數據采集論文精品(七篇)

序論：寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇數據采集論文范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創作。

篇(1)

GPRS移動數據傳輸網絡的主要作用就是對無線數據進行傳輸。在監控對象安裝的數據采集點會對數據進行采集，然后經過GSM網絡的空中接口模塊，同時對數據進行解碼處理，然后將其轉換為可以在公網傳輸的格式，最后通過GPRS移動數據傳輸網絡將數據傳輸至監控中心的服務器。在整個系統中，各個監控點的數據采集模塊通過GPRS移動數據傳輸網絡與監控中心相連，數據采集點同意使用STK卡，與此同時，監控中心會對各點進行登記，并在服務器中保存相關資料。各個監控點的數據采集模塊中裝有數據采集軟件，該軟件24h在線，對電網中的信息數據進行24h不間斷的采集工作。關于信息的傳輸，使用的是JW0D2系列的GPRS無限透明數據傳輸終端。該終端基于移動網絡，抗干擾能力較強，同時性能較高。此外，該傳輸終端還提供標準的RS232接口，以便實現與計算機的連接。在傳輸過程中，速率可以達到172kbps，能滿足監控中心與各個監控點的數據采集與處理工作。由于電網數據傳輸的特殊性較強，因此本系統使用了安全保障，以保證系統運行的穩定性和可靠性。在網絡安全方面，經過對信源加密、信道加密、登錄防護、接入防護、訪問防護等，能有效增強網絡安全，加強安全防護。在硬件方面，使用VPN將公網接入到GPRS網中，成本低廉，不用租用專線。此外，使用VPN還可以增強安全性，客戶端在鏈接應用服務器之前，要經過服務器的認證，而且整個數據傳輸過程均會加密，如此一來，安全性就得到了保障。另外，系統還對用戶的SIM卡手機繼續鑒別授權，在網絡側對SIM卡號和APN進行綁定處理，只有擁有權限的相關用戶才能對專用APN進行訪問，沒經過授權的SIM卡將無法對APN網絡進行訪問。

2特點與優勢

傳輸模塊的特點主要有：①傳輸模塊采用了工業級的GPRS模塊，該模塊性能較為穩定，而且其工作溫度范圍較大。另外，用了嵌入式的CPU作為處理器，功耗低、性能高，還能高速處理協議和大量的數據。②由于該模塊的工作方式為multi-tasking，因此實時性較好。③其AT指令的預設簡單方便。該模塊的通信距離較遠，而且具有覆蓋面積廣的特點，能使終端實時在線，能將無線電無法到達的區域采用GPRS通信的方式進行傳輸，真正實現了高效傳輸。此外，該系統還有組網靈活、擴展容易、維護簡單、性價比高的特點。

與短消息服務相比，GPRS服務的實施性很強，而且系統不會出現延時的情況，可以對所有數據進行采集。此外，由于GPRS具有雙向功能，還可以對采集設備進行反向控制，因此進一步提高了系統的便捷性。本系統的擴展性良好，是大面積覆蓋的GPRS網絡，所以該系統不存在盲區，而且由于該系統的輸出容量較大，數據采集點較多，監控中心要與每一個監控點相連，因此需要系統能滿足傳輸需求。該系統的傳輸容量較大，能滿足突發性數據的傳輸要求，因此該系統的優點明顯。

3結束語

篇(2)

基于通用信號處理開發板，利用FPGA技術控制AD9233芯片對目標模擬信號采樣，再將采樣量化后的數據寫入USB接口芯片CY7C68013的FIFO中，FIFO寫滿后采用自動觸發工作方式將數據傳輸到PC機。利用VC＋＋6．0軟件編寫上位機實現友好的人機交互界面，將傳輸到PC機上的數據進行儲存和實時回放。本系統主要實現以下兩大功能：1）ADC模塊對目標模擬信號進行采樣，利用FPGA技術將采樣后的數據傳輸到USB接口芯片CY7C68013的FIFO中存儲。2）運用USB2．0總線數據傳輸技術，將雷達回波信號數據傳輸到PC機實時回放。分為應用層、內核層和物理層3部分。應用層和內核層主要由軟件實現。應用層采用VC＋＋6．0開發用戶界面程序，為用戶提供可視化操作界面。內核層基于DriverWorks和DDK開發系統驅動程序，主要起應用軟件與硬件之間的橋梁作用，把客戶端的控制命令或數據流傳到硬件中，同時把硬件傳輸過來的數據進行緩存。物理層主要以FPGA為核心，對USB接口芯片CY7C68013進行控制，通過USB2．0總線實現對中頻信號采集。系統設計采用自底向上的方法，從硬件設計開始逐步到最終的應用軟件的設計。

2硬件設計

FPGA在觸發信號下，控制ADC采樣輸入信號，并存入FIFO中。當存滿時，將數據寫入USB接口芯片CY7C68013，同時切換另一塊FIFO接收ADC轉換的數據，實現乒乓存儲，以提高效率。FPGA模塊的一個重要作用是控制USB接口芯片CY7C68013。當ADC采樣后，數據進入FPGA模塊，FPGA控制數據流將其寫入CY7C68013的FIFO中，以便于USB向PC機傳輸。CY7C68013的數據傳輸模式采用異步slaveFIFO和同步slaveFIFO切換模式。通過實測，前者傳輸速度約為5～10Mbit／s，后者傳輸速度最高可達20Mbit／s，傳輸速度的提高可通過更改驅動程序的讀取方式實現。

