅動庫，簡化軟件的實現(xiàn)。
4上位機軟件設計
NIVISA(VirtualInstrumentSoftwareArchitecture)是NI公司開發(fā)的一種用來與各種儀器總線進行通信的高級應用編程接口，VISA總線I/O軟件是一個綜合軟件包，不受平臺、總線和環(huán)境的限制。VISA是NI公司隨LabVIEW配套提供的，從3．0版本開始支持USB通訊，根據(jù)是否符合USB測試和測量協(xié)議，VISA分為兩種VISA類函數(shù)，可以控制兩類USB設備:USBINSTR設備和USBRAW設備。這里使用USBRAW設備。利用VISA驅動程序開發(fā)向導產(chǎn)生INF文件用來通知Window系統(tǒng)將NI－VISA用作USB設備的默認驅動，完成之后才可以正常和下位機通訊。USBRAW類設備的讀寫時序為(1)ViOpen打開VISA設備;(2)ViProperty設定VISA設備的屬性節(jié)點參數(shù)(指令端點和傳輸方式);(3)ViRead讀寫USBRAW(發(fā)送命令和設定字數(shù));(4)ViClose關閉VISA(釋放VISA設備所占資源)。上位機程序總體分為指令接受程序，數(shù)據(jù)接受程序、數(shù)據(jù)處理程序和波形顯示程序。數(shù)據(jù)處理程序框圖如圖6所示。
5系統(tǒng)測試與結果
為了測試系統(tǒng)的可靠性，本文使用數(shù)字合成信號發(fā)生器DF1405模擬傳感器輸出信號作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的測試信號。經(jīng)測試，設計系統(tǒng)完整實現(xiàn)了設計要求。5V10kHz正弦波測試結果如圖7所示，通過點擊Save控件可以完成數(shù)據(jù)的存儲。
6結束語
關鍵詞：USBRS485數(shù)據(jù)采集
在工業(yè)生產(chǎn)和科學技術研究的各行業(yè)中，常常利用PC或工控機對各種數(shù)據(jù)進行采集。這其中有很多地方需要對各種數(shù)據(jù)進行采集，如液位、溫度、壓力、頻率等?，F(xiàn)在常用的采集方式是通過數(shù)據(jù)采集板卡，常用的有A/D卡以及422、485等總線板卡。采用板卡不僅安裝麻煩、易受機箱內環(huán)境的干擾，而且由于受計算機插槽數(shù)量和地址、中斷資源的限制，不可能掛接很多設備。而通用串行總線（UniversalAerialBus，簡稱USB）的出現(xiàn)，很好地解決了以上這些沖突，很容易就能實現(xiàn)低成本、高可靠性、多點的數(shù)據(jù)采集。
1USB簡介
USB是一些PC大廠商，如Microsoft、Intel等為了解決日益增加的PC外設與有限的主板插槽和端口之間的矛盾而制定的一種串行通信的標準，自1995年在Comdex上亮相以來至今已廣泛地為各PC廠家所支持。現(xiàn)在生產(chǎn)的PC幾乎都配備了USB接口，Microsft的Windows98、NT以及MacOS、Linux、FreeBSD等流行操作系統(tǒng)都增加了對USB的支持。
1.1USB系統(tǒng)的構成
USB系統(tǒng)主要由主控制器(HostController)、USBHub和USB外設(PeripheralsNode)組成系統(tǒng)拓撲結構，如圖1所示。
1.2USB的主要優(yōu)點
·速度快。USB有高速和低速兩種方式，主模式為高速模式，速率為12Mbps，另外為了適應一些不需要很大吞吐量和很高實時性的設備，如鼠標等，USB還提供低速方式，速率為1.5Mb/s。
·設備安裝和配置容易。安裝USB設備不必再打開機箱，加減已安裝過的設備完全不用關閉計算機。所有USB設備支持熱拔插，系統(tǒng)對其進行自動配置，徹底拋棄了過去的跳線和撥碼開關設置。
·易于擴展。通過使用Hub擴展可撥接多達127個外設。標準USB電纜長度為3m（5m低速）。通過Hub或中繼器可以使外設距離達到30m。
·能夠采用總線供電。USB總線提供最大達5V電壓、500mA電流。
·使用靈活。USB共有4種傳輸模式：控制傳輸(control)、同步傳輸(Synchronization)、中斷傳輸(interrupt)、批量傳輸(bulk)，以適應不同設備的需要。
2采用USB傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采集設備
2.1硬件組成
一個實用的USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括A/D轉換器、微控制器以及USB通信接口。為了擴展其用途，還可以加上多路模擬開關和數(shù)字I/O端口。
系統(tǒng)的A/D、數(shù)字I/O的設計可沿用傳統(tǒng)的設計方法，根據(jù)采集的精度、速率、通道數(shù)等諸元素選擇合適的芯片，設計時應充分注意抗干擾的性能，尤其對A/D采集更是如此。
在微控制器和USB接口的選擇上有兩種方式，一種是采用普通單片機加上專用的USB通信芯片?，F(xiàn)在的專用芯片中較流行的有NationalSemiconductor公司的USBN9602、ScanLogic公司的SL11等。筆者曾經(jīng)采用Atmel公司的89c51單片機和USBN9602芯片構成系統(tǒng)，取得了良好的效果。這種方案的設計和調試比較麻煩，成本相對而言也比較高。
另一種方案是采用具備USB通信功能的單片機。隨著USB應用的日益廣泛，Intel、SGS-Tomson、Cypress、Philips等芯片廠商都推出了具備USB通信接口的單片機。這些單片機處理能力強，有的本身就具備多路A/D，構成系統(tǒng)的電路簡單，調試方便，電磁兼容性好，因此采用具備USB接口的單片機是構成USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)較好的方案。不過，由于具備了USB接口，這些芯片與過去的開發(fā)系統(tǒng)通常是不兼容的，需要購買新的開發(fā)系統(tǒng)，投資較高。
