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篇(1)

GPRS移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的主要作用就是對(duì)無線數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。在監(jiān)控對(duì)象安裝的數(shù)據(jù)采集點(diǎn)會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，然后經(jīng)過GSM網(wǎng)絡(luò)的空中接口模塊，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼處理，然后將其轉(zhuǎn)換為可以在公網(wǎng)傳輸?shù)母袷剑詈笸ㄟ^GPRS移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控中心的服務(wù)器。在整個(gè)系統(tǒng)中，各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集模塊通過GPRS移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心相連，數(shù)據(jù)采集點(diǎn)同意使用STK卡，與此同時(shí)，監(jiān)控中心會(huì)對(duì)各點(diǎn)進(jìn)行登記，并在服務(wù)器中保存相關(guān)資料。各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集模塊中裝有數(shù)據(jù)采集軟件，該軟件24h在線，對(duì)電網(wǎng)中的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行24h不間斷的采集工作。關(guān)于信息的傳輸，使用的是JW0D2系列的GPRS無限透明數(shù)據(jù)傳輸終端。該終端基于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，抗干擾能力較強(qiáng)，同時(shí)性能較高。此外，該傳輸終端還提供標(biāo)準(zhǔn)的RS232接口，以便實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的連接。在傳輸過程中，速率可以達(dá)到172kbps，能滿足監(jiān)控中心與各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集與處理工作。由于電網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶厥庑暂^強(qiáng)，因此本系統(tǒng)使用了安全保障，以保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。在網(wǎng)絡(luò)安全方面，經(jīng)過對(duì)信源加密、信道加密、登錄防護(hù)、接入防護(hù)、訪問防護(hù)等，能有效增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全，加強(qiáng)安全防護(hù)。在硬件方面，使用VPN將公網(wǎng)接入到GPRS網(wǎng)中，成本低廉，不用租用專線。此外，使用VPN還可以增強(qiáng)安全性，客戶端在鏈接應(yīng)用服務(wù)器之前，要經(jīng)過服務(wù)器的認(rèn)證，而且整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸過程均會(huì)加密，如此一來，安全性就得到了保障。另外，系統(tǒng)還對(duì)用戶的SIM卡手機(jī)繼續(xù)鑒別授權(quán)，在網(wǎng)絡(luò)側(cè)對(duì)SIM卡號(hào)和APN進(jìn)行綁定處理，只有擁有權(quán)限的相關(guān)用戶才能對(duì)專用APN進(jìn)行訪問，沒經(jīng)過授權(quán)的SIM卡將無法對(duì)APN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訪問。

2特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)

傳輸模塊的特點(diǎn)主要有：①傳輸模塊采用了工業(yè)級(jí)的GPRS模塊，該模塊性能較為穩(wěn)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(xié)議和大量的數(shù)據(jù)。②由于該模塊的工作方式為multi-tasking，因此實(shí)時(shí)性較好。③其AT指令的預(yù)設(shè)簡(jiǎn)單方便。該模塊的通信距離較遠(yuǎn)，而且具有覆蓋面積廣的特點(diǎn)，能使終端實(shí)時(shí)在線，能將無線電無法到達(dá)的區(qū)域采用GPRS通信的方式進(jìn)行傳輸，真正實(shí)現(xiàn)了高效傳輸。此外，該系統(tǒng)還有組網(wǎng)靈活、擴(kuò)展容易、維護(hù)簡(jiǎn)單、性價(jià)比高的特點(diǎn)。

與短消息服務(wù)相比，GPRS服務(wù)的實(shí)施性很強(qiáng)，而且系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)延時(shí)的情況，可以對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。此外，由于GPRS具有雙向功能，還可以對(duì)采集設(shè)備進(jìn)行反向控制，因此進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的便捷性。本系統(tǒng)的擴(kuò)展性良好，是大面積覆蓋的GPRS網(wǎng)絡(luò)，所以該系統(tǒng)不存在盲區(qū)，而且由于該系統(tǒng)的輸出容量較大，數(shù)據(jù)采集點(diǎn)較多，監(jiān)控中心要與每一個(gè)監(jiān)控點(diǎn)相連，因此需要系統(tǒng)能滿足傳輸需求。該系統(tǒng)的傳輸容量較大，能滿足突發(fā)性數(shù)據(jù)的傳輸要求，因此該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)明顯。

3結(jié)束語

篇(2)

