發(fā)布時(shí)間：2023-04-14 16:56:10
序言：寫(xiě)作是分享個(gè)人見(jiàn)解和探索未知領(lǐng)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?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。
系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)
林業(yè)資源監(jiān)管通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用C#語(yǔ)言、ArcEngine和開(kāi)普互聯(lián)智能表臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。系統(tǒng)分為B/S架構(gòu)的Web配置系統(tǒng)和C/S架構(gòu)的桌面系統(tǒng)兩部分，如圖1所示。這種設(shè)計(jì)方式基于:1)B/S架構(gòu)已成為林業(yè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的主流架構(gòu)，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(wù)系統(tǒng)進(jìn)行集成;2)使桌面系統(tǒng)可以專(zhuān)注于數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)與業(yè)務(wù)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(yuǎn)程配置方式。數(shù)據(jù)交換通過(guò)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(wù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，并將采集完成的數(shù)據(jù)返回?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，提供給其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)使用。配置管理支持對(duì)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(jié)果保存在XML配置文件中，作為桌面業(yè)務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)。通過(guò)配置系統(tǒng)為桌面系統(tǒng)提供支撐數(shù)據(jù)并進(jìn)行相關(guān)配置，就可以為不同業(yè)務(wù)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(wù)系統(tǒng)配置、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的管理以及界面的生成4個(gè)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(wù)系統(tǒng)配置提供配置內(nèi)容的讀寫(xiě)功能。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)管理根據(jù)配置實(shí)現(xiàn)對(duì)不同業(yè)務(wù)支撐數(shù)據(jù)的訪(fǎng)問(wèn)、更新以及采集數(shù)據(jù)的導(dǎo)出。界面生成根據(jù)配置信息生成特定于業(yè)務(wù)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(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)［9］，使得視圖、控制器和模型可以隨業(yè)務(wù)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(chǔ)，空間數(shù)據(jù)表只存儲(chǔ)與業(yè)務(wù)無(wú)關(guān)的圖形信息，從而能以統(tǒng)一的形式訪(fǎng)問(wèn)、處理及顯示空間數(shù)據(jù)，不受業(yè)務(wù)變化的影響。而與業(yè)務(wù)緊密相關(guān)的屬性數(shù)據(jù)單獨(dú)存儲(chǔ)在屬性表中，并將與屬性數(shù)據(jù)相關(guān)的視圖、控制器及模型的變化存儲(chǔ)在用開(kāi)普互聯(lián)智能表臺(tái)制作的表單文件、數(shù)據(jù)映射文件中，系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)就可以基于表單文件、數(shù)據(jù)映射文件及配置文件動(dòng)態(tài)地構(gòu)建視圖、控制器及模型，從而將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的變化隔離在源代碼之外，使源代碼高度內(nèi)聚，不會(huì)變異。由于兩類(lèi)數(shù)據(jù)的處理方式不同，數(shù)據(jù)間的完整性通過(guò)邏輯校驗(yàn)來(lái)保證。
關(guān)鍵技術(shù)及實(shí)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(guān)鍵技術(shù)包括智能配置、界面自動(dòng)生成和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)管理技術(shù)。
1智能配置技術(shù)
智能配置技術(shù)是指將與業(yè)務(wù)相關(guān)的變化信息存儲(chǔ)在配置文件中，系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)讀取配置文件，根據(jù)其中的信息實(shí)現(xiàn)對(duì)不同業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)采集功能的定制。當(dāng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)采集需求發(fā)生變化時(shí)，僅需通過(guò)改變配置信息就能滿(mǎn)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(guò)配置系統(tǒng)實(shí)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(hù)功能界面配置兩部分。支撐數(shù)據(jù)的配置內(nèi)容包括數(shù)據(jù)版本號(hào)，采集人員的賬戶(hù)信息及該賬戶(hù)關(guān)聯(lián)的業(yè)務(wù)名列表，支撐數(shù)據(jù)中各數(shù)據(jù)名稱(chēng)、類(lèi)型、對(duì)數(shù)據(jù)操作的命令和命令狀態(tài)列表。版本號(hào)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(wù)名列表的形式為“Reforestation/造林，Harvesting/采伐”，前面是業(yè)務(wù)系統(tǒng)的英文名，后面是對(duì)應(yīng)的中文名，之間用反斜杠隔開(kāi)，指明賬號(hào)可以使用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng);數(shù)據(jù)名稱(chēng)為數(shù)據(jù)文件的名稱(chēng)，類(lèi)型包括數(shù)據(jù)庫(kù)、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(hù)功能界面配置內(nèi)容包括功能元件、邏輯驗(yàn)證規(guī)則和表單配置。功能元件和邏輯驗(yàn)證規(guī)則的配置目標(biāo)可以是單個(gè)圖層或整個(gè)系統(tǒng)。功能元件的狀態(tài)包括可見(jiàn)、隱藏、可用與禁用，當(dāng)不需要使用某項(xiàng)功能時(shí)，根據(jù)功能元件的名稱(chēng)將其狀態(tài)設(shè)置為隱藏或禁用即可。邏輯驗(yàn)證規(guī)則的配置內(nèi)容包括SQL語(yǔ)句及其描述，通過(guò)執(zhí)行SQL語(yǔ)句進(jìn)行驗(yàn)證;SQL語(yǔ)句的執(zhí)行方式不隨業(yè)務(wù)變化，規(guī)則的描述為界面上呈現(xiàn)給用戶(hù)的信息，如地類(lèi)檢查。表單的配置目標(biāo)是圖層，包括圖層名、表單文件名及其描述，通過(guò)將圖層名和表單文件名配對(duì)存儲(chǔ)，就能根據(jù)圖層找到對(duì)應(yīng)的表單進(jìn)行屬性數(shù)據(jù)的錄入，描述為用戶(hù)界面上呈現(xiàn)給用戶(hù)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(dǎo)出的數(shù)據(jù)版本號(hào)、表名稱(chēng)、數(shù)據(jù)記錄主鍵序列以及其他數(shù)據(jù)文件的名稱(chēng)。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(chēng)和主鍵序列導(dǎo)出數(shù)據(jù)。
2功能界面自動(dòng)生成
功能界面自動(dòng)生成以功能元件為基礎(chǔ)，通過(guò)建立配置文件完成用戶(hù)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(gè)功能或一類(lèi)功能，如圖形創(chuàng)建是單個(gè)功能，圖形編輯是一類(lèi)功能，在界面上表現(xiàn)為單個(gè)控件。本文使用功能元件名稱(chēng)、控件名稱(chēng)、功能狀態(tài)及功能描述來(lái)表達(dá)功能元件。對(duì)于用戶(hù)而言，只需配置功能名稱(chēng)及狀態(tài)來(lái)控制功能界面。系統(tǒng)功能元件信息存儲(chǔ)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(hù)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?fù)湫ｒ?yàn)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(nèi)容和結(jié)構(gòu)而變化。3)邏輯校驗(yàn)界面。該界面隨校驗(yàn)規(guī)則內(nèi)容而變化。界面自動(dòng)生成以功能元件及系統(tǒng)配置文件為基礎(chǔ)，通過(guò)解析配置文件動(dòng)態(tài)生成用戶(hù)界面，生成流程如圖2所示。3個(gè)界面的生成算法各有不同?？臻g編輯和拓?fù)湫ｒ?yàn)界面的生成是根據(jù)配置對(duì)WindowsForm控件的可見(jiàn)性和可用性進(jìn)行控制來(lái)實(shí)現(xiàn)的;屬性編輯界面的生成是通過(guò)加載開(kāi)普互聯(lián)智能表單文件到WindowsForm窗體中來(lái)實(shí)現(xiàn)的，開(kāi)普互聯(lián)智能表單界面如圖3所示;邏輯校驗(yàn)界面的生成是通過(guò)加載驗(yàn)證規(guī)則到WindowsForm窗體中的列表控件中來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