USB的一大優(yōu)點是可以提供電源。在數(shù)據(jù)采集設備中耗電量通常不大，因此可以設計成采用總線供電的設備。2.2軟件構成
Windows98提供了多種USB設備的驅動程序，但好象還沒有一種是專門針對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的，所以必須針對特定的設備來編制驅動程序。盡管系統(tǒng)已經(jīng)提供了很多標準接口函數(shù)，但編制驅動程序仍然是USB開發(fā)中最困難的一件事情，通常采用WindowsDDK來實現(xiàn)。目前有許多第三方軟件廠商提供了各種各樣的生成工具，象Compuware的driverworks,BlueWaters的DriverWizard等，它們能夠很容易地在幾分鐘之內生成高質量的USB的驅動程序。
設備中單片機程序的編制也同樣困難，而且沒有任何一家廠商提供了自動生成的工具。編制一個穩(wěn)定、完善的單片機程序直接關系到設備性能，必須給予充分的重視。
以上兩個程序是開發(fā)者所關心的，用戶不大關心。用戶關心的是如何高效地通過鼠標來操作設備，如何處理和分析采集進來的大量數(shù)據(jù)，因此還必須有高質量的用戶軟件。用戶軟件必須有友好的界面，強大的數(shù)據(jù)分析和處理能力以及為用戶提供進行再開發(fā)的接口。
3實現(xiàn)USB遠距離采集數(shù)據(jù)傳輸
傳輸距離是限制USB在工業(yè)現(xiàn)場應用的一個障礙，即使增加了中繼或Hub，USB傳輸距離通常也不超過幾十米，這對工業(yè)現(xiàn)場而言顯然是太短了。
現(xiàn)在工業(yè)現(xiàn)場有大量采用RS－485傳輸數(shù)據(jù)的采集設備。RS－485有其固有的優(yōu)點，即它的傳輸距離可以達到1200米以上，并且可以掛接多個設備。其不足之處在于傳輸速度慢，采用總線方式，設備之間相互影響，可靠性差，需要板卡的支持，成本高，安裝麻煩等。RS－485的這些缺點恰好能被USB所彌補，而USB傳輸距離的限制恰好又是RS－485的優(yōu)勢所在。如果能將兩者結合起來，優(yōu)勢互補，就能夠產(chǎn)生一種快速、可靠、低成本的遠距離數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
這種系統(tǒng)的基本思想是：在采集現(xiàn)場，將傳感器采集到的模擬量數(shù)字化以后，利用RS－485協(xié)議將數(shù)據(jù)上傳。在PC端有一個雙向RS－485～USB的轉換接口，利用這個轉接口接收485的數(shù)據(jù)并通過USB接口傳輸至PC機進行分析處理。而主機向設備發(fā)送數(shù)據(jù)的過程正好相反：主機向USB口發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通過485～USB轉換口轉換為485協(xié)議向遠端輸送，如圖3所示。
在圖3的方案中，關鍵設備是485～USB轉換器。這樣的設備在國內外都已經(jīng)面市。筆者也曾經(jīng)用NationalSemiconductor公司的USBN9602+89c51+MAX485實現(xiàn)過這一功能，在實際應用中取得了良好的效果。
需要特別說明的是，在485～USB轉換器中，485接口的功能和通常采用485卡的接口性能（速率、驅動能力等）完全一樣，也就是說，一個485～USB轉換器就能夠完全取代一塊485卡，成本要低許多，同時具有安裝方便、不受插槽數(shù)限制、不用外接電源等優(yōu)點，為工業(yè)和科研數(shù)據(jù)采集提供了一條方便、廉價、有效的途徑。
4綜合式采集數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的實現(xiàn)
現(xiàn)在的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常有分布式和總線兩種。采用USB接口易于實現(xiàn)分布式，而485接口則易于實現(xiàn)總線式，如果將這兩者結合起來，則能夠實現(xiàn)一種綜合式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。實現(xiàn)方法是：仍然利用上面提到過的USB～485轉換器實現(xiàn)兩種協(xié)議的轉換。由于USB的數(shù)據(jù)傳輸速率大大高于485，因此在每條485總線上仍然可以掛接多個設備，形成了圖4所示的結構，其中D代表一個設備。
這種傳輸系統(tǒng)適用于一些由多個空間上相對分散的工作點，而每個工作點又有多個數(shù)據(jù)需要進行采集和傳輸?shù)膱龊?，例如大型糧庫，每個糧倉在空間上相對分散，而每個糧倉又需要采集溫度、濕度、二氧化碳濃度等一系列數(shù)據(jù)。在這樣的情況下，每一個糧倉可以分配一條485總線，將溫度、濕度、二氧化碳濃度等量的采集設備都掛接到485總線上，然后每個糧倉再通過485總線傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，并轉換為USB協(xié)議傳輸?shù)絇C機，多個糧倉的傳輸數(shù)據(jù)在轉換為USB協(xié)議后可以通過Hub連接到一臺PC機上。由于糧倉的各種數(shù)據(jù)監(jiān)測實時性要求不是很高，因此采用這種方法可以用一臺PC機完成對一個大型糧庫的所有監(jiān)測工作。
5前景展望
關鍵詞：超低功耗MSP430數(shù)據(jù)采集USB接口設計
引言