基于通用信號(hào)處理開發(fā)板，利用FPGA技術(shù)控制AD9233芯片對(duì)目標(biāo)模擬信號(hào)采樣，再將采樣量化后的數(shù)據(jù)寫入U(xiǎn)SB接口芯片CY7C68013的FIFO中，F(xiàn)IFO寫滿后采用自動(dòng)觸發(fā)工作方式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C機(jī)。利用VC＋＋6．0軟件編寫上位機(jī)實(shí)現(xiàn)友好的人機(jī)交互界面，將傳輸?shù)絇C機(jī)上的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存和實(shí)時(shí)回放。本系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下兩大功能：1）ADC模塊對(duì)目標(biāo)模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，利用FPGA技術(shù)將采樣后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)経SB接口芯片CY7C68013的FIFO中存儲(chǔ)。2）運(yùn)用USB2．0總線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，將雷達(dá)回波信號(hào)數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C機(jī)實(shí)時(shí)回放。分為應(yīng)用層、內(nèi)核層和物理層3部分。應(yīng)用層和內(nèi)核層主要由軟件實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用層采用VC＋＋6．0開發(fā)用戶界面程序，為用戶提供可視化操作界面。內(nèi)核層基于DriverWorks和DDK開發(fā)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序，主要起應(yīng)用軟件與硬件之間的橋梁作用，把客戶端的控制命令或數(shù)據(jù)流傳到硬件中，同時(shí)把硬件傳輸過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存。物理層主要以FPGA為核心，對(duì)USB接口芯片CY7C68013進(jìn)行控制，通過USB2．0總線實(shí)現(xiàn)對(duì)中頻信號(hào)采集。系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用自底向上的方法，從硬件設(shè)計(jì)開始逐步到最終的應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)。

2硬件設(shè)計(jì)

FPGA在觸發(fā)信號(hào)下，控制ADC采樣輸入信號(hào)，并存入FIFO中。當(dāng)存滿時(shí)，將數(shù)據(jù)寫入U(xiǎn)SB接口芯片CY7C68013，同時(shí)切換另一塊FIFO接收ADC轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)乒乓存儲(chǔ)，以提高效率。FPGA模塊的一個(gè)重要作用是控制USB接口芯片CY7C68013。當(dāng)ADC采樣后，數(shù)據(jù)進(jìn)入FPGA模塊，F(xiàn)PGA控制數(shù)據(jù)流將其寫入CY7C68013的FIFO中，以便于USB向PC機(jī)傳輸。CY7C68013的數(shù)據(jù)傳輸模式采用異步slaveFIFO和同步slaveFIFO切換模式。通過實(shí)測(cè)，前者傳輸速度約為5～10Mbit／s，后者傳輸速度最高可達(dá)20Mbit／s，傳輸速度的提高可通過更改驅(qū)動(dòng)程序的讀取方式實(shí)現(xiàn)。

3軟件設(shè)計(jì)

3．1USB驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

USB2．0總線傳輸技術(shù)最高速率可達(dá)480Mbit／s。本系統(tǒng)采用批量傳輸?shù)膕laveFIFO模式。CY7C68013芯片內(nèi)部提供了多個(gè)FIFO緩沖區(qū)，外部邏輯可對(duì)這些端點(diǎn)FIFO緩沖區(qū)直接進(jìn)行讀寫操作。在該種傳輸模式下，USB數(shù)據(jù)在USB主機(jī)與外部邏輯通信時(shí)無需CPU的干預(yù)，可大大提高數(shù)據(jù)傳輸速度。Cypress公司為CY7C68013芯片提供了通用的驅(qū)動(dòng)程序，用戶可根據(jù)需求開發(fā)相應(yīng)的固件程序。

3．2FPGA模塊程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)中FPGA模塊的核心作用是控制AD9233芯片進(jìn)行采樣。AD9233作為高速采樣芯片，其最高采樣速率達(dá)125Mbit／s，最大模擬帶寬為650MHz。通過改變采樣速率可使該系統(tǒng)采集不同速率需求的信號(hào)，擴(kuò)展了該系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。描述FPGA控制USB數(shù)據(jù)寫入接口芯片F(xiàn)IFO的狀態(tài)機(jī)如圖6所示。狀態(tài)1表示指向INFIFO，觸發(fā)FIFOADR［1：0］，轉(zhuǎn)向狀態(tài)2；狀態(tài)2表示若FIFO未滿則轉(zhuǎn)向狀態(tài)3，否則停留在狀態(tài)2；狀態(tài)3表示驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)到總線上，通過觸發(fā)SLWR寫數(shù)據(jù)到FIFO并增加FIFO的指針，然后轉(zhuǎn)向狀態(tài)4；狀態(tài)4表示若還有數(shù)據(jù)寫則轉(zhuǎn)向狀態(tài)2，否則轉(zhuǎn)向完成。