3軟件設計

3．1USB驅動程序設計

USB2．0總線傳輸技術最高速率可達480Mbit／s。本系統采用批量傳輸的slaveFIFO模式。CY7C68013芯片內部提供了多個FIFO緩沖區，外部邏輯可對這些端點FIFO緩沖區直接進行讀寫操作。在該種傳輸模式下，USB數據在USB主機與外部邏輯通信時無需CPU的干預，可大大提高數據傳輸速度。Cypress公司為CY7C68013芯片提供了通用的驅動程序，用戶可根據需求開發相應的固件程序。

3．2FPGA模塊程序設計

系統中FPGA模塊的核心作用是控制AD9233芯片進行采樣。AD9233作為高速采樣芯片，其最高采樣速率達125Mbit／s，最大模擬帶寬為650MHz。通過改變采樣速率可使該系統采集不同速率需求的信號，擴展了該系統的應用范圍。描述FPGA控制USB數據寫入接口芯片FIFO的狀態機如圖6所示。狀態1表示指向INFIFO，觸發FIFOADR［1：0］，轉向狀態2；狀態2表示若FIFO未滿則轉向狀態3，否則停留在狀態2；狀態3表示驅動數據到總線上，通過觸發SLWR寫數據到FIFO并增加FIFO的指針，然后轉向狀態4；狀態4表示若還有數據寫則轉向狀態2，否則轉向完成。

3．3上位機設計

為實現人機交互，利用VC＋＋MFC在PC機上編寫了可視化操作界面，即上位機。上位機既用于數據采集的控制，同時也用于采集數據的實時回放。上位機界面如圖7所示。上位機主要功能：1）按下“檢測USB”按鈕，可檢測USB是否連接正常，并顯示USB基本信息。2）按下“開始采集”按鈕，可將采集的數據傳輸到PC機并實時回放數據波形；再次按下“開始采集”按鈕，可暫停數據波形回放。3）按下“保存數據”按鈕，可將采集的數據以＊．dat文件的形式存儲到PC機硬盤。4）按下“結束采集”按鈕，可關閉采集系統并退出界面；或按下“確定”和“取消”按鈕，也可直接退出界面。

4系統實測

為了測試數據采集與回放系統，利用通用信號處理開發板設計了DDS模塊。該DDS模塊產生一個正弦波作為測試信號，通過AD9744芯片轉換后變為模擬信號輸出，并將此輸出信號接至示波器以便驗證系統。數據采集與回放系統的實物圖及系統實測波形與回放波形。

5結束語

篇(3)

1虛擬儀器的特點和構成

1.1虛擬儀器的特點

與傳統儀器相比，虛擬儀器具有高效、開放、易用靈活、功能強大、性價比高、可操作性好等明顯優點，具體表現為：

智能化程度高，處理能力強虛擬儀器的處理能力和智能化程度主要取決于儀器軟件水平。用戶完全可以根據實際應用需求，將先進的信號處理算法、人工智能技術和專家系統應用于儀器設計與集成，從而將智能儀器水平提高到一個新的層次。

復用性強，系統費用低應用虛擬儀器思想，用相同的基本硬件可構造多種不同功能的測試分析儀器，如同一個高速數字采樣器，可設計出數字示波器、邏輯分析儀、計數器等多種儀器。這樣形成的測試儀器系統功能更靈活、更高效、更開放、系統費用更低。通過與計算機網絡連接，還可實現虛擬儀器的分布式共享，更好地發揮儀器的使用價值。

可操作性強，易用靈活虛擬儀器面板可由用戶定義，針對不同應用可以設計不同的操作顯示界面。使用計算機的多媒體處理能力可以使儀器操作變得更加直觀、簡便、易于理解，測量結果可以直接進入數據庫系統或通過網絡發送。測量完后還可打印、顯示所需的報表或曲線，這些都使得儀器的可操作性大大提高而且易用、靈活。