實現(xiàn)系統(tǒng)運行的最小功耗是現(xiàn)代電子系統(tǒng)的普通取向，也是綠色電子的基本要求。采有最小功耗設計方法既能減少電子設備的使用功耗，又能減少備用狀態(tài)下的功率消耗。在節(jié)省能源的同時還有利于減少電磁污染，有利于電子系統(tǒng)向便攜式方向發(fā)展，有助于提高系統(tǒng)的可靠性。
現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和科學研究對數(shù)據(jù)采集的要求日益提高。在許多場合要求數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)向便攜化方向發(fā)展，要求系統(tǒng)具有體積小、功耗低、傳輸速率快、使用方便靈活等特點。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，如何節(jié)省電能以使系統(tǒng)工作時間更長，如何通信才能使系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速度更快，已經(jīng)成為系統(tǒng)開發(fā)過程中必須加以考慮的主要內容。
微控制器MSP430的超低功耗技術在眾多單片機中獨樹一幟，同時它具有集成高度等特點，因此，選用該控制器作為系統(tǒng)的主控制器，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和Flash存儲等功能。此外，USB端口與以往的普通端口（串口與并口）相比具有傳輸速度快、功耗低、支持即插即用、維護方便等優(yōu)點；因此在通信設計時，結合UART轉USB芯片CP2101以實現(xiàn)USB接口通信。上述設計既利用了MSP430的超低功耗特性，又利用了CP2101設計USB接口的簡便性，設計得到的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以實現(xiàn)便攜化、低功耗、使用方便等目標。
1MSP430數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的USB接口設計
1．1采信系統(tǒng)簡介
本系統(tǒng)實現(xiàn)多路數(shù)據(jù)的采集、Flash存儲及USB通信等功能。單片機系統(tǒng)主要完成信息采集、A/D轉換、對信號進行放大濾波處理、數(shù)據(jù)通信、Flash存儲等；實時時鐘記錄采集數(shù)據(jù)的時間；CP2101實現(xiàn)USB接口，并把單片機采集到的信號傳給微機；微機完成數(shù)據(jù)接收、存入數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)處理、計算、顯示等功能。
1．2超低功耗MSP430微控制器
MSP430是TI公司近幾年推出的16位系列單片機。它采用最新的低功耗技術，工作在1.8～3.6V電壓下，有正常工作模式（AM）和4種低功耗工作模式（LPM1、LPM2、LPM3、LPM4）；在電流電壓為3V時，各種模式的工作電流分別為AM：340μA、LPM1：70μA、LPM2：17μA、LPM3：2μA、LPM4：0.1μA，而且可以方便地在各種工作模式之間切換。它的趕低功耗性在實際應用中，尤其是電池供電的便攜式設備中表現(xiàn)尤為突出。在系統(tǒng)初始化后進入待機模式，當有允許的中斷請求時，CPU將在6μ的時間內被喚醒，進入活動模式，執(zhí)行中斷服務程序。執(zhí)行完畢，在RETI指令之后，系統(tǒng)返回到中斷前的狀態(tài)，繼續(xù)低功耗模式。
本設計采用MSP430F13X微控制器。它具有非常高的集成度，單片集成了多通道12位A/D轉換、PWM功能定時器、斜邊A/D轉換、片內USART、看門狗定時器、片內數(shù)控振蕩器（DCO）、大量的I/O端口、大容量的片內RAM和ROM以及Flash存儲器。其中Flash存儲器可以實現(xiàn)掉電保護和軟件升級。
1．3USB接口芯片選型
通用串行總線USB是由Intel等廠商制定的連接計算機與具有USB接口的多種外設之間通信的串行總線。傳統(tǒng)上，USB接口的開發(fā)較為復雜。在同其它USB接口芯片相比較之后，本設計選擇了無需外部元件的UART轉USB芯片CP2101。選擇這種接口芯片，可使USB通信接口設計變得十分容易。與同類產(chǎn)品相比，CP2101具有以下優(yōu)點：
①具有較小的封裝。CP2101為28腳5mm×5mmMLP封裝。這在PCB上的尺寸就比競爭對手小30%左右。
②高度成度。片內集成512字節(jié)EEOROM（用于存儲廠家ID等數(shù)據(jù)），片內集成收發(fā)器、無需外部電阻；片內集成時鐘，無需外部晶體。
③低成本，可實現(xiàn)USB轉串口的解決方案。CP2101的USB功能無需外部元件，而大多數(shù)競爭者的USB器件則需要額外的終端晶體管、上拉電阻、晶振和EEPROM。具有競爭力的器件價格，簡化的電路，無成本驅動支持使得CP2101在成本上的優(yōu)勢遠超過競爭者的解決方案。
④具有低功耗、高速度的特性，符合USB2.0規(guī)范，適合于所有的UART接口（波特率為300bps～921.6kbps）。工業(yè)級溫度范圍為-40℃～85℃）。
2USB通信的硬件接口電路
硬件電路如圖1所示。CP2101的SUSPEND與SUSPEND引腳接到MSP430F13X的普通串口上。這兩個引腳傳送USB掛起和恢復信號，此功能便于CP2101器件以及外部電路的電源管理。當在總線上檢測到掛起信號時，CP2101將進入掛起模式，可以節(jié)省電能。在進入掛起模式時，CP2101會發(fā)出SUSPEND與SUSPEND信號。為了避免SUSPEND與SUSPEND在復位期間處于高電平，使用10kΩ的下拉電阻確保SUSPEND在復位期間處于低電平。