3．3上位機(jī)設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互，利用VC＋＋MFC在PC機(jī)上編寫了可視化操作界面，即上位機(jī)。上位機(jī)既用于數(shù)據(jù)采集的控制，同時(shí)也用于采集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)回放。上位機(jī)界面如圖7所示。上位機(jī)主要功能：1）按下“檢測(cè)USB”按鈕，可檢測(cè)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(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C機(jī)并實(shí)時(shí)回放數(shù)據(jù)波形；再次按下“開始采集”按鈕，可暫停數(shù)據(jù)波形回放。3）按下“保存數(shù)據(jù)”按鈕，可將采集的數(shù)據(jù)以＊．dat文件的形式存儲(chǔ)到PC機(jī)硬盤。4）按下“結(jié)束采集”按鈕，可關(guān)閉采集系統(tǒng)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(tǒng)實(shí)測(cè)

為了測(cè)試數(shù)據(jù)采集與回放系統(tǒng)，利用通用信號(hào)處理開發(fā)板設(shè)計(jì)了DDS模塊。該DDS模塊產(chǎn)生一個(gè)正弦波作為測(cè)試信號(hào)，通過AD9744芯片轉(zhuǎn)換后變?yōu)槟M信號(hào)輸出，并將此輸出信號(hào)接至示波器以便驗(yàn)證系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集與回放系統(tǒng)的實(shí)物圖及系統(tǒng)實(shí)測(cè)波形與回放波形。

5結(jié)束語

篇(3)

1虛擬儀器的特點(diǎn)和構(gòu)成

1.1虛擬儀器的特點(diǎn)

與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器具有高效、開放、易用靈活、功能強(qiáng)大、性價(jià)比高、可操作性好等明顯優(yōu)點(diǎn)，具體表現(xiàn)為：

智能化程度高，處理能力強(qiáng)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(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，將先進(jìn)的信號(hào)處理算法、人工智能技術(shù)和專家系統(tǒng)應(yīng)用于儀器設(shè)計(jì)與集成，從而將智能儀器水平提高到一個(gè)新的層次。

復(fù)用性強(qiáng)，系統(tǒng)費(fèi)用低應(yīng)用虛擬儀器思想，用相同的基本硬件可構(gòu)造多種不同功能的測(cè)試分析儀器，如同一個(gè)高速數(shù)字采樣器，可設(shè)計(jì)出數(shù)字示波器、邏輯分析儀、計(jì)數(shù)器等多種儀器。這樣形成的測(cè)試儀器系統(tǒng)功能更靈活、更高效、更開放、系統(tǒng)費(fèi)用更低。通過與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)連接，還可實(shí)現(xiàn)虛擬儀器的分布式共享，更好地發(fā)揮儀器的使用價(jià)值。

可操作性強(qiáng)，易用靈活虛擬儀器面板可由用戶定義，針對(duì)不同應(yīng)用可以設(shè)計(jì)不同的操作顯示界面。使用計(jì)算機(jī)的多媒體處理能力可以使儀器操作變得更加直觀、簡(jiǎn)便、易于理解，測(cè)量結(jié)果可以直接進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)或通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送。測(cè)量完后還可打印、顯示所需的報(bào)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(gòu)成