1.2虛擬儀器的構成

虛擬儀器的構建主要從硬件電路的設計、軟件開發與設計2個方面考慮。

硬件電路的設計主要根據用戶所面對的任務決定，其中接口設計可選用的接口總線標準包括GPIB總線、VXI總線等。推薦選用VXI總線。因為他具有通用性強、可擴充性好、傳輸速率高、抗干擾能力強以及良好的開放性能等優點，因此自1987被首次推出后迅速得到各大儀器生產廠家的認可，目前VXI模塊化儀器被認為是虛擬儀器的最理想平臺，是儀器硬件的發展方向。由于VXI虛擬儀器的硬件平臺的基本組成是一些通用模塊和專用接口。因此硬件電路的設計一般可以選擇用現有的各種不同的功能模塊來搭建。通用模塊包括：信號調理和高速數據采集；信號輸出與控制；數據實時處理。這3部分概括了數字化儀器的基本組成。將具有一種或多種功能的通用模塊組建起來，就能構成任何一種虛擬儀器。例如使用高速數據采集模塊和高速實時數據處理模塊就能構成1臺示波器、1臺數字化儀或1臺頻譜分析儀；使用信號輸出與控制模塊和實時數據處理模塊就能構成1臺函數發生器、1臺信號源或1臺控制器。專用接口是針對特定用途儀器需要的設計，也包括一些現場總線接口和各類傳感器接口。系統的主要硬件包括控制器、主機箱和儀器模塊。常用的控制方案有GPIB總線控制方式的硬件方案、MXI總線控制方式的硬件方案、嵌入式計算機控制方式的硬件方案3種。VXI儀器模塊又稱為器件（devices）。VXI有4種器件：寄存器基器件、消息基器件、存儲器器件和擴展器件。存儲器器件不過是專用寄存器基器件，用來保存和傳輸大量數據。擴展器目前是備用件，為今后新型器件提供發展通道。將VXI儀器制作成寄存器基器件，還是消息基器件是首先要做出的決策。寄存器基器件的通信情況極像VME總線器件，是在低層用二進制信息編制程序。他的明顯優點在于速度寄存器基器件完全是在直接硬件控制這一層次上進行通信的。這種高速通信可以使測試系統吞吐量大大提高。因此，寄存器基器件適用于虛擬儀器中信號/輸出部分的模塊（如開關、多路復用器、數/模轉換輸出卡、模/

數轉換輸入卡、信號調理等）。消息基器件與寄存器基器件不同，他在高層次上用ASCII字符進行通信，與這種器件十分相似是獨立HPIB儀器。消息基器件用一組意義明確的“字串行協議”相互進行通信，這種異步協議定義了在器件之間傳送命令和數據所需的掛鉤要求。消息基器件必須有CPU（或DSP）進行管理與控制。因此，消息基器件適用于虛擬儀器中數字信號處理部分的模塊。

軟件的開發與設計包括3部分：VXI總線接口軟件、儀器驅動軟件和應用軟件（軟面板）。軟件結構如圖1所示。

VXI總線接口軟件由零槽控制器提供，包括資源管理器、資源編輯程序、交互式控制程序和編程函數庫等。該軟件在編程語言和VXI總線之間建立連接，提供對VXI背板總線的控制和支持，是實現VXI系統集成的基礎。

儀器驅動程序是完成對某一特定儀器的控制與通信的軟件程序，也即模塊的驅動軟件，他的設計必須符合VPP的2個規范，即VPP3.1《儀器驅動程序結構和模型》和VPP3.2《儀器驅動程序設計規范》。

“軟面板”設計就是設計具有可變性、多層性、自、人性化的面板，這個面板應不僅同傳統儀器面板一樣具有顯示器、LED、指針式表頭、旋鈕、滑動條、開關按鈕、報警裝置等功能部件，而且應還具有多個連貫操作面板、在線幫助功能等。

2虛擬儀器在數據采集中的應用

利用虛擬儀器制作數據采集器可以按照硬件設計、軟件設計兩個步驟來完成。

2.1硬件設計

硬件設計要完成以下內容：

1)模/數轉換及數據存儲

設置具有通用性的數據自動采集系統，一般應滿足能對多路信號盡可能同步地進行采集，為了使所采集到的數據不但能夠在數據采集器上進行存儲，而且還能及時地在采集過程中將數據傳送到上位機，選用存儲量比較適中的先進先出存儲器，這樣既能滿足少量數據存儲的需要，又能在需要實時傳送數據時，在A/D轉換的同時進行數據傳送，不丟失任何數據。)VXI總線接口

VXI總線數據采集器通?？梢岳脙煞NVXI總線通用接口消息基接口和寄存器基接口。消息基接口的作用是通過總線傳送命令，從而控制儀器硬件的操作。通用寄存器基接口是由寄存器簡單的讀寫來控制儀器硬件的操作。利用消息基接口進行設計，具體消息基接口的框圖見圖2。

3)采樣通道控制

為了滿足幾種典型系統通道控制的要求，使通道的數量足夠多，通道的選取比較靈活，可以利用寄存器電路、可預置計數器電路以及一些其他邏輯電路的配合，將采樣通道設計成最多64路、最少2路可以任意選擇，而且可以從任意一路開始采樣，也可以到任意一路結束采樣，只要截止通道號大于起始通道號就可以了。整個控制在虛擬儀器軟面板上進行操作，通過消息基接口將命令寫在這部分的控制寄存器中，從而設置計數器的初值以及采樣的通道總數。

4)定時采樣控制

由于不同的自動測試系統對采樣時間間隔的要求不同，以及同一系統在不同的試驗中需要的采樣時間間隔也不盡相同，故可以采用程控的方式將采樣時間間隔設置在2μs~13.0ms之間任意選擇，可以增加或減少的最小單位是2μs。所有這些選擇設置可以在虛擬儀器軟面板上進行。

5)采樣點數控制

根據不同測試系統的需求，將采樣點數設計成可在一個比較大的范圍中任意選擇，該選擇同樣是在軟面板上進行。

6)采樣方式控制

總結各種自動測試系統的采樣方式不外乎軟件觸發采樣和硬件觸發采樣。在硬件觸發采樣中又包括同步整周期采樣和非同步整周期采樣，這2種采樣又可以是定時進行的或等轉速差進行的。所有這些采樣方式，對于數據采集器來說都可以在軟面板上進行選擇。