3動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)管理
動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)是結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)都可以隨需要而變化的數(shù)據(jù)庫(kù)［10--11］，在本文中是指整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的改變。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以單一業(yè)務(wù)配置為基礎(chǔ)，每個(gè)采集人員配備獨(dú)立的設(shè)備和采集系統(tǒng)，但在人力和設(shè)備資源有限的情況下，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需要支持多個(gè)業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)采集或多個(gè)采集人員共用一套設(shè)備和系統(tǒng)。系統(tǒng)需要根據(jù)業(yè)務(wù)、人員職責(zé)調(diào)用不同的支撐數(shù)據(jù)。解決方案為:建立以采集人員賬號(hào)名和業(yè)務(wù)名組合命名的文件夾，通過(guò)配置系統(tǒng)將不同的支撐數(shù)據(jù)放到對(duì)應(yīng)的文件夾內(nèi)。當(dāng)用戶(hù)登錄系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)依據(jù)賬號(hào)列出可操作業(yè)務(wù)，采集人員從中選擇業(yè)務(wù)名稱(chēng)，系統(tǒng)就可以將正確的支撐數(shù)據(jù)供給用戶(hù)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(yùn)行時(shí)會(huì)判斷是否存在數(shù)據(jù)，如果不存在數(shù)據(jù)，就會(huì)從配置系統(tǒng)目錄拷貝數(shù)據(jù)到本系統(tǒng)目錄，結(jié)合這些數(shù)據(jù)形成特定于業(yè)務(wù)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(yùn)行時(shí)檢查配置系統(tǒng)目錄下的數(shù)據(jù)版本號(hào)，如果版本號(hào)小于配置系統(tǒng)目錄下數(shù)據(jù)版本號(hào)，就按照配置的命令進(jìn)行更改。數(shù)據(jù)采集完成并通過(guò)校驗(yàn)后，由桌面系統(tǒng)將數(shù)據(jù)導(dǎo)出并壓縮，然后拷貝到配置系統(tǒng)目錄。每導(dǎo)出一次數(shù)據(jù)都會(huì)累加版本號(hào)，系統(tǒng)用戶(hù)根據(jù)版本號(hào)下載最新的采集數(shù)據(jù)。
信號(hào)調(diào)理電路根據(jù)功能分為輸入保護(hù)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(cè)范圍，在輸入端采用兩個(gè)24V的穩(wěn)壓管支路進(jìn)行電壓鉗位保護(hù)，并且分別在兩個(gè)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(hào)和被測(cè)信號(hào)中的高頻成分對(duì)信號(hào)采集的混疊效應(yīng)，設(shè)計(jì)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(cè)量帶寬，設(shè)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(guò)multisim仿真比較確定參數(shù)值?？够殳B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(shí)現(xiàn)采集0V～±24V的輸入信號(hào)需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行衰減處理，衰減網(wǎng)絡(luò)采用兆歐級(jí)精密電阻組成，其中固定電阻設(shè)定為1MΩ。這里選擇8，4，2，1四級(jí)衰減，后期處理的數(shù)據(jù)可以通過(guò)移位操作進(jìn)行數(shù)據(jù)還原。電路實(shí)現(xiàn)選用OMRON公司G5V－1小信號(hào)繼電器作為開(kāi)關(guān)控制，根據(jù)上位機(jī)傳輸?shù)拿顏?lái)選擇合適的電阻支路。具體的數(shù)值對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1所示。(4)為滿(mǎn)足采集小信號(hào)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(jí)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(duì)應(yīng)關(guān)系同上述衰減電路類(lèi)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(hào)經(jīng)過(guò)衰減和放大電路的調(diào)理后電壓范圍為0V～±3V電壓信號(hào)將信號(hào)調(diào)理至0V～6V范圍，再經(jīng)過(guò)比例運(yùn)算電路做1/2分壓處理。運(yùn)放選擇TL052，是由TI公司生產(chǎn)的低失調(diào)加強(qiáng)型的JFET運(yùn)算放大器，相對(duì)于TL07和TL08系列具有更快的轉(zhuǎn)換速度。
2電源供電系統(tǒng)
本文中需要三級(jí)電源供電:3．3V，5V，±10V。5V電壓通過(guò)SPX1117－3．3V穩(wěn)壓芯片轉(zhuǎn)變?yōu)?．3V為系統(tǒng)供電，±10V要是給可編程放大器PGA205和運(yùn)放TL052供電，該電壓需要5V電壓經(jīng)過(guò)Boost升壓電路得到，設(shè)計(jì)選用TPS61040開(kāi)關(guān)電源芯片，其為低功耗的DC/DCBoost轉(zhuǎn)換芯片，內(nèi)部集成開(kāi)關(guān)管，開(kāi)關(guān)頻率可達(dá)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(shè)計(jì)
本文軟件設(shè)計(jì)任務(wù)主要是LM3S9B96芯片的初始化和內(nèi)部各模塊之間的邏輯控制，包括根據(jù)上位機(jī)的指令來(lái)設(shè)定調(diào)理電路。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總的軟件任務(wù)框圖如圖5所示。信號(hào)調(diào)理任務(wù)負(fù)責(zé)根據(jù)上位機(jī)發(fā)出的指令完成調(diào)理電路的設(shè)定;采樣任務(wù)實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬信號(hào)的采集;數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移存儲(chǔ)任務(wù)負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)從ADC轉(zhuǎn)移到內(nèi)存，再轉(zhuǎn)移到USB緩存。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移任務(wù)利用DMA來(lái)實(shí)現(xiàn)，DMA的工作模式分為基本模式、乒乓模式和外設(shè)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(shè)計(jì)時(shí)創(chuàng)建主數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體和副數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體交替接收數(shù)據(jù)，高效的完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移任務(wù);數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)從微控制器通過(guò)USB總線(xiàn)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。USB總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)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(lèi)型:控制傳輸、批量傳輸、中斷傳輸和等時(shí)傳輸，本文需要向上位機(jī)傳輸大量數(shù)據(jù)，選擇批量傳輸模式(BULK)傳輸數(shù)據(jù)［7］?；贚M3S系列芯片，TI公司提供了多層次十分豐富靈活的USB驅(qū)動(dòng)庫(kù)，簡(jiǎn)化軟件的實(shí)現(xiàn)。
4上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)