CP2101的USB功能控制器管理USB和UART間所有的數(shù)據(jù)傳輸，以及由USB主控制器發(fā)出的命令請求以及用于控制UART功能的命令等。CP2101的UART接口處理所有的RS232信號，包括控制和握手信號。CP2101的VBUS與VREGIN引腳必須始終連到USB的VBUS信號上。在VREGIN的輸入端加去耦電容（1μF與0.1μF并聯(lián)）。CP2101與單片機接口是標準UART電平，與計算的USB端口連接是USB標準電路，因此，無論與3V還是5V供電的單片機連接都不需要電平轉換。
3USB通信接口的軟件程序設計
USB接口程序設計包括三部分：單片機程序開發(fā)、USB設備驅動程序開發(fā)、主機應用程序開發(fā)。三者互相配置才能完成可靠、快速的數(shù)據(jù)傳輸。其中USB設備驅動程序Cygnal公司已經(jīng)提供。這里所要編寫的是剩下的兩部分。一部分為單片機MSP430F13X的串行通信程序，即對波特率、數(shù)據(jù)位、校驗位、有無奇偶校驗等通信協(xié)議的設計及單片機串行通信功能控制器的設置；另一部分為主機對CP2101的通信程序，這部分要在VC++環(huán)境中調用API函數(shù)實現(xiàn)。
3．1單片機程序設計
在IAREmbeddedWorkbench嵌入式集成開發(fā)環(huán)境中，編寫單片機通信程序，可實現(xiàn)在線編輯修改。MSP430的內核CPU結構是按照精簡指令集和高透明指令的宗旨來設計的，使用的指令有硬件執(zhí)行的內核指令和基于現(xiàn)有硬件結構的高效率的仿真指令。以下為系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)的部分應用程序（包括初始化及觸發(fā)UART端口程序）：
#include"msp430x13x.h"
/*************************串口*************************/
voidsend_byte(charsdata){
TXBUF0=sdata;/*發(fā)送數(shù)據(jù)緩存（UTXBUF0）*/
while(IFG1&TUXIFG0)==0);/*目的操作數(shù)位測試，發(fā)送中斷標志*/
}
/*************************main*************************/
voidmain(void){
chara;
uinta=0x0055;
WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;/*?？撮T狗，WDTCTL看門狗寄存器*/
UCTL0=CHAR；/*8位接收控制寄存器URCTL線路空閑\u24322異步\u26080無反饋8位1位停止位\u26080無校驗位*/
UTCTL0=SSEL0；/*發(fā)送控制寄存器UTCTL0，UCLK=ACLK時鐘*/
UBR00=0x0D;/*32Kb/2400b=13.65，波特率選擇寄存器*/
UBR10=0x00;/*高字節(jié)*/
UMCTL0=0x6B;/*調節(jié)*/
ME1|=UTXE0+URXE0；
/*開USART0TXD/RXD接收/發(fā)送允許*/
IE1|=URXIF0；/*打開USART0RX接收中斷允許位*/
P3SEL|=0x30;/*P3.4,5=USART0TXD/RXD,選擇模塊功能*/
P3DIR|=0x10;/*目標操作數(shù)置位，P3.4=1，輸出模式*/
_EINT();/*開中斷*/
//主循環(huán)
for(;;)
{send_byet(a++);}
}
3.2USB設備驅動程序的安裝
當把開發(fā)板接到主機的USB端口時系統(tǒng)會提示發(fā)現(xiàn)新硬件，并要求安裝驅動程序：
先安裝CP2101的驅動程序CP2101_Drivers.exe到C：FilestoRS-232BridgeController.
完成上面兩步的安裝后，在系統(tǒng)的設備管理器中會看見CP2101虛擬的那個COM口。在以后的設計中就是對這個口進行操作。此時可能應用串口調試助手調試下位機程序，接收發(fā)送數(shù)據(jù)。
3．3主機應用程序設計
主機應用程序的編寫使用VC++編譯環(huán)境中的API（應用程序設計接口）函數(shù)實現(xiàn)。應用程序的設計方法與串口編程類似。首先必須查找設備并打開設備的句柄，然后進行讀寫和控制操作，最后是關閉設備句柄。為了提高效率，可使用多線程技術實現(xiàn)讀寫。具體步驟如下：
①把CP2101的動態(tài)鏈接庫CP2101.DLL文件拷貝到,或者路徑下。當程序運行時就能調用CP2101.DLL。
②在visualstudio6.0中打開CP2101SetIDs.dsw，選擇Release或者Debug建立CP2101.EXE工程文件。
③在VC++6.0中鏈接CP2101.LIB，這時就可以應用CP2101的動態(tài)鏈接庫了。
④在VC++里進行編程，用API功能函數(shù)對USB堆棧、CP2101的EEPROM及數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ艆f(xié)議等進行編程。
當數(shù)據(jù)傳輸完畢時，應用CP2101_Close()函數(shù)關閉設備句柄?？梢愿鶕?jù)實際應用修改CP2101的VID和PID，并用相應函數(shù)寫進CP2101的EEPROM中。但須注意的是，修改后要用CP2101_Rest()函數(shù)使CP2101復位并重新安裝驅動程序。
