專利名稱：一種基于網(wǎng)絡(luò)控制和usb存儲(chǔ)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的制作方法
一種基于網(wǎng)絡(luò)控制和USB存儲(chǔ)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于嵌入式數(shù)據(jù)采集技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于網(wǎng)絡(luò)控制和USB存儲(chǔ)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
數(shù)據(jù)采集(Data Acquisition)是獲取信息的基本手段，是指將數(shù)據(jù)、壓力、流量、 位移等模擬量采集、轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，并送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)、處理、和輸出處理結(jié)果的過程。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)為稱為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(Data Acquisition system) (DAS)。
在工業(yè)生產(chǎn)過程中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可用來實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的工藝參數(shù)進(jìn)行采集、監(jiān)視和記錄，為提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本提供信息和手段。在科學(xué)研究中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)用來實(shí)現(xiàn)對(duì)研究目標(biāo)的定量分析和動(dòng)態(tài)模擬，是揭示科學(xué)奧秘的重要手段。
目前，市場(chǎng)上的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)大多是簡(jiǎn)單的將測(cè)量到的數(shù)據(jù)通過數(shù)碼管或者LCD 顯示出來，或者通過容量較小的ROM進(jìn)行存儲(chǔ)。沒有體現(xiàn)出數(shù)字信號(hào)便于處理和存儲(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)，也無法對(duì)長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行記憶和存儲(chǔ)，也不方便對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的控制方面，大多是通過外接鍵盤來控制，無法實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，局限了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的應(yīng)用。
為了解決現(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)不方便存儲(chǔ)或者存儲(chǔ)容量小，無法進(jìn)行遠(yuǎn)程控制的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種基于網(wǎng)絡(luò)控制和USB存儲(chǔ)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，一方面，本發(fā)明可以掛接大容量USB存儲(chǔ)設(shè)備，為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供了超大容量的存儲(chǔ)空間，可以進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)據(jù)采集。另一方面，本發(fā)明利用硬件協(xié)議棧配合上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制，上位機(jī)軟件通過網(wǎng)絡(luò)向硬件協(xié)議棧發(fā)送控制信息，硬件協(xié)議棧接收到信息后將其轉(zhuǎn)換為適于串口通信的異步幀并發(fā)送給數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)硬件控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)存儲(chǔ)容量小且只能接觸控制的問題， 提供一種存儲(chǔ)容量大、且便于遠(yuǎn)程控制的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
本發(fā)明提供的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，是基于網(wǎng)絡(luò)控制和USB存儲(chǔ)設(shè)備的。具體由遠(yuǎn)程上位機(jī)軟件模塊、硬件協(xié)議棧模塊、數(shù)據(jù)采集模塊組成。
所述的遠(yuǎn)程上位機(jī)控制軟件?？?，是在Windows操作系統(tǒng)下，利用Socket套接字實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)通信的軟件。具有良好的圖形用戶界面(Graphical User hterface，⑶I)界面，方便操作者對(duì)數(shù)據(jù)采集模塊的控制。
所述的硬件協(xié)議棧模塊，是由51單片機(jī)、RTL8019AS以太網(wǎng)控制器、串口電路和 UlP開源協(xié)議棧組成的嵌入式系統(tǒng)。在整個(gè)系統(tǒng)中，作為接收端的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接收遠(yuǎn)程上位機(jī)發(fā)送來的控制數(shù)據(jù)，經(jīng)過以太網(wǎng)控制器和51單片機(jī)的處理，將控制信息轉(zhuǎn)換為串口異步幀格式的控制信息，并通過串口發(fā)送給數(shù)據(jù)采集模塊。系統(tǒng)利用USB接口電路(如CH375)，實(shí)現(xiàn)USB存儲(chǔ)設(shè)備與51單片機(jī)的掛接。