NIVISA(VirtualInstrumentSoftwareArchitecture)是NI公司開(kāi)發(fā)的一種用來(lái)與各種儀器總線(xiàn)進(jìn)行通信的高級(jí)應(yīng)用編程接口，VISA總線(xiàn)I/O軟件是一個(gè)綜合軟件包，不受平臺(tái)、總線(xiàn)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(kāi)始支持USB通訊，根據(jù)是否符合USB測(cè)試和測(cè)量協(xié)議，VISA分為兩種VISA類(lèi)函數(shù)，可以控制兩類(lèi)USB設(shè)備:USBINSTR設(shè)備和USBRAW設(shè)備。這里使用USBRAW設(shè)備。利用VISA驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)向?qū)Мa(chǎn)生INF文件用來(lái)通知Window系統(tǒng)將NI－VISA用作USB設(shè)備的默認(rèn)驅(qū)動(dòng)，完成之后才可以正常和下位機(jī)通訊。USBRAW類(lèi)設(shè)備的讀寫(xiě)時(shí)序?yàn)?1)ViOpen打開(kāi)VISA設(shè)備;(2)ViProperty設(shè)定VISA設(shè)備的屬性節(jié)點(diǎn)參數(shù)(指令端點(diǎn)和傳輸方式);(3)ViRead讀寫(xiě)USBRAW(發(fā)送命令和設(shè)定字?jǐn)?shù));(4)ViClose關(guān)閉VISA(釋放VISA設(shè)備所占資源)。上位機(jī)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(cè)試與結(jié)果
為了測(cè)試系統(tǒng)的可靠性，本文使用數(shù)字合成信號(hào)發(fā)生器DF1405模擬傳感器輸出信號(hào)作為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的測(cè)試信號(hào)。經(jīng)測(cè)試，設(shè)計(jì)系統(tǒng)完整實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)要求。5V10kHz正弦波測(cè)試結(jié)果如圖7所示，通過(guò)點(diǎn)擊Save控件可以完成數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。
6結(jié)束語(yǔ)
關(guān)鍵詞：USBRS485數(shù)據(jù)采集
在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)研究的各行業(yè)中，常常利用PC或工控機(jī)對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。這其中有很多地方需要對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)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(guò)數(shù)據(jù)采集板卡，常用的有A/D卡以及422、485等總線(xiàn)板卡。采用板卡不僅安裝麻煩、易受機(jī)箱內(nèi)環(huán)境的干擾，而且由于受計(jì)算機(jī)插槽數(shù)量和地址、中斷資源的限制，不可能掛接很多設(shè)備。而通用串行總線(xiàn)（UniversalAerialBus，簡(jiǎn)稱(chēng)USB）的出現(xiàn)，很好地解決了以上這些沖突，很容易就能實(shí)現(xiàn)低成本、高可靠性、多點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集。
1USB簡(jiǎn)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(shè)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(biāo)準(zhǔn)，自1995年在Comdex上亮相以來(lái)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(duì)USB的支持。
1.1USB系統(tǒng)的構(gòu)成
USB系統(tǒng)主要由主控制器(HostController)、USBHub和USB外設(shè)(PeripheralsNode)組成系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖1所示。
1.2USB的主要優(yōu)點(diǎn)
·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(yīng)一些不需要很大吞吐量和很高實(shí)時(shí)性的設(shè)備，如鼠標(biāo)等，USB還提供低速方式，速率為1.5Mb/s。
·設(shè)備安裝和配置容易。安裝USB設(shè)備不必再打開(kāi)機(jī)箱，加減已安裝過(guò)的設(shè)備完全不用關(guān)閉計(jì)算機(jī)。所有USB設(shè)備支持熱拔插，系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)配置，徹底拋棄了過(guò)去的跳線(xiàn)和撥碼開(kāi)關(guān)設(shè)置。
·易于擴(kuò)展。通過(guò)使用Hub擴(kuò)展可撥接多達(dá)127個(gè)外設(shè)。標(biāo)準(zhǔn)USB電纜長(zhǎng)度為3m（5m低速）。通過(guò)Hub或中繼器可以使外設(shè)距離達(dá)到30m。
·能夠采用總線(xiàn)供電。USB總線(xiàn)提供最大達(dá)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(yīng)不同設(shè)備的需要。
2采用USB傳輸?shù)臄?shù)據(jù)采集設(shè)備
2.1硬件組成
一個(gè)實(shí)用的USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括A/D轉(zhuǎn)換器、微控制器以及USB通信接口。為了擴(kuò)展其用途，還可以加上多路模擬開(kāi)關(guān)和數(shù)字I/O端口。
系統(tǒng)的A/D、數(shù)字I/O的設(shè)計(jì)可沿用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分注意抗干擾的性能，尤其對(duì)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(jī)加上專(zhuān)用的USB通信芯片?，F(xiàn)在的專(zhuān)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(jī)和USBN9602芯片構(gòu)成系統(tǒng)，取得了良好的效果。這種方案的設(shè)計(jì)和調(diào)試比較麻煩，成本相對(duì)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(jī)。隨著USB應(yīng)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(jī)。這些單片機(jī)處理能力強(qiáng)，有的本身就具備多路A/D，構(gòu)成系統(tǒng)的電路簡(jiǎn)單，調(diào)試方便，電磁兼容性好，因此采用具備USB接口的單片機(jī)是構(gòu)成USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)較好的方案。不過(guò)，由于具備了USB接口，這些芯片與過(guò)去的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)通常是不兼容的，需要購(gòu)買(mǎi)新的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，投資較高。
USB的一大優(yōu)點(diǎn)是可以提供電源。在數(shù)據(jù)采集設(shè)備中耗電量通常不大，因此可以設(shè)計(jì)成采用總線(xiàn)供電的設(shè)備。2.2軟件構(gòu)成
Windows98提供了多種USB設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序，但好象還沒(méi)有一種是專(zhuān)門(mén)針對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的，所以必須針對(duì)特定的設(shè)備來(lái)編制驅(qū)動(dòng)程序。盡管系統(tǒng)已經(jīng)提供了很多標(biāo)準(zhǔn)接口函數(shù)，但編制驅(qū)動(dòng)程序仍然是USB開(kāi)發(fā)中最困難的一件事情，通常采用WindowsDDK來(lái)實(shí)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(nèi)生成高質(zhì)量的USB的驅(qū)動(dòng)程序。
設(shè)備中單片機(jī)程序的編制也同樣困難，而且沒(méi)有任何一家廠商提供了自動(dòng)生成的工具。編制一個(gè)穩(wěn)定、完善的單片機(jī)程序直接關(guān)系到設(shè)備性能，必須給予充分的重視。
以上兩個(gè)程序是開(kāi)發(fā)者所關(guān)心的，用戶(hù)不大關(guān)心。用戶(hù)關(guān)心的是如何高效地通過(guò)鼠標(biāo)來(lái)操作設(shè)備，如何處理和分析采集進(jìn)來(lái)的大量數(shù)據(jù)，因此還必須有高質(zhì)量的用戶(hù)軟件。用戶(hù)軟件必須有友好的界面，強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和處理能力以及為用戶(hù)提供進(jìn)行再開(kāi)發(fā)的接口。
3實(shí)現(xiàn)USB遠(yuǎn)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(chǎng)應(yīng)用的一個(gè)障礙，即使增加了中繼或Hub，USB傳輸距離通常也不超過(guò)幾十米，這對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)而言顯然是太短了。
現(xiàn)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)有大量采用RS－485傳輸數(shù)據(jù)的采集設(shè)備。RS－485有其固有的優(yōu)點(diǎn)，即它的傳輸距離可以達(dá)到1200米以上，并且可以?huà)旖佣鄠€(gè)設(shè)備。其不足之處在于傳輸速度慢，采用總線(xiàn)方式，設(shè)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(diǎn)恰好能被USB所彌補(bǔ)，而USB傳輸距離的限制恰好又是RS－485的優(yōu)勢(shì)所在。如果能將兩者結(jié)合起來(lái)，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，就能夠產(chǎn)生一種快速、可靠、低成本的遠(yuǎn)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(chǎng)，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(gè)雙向RS－485～USB的轉(zhuǎn)換接口，利用這個(gè)轉(zhuǎn)接口接收485的數(shù)據(jù)并通過(guò)USB接口傳輸至PC機(jī)進(jìn)行分析處理。而主機(jī)向設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)的過(guò)程正好相反：主機(jī)向USB口發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通過(guò)485～USB轉(zhuǎn)換口轉(zhuǎn)換為485協(xié)議向遠(yuǎn)端輸送，如圖3所示。