2.2軟件設計

軟件是虛擬儀器的關鍵，為使VI系統結構清晰簡潔，一般可采用組件化設計思想，將各部分彼此獨立的軟件單元分別制成

標準的組件，然后按照系統的總體要求組成完整的應用系統，一個標準的組件化的虛擬儀器軟件系統，如圖3所示。

應用軟件為用戶提供了建立虛擬儀器和擴展其功能的必要工具，以及利用PC機、工作站的強大功能。同時VPP聯盟提出了建立虛擬儀器標準結構庫（VISA）的建議，為虛擬儀器的研制與開發提供了標準。這也進一步使由通用的VXI數據采集模塊、CPU/DSP模塊來構成虛擬儀器成為可能。

基于虛擬儀器的數據采集器的軟件包括系統管理軟件、應用程序、儀器驅動軟件和I/O接口軟件。以往這4部分需要用戶自己組織或開發，往往很困難，但現在NI公司提供了所有這四部分軟件，使應用開發比以往容易得多。

下面簡單介紹以NI公司的LabWindows/CVI為開發環境，來進行VXI虛擬儀器的驅動程序開發的方法。

第一步：生成儀器模塊的用戶接口資源文件（UIR）。用戶接口資源、文件是儀器模塊開發者利用LabWindows/CVI的用戶界面編輯器為儀器模塊設計的一個圖形用戶界面（GUI）。一個LabWindows/CVI的GUI由面板、命令按鈕、圖標、下拉菜單、曲線、旋鈕、指示表以及許多其他控制項和說明項構成。

第二步：LabWindows/CVI事件驅動編程。應用程序開發環境LabWindows/CVI中設計一個用戶接口，實際上是在用戶計算機屏幕上定義一個面板，他由各種控制項（如命令按鈕、菜單、曲線等）構成。用戶選中這些控制項就可以產生一系列用戶接口事件（events）。例如，當用戶單擊一個命令按鈕，這個按鈕產生一個用戶接口事件，并傳遞給開發者編寫的C語言驅動程序。這是運用了Windows編程的事件驅動機制。LabWindows/CVI中使用不同類型的控制項，在界面編輯器中將顯示不同類型的信息，并產生不同操作的接口事件。在LabWindows/CVI的開發平臺中，對事件驅動進行C程序編程時可采用2種基本的方法：回調函數法和事件循環處理法。

回調函數法是開發者為每一個用戶界面的控制項寫一個獨立的用戶界面的控制函數，當選中某個控制項，就調用相應的函數進行事件處理。在循環處理法中，只處理GUI控制項所產生的COMMIT事件。通過GetUserEvent函數過濾，將所有的COMMIT事件區分開，識別出是由哪個控制項所產生的事件，并執行相應的處理。

第三步：應用函數/VI集與應用程序軟件包編寫。應用函數/VI集需針對具體儀器模塊功能進行編程，應用程序軟件包只是一些功能強大、需要完善的數據處理能力的模塊才需要提供，如波形分析儀模塊、DSP模塊等。

3結語

本文探討了虛擬儀器的基本組成，以及實際的虛擬儀器軟硬件設計的一般方法，這些方法經過實際設計工作運用證明是可靠的，可供系統工程技術人員在組建具體的基于VXI總線的虛擬儀器數據采集、測試時參考使用。

參考文獻

1］趙勇.虛擬儀器軟件平臺和發展趨勢［J］.國外電子測量技術,2002,(1)

2］陳光禹.VXI總線測試平臺［M］.北京：電子科技大學出版社,1996

3］孫昕，張忠亭，薛長斌.集成VXI總線自動測試系統的方法［J］.測控技術,1996,15(4)

篇(4)

目前，適用于短距離的無線通信技術大致有藍牙技術、ZigBee技術及Wifi技術。相比較而立，ZigBee技術以其功耗低、結構簡單、性價比高、擴展簡便及安全可靠等優點成為構建WSN的最佳選擇。本設計采用ZigBee技術，以Ad-Hoc方式構成的無線網絡，整個網絡采用簇-樹狀拓撲結構。每一個結點采用CC2530芯片作為微處理器。CC2530的引腳端口與傳感器相連，形成數據采集的終端。

2數據采集系統總體架構設計

配電網數據采集系統主要包括三個基本模塊：底層數據采集模塊、數據傳輸模塊和數據存儲管理模塊，具體結構如圖3所示。底層數據采集模塊由CC2530所帶的電流、電壓、溫度、濕度、紅外、振動等傳感器組成，這些傳感器所采集的數據經CC2530中的8051單片機簡單處理后傳至數據傳輸模塊。數據傳輸模塊由ZigBee路由器結點組成，這一部分也由CC2530芯片擔當。這些路由器結點組成樹狀網絡，形成數據上傳至匯總結點的通道。數據存儲與管理模塊由ZigBee協調器與PC機組成，Zig-Bee協調器由CC2530擔當，與PC機用USB線進行連接，串口進行數據通信。PC機接收數據后對數據進行進一步的存儲與處理。PC上安裝有網卡，形成與Internet網的連接端口，從而滿足遠程監控的需要。