虛擬儀器的構(gòu)建主要從硬件電路的設(shè)計(jì)、軟件開發(fā)與設(shè)計(jì)2個(gè)方面考慮。

硬件電路的設(shè)計(jì)主要根據(jù)用戶所面對(duì)的任務(wù)決定，其中接口設(shè)計(jì)可選用的接口總線標(biāo)準(zhǔn)包括GPIB總線、VXI總線等。推薦選用VXI總線。因?yàn)樗哂型ㄓ眯詮?qiáng)、可擴(kuò)充性好、傳輸速率高、抗干擾能力強(qiáng)以及良好的開放性能等優(yōu)點(diǎn)，因此自1987被首次推出后迅速得到各大儀器生產(chǎn)廠家的認(rèn)可，目前VXI模塊化儀器被認(rèn)為是虛擬儀器的最理想平臺(tái)，是儀器硬件的發(fā)展方向。由于VXI虛擬儀器的硬件平臺(tái)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(shè)計(jì)一般可以選擇用現(xiàn)有的各種不同的功能模塊來搭建。通用模塊包括：信號(hào)調(diào)理和高速數(shù)據(jù)采集；信號(hào)輸出與控制；數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理。這3部分概括了數(shù)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(gòu)成任何一種虛擬儀器。例如使用高速數(shù)據(jù)采集模塊和高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理模塊就能構(gòu)成1臺(tái)示波器、1臺(tái)數(shù)字化儀或1臺(tái)頻譜分析儀；使用信號(hào)輸出與控制模塊和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理模塊就能構(gòu)成1臺(tái)函數(shù)發(fā)生器、1臺(tái)信號(hào)源或1臺(tái)控制器。專用接口是針對(duì)特定用途儀器需要的設(shè)計(jì)，也包括一些現(xiàn)場(chǎng)總線接口和各類傳感器接口。系統(tǒng)的主要硬件包括控制器、主機(jī)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(jì)算機(jī)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(chǔ)器器件和擴(kuò)展器件。存儲(chǔ)器器件不過是專用寄存器基器件，用來保存和傳輸大量數(shù)據(jù)。擴(kuò)展器目前是備用件，為今后新型器件提供發(fā)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(jìn)制信息編制程序。他的明顯優(yōu)點(diǎn)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(jìn)行通信的。這種高速通信可以使測(cè)試系統(tǒng)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(hào)/輸出部分的模塊（如開關(guān)、多路復(fù)用器、數(shù)/模轉(zhuǎn)換輸出卡、模/

數(shù)轉(zhuǎn)換輸入卡、信號(hào)調(diào)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(jìn)行通信，與這種器件十分相似是獨(dú)立HPIB儀器。消息基器件用一組意義明確的“字串行協(xié)議”相互進(jìn)行通信，這種異步協(xié)議定義了在器件之間傳送命令和數(shù)據(jù)所需的掛鉤要求。消息基器件必須有CPU（或DSP）進(jìn)行管理與控制。因此，消息基器件適用于虛擬儀器中數(shù)字信號(hào)處理部分的模塊。

軟件的開發(fā)與設(shè)計(jì)包括3部分：VXI總線接口軟件、儀器驅(qū)動(dòng)軟件和應(yīng)用軟件（軟面板）。軟件結(jié)構(gòu)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(shù)庫(kù)等。該軟件在編程語言和VXI總線之間建立連接，提供對(duì)VXI背板總線的控制和支持，是實(shí)現(xiàn)VXI系統(tǒng)集成的基礎(chǔ)。

儀器驅(qū)動(dòng)程序是完成對(duì)某一特定儀器的控制與通信的軟件程序，也即模塊的驅(qū)動(dòng)軟件，他的設(shè)計(jì)必須符合VPP的2個(gè)規(guī)范，即VPP3.1《儀器驅(qū)動(dòng)程序結(jié)構(gòu)和模型》和VPP3.2《儀器驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)規(guī)范》。

“軟面板”設(shè)計(jì)就是設(shè)計(jì)具有可變性、多層性、自、人性化的面板，這個(gè)面板應(yīng)不僅同傳統(tǒng)儀器面板一樣具有顯示器、LED、指針式表頭、旋鈕、滑動(dòng)條、開關(guān)按鈕、報(bào)警裝置等功能部件，而且應(yīng)還具有多個(gè)連貫操作面板、在線幫助功能等。

2虛擬儀器在數(shù)據(jù)采集中的應(yīng)用

利用虛擬儀器制作數(shù)據(jù)采集器可以按照硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)兩個(gè)步驟來完成。

2.1硬件設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)要完成以下內(nèi)容：

1)模/數(shù)轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)

設(shè)置具有通用性的數(shù)據(jù)自動(dòng)采集系統(tǒng)，一般應(yīng)滿足能對(duì)多路信號(hào)盡可能同步地進(jìn)行采集，為了使所采集到的數(shù)據(jù)不但能夠在數(shù)據(jù)采集器上進(jìn)行存儲(chǔ)，而且還能及時(shí)地在采集過程中將數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)，選用存儲(chǔ)量比較適中的先進(jìn)先出存儲(chǔ)器，這樣既能滿足少量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的需要，又能在需要實(shí)時(shí)傳送數(shù)據(jù)時(shí)，在A/D轉(zhuǎn)換的同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送，不丟失任何數(shù)據(jù)。)VXI總線接口

VXI總線數(shù)據(jù)采集器通常可以利用兩種VXI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(jiǎn)單的讀寫來控制儀器硬件的操作。利用消息基接口進(jìn)行設(shè)計(jì)，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(tǒng)通道控制的要求，使通道的數(shù)量足夠多，通道的選取比較靈活，可以利用寄存器電路、可預(yù)置計(jì)數(shù)器電路以及一些其他邏輯電路的配合，將采樣通道設(shè)計(jì)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(jié)束采樣，只要截止通道號(hào)大于起始通道號(hào)就可以了。整個(gè)控制在虛擬儀器軟面板上進(jìn)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(shè)置計(jì)數(shù)器的初值以及采樣的通道總數(shù)。