萬福生科采用大量個人賬戶作為交易對象，為了配合虛構銷售收入，萬福生科偽造了相關采購和銷售合同，虛構了300多個個人賬戶作為供應商賬戶。萬福生科首先通過自有資金，打入事先虛構的300多個個人賬戶作為采購款，然后從個人賬戶轉入公司賬戶，形成虛構銷售收入入賬。虛增的銷售收入以現(xiàn)銷的形式形成，使得審計過程難以發(fā)現(xiàn)收入虛增問題。同時，通過虛增在建工程和預付賬款來虛增資產(chǎn)。萬福生科選擇利用在建工程來虛增資產(chǎn)是由于在建工程在沒有轉為固定資產(chǎn)前，其在報表中顯示的賬面價值難以測算，企業(yè)操作的空間很大。因為萬福生科剛上市，有大量募投項目，在建工程項目放大不至于引人注意。首先從公司賬戶打入個人賬戶款項作為預付工程設備款，一部分預付工程設備款用來抵付因虛增收入、由個人賬戶轉入公司的款項，另一部分預付工程設備款則形成在建工程。因在建工程核算的相對自由性，賬面在建工程進行了大量虛構。萬福生科的造假方式使得審計人員實施的交易實質性測試失靈。萬福生科財務舞弊案件表明，財務舞弊的發(fā)生往往并非由于內部控制制度不健全，而是管理層凌駕于內部控制之上，致使內部控制未能發(fā)揮應有的作用。審計人員測試內部控制制度往往無法發(fā)現(xiàn)這種刻意隱瞞的管理層舞弊行為。因此，審計人員必須跳出企業(yè)賬本和財務報表的束縛，靈活運用分析性程序來提高審計效果。
（一）分析關聯(lián)財務數(shù)據(jù)間是否相互矛盾
萬福生科財務造假案中，該公司披露的2010年、2011年凈利潤分別為5，555萬元和6，026萬元，而自由現(xiàn)金流分別為-3，997萬元和-10，276萬元，凈利潤和自由現(xiàn)金流兩項指標出現(xiàn)了嚴重背離，據(jù)此可推斷萬福生科利潤表或現(xiàn)金流量表數(shù)據(jù)可能存在造假嫌疑。萬福生科2012年半年報顯示，萬福生科在在建工程沒有項目轉入固定資產(chǎn)的情況下，其在建工程從8，675萬元增加至17，998萬元，增加了8，323萬元。但是，現(xiàn)金流量表中“購建固定資產(chǎn)、無形資產(chǎn)和其他長期資產(chǎn)支付的現(xiàn)金”只有5，883萬元，據(jù)此可以推測預付工程款或者應付工程款增加。報表中顯示的預付賬款增加了2，632萬元，但應付賬款卻只增加了379萬元。應付賬款和預付賬款不僅包含投資活動的款項，還應包含經(jīng)營活動的業(yè)務往來款項，兩者的增加額與在建工程的增加相比相差甚遠，由此可以推斷有諸多的疑點。萬福生科2011年年報和2012年半年報中對于在建工程的披露也存在著重大矛盾之處，在建工程項目在投入了大量資金后，工程進度反而降低了。如淀粉糖改擴工程和廠區(qū)綠化工程，在分別投入了2，601萬元和74萬元之后，工程進度卻分別從90%、100%降低到30%、85%。
（二）分析與同行業(yè)水平是否不符
萬福生科2011年年報摘要中公布的普米毛利率為12.39%、精米毛利率為17.62%。同行業(yè)中湖南金健米業(yè)股份有限公司2011年報中公布的糧油食品類毛利率為5.81%，北大荒農(nóng)業(yè)股份有限公司2011年年報中公布的米業(yè)類毛利率為5.30%。與其他上市公司相比，其毛利率明顯高于同行業(yè)的其他上市公司。萬福生科招股說明書中公布的2010年、2009年和2008年存貨周轉率分別為1.71次、1.46次和1.56次。該公司所屬的行業(yè)（農(nóng)林漁林業(yè)）這三年平均存貨周轉率為3.44次、3.45次和3.68次。公司存貨周轉率不及行業(yè)平均水平的一半。與同行業(yè)相比較，萬福生科存貨的低周轉率與高毛利率自相矛盾，這些數(shù)據(jù)表明，萬福生科可能在利潤表和資產(chǎn)負債表存在造假的嫌疑。
二、啟示
（一）多進行定量分析
分析程序不僅研究不同財務數(shù)據(jù)之間以及財務數(shù)據(jù)與非財務數(shù)據(jù)之間的內在關系還包括必要時調查識別出的、與其他相關信息不一致或與預期數(shù)據(jù)嚴重偏離的波動和關系。分析程序不能只是進行定性分析，也不能滿足于泛泛而談。審計人員一定要進行對比分析，尋找出現(xiàn)異常變化的數(shù)據(jù)并尋找原因，解釋的原因盡可能要進行定量分析。例如，上述案例中，可以通過對比萬福生科與其同行業(yè)之間的存貨周轉率和毛利率，尋找可能存在舞弊嫌疑的突破點。
（二）以職業(yè)懷疑的態(tài)度分析各項交易的各個環(huán)節(jié)
關鍵詞：鐵路基礎設施；監(jiān)測；振動傳感器；數(shù)據(jù)采集
中圖分類號：TN919 文獻標識碼：A
0.引言
進入21世紀以來，我國鐵路建設發(fā)展迅猛，取得了良好的經(jīng)濟與社會效益。隨著鐵路運輸速度的迅速提升，再加上其相對方便舒適的環(huán)境和價格上的優(yōu)勢，勢必能吸引越來越多的人選擇鐵路作為他們旅行的交通工具，然而，伴隨著鐵路運輸?shù)娘w速發(fā)展給人們帶來的交通上的快捷與方便，車體與鐵軌的振動故障對公共財產(chǎn)及人身安全構成了前所未有的威脅。
伴隨著我國鐵路立體跨越式的迅猛發(fā)展，輪軌間激擾力與激擾頻率隨著車輛行駛速度的不斷提高，逐漸增大，變寬，結果會造成電機等吊掛設備和車內設備的高頻高幅振動，引起車體設備振動能量的急速加劇。如果超過了鐵路各設備所允許的振動強度范圍，未來的工作性能指標及使用壽命將會受到過大的動態(tài)載荷和噪聲的嚴重影響，情況越發(fā)嚴重會導致零部件的早期失效。當前大量事實表明，在長期作用的情況下，鐵路振動故障可能會導致貨物破損，軌道破壞，列車脫軌等危險情況。為確保鐵路“安全、經(jīng)濟、快捷、舒適”的特點和優(yōu)勢，鐵路建設要不斷發(fā)展完善其各項功能，才能在越發(fā)激烈的市場競爭中取得優(yōu)勢，因此，各國都加強了對鐵路振動的檢測及分析，也增加了對其的投入力度。