所述數(shù)據(jù)采集模塊，由多路數(shù)據(jù)傳感器、控制單片機(jī)、串口電路、USB接口電路和 USB存儲(chǔ)設(shè)備組成。控制單片機(jī)根據(jù)串口電路收到的控制信息選擇多路數(shù)據(jù)傳感器，經(jīng)過控制單片機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，通過USB接口電路，以文件的形式存儲(chǔ)到USB存儲(chǔ)設(shè)備中。實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)。
本發(fā)明中，單片機(jī)將數(shù)據(jù)傳感器采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過轉(zhuǎn)化后，通過USB接口芯片以文件的形式寫入U(xiǎn)SB存儲(chǔ)設(shè)備中，從而解決了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中大量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的問題。利用遠(yuǎn)程上位機(jī)軟件和硬件協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)控制，使其應(yīng)用范圍擴(kuò)展到某些無法進(jìn)行接觸控制的領(lǐng)域。
本發(fā)明中，控制信息是由遠(yuǎn)程上位機(jī)以網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的格式發(fā)出，硬件協(xié)議棧將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換為串口的異步幀，進(jìn)而控制數(shù)據(jù)采集模塊的采樣通道切換，采樣率的改變，啟動(dòng)/結(jié)束采集等。
本發(fā)明的特點(diǎn)是遠(yuǎn)程控制，高存儲(chǔ)量，能耗低，節(jié)約網(wǎng)絡(luò)資源，穩(wěn)定性強(qiáng)，體積小寸。
本發(fā)明的有益效果是，可以進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)據(jù)采集，并將采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)到易得且容量大的USB存儲(chǔ)設(shè)備中，便于在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中對(duì)離線數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。 可以遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)了某些非接觸環(huán)境下的數(shù)據(jù)采集，大大增加了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，為某些特殊環(huán)境下的數(shù)據(jù)采集提供了解決方案。


圖1本發(fā)明的系統(tǒng)框圖。
圖2本發(fā)明的硬件協(xié)議棧模塊框圖。
圖3本發(fā)明的硬件協(xié)議棧模塊電路原理圖。
圖4本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集模塊框圖。
圖5本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集模塊電路原理圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
本發(fā)明的工作原理如圖1所示，用戶通過遠(yuǎn)程上位機(jī)的軟件發(fā)送控制指令，硬件協(xié)議棧接收網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包并將其轉(zhuǎn)換為串口通信中的異步幀格式，并發(fā)送給數(shù)據(jù)采集模塊， 數(shù)據(jù)采集模塊根據(jù)接收到的控制信息完成切換采集通道、改變采樣頻率、啟動(dòng)、停止等操作。
本發(fā)明的硬件協(xié)議棧模塊框圖如圖2所示，該硬件協(xié)議棧是是由51單片機(jī)， RTL8019AS以太網(wǎng)控制器，串口電路和uIP開源協(xié)議棧組成的嵌入式系統(tǒng)。在整個(gè)系統(tǒng)中， 作為接收端的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接收遠(yuǎn)程上位機(jī)發(fā)送來的控制數(shù)據(jù)，經(jīng)過以太網(wǎng)控制器和51單片機(jī)的處理，將控制信息轉(zhuǎn)換為串口異步幀格式控制信息，并通過串口發(fā)送給數(shù)據(jù)采集模塊。
本發(fā)明的硬件協(xié)議棧模塊電路原理圖如圖3所示，單片機(jī)與串口的連接是通過電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232，RX和TX都經(jīng)過MAX232實(shí)現(xiàn)將邏輯電平的轉(zhuǎn)換，使其符合串口通信電平，以實(shí)現(xiàn)串口通信協(xié)議；單片機(jī)與RTL8019AS的連接上，采用并行方式，包括數(shù)據(jù)線，讀寫4控制信號(hào)，片選信號(hào)，復(fù)位信號(hào)等。此外，為擴(kuò)展單片機(jī)RAM的容量，采用外部掛接RAM，由于單片機(jī)PO 口地址線和數(shù)據(jù)線復(fù)用，故此處采用鎖存器分時(shí)復(fù)用。