4)定時(shí)采樣控制

由于不同的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)對(duì)采樣時(shí)間間隔的要求不同，以及同一系統(tǒng)在不同的試驗(yàn)中需要的采樣時(shí)間間隔也不盡相同，故可以采用程控的方式將采樣時(shí)間間隔設(shè)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(shè)置可以在虛擬儀器軟面板上進(jìn)行。

5)采樣點(diǎn)數(shù)控制

根據(jù)不同測(cè)試系統(tǒng)的需求，將采樣點(diǎn)數(shù)設(shè)計(jì)成可在一個(gè)比較大的范圍中任意選擇，該選擇同樣是在軟面板上進(jìn)行。

6)采樣方式控制

總結(jié)各種自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的采樣方式不外乎軟件觸發(fā)采樣和硬件觸發(fā)采樣。在硬件觸發(fā)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(shí)進(jìn)行的或等轉(zhuǎn)速差進(jìn)行的。所有這些采樣方式，對(duì)于數(shù)據(jù)采集器來說都可以在軟面板上進(jìn)行選擇。

2.2軟件設(shè)計(jì)

軟件是虛擬儀器的關(guān)鍵，為使VI系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰簡(jiǎn)潔，一般可采用組件化設(shè)計(jì)思想，將各部分彼此獨(dú)立的軟件單元分別制成

標(biāo)準(zhǔn)的組件，然后按照系統(tǒng)的總體要求組成完整的應(yīng)用系統(tǒng)，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的組件化的虛擬儀器軟件系統(tǒng)，如圖3所示。

應(yīng)用軟件為用戶提供了建立虛擬儀器和擴(kuò)展其功能的必要工具，以及利用PC機(jī)、工作站的強(qiáng)大功能。同時(shí)VPP聯(lián)盟提出了建立虛擬儀器標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)庫(kù)（VISA）的建議，為虛擬儀器的研制與開發(fā)提供了標(biāo)準(zhǔn)。這也進(jìn)一步使由通用的VXI數(shù)據(jù)采集模塊、CPU/DSP模塊來構(gòu)成虛擬儀器成為可能。

基于虛擬儀器的數(shù)據(jù)采集器的軟件包括系統(tǒng)管理軟件、應(yīng)用程序、儀器驅(qū)動(dòng)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(fā)，往往很困難，但現(xiàn)在NI公司提供了所有這四部分軟件，使應(yīng)用開發(fā)比以往容易得多。

下面簡(jiǎn)單介紹以NI公司的LabWindows/CVI為開發(fā)環(huán)境，來進(jìn)行VXI虛擬儀器的驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)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(fā)者利用LabWindows/CVI的用戶界面編輯器為儀器模塊設(shè)計(jì)的一個(gè)圖形用戶界面（GUI）。一個(gè)LabWindows/CVI的GUI由面板、命令按鈕、圖標(biāo)、下拉菜單、曲線、旋鈕、指示表以及許多其他控制項(xiàng)和說明項(xiàng)構(gòu)成。

第二步：LabWindows/CVI事件驅(qū)動(dòng)編程。應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境LabWindows/CVI中設(shè)計(jì)一個(gè)用戶接口，實(shí)際上是在用戶計(jì)算機(jī)屏幕上定義一個(gè)面板，他由各種控制項(xiàng)（如命令按鈕、菜單、曲線等）構(gòu)成。用戶選中這些控制項(xiàng)就可以產(chǎn)生一系列用戶接口事件（events）。例如，當(dāng)用戶單擊一個(gè)命令按鈕，這個(gè)按鈕產(chǎn)生一個(gè)用戶接口事件，并傳遞給開發(fā)者編寫的C語言驅(qū)動(dòng)程序。這是運(yùn)用了Windows編程的事件驅(qū)動(dòng)機(jī)制。LabWindows/CVI中使用不同類型的控制項(xiàng)，在界面編輯器中將顯示不同類型的信息，并產(chǎn)生不同操作的接口事件。在LabWindows/CVI的開發(fā)平臺(tái)中，對(duì)事件驅(qū)動(dòng)進(jìn)行C程序編程時(shí)可采用2種基本的方法：回調(diào)函數(shù)法和事件循環(huán)處理法。