今年我國對鐵路振動檢測領域的人力物力投入有明顯增加，并且研究范圍擴展到眾多方面。以往鐵路振動檢測系統(tǒng)只配備在一些重要單位或者要害部門，而在2000年以后，各個鐵路站段及各個振動檢測站點基本都已經(jīng)涉及發(fā)展應用到。鐵路振動檢測系統(tǒng)的重要性越來越被人們所認可，近些年又不斷完善各項相應的標準和規(guī)范。為了保證鐵路的運輸安全、高效舒適的科學發(fā)展及以人為本的發(fā)展要求，確保鐵路的優(yōu)勢和特點，如何準確檢測高速鐵路的振動并判斷故障是擺在鐵路工作者面前不容緩的實際問題。
1.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設計方案
如圖1所示，本論文用于鐵路基礎設施監(jiān)測的振動傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由下位機系統(tǒng)和上位機節(jié)點兩個大的部分組成。系統(tǒng)設計方案的結構框圖下位機系統(tǒng)里包含了振動傳感器數(shù)據(jù)采集模塊、IIC實時數(shù)據(jù)傳輸模塊、微處理器模塊和電源模塊五個單元。
振動傳感器把接收到的振動信號數(shù)字化，通過IIC數(shù)字傳輸方式，將數(shù)據(jù)發(fā)送給微處理器STM32F103ZET6。微處理器作為控制單元，用于接收振動傳感器數(shù)據(jù)并進行數(shù)據(jù)處理分析計算，通過RS-232串口通信，運用MAX3232電平轉換芯片及CH340 RS-232串口轉USB芯片，實現(xiàn)了XYZ三軸振動數(shù)值發(fā)送到上位機進行控制顯示。因為目前個人電腦上已很少有串口，所以我們使用RS-232串口轉USB口芯片CH340G，數(shù)據(jù)可以從USB口進入PC上位機。由于每一個節(jié)點的檢測范圍有限，使用多個這樣的節(jié)點共同檢測則可以擴大系統(tǒng)的監(jiān)測范圍，提高系統(tǒng)的整體工作性能。整個鐵路振動檢測系統(tǒng)是由多個下位機節(jié)點互相協(xié)作共同完成系統(tǒng)功能的。
2.系統(tǒng)硬件設計
2.1 系統(tǒng)硬件設計思想
本論文的鐵路振動檢測系統(tǒng)是由振動傳感器數(shù)據(jù)采集模塊，IIC實時數(shù)據(jù)傳輸模塊，微處理器模塊以及RS-232有線通信模塊和電源模塊組成。
振動傳感器數(shù)據(jù)采集模塊對鐵路振動的振動數(shù)據(jù)信號進行實時采集，將采集到的數(shù)據(jù)數(shù)字化，并通過IIC實時數(shù)據(jù)傳輸方式與單片機處理器通信，接著單片機處理器模塊將采集的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理分析，通過有線通信模塊上傳到上位機進行實時顯示及存儲，為鐵路振動故障的判斷提供合理依據(jù)。
微處理器中有數(shù)據(jù)處理分析算法的設計，完成對采集到的實時振動信號進行數(shù)據(jù)處理分析，判斷當前得到的振動數(shù)據(jù)是否在鐵路設備所能產(chǎn)生的振動范圍之內并對數(shù)據(jù)進行干擾點剔除，去直流及多項式趨勢項和平滑處理，計算出與自然坐標系夾角的角度，使整個鐵路振動檢測系統(tǒng)的性能與數(shù)據(jù)準確性得到大幅度提高，很大程度上降低了系統(tǒng)的錯誤上報率。
2.2 系統(tǒng)介紹
如圖2所示，系y硬件部分可以分為五個部分：振動傳感器數(shù)據(jù)采集模塊、IIC實時數(shù)據(jù)傳輸模塊、微處理器模塊、RS-232有線通信模塊和電源模塊。
數(shù)據(jù)采集模塊：由單片機處理器模塊發(fā)出相應的控制指令配置振動傳感器的控制寄存器，內部控制寄存器來決定信號的采集速度、通信方式、數(shù)據(jù)輸出格式與帶寬，振動傳感器根據(jù)內部控制寄存器的值按要求采集振動信號。
實時數(shù)據(jù)傳輸模塊：振動傳感器采集的實時數(shù)據(jù)通過IIC傳輸方式，將數(shù)據(jù)發(fā)送給處理器，為之后的數(shù)據(jù)處理分析奠定了基礎。
微處理器模塊：主要工作是通過系統(tǒng)軟件控制數(shù)據(jù)采集模塊完成振動數(shù)據(jù)信號的采集，并對數(shù)據(jù)進行處理分析，然后控制RS-232有線通信模塊將處理完成的數(shù)據(jù)上傳至PC上位機進行顯示及存儲。該模塊是振動傳感器數(shù)據(jù)采集模塊和RS-232有線通信模塊進行聯(lián)系的核心部分。
RS-232有線通信模塊：將微處理器模塊處理完畢的數(shù)據(jù)，通過RS-232串口通信的方式傳遞給上位機，上位機會自動顯示及存儲數(shù)據(jù)，供振動故障的判斷使用。
電源模塊：通過該模塊，將5V外部直流電源轉換成系統(tǒng)所使用的3.3V電源。
結論
本論文設計了一套鐵路振動檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用下位機整體檢測模塊PC上位機整體控制數(shù)據(jù)流向，并對上傳的檢測數(shù)據(jù)進行顯示保存。從與傳統(tǒng)檢測方法的比較來看，它能夠更加高效、深入、細致的對鐵路振動信號進行檢測、處理分析及顯示存儲，并為鐵路振動故障的判斷提供可靠依據(jù)。
參考文獻
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[4] Testing and Approval of Railway Vehicles from the Point of View of their Dynamic Behavior-Safety-Track Fatigue-Ride Quality（2ed edn）. （Pairs：UIC）UIC Code 518， 2003， 2.