3數據采集模塊隨機干擾的濾波設計

在無線傳感網進行數據采集的過程中，測量通道中串入隨機干擾是不可避免的。隨機干擾的出現會引起測量誤差，對遠程的監控不利。因此，采取某種手段對采集數據進行濾波是保證采集數據準確性的前提。常用的數字濾波算法有算術平均濾波、加權平均濾波、中位值濾波、限值濾波等方法，本設計采用基于中位值濾波方法的中位值平均濾波方法。通常中位值濾波是對采集信號進行排序，取位于中間的數據作為一次的采樣數據。這種方法對高頻干擾和低頻干擾都有一定的濾除效果，但是對于某些變化快速的采集數據，如電流、電壓、振動等，不宜采用中位置濾波。中位值平均濾波方法是在中位值排序的基礎上，將最大和最小的數據去掉，然后將剩余的數據進行平均，最終將平均值作為一次采樣數據。因此無論對于緩慢變化的信號，還是對快速變化的信號，都能取得良好的濾波效果。

4總結

篇(5)

關鍵詞：USB軟件狗加解密技術反破解

在工業生產和科學技術研究過程的各行業中，常常要對各種數據進行采集，現在常用的采集方式是在PC機或工控機內安裝數據采集卡，如A/D卡及422卡、485卡、采集卡不僅安裝麻煩，易受機箱內環境的影響，而且由于受計算機插槽數量和地址、中斷資源的限制，不可能掛接很多設備；而用串行總線USB（UniversalSerialBus）能很發地解決以上這些沖突。

利用89C51設計基于USB總線的數據采集設備，還可與MAX485結合起來實現數據的遠程采集。該系統具有可靠性高、性價比高和多點采集等優點。

1系統硬件設計

USB數據采集系統硬件模塊主要由串行A/D轉換器、89C51芯片、USB接口芯片和多路模擬開關等組成。硬件總體結構框圖如圖1所示。

USB接口芯片采用NationalSemiconductor公司的一種專用芯片USBN9602。該芯片內部集成微處理器接口、FIFO存儲器、時鐘發生器、串行接口引擎（SIE）、收發器和電壓轉換器，支持DMA和微波接口。

多路模擬輸入信號經多路模擬開關控制將其中的一路接入串行A/D轉換器，A/D轉換器經光電隔離后串行輸出到移位寄存器，移位寄存器將此結果轉為8位并行數據。89C51系統通過8位的并行接口傳送A/D轉換器采集的數據，存儲在FIFO存儲器中；一旦FIFO存滿，SIE立刻對數據進行處理，然后89C51系統將數據從FIFO存儲器中讀出，由收發器通過數據線（D+、D-）送至主機。USBN9602與89C51的具體接口電路如圖2所示。圖中USBN9602的CLKOUT與89C51的XTAL1相連，即USBN9602的時鐘輸出為89C51提供時鐘輸入。USBN9602的復位端接RC電路，以保證復位電路可靠地工作。由于晶振頻率較高，結合USBN9602內部網絡，在XOUT端串接100μF電容及470μF電感，起穩定內部振蕩頻率的作用。

2系統軟件設計

系統軟件包括設備固件、USB設備驅動程序和應用程序。

2.1設備固件（firmaware）設計

此處固件是指固化到89C51Flash中的程序。其主要功能是：①控制A/D轉換器的采樣；②控制芯片USBN9602接受并處理USB驅動程序的請求及應用程序的控制指令?，F主要介紹89C51系統如何控制USB控制器（USBN9602）與主機的通信。

89C51系統對USB控制器的操作是嚴格按照USB協議1.1進行的。按照USB協議1.1的規定，USB傳輸方式分為4種：控制傳輸、塊傳輸、同步傳輸和中斷傳輸。在實際開發中使用了控制傳輸和塊傳輸?？刂苽鬏斨饕瓿芍鳈C對設備的各種控制操作，也就是實現位于主機上的USB總線驅動程序（USBD.SYS）以及編寫的功能驅動程序對設備的各種控制操作。塊傳輸主要完成主機和設備間的大指數據傳輸以及對傳輸數據進行錯誤檢測（若發生錯誤，它支持“重傳”功能）。

89C51系統控制USB控制器的工作工程可以簡單地概括為：當USB控制器從USB總線檢測到主機啟動的某一傳輸請求后，USB控制器通過中斷方式將此請求通知89C51系統；89C51系統通過訪問USB控制器的狀態寄存器和數據寄存器，獲得與此次傳輸有關的各種參數，并根據具體的傳輸參數，對USB控制器的控制寄存器和數據寄存器進行相應的操作，以完成主機的傳輸請求。理解了以上的工作過程就可以進行相應的固件設計。

2.2USB設備驅動程序設計

USB系統驅動程序的設計是基于驅動程序模型WDM（WindowDriverModel）的。WDM采用分層驅動程序模型：較高級的USB設備驅動程序和較低級的USB函數層。其中USB函數層由兩部分組成：較高級的通用串行總線模塊（USBD）和較低級的主控制器驅動程序模塊（HCD）。

目前，Windwos98提供了多種USB設備驅動程序，但并不針對數據采集設備，因此需用DDK（設備驅動程序開發包）開發工具設計專用的USB設備驅動程序。目前，寫USB驅動程序的軟件也很多，它們均提供用于生成USB驅動的代碼生成器，用戶按照提示可以定義設備的配置和功能，然后做功能的修改即可。利用軟件中提供的例子進行修改也是一個比較好的捷徑?？梢园裊SB設備驅動程序的功能劃分成4個不同的模塊來實現：初始化模塊、即插即用管理模塊、電源管理模塊以及I/O功能實現模塊。