回調(diào)函數(shù)法是開發(fā)者為每一個(gè)用戶界面的控制項(xiàng)寫一個(gè)獨(dú)立的用戶界面的控制函數(shù)，當(dāng)選中某個(gè)控制項(xiàng)，就調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)進(jìn)行事件處理。在循環(huán)處理法中，只處理GUI控制項(xiàng)所產(chǎn)生的COMMIT事件。通過GetUserEvent函數(shù)過濾，將所有的COMMIT事件區(qū)分開，識(shí)別出是由哪個(gè)控制項(xiàng)所產(chǎn)生的事件，并執(zhí)行相應(yīng)的處理。

第三步：應(yīng)用函數(shù)/VI集與應(yīng)用程序軟件包編寫。應(yīng)用函數(shù)/VI集需針對(duì)具體儀器模塊功能進(jìn)行編程，應(yīng)用程序軟件包只是一些功能強(qiáng)大、需要完善的數(shù)據(jù)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(jié)語

本文探討了虛擬儀器的基本組成，以及實(shí)際的虛擬儀器軟硬件設(shè)計(jì)的一般方法，這些方法經(jīng)過實(shí)際設(shè)計(jì)工作運(yùn)用證明是可靠的，可供系統(tǒng)工程技術(shù)人員在組建具體的基于VXI總線的虛擬儀器數(shù)據(jù)采集、測(cè)試時(shí)參考使用。

參考文獻(xiàn)

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篇(4)

目前，適用于短距離的無線通信技術(shù)大致有藍(lán)牙技術(shù)、ZigBee技術(shù)及Wifi技術(shù)。相比較而立，ZigBee技術(shù)以其功耗低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性價(jià)比高、擴(kuò)展簡(jiǎn)便及安全可靠等優(yōu)點(diǎn)成為構(gòu)建WSN的最佳選擇。本設(shè)計(jì)采用ZigBee技術(shù)，以Ad-Hoc方式構(gòu)成的無線網(wǎng)絡(luò)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)采用簇-樹狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。每一個(gè)結(jié)點(diǎn)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(shù)據(jù)采集的終端。

2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

配電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要包括三個(gè)基本模塊：底層數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理模塊，具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。底層數(shù)據(jù)采集模塊由CC2530所帶的電流、電壓、溫度、濕度、紅外、振動(dòng)等傳感器組成，這些傳感器所采集的數(shù)據(jù)經(jīng)CC2530中的8051單片機(jī)簡(jiǎn)單處理后傳至數(shù)據(jù)傳輸模塊。數(shù)據(jù)傳輸模塊由ZigBee路由器結(jié)點(diǎn)組成，這一部分也由CC2530芯片擔(dān)當(dāng)。這些路由器結(jié)點(diǎn)組成樹狀網(wǎng)絡(luò)，形成數(shù)據(jù)上傳至匯總結(jié)點(diǎn)的通道。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理模塊由ZigBee協(xié)調(diào)器與PC機(jī)組成，Zig-Bee協(xié)調(diào)器由CC2530擔(dān)當(dāng)，與PC機(jī)用USB線進(jìn)行連接，串口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。PC機(jī)接收數(shù)據(jù)后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的存儲(chǔ)與處理。PC上安裝有網(wǎng)卡，形成與Internet網(wǎng)的連接端口，從而滿足遠(yuǎn)程監(jiān)控的需要。

3數(shù)據(jù)采集模塊隨機(jī)干擾的濾波設(shè)計(jì)

在無線傳感網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的過程中，測(cè)量通道中串入隨機(jī)干擾是不可避免的。隨機(jī)干擾的出現(xiàn)會(huì)引起測(cè)量誤差，對(duì)遠(yuǎn)程的監(jiān)控不利。因此，采取某種手段對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波是保證采集數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的前提。常用的數(shù)字濾波算法有算術(shù)平均濾波、加權(quán)平均濾波、中位值濾波、限值濾波等方法，本設(shè)計(jì)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(duì)采集信號(hào)進(jìn)行排序，取位于中間的數(shù)據(jù)作為一次的采樣數(shù)據(jù)。這種方法對(duì)高頻干擾和低頻干擾都有一定的濾除效果，但是對(duì)于某些變化快速的采集數(shù)據(jù)，如電流、電壓、振動(dòng)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(chǔ)上，將最大和最小的數(shù)據(jù)去掉，然后將剩余的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均，最終將平均值作為一次采樣數(shù)據(jù)。因此無論對(duì)于緩慢變化的信號(hào)，還是對(duì)快速變化的信號(hào)，都能取得良好的濾波效果。

4總結(jié)

篇(5)