在圖3的方案中，關(guān)鍵設(shè)備是485～USB轉(zhuǎn)換器。這樣的設(shè)備在國(guó)內(nèi)外都已經(jīng)面市。筆者也曾經(jīng)用NationalSemiconductor公司的USBN9602+89c51+MAX485實(shí)現(xiàn)過(guò)這一功能，在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果。
需要特別說(shuō)明的是，在485～USB轉(zhuǎn)換器中，485接口的功能和通常采用485卡的接口性能（速率、驅(qū)動(dòng)能力等）完全一樣，也就是說(shuō)，一個(gè)485～USB轉(zhuǎn)換器就能夠完全取代一塊485卡，成本要低許多，同時(shí)具有安裝方便、不受插槽數(shù)限制、不用外接電源等優(yōu)點(diǎn)，為工業(yè)和科研數(shù)據(jù)采集提供了一條方便、廉價(jià)、有效的途徑。
4綜合式采集數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)
現(xiàn)在的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常有分布式和總線(xiàn)兩種。采用USB接口易于實(shí)現(xiàn)分布式，而485接口則易于實(shí)現(xiàn)總線(xiàn)式，如果將這兩者結(jié)合起來(lái)，則能夠?qū)崿F(xiàn)一種綜合式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)方法是：仍然利用上面提到過(guò)的USB～485轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)兩種協(xié)議的轉(zhuǎn)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(xiàn)上仍然可以?huà)旖佣鄠€(gè)設(shè)備，形成了圖4所示的結(jié)構(gòu)，其中D代表一個(gè)設(shè)備。
這種傳輸系統(tǒng)適用于一些由多個(gè)空間上相對(duì)分散的工作點(diǎn)，而每個(gè)工作點(diǎn)又有多個(gè)數(shù)據(jù)需要進(jìn)行采集和傳輸?shù)膱?chǎng)合，例如大型糧庫(kù)，每個(gè)糧倉(cāng)在空間上相對(duì)分散，而每個(gè)糧倉(cāng)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(gè)糧倉(cāng)可以分配一條485總線(xiàn)，將溫度、濕度、二氧化碳濃度等量的采集設(shè)備都掛接到485總線(xiàn)上，然后每個(gè)糧倉(cāng)再通過(guò)485總線(xiàn)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，并轉(zhuǎn)換為USB協(xié)議傳輸?shù)絇C機(jī)，多個(gè)糧倉(cāng)的傳輸數(shù)據(jù)在轉(zhuǎn)換為USB協(xié)議后可以通過(guò)Hub連接到一臺(tái)PC機(jī)上。由于糧倉(cāng)的各種數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)性要求不是很高，因此采用這種方法可以用一臺(tái)PC機(jī)完成對(duì)一個(gè)大型糧庫(kù)的所有監(jiān)測(cè)工作。
5前景展望
關(guān)鍵詞：超低功耗MSP430數(shù)據(jù)采集USB接口設(shè)計(jì)
引言
實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)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(shè)計(jì)方法既能減少電子設(shè)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(shí)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(xué)研究對(duì)數(shù)據(jù)采集的要求日益提高。在許多場(chǎng)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(diǎn)。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(shí)間更長(zhǎng)，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(kāi)發(fā)過(guò)程中必須加以考慮的主要內(nèi)容。
微控制器MSP430的超低功耗技術(shù)在眾多單片機(jī)中獨(dú)樹(shù)一幟，同時(shí)它具有集成高度等特點(diǎn)，因此，選用該控制器作為系統(tǒng)的主控制器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和Flash存儲(chǔ)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(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)；因此在通信設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)合UART轉(zhuǎn)USB芯片CP2101以實(shí)現(xiàn)USB接口通信。上述設(shè)計(jì)既利用了MSP430的超低功耗特性，又利用了CP2101設(shè)計(jì)USB接口的簡(jiǎn)便性，設(shè)計(jì)得到的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)便攜化、低功耗、使用方便等目標(biāo)。
1MSP430數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的USB接口設(shè)計(jì)
1．1采信系統(tǒng)簡(jiǎn)介
本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多路數(shù)據(jù)的采集、Flash存儲(chǔ)及USB通信等功能。單片機(jī)系統(tǒng)主要完成信息采集、A/D轉(zhuǎn)換、對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大濾波處理、數(shù)據(jù)通信、Flash存儲(chǔ)等；實(shí)時(shí)時(shí)鐘記錄采集數(shù)據(jù)的時(shí)間；CP2101實(shí)現(xiàn)USB接口，并把單片機(jī)采集到的信號(hào)傳給微機(jī)；微機(jī)完成數(shù)據(jù)接收、存入數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)處理、計(jì)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(jī)。它采用最新的低功耗技術(shù)，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(shí)，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(shí)際應(yīng)用中，尤其是電池供電的便攜式設(shè)備中表現(xiàn)尤為突出。在系統(tǒng)初始化后進(jìn)入待機(jī)模式，當(dāng)有允許的中斷請(qǐng)求時(shí)，CPU將在6μ的時(shí)間內(nèi)被喚醒，進(jìn)入活動(dòng)模式，執(zhí)行中斷服務(wù)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(shè)計(jì)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(zhuǎn)換、PWM功能定時(shí)器、斜邊A/D轉(zhuǎn)換、片內(nèi)USART、看門(mén)狗定時(shí)器、片內(nèi)數(shù)控振蕩器（DCO）、大量的I/O端口、大容量的片內(nèi)RAM和ROM以及Flash存儲(chǔ)器。其中Flash存儲(chǔ)器可以實(shí)現(xiàn)掉電保護(hù)和軟件升級(jí)。
1．3USB接口芯片選型
通用串行總線(xiàn)USB是由Intel等廠商制定的連接計(jì)算機(jī)與具有USB接口的多種外設(shè)之間通信的串行總線(xiàn)。傳統(tǒng)上，USB接口的開(kāi)發(fā)較為復(fù)雜。在同其它USB接口芯片相比較之后，本設(shè)計(jì)選擇了無(wú)需外部元件的UART轉(zhuǎn)USB芯片CP2101。選擇這種接口芯片，可使USB通信接口設(shè)計(jì)變得十分容易。與同類(lèi)產(chǎn)品相比，CP2101具有以下優(yōu)點(diǎn)：
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(jìng)爭(zhēng)對(duì)手小30%左右。
②高度成度。片內(nèi)集成512字節(jié)EEOROM（用于存儲(chǔ)廠家ID等數(shù)據(jù)），片內(nèi)集成收發(fā)器、無(wú)需外部電阻；片內(nèi)集成時(shí)鐘，無(wú)需外部晶體。