初始化模塊提供1個入口函數DriverEntry()，整個驅動程序的入口點為DriverEntry例程。在DriverEntry中，需要提供一個AddDevice例程，把驅動程序添加到驅動程序堆棧中去。另外，所有對各種IRP（I/O請求包，如：IRP_MJ_CREATE，IRP_MJ_WRITE，IRP_MJ_CLOSE，IRP_MJ_READ，IRP_MJ_DEVICE_CONTROL等）的處理例程都在此入口函數中作為定義，如：

DriverEntry(INPDRIVER_OBJECTDriverObject,…)//驅動程序入口

{

DriverObject->DriverExtension->AddDevice=USBAddDevice;

DriverObject->DriverUnload=USBUnload;

DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_READ]=USBRead;

DriverObject->MajorFunction[IRP_MJ_WRITE]=USBWrite；

…

}

圖2USBN9602與89C51接口電路

即插即用管理模塊用來實現USB設備的熱插拔及動態配置。當硬件檢測到有USB設備接入時，Windows98查找響應的驅動程序，并調用它的DriverEntry例程。PnP（即插即用）管理器調用驅動程序的AddDevice例程，告訴它添加了一個設備。在此處理過程中，驅動程序收到一個設備啟動請求（IRP_MN_START_DEVICE）的IRP。同理，當要拔除時，PnP管理器會發出一個設備刪除請求（IRP_MN_REMOVE_DEVICE）的IRP，由驅動程序進行處理。通過對這些PnP請求的處理，可支持設備的熱插拔和即插即用功能。

電源管理模塊負責設備的掛起與喚醒。

I/O功能實現模塊完成I/O請求的大部分工作。若應用程序想對設備進行I/O操作，它便使用WindowsAPI函數，對WIN32子系統進行WIN32調用。此調用由I/O系統服務接收并通知I/O管理器，I/O管理將此請求構造成一個合適的I/O請求包（IRP）并把它傳遞給USB設備驅動程序。USB設備驅動程序接收到這個IRP以后，根據IRP中包含的具體操作代碼，構造相應的USB請求塊并把此URB（USB請求塊）放到一個新的IRP中。然后，把此IRP傳遞到USB總線驅動程序，USB總線驅動程序根據IRP中所含的URB執行相應的操作（如從USB設備讀取數據等），并把操作結構通過IRP返還給USB設備驅動程序。USB設備驅動程序接收到此IRP后，將操作結果通過IRP返還給I/O管理器。最后，I/O管理器將此IRP中操作結果返還給應用程序，至此應用程序對USB設備的一次I/O操作完成。

2.3應用程序設計

用戶態的應用程序是數據采集系統的中心，其主要功能為：開啟或關閉USB設備、檢測USB設備、設置USB數據傳輸管道、設置A/D狀態和數據采集端口、實時從USB接口采集數據、顯示并分析數據。

由于USBN9602提供的FIFO不超過64字節，當它存滿后，USBN9602自動將數據打包即時請求讀入數據，由SIE自動發送數據包。另外，當系統啟動A/D模塊后，便會創建兩個線程：采樣線程和顯示存盤線程。采樣線程負責將采集數據寫到應用程序提交的內存；而顯示存盤線程負責給應用程序發送顯示和存盤消息。當應用程序接收到此消息后，便從它提交的內存讀取數據并顯示和存盤。此處需要注意的是，采樣線程和顯示存盤線程在讀寫應用程序提交的內存時要保持同步。

3遠程數據采集系統設計

傳輸距離是限制USB在工業現場應用的一個障礙，即使增加了中繼或Hub，USB傳輸距離通常也不超過幾十m，這對工業現場而言顯然太短了。現在，工業現場有大量采用RS-485傳輸數據的采集設備，其優點主要為傳輸距離可達到1200m以上，并且可以掛接多個設備；但傳輸速度慢，且需要板卡支持，安裝麻煩。將RS-485與USB結合起來，可以優勢互補，產生一種快速、可靠、低成本的遠程數據采集系統。

設計這樣一個系統的關鍵設備是RS-485～USB轉換器，可以采用USBN9602+89C51+MAX485實現這一功能。整個系統的基本思想是：將傳感器采集到的模擬量數字化以后，利用RS-485協議將數據上傳。RS-485～USB轉換器在主機端接收485的數據。并通過USB接口傳輸到主機處理；而主機向USB發送數據時，數據通過RS-485～USB轉換口轉換為485協議向遠端輸送，從而實現遠程數據的雙向傳輸如圖3所示。軟件方面的設計與上面所述類似。

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論文關鍵詞：數據采集儀,錨桿支護,頂板離層,監測

1．引言

頂板離層是巷道圍巖變形和破壞的主要形式之一，對于錨桿支護巷道來說,頂板離層則是最大的安全隱患。因此，對錨桿支護巷道進行離層監測，掌握頂板離層的狀況，并及時采取相應的措施，阻止頂板失穩、避免突發性破壞的發生具有重要意義。頂板離層監測數據采集儀就是用以測試錨桿長度范圍及范圍外的頂板離層狀況的監測儀器，用于判別錨桿支護參數是否合理，巷道服務期間頂板是否穩定，并以此為依據來避免頂板事故發生。