關(guān)鍵詞：USB軟件狗加解密技術(shù)反破解

在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)研究過程的各行業(yè)中，常常要對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，現(xiàn)在常用的采集方式是在PC機(jī)或工控機(jī)內(nèi)安裝數(shù)據(jù)采集卡，如A/D卡及422卡、485卡、采集卡不僅安裝麻煩，易受機(jī)箱內(nèi)環(huán)境的影響，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；而用串行總線USB（UniversalSerialBus）能很發(fā)地解決以上這些沖突。

利用89C51設(shè)計(jì)基于USB總線的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，還可與MAX485結(jié)合起來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程采集。該系統(tǒng)具有可靠性高、性價(jià)比高和多點(diǎn)采集等優(yōu)點(diǎn)。

1系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件模塊主要由串行A/D轉(zhuǎn)換器、89C51芯片、USB接口芯片和多路模擬開關(guān)等組成。硬件總體結(jié)構(gòu)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(nèi)部集成微處理器接口、FIFO存儲(chǔ)器、時(shí)鐘發(fā)生器、串行接口引擎（SIE）、收發(fā)器和電壓轉(zhuǎn)換器，支持DMA和微波接口。

多路模擬輸入信號(hào)經(jīng)多路模擬開關(guān)控制將其中的一路接入串行A/D轉(zhuǎn)換器，A/D轉(zhuǎn)換器經(jīng)光電隔離后串行輸出到移位寄存器，移位寄存器將此結(jié)果轉(zhuǎn)為8位并行數(shù)據(jù)。89C51系統(tǒng)通過8位的并行接口傳送A/D轉(zhuǎn)換器采集的數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)在FIFO存儲(chǔ)器中；一旦FIFO存滿，SIE立刻對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，然后89C51系統(tǒng)將數(shù)據(jù)從FIFO存儲(chǔ)器中讀出，由收發(fā)器通過數(shù)據(jù)線（D+、D-）送至主機(jī)。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(shí)鐘輸出為89C51提供時(shí)鐘輸入。USBN9602的復(fù)位端接RC電路，以保證復(fù)位電路可靠地工作。由于晶振頻率較高，結(jié)合USBN9602內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，在XOUT端串接100μF電容及470μF電感，起穩(wěn)定內(nèi)部振蕩頻率的作用。

2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件包括設(shè)備固件、USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和應(yīng)用程序。

2.1設(shè)備固件（firmaware）設(shè)計(jì)

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(zhuǎn)換器的采樣；②控制芯片USBN9602接受并處理USB驅(qū)動(dòng)程序的請(qǐng)求及應(yīng)用程序的控制指令。現(xiàn)主要介紹89C51系統(tǒng)如何控制USB控制器（USBN9602）與主機(jī)的通信。

89C51系統(tǒng)對(duì)USB控制器的操作是嚴(yán)格按照USB協(xié)議1.1進(jìn)行的。按照USB協(xié)議1.1的規(guī)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(shí)際開發(fā)中使用了控制傳輸和塊傳輸。控制傳輸主要完成主機(jī)對(duì)設(shè)備的各種控制操作，也就是實(shí)現(xiàn)位于主機(jī)上的USB總線驅(qū)動(dòng)程序（USBD.SYS）以及編寫的功能驅(qū)動(dòng)程序?qū)υO(shè)備的各種控制操作。塊傳輸主要完成主機(jī)和設(shè)備間的大指數(shù)據(jù)傳輸以及對(duì)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)（若發(fā)生錯(cuò)誤，它支持“重傳”功能）。

89C51系統(tǒng)控制USB控制器的工作工程可以簡(jiǎn)單地概括為：當(dāng)USB控制器從USB總線檢測(cè)到主機(jī)啟動(dòng)的某一傳輸請(qǐng)求后，USB控制器通過中斷方式將此請(qǐng)求通知89C51系統(tǒng)；89C51系統(tǒng)通過訪問USB控制器的狀態(tài)寄存器和數(shù)據(jù)寄存器，獲得與此次傳輸有關(guān)的各種參數(shù)，并根據(jù)具體的傳輸參數(shù)，對(duì)USB控制器的控制寄存器和數(shù)據(jù)寄存器進(jìn)行相應(yīng)的操作，以完成主機(jī)的傳輸請(qǐng)求。理解了以上的工作過程就可以進(jìn)行相應(yīng)的固件設(shè)計(jì)。