③低成本，可實(shí)現(xiàn)USB轉(zhuǎn)串口的解決方案。CP2101的USB功能無(wú)需外部元件，而大多數(shù)競(jìng)爭(zhēng)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(jìng)爭(zhēng)力的器件價(jià)格，簡(jiǎn)化的電路，無(wú)成本驅(qū)動(dòng)支持使得CP2101在成本上的優(yōu)勢(shì)遠(yuǎn)超過(guò)競(jìng)爭(zhēng)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(jí)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(gè)引腳傳送USB掛起和恢復(fù)信號(hào)，此功能便于CP2101器件以及外部電路的電源管理。當(dāng)在總線(xiàn)上檢測(cè)到掛起信號(hào)時(shí)，CP2101將進(jìn)入掛起模式，可以節(jié)省電能。在進(jìn)入掛起模式時(shí)，CP2101會(huì)發(fā)出SUSPEND與SUSPEND信號(hào)。為了避免SUSPEND與SUSPEND在復(fù)位期間處于高電平，使用10kΩ的下拉電阻確保SUSPEND在復(fù)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(qǐng)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(hào)，包括控制和握手信號(hào)。CP2101的VBUS與VREGIN引腳必須始終連到USB的VBUS信號(hào)上。在VREGIN的輸入端加去耦電容（1μF與0.1μF并聯(lián)）。CP2101與單片機(jī)接口是標(biāo)準(zhǔn)UART電平，與計(jì)算的USB端口連接是USB標(biāo)準(zhǔn)電路，因此，無(wú)論與3V還是5V供電的單片機(jī)連接都不需要電平轉(zhuǎn)換。
3USB通信接口的軟件程序設(shè)計(jì)
USB接口程序設(shè)計(jì)包括三部分：?jiǎn)纹瑱C(jī)程序開(kāi)發(fā)、USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)、主機(jī)應(yīng)用程序開(kāi)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(shè)備驅(qū)動(dòng)程序Cygnal公司已經(jīng)提供。這里所要編寫(xiě)的是剩下的兩部分。一部分為單片機(jī)MSP430F13X的串行通信程序，即對(duì)波特率、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位、有無(wú)奇偶校驗(yàn)等通信協(xié)議的設(shè)計(jì)及單片機(jī)串行通信功能控制器的設(shè)置；另一部分為主機(jī)對(duì)CP2101的通信程序，這部分要在VC++環(huán)境中調(diào)用API函數(shù)實(shí)現(xiàn)。
3．1單片機(jī)程序設(shè)計(jì)
在IAREmbeddedWorkbench嵌入式集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中，編寫(xiě)單片機(jī)通信程序，可實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)編輯修改。MSP430的內(nèi)核CPU結(jié)構(gòu)是按照精簡(jiǎn)指令集和高透明指令的宗旨來(lái)設(shè)計(jì)的，使用的指令有硬件執(zhí)行的內(nèi)核指令和基于現(xiàn)有硬件結(jié)構(gòu)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(yīng)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(cè)試，發(fā)送中斷標(biāo)志*/
}
/*************************main*************************/
voidmain(void){
chara;
uinta=0x0055;
WDTCTL=WDTPW+WDTHOLD;/*?？撮T(mén)狗，WDTCTL看門(mén)狗寄存器*/
UCTL0=CHAR；/*8位接收控制寄存器URCTL線(xiàn)路空閑\u24322異步\u26080無(wú)反饋8位1位停止位\u26080無(wú)校驗(yàn)位*/
UTCTL0=SSEL0；/*發(fā)送控制寄存器UTCTL0，UCLK=ACLK時(shí)鐘*/
UBR00=0x0D;/*32Kb/2400b=13.65，波特率選擇寄存器*/
UBR10=0x00;/*高字節(jié)*/
UMCTL0=0x6B;/*調(diào)節(jié)*/
ME1|=UTXE0+URXE0；
/*開(kāi)USART0TXD/RXD接收/發(fā)送允許*/
IE1|=URXIF0；/*打開(kāi)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(biāo)操作數(shù)置位，P3.4=1，輸出模式*/
_EINT();/*開(kāi)中斷*/
//主循環(huán)
for(;;)
{send_byet(a++);}
}
3.2USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的安裝
當(dāng)把開(kāi)發(fā)板接到主機(jī)的USB端口時(shí)系統(tǒng)會(huì)提示發(fā)現(xiàn)新硬件，并要求安裝驅(qū)動(dòng)程序：
先安裝CP2101的驅(qū)動(dòng)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(shè)備管理器中會(huì)看見(jiàn)CP2101虛擬的那個(gè)COM口。在以后的設(shè)計(jì)中就是對(duì)這個(gè)口進(jìn)行操作。此時(shí)可能應(yīng)用串口調(diào)試助手調(diào)試下位機(jī)程序，接收發(fā)送數(shù)據(jù)。
3．3主機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)
主機(jī)應(yīng)用程序的編寫(xiě)使用VC++編譯環(huán)境中的API（應(yīng)用程序設(shè)計(jì)接口）函數(shù)實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)方法與串口編程類(lèi)似。首先必須查找設(shè)備并打開(kāi)設(shè)備的句柄，然后進(jìn)行讀寫(xiě)和控制操作，最后是關(guān)閉設(shè)備句柄。為了提高效率，可使用多線(xiàn)程技術(shù)實(shí)現(xiàn)讀寫(xiě)。具體步驟如下：
①把CP2101的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)CP2101.DLL文件拷貝到,或者路徑下。當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)就能調(diào)用CP2101.DLL。
②在visualstudio6.0中打開(kāi)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(shí)就可以應(yīng)用CP2101的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)了。
④在VC++里進(jìn)行編程，用API功能函數(shù)對(duì)USB堆棧、CP2101的EEPROM及數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ艆f(xié)議等進(jìn)行編程。
當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸完畢時(shí)，應(yīng)用CP2101_Close()函數(shù)關(guān)閉設(shè)備句柄?？梢愿鶕?jù)實(shí)際應(yīng)用修改CP2101的VID和PID，并用相應(yīng)函數(shù)寫(xiě)進(jìn)CP2101的EEPROM中。但須注意的是，修改后要用CP2101_Rest()函數(shù)使CP2101復(fù)位并重新安裝驅(qū)動(dòng)程序。
萬(wàn)福生科采用大量個(gè)人賬戶(hù)作為交易對(duì)象，為了配合虛構(gòu)銷(xiāo)售收入，萬(wàn)福生科偽造了相關(guān)采購(gòu)和銷(xiāo)售合同，虛構(gòu)了300多個(gè)個(gè)人賬戶(hù)作為供應(yīng)商賬戶(hù)。萬(wàn)福生科首先通過(guò)自有資金，打入事先虛構(gòu)的300多個(gè)個(gè)人賬戶(hù)作為采購(gòu)款，然后從個(gè)人賬戶(hù)轉(zhuǎn)入公司賬戶(hù)，形成虛構(gòu)銷(xiāo)售收入入賬。虛增的銷(xiāo)售收入以現(xiàn)銷(xiāo)的形式形成，使得審計(jì)過(guò)程難以發(fā)現(xiàn)收入虛增問(wèn)題。同時(shí)，通過(guò)虛增在建工程和預(yù)付賬款來(lái)虛增資產(chǎn)。萬(wàn)福生科選擇利用在建工程來(lái)虛增資產(chǎn)是由于在建工程在沒(méi)有轉(zhuǎn)為固定資產(chǎn)前，其在報(bào)表中顯示的賬面價(jià)值難以測(cè)算，企業(yè)操作的空間很大。因?yàn)槿f(wàn)福生科剛上市，有大量募投項(xiàng)目，在建工程項(xiàng)目放大不至于引人注意。首先從公司賬戶(hù)打入個(gè)人賬戶(hù)款項(xiàng)作為預(yù)付工程設(shè)備款，一部分預(yù)付工程設(shè)備款用來(lái)抵付因虛增收入、由個(gè)人賬戶(hù)轉(zhuǎn)入公司的款項(xiàng)，另一部分預(yù)付工程設(shè)備款則形成在建工程。因在建工程核算的相對(duì)自由性，賬面在建工程進(jìn)行了大量虛構(gòu)。萬(wàn)福生科的造假方式使得審計(jì)人員實(shí)施的交易實(shí)質(zhì)性測(cè)試失靈。萬(wàn)福生科財(cái)務(wù)舞弊案件表明，財(cái)務(wù)舞弊的發(fā)生往往并非由于內(nèi)部控制制度不健全，而是管理層凌駕于內(nèi)部控制之上，致使內(nèi)部控制未能發(fā)揮應(yīng)有的作用。審計(jì)人員測(cè)試內(nèi)部控制制度往往無(wú)法發(fā)現(xiàn)這種刻意隱瞞的管理層舞弊行為。因此，審計(jì)人員必須跳出企業(yè)賬本和財(cái)務(wù)報(bào)表的束縛，靈活運(yùn)用分析性程序來(lái)提高審計(jì)效果。
（一）分析關(guān)聯(lián)財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)間是否相互矛盾