本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集模塊框圖如圖4所示，是由多路傳感器，控制單片機(jī)，串口電路，USB接口電路和USB存儲(chǔ)設(shè)備組成。控制單片機(jī)根據(jù)串口收到的控制信息選擇多路傳感器，經(jīng)過單片機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，通過USB接口電路，以文件的形式存儲(chǔ)到USB存儲(chǔ)設(shè)備中。實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集存儲(chǔ)。
本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集模塊電路原理圖如圖5所示，單片機(jī)與串口的連接是通過電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232，RX和TX經(jīng)過MAX232實(shí)現(xiàn)邏輯電平的轉(zhuǎn)換，使其符合串口通信電平，以實(shí)現(xiàn)串口通信協(xié)議；單片機(jī)與CH375的連接上，采用并行方式。并口信號(hào)線包括8位雙向數(shù)據(jù)總線D7 DO、讀選通輸入引腳RD#、寫選通輸入引腳WR#、片選輸入引腳CS#、中斷輸出引腳INT#以及地址輸入引腳AO ；此外，通過設(shè)置LED信號(hào)燈來實(shí)時(shí)監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，方便發(fā)現(xiàn)運(yùn)行故障；整個(gè)系統(tǒng)采用外部的5V和3. 3V雙電壓供電。
權(quán)利要求
1.一種基于網(wǎng)絡(luò)控制和USB存儲(chǔ)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于由遠(yuǎn)程上位機(jī)軟件模塊、硬件協(xié)議棧模塊、數(shù)據(jù)采集模塊組成；其中所述的遠(yuǎn)程上位機(jī)控制軟件?？?，是在Windows操作系統(tǒng)下，利用Socket套接字實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)通信的軟件；所述的硬件協(xié)議棧模塊，是由51單片機(jī)、RTL8019AS以太網(wǎng)控制器、串口電路和uIP開源協(xié)議棧組成的嵌入式系統(tǒng)；在整個(gè)系統(tǒng)中，作為接收端的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接收遠(yuǎn)程上位機(jī)發(fā)送來的控制數(shù)據(jù)，經(jīng)過RTL8019AS以太網(wǎng)控制器和51單片機(jī)的處理，將控制信息轉(zhuǎn)換為串口異步幀格式控制信息，并通過串口電路發(fā)送給數(shù)據(jù)采集模塊；系統(tǒng)利用USB接口芯片，實(shí)現(xiàn) USB存儲(chǔ)設(shè)備與51單片機(jī)的掛接；所述數(shù)據(jù)采集模塊，由多路數(shù)據(jù)傳感器、控制單片機(jī)、串口電路、USB接口電路和USB存儲(chǔ)設(shè)備組成；控制單片機(jī)根據(jù)串口電路收到的控制信息選擇多路數(shù)據(jù)傳感器，經(jīng)過控制單片機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，通過USB接口電路，以文件的形式存儲(chǔ)到USB存儲(chǔ)設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于網(wǎng)絡(luò)控制和USB存儲(chǔ)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于控制信息由遠(yuǎn)程上位機(jī)以網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的格式發(fā)出，硬件協(xié)議棧將網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換為串口的異步幀，進(jìn)而控制數(shù)據(jù)采集模塊的采樣通道切換，采樣率的改變，啟動(dòng)/結(jié)束采集。
全文摘要
本發(fā)明屬于嵌入式數(shù)據(jù)采集技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于網(wǎng)絡(luò)控制和USB存儲(chǔ)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)由遠(yuǎn)程上位機(jī)軟件模塊、硬件協(xié)議棧模塊、數(shù)據(jù)采集模塊等組成。該系統(tǒng)通過傳感器組實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，經(jīng)過單片機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換后，利用USB接口芯片將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到USB存儲(chǔ)設(shè)備中。在控制方面，采用遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)控制，利用上位機(jī)的軟件經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送控制信息包，在硬件協(xié)議棧端提取控制信息，然后把控制信息通過串口傳遞給單片機(jī)控制的數(shù)據(jù)采集模塊，實(shí)現(xiàn)采集通道切換，采樣頻率改變和啟動(dòng)/停止等控制。本發(fā)明具有遠(yuǎn)程控制，高存儲(chǔ)量，能耗低，節(jié)約網(wǎng)絡(luò)資源，穩(wěn)定性強(qiáng)，體積小等特點(diǎn)，可以適應(yīng)多種環(huán)境下的數(shù)據(jù)采集。
文檔編號(hào)G06F13/38GK102523284SQ201110420260
公開日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者井冰, 任俊彥, 葉凡, 李凱, 李寧, 王小龍, 薛元坤 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)