關鍵詞：STM32F103，數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)通信
仿真駕駛模擬器是機械、電子及計算機技術為一體的復雜系統(tǒng)，該系統(tǒng)由駕駛室與電動伺服裝置組成的仿真駕駛單元，計算機、投影機和環(huán)形幕組成顯示單元及駕駛數(shù)據(jù)采集模塊單元組成。仿真駕駛模擬器除可進行模擬駕駛訓練外，還具有汽車駕駛技能形成性評價、個性化培訓計劃、交通事故經(jīng)典案例教學、駕駛案例性測評等的汽車駕駛應用培訓教學。論文格式。論文格式。其中數(shù)據(jù)采集單元實時采集仿真駕駛室內的各操縱機構狀態(tài)，并將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)串口傳送到上位機，上位機通過汽車動力學模型及當前路況信息計算出當前速度、加速度、方向、位置等信息作為計算機實時生成圖象和控制電動伺服缸動作依據(jù)，同時依據(jù)采集到的數(shù)據(jù)完成對駕駛行為過程回放、行為分析、技能等綜合評估。
1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體設計
如圖1所示，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由各檢測模塊及檢測電路、單片機、采集芯片、通信接口和上位機組成。其中采集芯片是系統(tǒng)的核心部件，采用ARM核心的STM32F103芯片，采集芯片控制系統(tǒng)的變速器、轉向盤、加速踏板及各種開關等的位置狀態(tài)，包括對數(shù)據(jù)進行采集、存取、時間參數(shù)設置與主機通信等。時鐘信號也是由采集芯片產(chǎn)生，定時對采集芯片機產(chǎn)生復位信號，使主單片機完成一次數(shù)據(jù)采集，然后又進入休眠狀態(tài)。其中轉向裝置采用光電編碼器和現(xiàn)場可編程邏輯正列（FPEG）組成數(shù)字式傳感器，通過RS232與STM32通信。
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在工作時，對模擬數(shù)據(jù)首先要通過放大器對信號進行處理后傳送到STM32F103的ADC模塊轉化為數(shù)字信號，對開關量和數(shù)字傳感器信號通過I/O或通信接口傳送到STM32F103，最后采集來的信號按照一定的通信協(xié)議發(fā)送到上位機處理。
圖1 汽車模擬器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體設計
2 硬件設計
仿真駕駛室內的需要檢測各種模擬裝置的信號。這些狀態(tài)根據(jù)采用的傳感器可分為三類：數(shù)字量、模擬量和開關量。
2.1 模擬量的采集
加速踏板、離合器踏板和行車制動踏板（三踏板）的踏板行程分別反映供油量大小、離合器結合程度及制動力大小，所以傳感器應采集出的是連續(xù)變化的量，即是模擬量。模擬量的采集要去抗干擾能力強，在設計中選擇了線性位移傳感器與三踏板的機械連接組成。線性位移傳感器的阻值變化特性為直線型，能夠準確反映三踏板行程的大小。
STM32 核心為CORTEX-M3，內部集成了2個1Msps12bit的獨立ADC，2個ADC前端由兩個多路切換器組成16路的模擬輸入通道，并將每個模擬輸入通道的結果存入對應的16個A/D轉換數(shù)據(jù)寄存器（ADDR）中。并且內部高達 72MHZ的主頻，高達1.25DMIPS/MHZ的處理速度，ADC最高速采樣的時候需要1.5+12.5個ADC周期，高速的DMA傳輸功能，靈活強大的4個TIMER等。加速踏板、離合器踏板和行車制動踏板模擬信號經(jīng)多路模擬開關和信號調理電路經(jīng)相應的控制電路與ADC0、ADC1和ADC2三個模擬通道相連，完成對信號的采樣與轉換。
2.2 開關量采集
模擬的操作有大量的開關量信號。組合開關、點火開關等采用EQ153型實車開關來實現(xiàn)仿真駕駛的開關操作功能，在實車開關上都有微動開關，主芯片可通過光電隔離器與微動開關相連，提取開關量，并轉換為標準邏輯電平進行處理。變速器采集模塊采用兩個PCB電路板構成變速器模擬裝置，一個PCB電路板裝有4對發(fā)光二極管和光敏三極管，一對放光二極管和光敏三極管構成一路采集，固定于變速器外殼內與機械結合采集檔位桿操作動作，變速器采集模塊與主控板I/O采集接口連接，當有檔位使能動作時，主控單片機要實時采集到變速器的使能動作。手制動采集模塊選用行程開關模擬，采集手制動動作，行程開關安裝于手制動控制桿底側，手制動采集模塊接線端子與主控板I/O接口連接，主控板能實時采集到手制動操作使能。
2.3轉向盤關電編碼設計
轉向盤度采集模塊采集轉向盤的旋轉的角度、方向?？紤]在實際駕駛中轉向盤要求有一定的間隙，在采集時，采集精度要低，所以選用了以光電編碼為原理的碼盤檢測機構與轉向盤的轉向立柱連接用于模擬轉向裝置，光電編碼為750個脈沖/圈，將轉向盤的角位移轉換為電脈沖輸出。光電編碼單獨采用現(xiàn)場可編程邏輯陣列(FPGA)數(shù)據(jù)處理，F(xiàn)PGA不僅具有高精度的同步傳輸能力，而且具有速度高、體積小、抗干擾能力強的優(yōu)點。如圖2所示，由光電編碼器輸出的A相、B相和Z相脈沖信號經(jīng)光電耦合器抑制傳輸過程中的高頻噪聲信號后送入FPGA處理器，在FPGA中按照倍頻和鑒別方向設置等進行計數(shù)處理，得到實時脈沖數(shù)，最后通過RS232與采集芯片通信，并傳輸?shù)街骺匦酒琒TM32F103。
圖2 轉向盤光電編碼硬件設計
2.3 與主機的通信接口
由于數(shù)據(jù)采集單元與上位機的主控室距離較長，所以采用傳輸距離可達1000多米，傳輸速率10Mbs的RS485總線通信標準。通信接口芯片采用Sipex公司的SP3075E芯片，接口設計如圖3所示。論文格式。