萬(wàn)福生科財(cái)務(wù)造假案中，該公司披露的2010年、2011年凈利潤(rùn)分別為5，555萬(wàn)元和6，026萬(wàn)元，而自由現(xiàn)金流分別為-3，997萬(wàn)元和-10，276萬(wàn)元，凈利潤(rùn)和自由現(xiàn)金流兩項(xiàng)指標(biāo)出現(xiàn)了嚴(yán)重背離，據(jù)此可推斷萬(wàn)福生科利潤(rùn)表或現(xiàn)金流量表數(shù)據(jù)可能存在造假嫌疑。萬(wàn)福生科2012年半年報(bào)顯示，萬(wàn)福生科在在建工程沒(méi)有項(xiàng)目轉(zhuǎn)入固定資產(chǎn)的情況下，其在建工程從8，675萬(wàn)元增加至17，998萬(wàn)元，增加了8，323萬(wàn)元。但是，現(xiàn)金流量表中“購(gòu)建固定資產(chǎn)、無(wú)形資產(chǎn)和其他長(zhǎng)期資產(chǎn)支付的現(xiàn)金”只有5，883萬(wàn)元，據(jù)此可以推測(cè)預(yù)付工程款或者應(yīng)付工程款增加。報(bào)表中顯示的預(yù)付賬款增加了2，632萬(wàn)元，但應(yīng)付賬款卻只增加了379萬(wàn)元。應(yīng)付賬款和預(yù)付賬款不僅包含投資活動(dòng)的款項(xiàng)，還應(yīng)包含經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的業(yè)務(wù)往來(lái)款項(xiàng)，兩者的增加額與在建工程的增加相比相差甚遠(yuǎn)，由此可以推斷有諸多的疑點(diǎn)。萬(wàn)福生科2011年年報(bào)和2012年半年報(bào)中對(duì)于在建工程的披露也存在著重大矛盾之處，在建工程項(xiàng)目在投入了大量資金后，工程進(jìn)度反而降低了。如淀粉糖改擴(kuò)工程和廠區(qū)綠化工程，在分別投入了2，601萬(wàn)元和74萬(wàn)元之后，工程進(jìn)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(wàn)福生科2011年年報(bào)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(bào)中公布的糧油食品類(lèi)毛利率為5.81%，北大荒農(nóng)業(yè)股份有限公司2011年年報(bào)中公布的米業(yè)類(lèi)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(wàn)福生科招股說(shuō)明書(shū)中公布的2010年、2009年和2008年存貨周轉(zhuǎn)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(zhuǎn)率為3.44次、3.45次和3.68次。公司存貨周轉(zhuǎn)率不及行業(yè)平均水平的一半。與同行業(yè)相比較，萬(wàn)福生科存貨的低周轉(zhuǎn)率與高毛利率自相矛盾，這些數(shù)據(jù)表明，萬(wàn)福生科可能在利潤(rùn)表和資產(chǎn)負(fù)債表存在造假的嫌疑。
二、啟示
（一）多進(jìn)行定量分析
分析程序不僅研究不同財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)之間以及財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)與非財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)之間的內(nèi)在關(guān)系還包括必要時(shí)調(diào)查識(shí)別出的、與其他相關(guān)信息不一致或與預(yù)期數(shù)據(jù)嚴(yán)重偏離的波動(dòng)和關(guān)系。分析程序不能只是進(jìn)行定性分析，也不能滿(mǎn)足于泛泛而談。審計(jì)人員一定要進(jìn)行對(duì)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(jìn)行定量分析。例如，上述案例中，可以通過(guò)對(duì)比萬(wàn)福生科與其同行業(yè)之間的存貨周轉(zhuǎn)率和毛利率，尋找可能存在舞弊嫌疑的突破點(diǎn)。
（二）以職業(yè)懷疑的態(tài)度分析各項(xiàng)交易的各個(gè)環(huán)節(jié)
關(guān)鍵詞：鐵路基礎(chǔ)設(shè)施；監(jiān)測(cè)；振動(dòng)傳感器；數(shù)據(jù)采集
中圖分類(lèi)號(hào)：TN919 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
0.引言
進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，我國(guó)鐵路建設(shè)發(fā)展迅猛，取得了良好的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。隨著鐵路運(yùn)輸速度的迅速提升，再加上其相對(duì)方便舒適的環(huán)境和價(jià)格上的優(yōu)勢(shì)，勢(shì)必能吸引越來(lái)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(yùn)輸?shù)娘w速發(fā)展給人們帶來(lái)的交通上的快捷與方便，車(chē)體與鐵軌的振動(dòng)故障對(duì)公共財(cái)產(chǎn)及人身安全構(gòu)成了前所未有的威脅。
伴隨著我國(guó)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(chē)輛行駛速度的不斷提高，逐漸增大，變寬，結(jié)果會(huì)造成電機(jī)等吊掛設(shè)備和車(chē)內(nèi)設(shè)備的高頻高幅振動(dòng)，引起車(chē)體設(shè)備振動(dòng)能量的急速加劇。如果超過(guò)了鐵路各設(shè)備所允許的振動(dòng)強(qiáng)度范圍，未來(lái)的工作性能指標(biāo)及使用壽命將會(huì)受到過(guò)大的動(dòng)態(tài)載荷和噪聲的嚴(yán)重影響，情況越發(fā)嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致零部件的早期失效。當(dāng)前大量事實(shí)表明，在長(zhǎng)期作用的情況下，鐵路振動(dòng)故障可能會(huì)導(dǎo)致貨物破損，軌道破壞，列車(chē)脫軌等危險(xiǎn)情況。為確保鐵路“安全、經(jīng)濟(jì)、快捷、舒適”的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，鐵路建設(shè)要不斷發(fā)展完善其各項(xiàng)功能，才能在越發(fā)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中取得優(yōu)勢(shì)，因此，各國(guó)都加強(qiáng)了對(duì)鐵路振動(dòng)的檢測(cè)及分析，也增加了對(duì)其的投入力度。
今年我國(guó)對(duì)鐵路振動(dòng)檢測(cè)領(lǐng)域的人力物力投入有明顯增加，并且研究范圍擴(kuò)展到眾多方面。以往鐵路振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)只配備在一些重要單位或者要害部門(mén)，而在2000年以后，各個(gè)鐵路站段及各個(gè)振動(dòng)檢測(cè)站點(diǎn)基本都已經(jīng)涉及發(fā)展應(yīng)用到。鐵路振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的重要性越來(lái)越被人們所認(rèn)可，近些年又不斷完善各項(xiàng)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。為了保證鐵路的運(yùn)輸安全、高效舒適的科學(xué)發(fā)展及以人為本的發(fā)展要求，確保鐵路的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，如何準(zhǔn)確檢測(cè)高速鐵路的振動(dòng)并判斷故障是擺在鐵路工作者面前不容緩的實(shí)際問(wèn)題。
1.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案
如圖1所示，本論文用于鐵路基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測(cè)的振動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由下位機(jī)系統(tǒng)和上位機(jī)節(jié)點(diǎn)兩個(gè)大的部分組成。系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的結(jié)構(gòu)框圖下位機(jī)系統(tǒng)里包含了振動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)采集模塊、IIC實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸模塊、微處理器模塊和電源模塊五個(gè)單元。
振動(dòng)傳感器把接收到的振動(dòng)信號(hào)數(shù)字化，通過(guò)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(dòng)傳感器數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析計(jì)算，通過(guò)RS-232串口通信，運(yùn)用MAX3232電平轉(zhuǎn)換芯片及CH340 RS-232串口轉(zhuǎn)USB芯片，實(shí)現(xiàn)了XYZ三軸振動(dòng)數(shù)值發(fā)送到上位機(jī)進(jìn)行控制顯示。因?yàn)槟壳皞€(gè)人電腦上已很少有串口，所以我們使用RS-232串口轉(zhuǎn)USB口芯片CH340G，數(shù)據(jù)可以從USB口進(jìn)入PC上位機(jī)。由于每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的檢測(cè)范圍有限，使用多個(gè)這樣的節(jié)點(diǎn)共同檢測(cè)則可以擴(kuò)大系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)范圍，提高系統(tǒng)的整體工作性能。整個(gè)鐵路振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)是由多個(gè)下位機(jī)節(jié)點(diǎn)互相協(xié)作共同完成系統(tǒng)功能的。
2.系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)思想
本論文的鐵路振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)是由振動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)采集模塊，IIC實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸模塊，微處理器模塊以及RS-232有線(xiàn)通信模塊和電源模塊組成。