2．數據采集儀的組成及工作原理

頂板離層監測數據采集儀主要用來采集編碼器的脈沖信號表示出的頂板離層的相對位移，并保存在閃存中，可通過無線裝置對該設備進行各種參數的設置及存儲數據的讀取。

2.1數據采集儀的組成

頂板離層監測數據采集儀主要由以下幾部分組成：

（1）數顯設備：該數顯設備可實時監測顯示頂板的離層量，當頂板離層量超過一定限度，儀器報警。該數顯設備的處理器采用Microchip公司生產的MSP430F4793IP，其性能優越，功耗低，資源豐富，數據處理能力強。

（2）機械放大器：該放大器主要是對頂板的離層量進行放大，以便于采集存儲。其外殼的材質選用ABS樹脂，該樹脂具有突出的耐沖擊性、阻燃性和耐磨性等優點。

2.2數據采集儀的工作原理

礦用本安數據采集儀的工作原理是：采用橋式電路進行測量、采用機械式放大裝置進行放大，對信號進行模數轉換、信號處理，之后進行存儲、顯示。其測量原理是：

A、B兩相脈沖分別通過MSP430F4793IP單片機的P1.2/P1.3中斷采集，以A相為基準。當單片機中斷偵測到A相脈沖觸發中斷，判斷是上升沿中斷還是下降沿中斷，如果是上升沿觸發中斷，當偵測到B相脈沖高電平時，計數器計數值加1，否則減1；如果是下降沿觸發中斷，當偵測到B相脈沖高電平時，計數器計數值減1，否則加1；P1.2中斷完成前，反轉A相觸發脈沖標志MSP430F4793IP。

3.數據采集儀電氣研究

3.1主機芯片的選型

數據采集儀主機對PIE—1000-G05E光電軸角編碼器的輸出脈沖進行收集、運算、存儲和檢測，通過數據轉移設備對設備進行設置和各種參數及存儲數據的讀取，同時還實現和上位機的通訊。主要使用的芯片和設備包括單片機（MSP430F4793IP）、串行閃存芯片（JS28F128）、實時時鐘芯片（PCF8563）和總線控制芯片（EP1C3T100C8）。

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關鍵詞：UML，建模，檢測系統，實時系統

Abstract： This paper builds model for subway running state Measuring system based on UML-RT. Real-time analysis and design process of the system is illustrated by modeling system from an overall point by UML diagram such as use case diagram， class diagram， activity diagram and sequence diagram. The paper provides the basis for system development.

Key words： UML； modeling； Measuring system； real-time system

1.引言

地鐵性能動態調試是列車調試過程中的重要環節，動態調試主要檢測地鐵車輛的牽引、動力、制動系統[1]。而現有的地鐵動態調試測試手段主要是基于列車本身牽引網絡系統自帶測試軟件，即利用列車通信網絡中的列車診斷系統接收列車子系統（包括微機控制與非微機控制系統）的狀態信息、故障信息，并進行評估、儲存，在司機室的顯示屏上進行顯示[2]。因此其測量準確性無法衡量。為此開發地鐵動態試驗性能檢測及數據分析裝置對于列車的安全正常運行具有重要意義。

2.地鐵運行狀態檢測系統建模

地鐵動態試驗性能檢測及數據分析系統對列車運行過程中的速度、加速度、沖擊率、閘瓦溫度進行檢測和分析。通過測速雷達、壓力傳感器、紅外輻射溫度等傳感器分別測量地鐵行駛過程中的速度、制動管路壓力、制動器溫度等特征量，然后利用無線傳輸裝置將數據發送給由筆記本電腦和系統控制軟件構成的系統控制終端，系統分析軟件根據采集的數據進行牽引加速度、制動距離、制動減速度、沖擊率、靜態制動響應時間等狀態量的計算，然后進行數據分析，由此完成對車輛運行狀態的監測。

2.1用例模型

用例是模型中結構實體的指定功能，它描述了系統的功能需求，將系統看作黑盒，從外部執行者的角度來理解系統[3]。繪制用例圖的第一步是確定系統的參與者。分析可知，系統共有三個參與者，即檢測人員、管理人員及地鐵。檢測人員負責對地鐵運行狀態進行檢測，包括速度、加速度、溫度、壓力的檢測，得出檢測結果后，在系統初步分析結果的基礎上做出檢測報告。管理人員負責進行用戶管理和設備管理，以保證檢測工作的正常進行。地鐵是被檢測對象的承載體，由各傳感器對檢測量進行檢測。根據系統要實現的目的和任務，建立系統的用例圖如圖1所示。

系統中的關鍵用例有：

（1） 自檢模塊

系統啟動時首先進行系統自檢以確認檢測設備是否有效，自檢包括：測試數據采集命令、數據分析命令、數據導出命令能否正確輸出，測試DMI（即人機界面，在本系統即為筆記本電腦）顯示等。系統自檢完成后能夠在DMI上顯示自檢結果。