圖3 通信接口連接圖
3軟件設計
模擬器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集過程中，應完成多路模擬信號的采集和轉換，在上位機指令下將采集到的數(shù)據(jù)按一定的通信協(xié)議向上位機發(fā)送，并根據(jù)上位機下傳的各種輸出信號直行相應的操作并開始下一次數(shù)據(jù)采集，將采集的數(shù)據(jù)儲存在采集系統(tǒng)的存儲器中，等待上位機的上傳指令。按照采集任務，主程序可分為多路AD轉換模塊、RS485通信模塊和中斷服務程序模塊，軟件流程圖如圖4所示。
圖4 主程序流程圖
3.1 AD信號采集程序片段及注釋
ADC1->CR2.B.ADON = 1; //開啟ADC
ADC1->SMPR1.W= 0; //設置每個通道的采樣時間
ADC1->SQR1.W= 0; //設置序列轉換長度和通道
ADC1->CR1.B.SCAN= 1; //掃描模式開啟
ADC1->SQR1.B.L= 5; //轉換長度為6
ADC1->CR2.B.DMA= 1; //使用DMA
ADC1->CR2.B.EXTTRIG= 1; //使用外部觸發(fā)信號
ADC1->CR2.B.CAL= 1; //開始ADC校準
3.2通信接口程序片段及注釋
與上位機的通信模塊使用了兩個中斷，分別用于接收和發(fā)送中斷。通信模塊中還需設置破特率BRR。
USART1->BRR.W= UARTclk/Bud; //設置波特率
USART1->CR1.B.UE= 1; //使能UART1模塊
USART1->CR1.B.TE= 1; //使能UART1模塊發(fā)送功能
USART1->CR1.B.RE= 1; //使能UART1模塊接收功以
USART1->CR3.B.DMAT= 1; //發(fā)送使用DMA方式
USART1->CR1.B.TCIE= 0; //禁止UART1模塊發(fā)送完成中斷
USART1->CR1.B.RXNEIE= 1; //使能UART1模塊接收中斷
NVIC->ISER2.B.UART1= 1; //使能UART1的中斷
NVIC->ISER1.B.DMA1_CH4= 1; //使能DMA結束中斷
4 結束語
本文闡述了汽車仿真駕駛模擬器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設計，經(jīng)實踐表明，STM32主控芯片具有強大的數(shù)據(jù)運算和處理能力，保證了汽車仿真模擬駕駛器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠以高精度和高準確度工作，完成對模擬器數(shù)據(jù)的采集。
參考文獻：
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[3]張志勇.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設計與實現(xiàn)[J].應用能源技術,2009,10:36-38.
一、計劃的內容
計劃的核心包括目標、措施、步驟，這就是通常所說的計劃的三要素。
目標--做什么？本篇畢業(yè)論文所要完成的主要任務和重要的指標。措施--怎么做？要求確定執(zhí)行計劃的具體辦法和途徑。
步驟--何時做？制定畢業(yè)論文寫作的整個進度和安排。這部分是論文寫作計劃的主體，其中包括獲取材料的途徑、方式及需要的時間，閱讀方式、整理研究方法和期限，擬定提綱撰寫初稿的進度。此外，還應考慮研究經(jīng)費，進行物力、財力的預算。
二、寫作日程表
編列協(xié)作日程表的主要目的在于全面籌劃，避免前松后緊。院校專業(yè)的不同，水平，經(jīng)驗方面也有差異，很難有一個統(tǒng)一的時限，也沒有什么統(tǒng)的格式。某學校的寫作8程表安排如下：
確定選題 2周
實踐、實習，搜集材料 4周
制定提綱，擬定論文框架 1周
完成初稿 1周
征求意見，修改論文 1周
定稿、謄清、裝訂 4天
做好參加答辯的準備 3天
總體上需要10周時間，若是從4月上旬開始，可在6月中下旬結束。
現(xiàn)以某校計算機應用專業(yè)的物業(yè)管理系統(tǒng)圖書管理系統(tǒng)畢業(yè)設計計劃示例如下：
題目一：物業(yè)管理系統(tǒng)
用于住宅小區(qū)的事務管理。設計該系統(tǒng)的目的是運用計算機，對小區(qū)內的水電費、物 業(yè)管理費收付款、住宅小區(qū)住戶等信息進行管理，以實現(xiàn)物業(yè)管理的規(guī)范化。提高物業(yè)管理工作效率。
系統(tǒng)功能分為數(shù)據(jù)采集、信息查閱、數(shù)據(jù)庫維護等模塊。
題目二：圖書管理系統(tǒng)
用于圖書借還日常數(shù)據(jù)的微機處理，設計該系統(tǒng)的目的是運用計算機，對圖書館的圖書借間、圖書歸類管理、還書進書處理、罰款登記處理等信息進行管理，以實現(xiàn)圖書館管理的規(guī)范化，提高工作效率。
系統(tǒng)功能分為數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)更新、信息查閱、數(shù)據(jù)庫生成與維護等模塊。時間安排：
1.系統(tǒng)需求分析確定系統(tǒng)的規(guī)模目標，（1周）
2.系統(tǒng)設計階段確定開發(fā)系統(tǒng)的語言環(huán)境及管理模塊結構，各人按所分工的模塊開始設計。（3周）
3.各學員按設計的模塊實現(xiàn)端程、調試。（4周）
4.進行總體合并，形成系統(tǒng)，由各小組負責人進行全面調試并檢測各模塊的兼容性。（1周）