振動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)采集模塊對(duì)鐵路振動(dòng)的振動(dòng)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，將采集到的數(shù)據(jù)數(shù)字化，并通過(guò)IIC實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸方式與單片機(jī)處理器通信，接著單片機(jī)處理器模塊將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析，通過(guò)有線(xiàn)通信模塊上傳到上位機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示及存儲(chǔ)，為鐵路振動(dòng)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(shè)計(jì)，完成對(duì)采集到的實(shí)時(shí)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析，判斷當(dāng)前得到的振動(dòng)數(shù)據(jù)是否在鐵路設(shè)備所能產(chǎn)生的振動(dòng)范圍之內(nèi)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行干擾點(diǎn)剔除，去直流及多項(xiàng)式趨勢(shì)項(xiàng)和平滑處理，計(jì)算出與自然坐標(biāo)系夾角的角度，使整個(gè)鐵路振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的性能與數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性得到大幅度提高，很大程度上降低了系統(tǒng)的錯(cuò)誤上報(bào)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(gè)部分：振動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)采集模塊、IIC實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸模塊、微處理器模塊、RS-232有線(xiàn)通信模塊和電源模塊。
數(shù)據(jù)采集模塊：由單片機(jī)處理器模塊發(fā)出相應(yīng)的控制指令配置振動(dòng)傳感器的控制寄存器，內(nèi)部控制寄存器來(lái)決定信號(hào)的采集速度、通信方式、數(shù)據(jù)輸出格式與帶寬，振動(dòng)傳感器根據(jù)內(nèi)部控制寄存器的值按要求采集振動(dòng)信號(hào)。
實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸模塊：振動(dòng)傳感器采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過(guò)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(chǔ)。
微處理器模塊：主要工作是通過(guò)系統(tǒng)軟件控制數(shù)據(jù)采集模塊完成振動(dòng)數(shù)據(jù)信號(hào)的采集，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，然后控制RS-232有線(xiàn)通信模塊將處理完成的數(shù)據(jù)上傳至PC上位機(jī)進(jìn)行顯示及存儲(chǔ)。該模塊是振動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)采集模塊和RS-232有線(xiàn)通信模塊進(jìn)行聯(lián)系的核心部分。
RS-232有線(xiàn)通信模塊：將微處理器模塊處理完畢的數(shù)據(jù)，通過(guò)RS-232串口通信的方式傳遞給上位機(jī)，上位機(jī)會(huì)自動(dòng)顯示及存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，供振動(dòng)故障的判斷使用。
電源模塊：通過(guò)該模塊，將5V外部直流電源轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)所使用的3.3V電源。
結(jié)論
本論文設(shè)計(jì)了一套鐵路振動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用下位機(jī)整體檢測(cè)模塊PC上位機(jī)整體控制數(shù)據(jù)流向，并對(duì)上傳的檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示保存。從與傳統(tǒng)檢測(cè)方法的比較來(lái)看，它能夠更加高效、深入、細(xì)致的對(duì)鐵路振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)、處理分析及顯示存儲(chǔ)，并為鐵路振動(dòng)故障的判斷提供可靠依據(jù)。
參考文獻(xiàn)
[1]馮曉芳.中國(guó)高速鐵路的發(fā)展與展望[J].科技資訊，2009（1）：129-130.
[2]段合朋.鐵道車(chē)輛振動(dòng)特性及平穩(wěn)性研究[D].成都：西南交通大學(xué)，2010.
[3]柴東明.鐵路實(shí)用微型振動(dòng)測(cè)試儀研究[J].設(shè)備管理與維修，1994（11）：18-21.
[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(guān)鍵詞：STM32F103，數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)通信
仿真駕駛模擬器是機(jī)械、電子及計(jì)算機(jī)技術(shù)為一體的復(fù)雜系統(tǒng)，該系統(tǒng)由駕駛室與電動(dòng)伺服裝置組成的仿真駕駛單元，計(jì)算機(jī)、投影機(jī)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(jìn)行模擬駕駛訓(xùn)練外，還具有汽車(chē)駕駛技能形成性評(píng)價(jià)、個(gè)性化培訓(xùn)計(jì)劃、交通事故經(jīng)典案例教學(xué)、駕駛案例性測(cè)評(píng)等的汽車(chē)駕駛應(yīng)用培訓(xùn)教學(xué)。論文格式。論文格式。其中數(shù)據(jù)采集單元實(shí)時(shí)采集仿真駕駛室內(nèi)的各操縱機(jī)構(gòu)狀態(tài)，并將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)串口傳送到上位機(jī)，上位機(jī)通過(guò)汽車(chē)動(dòng)力學(xué)模型及當(dāng)前路況信息計(jì)算出當(dāng)前速度、加速度、方向、位置等信息作為計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)生成圖象和控制電動(dòng)伺服缸動(dòng)作依據(jù)，同時(shí)依據(jù)采集到的數(shù)據(jù)完成對(duì)駕駛行為過(guò)程回放、行為分析、技能等綜合評(píng)估。
1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
如圖1所示，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要由各檢測(cè)模塊及檢測(cè)電路、單片機(jī)、采集芯片、通信接口和上位機(jī)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(zhuǎn)向盤(pán)、加速踏板及各種開(kāi)關(guān)等的位置狀態(tài)，包括對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存取、時(shí)間參數(shù)設(shè)置與主機(jī)通信等。時(shí)鐘信號(hào)也是由采集芯片產(chǎn)生，定時(shí)對(duì)采集芯片機(jī)產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，使主單片機(jī)完成一次數(shù)據(jù)采集，然后又進(jìn)入休眠狀態(tài)。其中轉(zhuǎn)向裝置采用光電編碼器和現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯正列（FPEG）組成數(shù)字式傳感器，通過(guò)RS232與STM32通信。
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在工作時(shí)，對(duì)模擬數(shù)據(jù)首先要通過(guò)放大器對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理后傳送到STM32F103的ADC模塊轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，對(duì)開(kāi)關(guān)量和數(shù)字傳感器信號(hào)通過(guò)I/O或通信接口傳送到STM32F103，最后采集來(lái)的信號(hào)按照一定的通信協(xié)議發(fā)送到上位機(jī)處理。
圖1 汽車(chē)模擬器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
2 硬件設(shè)計(jì)
仿真駕駛室內(nèi)的需要檢測(cè)各種模擬裝置的信號(hào)。這些狀態(tài)根據(jù)采用的傳感器可分為三類(lèi)：數(shù)字量、模擬量和開(kāi)關(guān)量。
2.1 模擬量的采集
加速踏板、離合器踏板和行車(chē)制動(dòng)踏板（三踏板）的踏板行程分別反映供油量大小、離合器結(jié)合程度及制動(dòng)力大小，所以傳感器應(yīng)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(qiáng)，在設(shè)計(jì)中選擇了線(xiàn)性位移傳感器與三踏板的機(jī)械連接組成。線(xiàn)性位移傳感器的阻值變化特性為直線(xiàn)型，能夠準(zhǔn)確反映三踏板行程的大小。
STM32 核心為CORTEX-M3，內(nèi)部集成了2個(gè)1Msps12bit的獨(dú)立ADC，2個(gè)ADC前端由兩個(gè)多路切換器組成16路的模擬輸入通道，并將每個(gè)模擬輸入通道的結(jié)果存入對(duì)應(yīng)的16個(gè)A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)寄存器（ADDR）中。并且內(nèi)部高達(dá) 72MHZ的主頻，高達(dá)1.25DMIPS/MHZ的處理速度，ADC最高速采樣的時(shí)候需要1.5+12.5個(gè)ADC周期，高速的DMA傳輸功能，靈活強(qiáng)大的4個(gè)TIMER等。加速踏板、離合器踏板和行車(chē)制動(dòng)踏板模擬信號(hào)經(jīng)多路模擬開(kāi)關(guān)和信號(hào)調(diào)理電路經(jīng)相應(yīng)的控制電路與ADC0、ADC1和ADC2三個(gè)模擬通道相連，完成對(duì)信號(hào)的采樣與轉(zhuǎn)換。