（2） 數據采集

根據要求選擇各種傳感器，將其安裝在合適的位置。通過傳感器對設備的電壓或者電流信號進行采樣、保持，并送入A/D轉換器變成數字信號，然后將該信號送到FIFO中。當FIFO中存放的數據到了一定數目時，由ARM7從FIFO中讀出，從而達到利用各傳感器對相應的特征量進行測量的目的。

（3） 數據傳輸

監控或控制設備無線網絡通信，目前主要采用IEEE802.11 a/b/g WLAN或者Zigbee技術。鑒于Zigbee是一種低耗、低成本且能滿足要求的無線串行網絡通信技術，本系統采用Zigbee無線傳輸技術，以CC1110無線soc為核心的無線通信裝置進行數據傳輸。無線傳輸模塊與傳感器模塊通過串口通信，無線傳輸模塊取得傳感器數據后以無線方式將采集到的監測數據發送到數據采集接入點（AP），然后數據采集接入點通過串行方式把數據傳輸到系統監測終端。

（4） 數據導出

將傳感器檢測到的數據導出，數據保存為通用格式，可以用EXCEL等第三方軟件打開，方便數據分析階段進行圖表分析。

（5） 數據分析

對接收到的檢測數據進行計算，根據預先設置好的監測數據閾值，對比采集到的監測數據，做出初步的分析判斷，并可根據需要在數據導入EXCEL等第三方軟件后進行圖表分析。MATLAB在圖像處理領域中，功能強大，使用簡單，可用于對DMI界面的圖像處理；C#可以快速開發可視化界面，數據讀取等，用于檢測設備測試結果分析界面的搭建[4][5]。在獲取檢測設備測試的數據之后，需要進行結果的分析與評估時，在C#主程序里通過匿名管道調用MATLAB可執行程序來對數據進行分析和評估。

（6） 數據庫

對檢測的數據及數據分析過程產生的圖表行儲存；對測試特征量的閥值進行設定；對用戶進行管理等。

2.2類圖分析

類圖反映了系統中類的靜態結構。類圖不僅定義系統中的類，還表示類之間的聯系，如關聯、依賴、聚合等，同時也包括類的內部結構（類的屬性和操作）。

檢測系統提供顯示和操作界面DMI，檢測員通過對系統界面進行一系列操作完成檢測過程，在此過程中DMI也會為檢測員提供檢測過程的參考信息。因此圍繞DMI進行深入分析具有重要意義，其類圖如圖2所示。

1.控制的內容包括：

1） 數據采集的啟動與停止：包括對速度、加速度、溫度、壓力等信息的采集進行控制，并將采集到的信息通過無線傳輸裝置發送給控制終端并顯示出來。

2） 數據分析的啟動與停止：包括將采集的數據導入到EXCEL等第三方軟件，并做圖表分析。

2.顯示的內容包括：

1） 采集數據顯示：顯示速度值、加速度值、壓力值、溫度值。

2） 警示信息顯示：速度異常顯示、加速度異常顯示、壓力異常顯示、溫度異常顯示。

3） 數據分析結果顯示：速度、加速度、溫度、壓力的分析圖表顯示。

4） 設備狀態信息顯示：控制模式、工作模式等信息顯示。

2.3檢測過程活動圖

活動圖在用例分析中主要用來描述用戶當前完成的工作以及用例實例或對象中的活動[6]，為了更詳細地描述用戶使用系統的工作過程，我們給出本系統的用戶活動圖。檢測過程建模的主要業務有登錄、數據采集、數據分析和數據存儲。其活動圖如圖3所示。

事件流程可以描述如下：

檢測人員使用用戶名和密碼登錄系統；

檢測人員發出數據采集指令，傳感器進行數據采集；

無線傳輸裝置將傳感器采集到的數據發送到控制終端進行存儲；

控制終端對數據進行計算，并作圖表分析；

檢測人員根據分析結果整理出檢測報告；

檢測人員也可再次登陸系統查看上次檢測結果。

2.4檢測過程序列圖

為防止活動圖變得過于復雜，數據采集、數據分析等過程都分別被壓縮在了一個超級活動里，為了更詳盡的描述實例間的消息，現在使用交互圖[7]。序列圖顯示對象之間的動態合作關系，它強調對象之間消息發送的順序，同時顯示對象之間的交互，檢測過程序列圖如圖4所示。在活動圖中已經詳細表達清楚的內容在下面的序列圖中不再進行贅述，僅從登錄成功角度進行描述。

3.結論

本文利用實時UML，通過用例圖、類圖、活動圖、序列圖建立了地鐵運行狀態檢測系統的模型，研究表明，為地鐵運行狀態檢測系統構建UML 模型，能夠規范系統開發流程、優化軟件結構、提高系統開發效率，增強程序可讀性和可維護性。該項工作的完成為地鐵運行狀態檢測系統的開發提供了依據。

參考文獻

[1]王磊，列車網絡控制系統的分析與研究[D]，西南交通大學碩士學位論文，2008，01

[2]李春璞，記者試乘長沙地鐵提速停車都“溫柔”[N]，長沙晚報，2013-04-11（A8）

[3]GB/T 7928-2003，地鐵車輛通用技術條件[S]

[4]李偉，CTCS-3級列控系統車載設備測試平臺關鍵問題研究[D]，北京交通大學碩士學位論文，2008，06

[5陳建球，CTCS級車載設備自動測試方法研究[D]，北京交通大學碩士學位論文，2009，05