2.2 開(kāi)關(guān)量采集
模擬的操作有大量的開(kāi)關(guān)量信號(hào)。組合開(kāi)關(guān)、點(diǎn)火開(kāi)關(guān)等采用EQ153型實(shí)車(chē)開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)仿真駕駛的開(kāi)關(guān)操作功能，在實(shí)車(chē)開(kāi)關(guān)上都有微動(dòng)開(kāi)關(guān)，主芯片可通過(guò)光電隔離器與微動(dòng)開(kāi)關(guān)相連，提取開(kāi)關(guān)量，并轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平進(jìn)行處理。變速器采集模塊采用兩個(gè)PCB電路板構(gòu)成變速器模擬裝置，一個(gè)PCB電路板裝有4對(duì)發(fā)光二極管和光敏三極管，一對(duì)放光二極管和光敏三極管構(gòu)成一路采集，固定于變速器外殼內(nèi)與機(jī)械結(jié)合采集檔位桿操作動(dòng)作，變速器采集模塊與主控板I/O采集接口連接，當(dāng)有檔位使能動(dòng)作時(shí)，主控單片機(jī)要實(shí)時(shí)采集到變速器的使能動(dòng)作。手制動(dòng)采集模塊選用行程開(kāi)關(guān)模擬，采集手制動(dòng)動(dòng)作，行程開(kāi)關(guān)安裝于手制動(dòng)控制桿底側(cè)，手制動(dòng)采集模塊接線(xiàn)端子與主控板I/O接口連接，主控板能實(shí)時(shí)采集到手制動(dòng)操作使能。
2.3轉(zhuǎn)向盤(pán)關(guān)電編碼設(shè)計(jì)
轉(zhuǎn)向盤(pán)度采集模塊采集轉(zhuǎn)向盤(pán)的旋轉(zhuǎn)的角度、方向?？紤]在實(shí)際駕駛中轉(zhuǎn)向盤(pán)要求有一定的間隙，在采集時(shí)，采集精度要低，所以選用了以光電編碼為原理的碼盤(pán)檢測(cè)機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)向盤(pán)的轉(zhuǎn)向立柱連接用于模擬轉(zhuǎn)向裝置，光電編碼為750個(gè)脈沖/圈，將轉(zhuǎn)向盤(pán)的角位移轉(zhuǎn)換為電脈沖輸出。光電編碼單獨(dú)采用現(xiàn)場(chǎng)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(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。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(hào)經(jīng)光電耦合器抑制傳輸過(guò)程中的高頻噪聲信號(hào)后送入FPGA處理器，在FPGA中按照倍頻和鑒別方向設(shè)置等進(jìn)行計(jì)數(shù)處理，得到實(shí)時(shí)脈沖數(shù)，最后通過(guò)RS232與采集芯片通信，并傳輸?shù)街骺匦酒琒TM32F103。
圖2 轉(zhuǎn)向盤(pán)光電編碼硬件設(shè)計(jì)
2.3 與主機(jī)的通信接口
由于數(shù)據(jù)采集單元與上位機(jī)的主控室距離較長(zhǎng)，所以采用傳輸距離可達(dá)1000多米，傳輸速率10Mbs的RS485總線(xiàn)通信標(biāo)準(zhǔn)。通信接口芯片采用Sipex公司的SP3075E芯片，接口設(shè)計(jì)如圖3所示。論文格式。
圖3 通信接口連接圖
3軟件設(shè)計(jì)
模擬器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中，應(yīng)完成多路模擬信號(hào)的采集和轉(zhuǎn)換，在上位機(jī)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(jī)發(fā)送，并根據(jù)上位機(jī)下傳的各種輸出信號(hào)直行相應(yīng)的操作并開(kāi)始下一次數(shù)據(jù)采集，將采集的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在采集系統(tǒng)的存儲(chǔ)器中，等待上位機(jī)的上傳指令。按照采集任務(wù)，主程序可分為多路AD轉(zhuǎn)換模塊、RS485通信模塊和中斷服務(wù)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(hào)采集程序片段及注釋
ADC1->CR2.B.ADON = 1; //開(kāi)啟ADC
ADC1->SMPR1.W= 0; //設(shè)置每個(gè)通道的采樣時(shí)間
ADC1->SQR1.W= 0; //設(shè)置序列轉(zhuǎn)換長(zhǎng)度和通道
ADC1->CR1.B.SCAN= 1; //掃描模式開(kāi)啟
ADC1->SQR1.B.L= 5; //轉(zhuǎn)換長(zhǎng)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(hào)
ADC1->CR2.B.CAL= 1; //開(kāi)始ADC校準(zhǔn)
3.2通信接口程序片段及注釋
與上位機(jī)的通信模塊使用了兩個(gè)中斷，分別用于接收和發(fā)送中斷。通信模塊中還需設(shè)置破特率BRR。
USART1->BRR.W= UARTclk/Bud; //設(shè)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(jié)束中斷
4 結(jié)束語(yǔ)
本文闡述了汽車(chē)仿真駕駛模擬器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，經(jīng)實(shí)踐表明，STM32主控芯片具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)運(yùn)算和處理能力，保證了汽車(chē)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(zhǔn)確度工作，完成對(duì)模擬器數(shù)據(jù)的采集。
參考文獻(xiàn)：
[1]孫洪波等.TMS320C5000系列DSP系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)實(shí)例[M].北京:電子工業(yè)出版社,2004.
[2]周立功等.ARM嵌入式系統(tǒng)教程[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2005.
[3]張志勇.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].應(yīng)用能源技術(shù),2009,10:36-38.
一、計(jì)劃的內(nèi)容
計(jì)劃的核心包括目標(biāo)、措施、步驟，這就是通常所說(shuō)的計(jì)劃的三要素。
目標(biāo)--做什么？本篇畢業(yè)論文所要完成的主要任務(wù)和重要的指標(biāo)。措施--怎么做？要求確定執(zhí)行計(jì)劃的具體辦法和途徑。
步驟--何時(shí)做？制定畢業(yè)論文寫(xiě)作的整個(gè)進(jìn)度和安排。這部分是論文寫(xiě)作計(jì)劃的主體，其中包括獲取材料的途徑、方式及需要的時(shí)間，閱讀方式、整理研究方法和期限，擬定提綱撰寫(xiě)初稿的進(jìn)度。此外，還應(yīng)考慮研究經(jīng)費(fèi)，進(jìn)行物力、財(cái)力的預(yù)算。
二、寫(xiě)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(zhuān)業(yè)的不同，水平，經(jīng)驗(yàn)方面也有差異，很難有一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)限，也沒(méi)有什么統(tǒng)的格式。某學(xué)校的寫(xiě)作8程表安排如下：
確定選題 2周
實(shí)踐、實(shí)習(xí)，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(jiàn)，修改論文 1周
定稿、謄清、裝訂 4天
做好參加答辯的準(zhǔn)備 3天
總體上需要10周時(shí)間，若是從4月上旬開(kāi)始，可在6月中下旬結(jié)束。
現(xiàn)以某校計(jì)算機(jī)應(yīng)用專(zhuān)業(yè)的物業(yè)管理系統(tǒng)圖書(shū)管理系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)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(wù)管理。設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的目的是運(yùn)用計(jì)算機(jī)，對(duì)小區(qū)內(nèi)的水電費(fèi)、物 業(yè)管理費(fèi)收付款、住宅小區(qū)住戶(hù)等信息進(jìn)行管理，以實(shí)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(kù)維護(hù)等模塊。
題目二：圖書(shū)管理系統(tǒng)
用于圖書(shū)借還日常數(shù)據(jù)的微機(jī)處理，設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的目的是運(yùn)用計(jì)算機(jī)，對(duì)圖書(shū)館的圖書(shū)借間、圖書(shū)歸類(lèi)管理、還書(shū)進(jìn)書(shū)處理、罰款登記處理等信息進(jìn)行管理，以實(shí)現(xiàn)圖書(shū)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(kù)生成與維護(hù)等模塊。時(shí)間安排：
1.系統(tǒng)需求分析確定系統(tǒng)的規(guī)模目標(biāo)，（1周）
2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段確定開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的語(yǔ)言環(huán)境及管理模塊結(jié)構(gòu)，各人按所分工的模塊開(kāi)始設(shè)計(jì)。（3周）
3.各學(xué)員按設(shè)計(jì)的模塊實(shí)現(xiàn)端程、調(diào)試。（4周）
4.進(jìn)行總體合并，形成系統(tǒng)，由各小組負(fù)責(zé)人進(jìn)行全面調(diào)試并檢測(cè)各模塊的兼容性。（1周）