2.2USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

USB系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)程序的設(shè)計(jì)是基于驅(qū)動(dòng)程序模型WDM（WindowDriverModel）的。WDM采用分層驅(qū)動(dòng)程序模型：較高級(jí)的USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序和較低級(jí)的USB函數(shù)層。其中USB函數(shù)層由兩部分組成：較高級(jí)的通用串行總線模塊（USBD）和較低級(jí)的主控制器驅(qū)動(dòng)程序模塊（HCD）。

目前，Windwos98提供了多種USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，但并不針對(duì)數(shù)據(jù)采集設(shè)備，因此需用DDK（設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)包）開發(fā)工具設(shè)計(jì)專用的USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。目前，寫USB驅(qū)動(dòng)程序的軟件也很多，它們均提供用于生成USB驅(qū)動(dòng)的代碼生成器，用戶按照提示可以定義設(shè)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(jìn)行修改也是一個(gè)比較好的捷徑。可以把USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的功能劃分成4個(gè)不同的模塊來實(shí)現(xiàn)：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(shí)現(xiàn)模塊。

初始化模塊提供1個(gè)入口函數(shù)DriverEntry()，整個(gè)驅(qū)動(dòng)程序的入口點(diǎn)為DriverEntry例程。在DriverEntry中，需要提供一個(gè)AddDevice例程，把驅(qū)動(dòng)程序添加到驅(qū)動(dòng)程序堆棧中去。另外，所有對(duì)各種IRP（I/O請(qǐng)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(shù)中作為定義，如：

DriverEntry(INPDRIVER_OBJECTDriverObject,…)//驅(qū)動(dòng)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(shí)現(xiàn)USB設(shè)備的熱插拔及動(dòng)態(tài)配置。當(dāng)硬件檢測(cè)到有USB設(shè)備接入時(shí)，Windows98查找響應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序，并調(diào)用它的DriverEntry例程。PnP（即插即用）管理器調(diào)用驅(qū)動(dòng)程序的AddDevice例程，告訴它添加了一個(gè)設(shè)備。在此處理過程中，驅(qū)動(dòng)程序收到一個(gè)設(shè)備啟動(dòng)請(qǐng)求（IRP_MN_START_DEVICE）的IRP。同理，當(dāng)要拔除時(shí)，PnP管理器會(huì)發(fā)出一個(gè)設(shè)備刪除請(qǐng)求（IRP_MN_REMOVE_DEVICE）的IRP，由驅(qū)動(dòng)程序進(jìn)行處理。通過對(duì)這些PnP請(qǐng)求的處理，可支持設(shè)備的熱插拔和即插即用功能。

電源管理模塊負(fù)責(zé)設(shè)備的掛起與喚醒。

I/O功能實(shí)現(xiàn)模塊完成I/O請(qǐng)求的大部分工作。若應(yīng)用程序想對(duì)設(shè)備進(jìn)行I/O操作，它便使用WindowsAPI函數(shù)，對(duì)WIN32子系統(tǒng)進(jìn)行WIN32調(diào)用。此調(diào)用由I/O系統(tǒng)服務(wù)接收并通知I/O管理器，I/O管理將此請(qǐng)求構(gòu)造成一個(gè)合適的I/O請(qǐng)求包（IRP）并把它傳遞給USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序接收到這個(gè)IRP以后，根據(jù)IRP中包含的具體操作代碼，構(gòu)造相應(yīng)的USB請(qǐng)求塊并把此URB（USB請(qǐng)求塊）放到一個(gè)新的IRP中。然后，把此IRP傳遞到USB總線驅(qū)動(dòng)程序，USB總線驅(qū)動(dòng)程序根據(jù)IRP中所含的URB執(zhí)行相應(yīng)的操作（如從USB設(shè)備讀取數(shù)據(jù)等），并把操作結(jié)構(gòu)通過IRP返還給USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。USB設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序接收到此IRP后，將操作結(jié)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(jié)果返還給應(yīng)用程序，至此應(yīng)用程序?qū)SB設(shè)備的一次I/O操作完成。

2.3應(yīng)用程序設(shè)計(jì)

用戶態(tài)的應(yīng)用程序是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的中心，其主要功能為：開啟或關(guān)閉USB設(shè)備、檢測(cè)USB設(shè)備、設(shè)置USB數(shù)據(jù)傳輸管道、設(shè)置A/D狀態(tài)和數(shù)據(jù)采集端口、實(shí)時(shí)從USB接口采集數(shù)據(jù)、顯示并分析數(shù)據(jù)。

由于USBN9602提供的FIFO不超過64字節(jié)，當(dāng)它存滿后，USBN9602自動(dòng)將數(shù)據(jù)打包即時(shí)請(qǐng)求讀入數(shù)據(jù)，由SIE自動(dòng)發(fā)送數(shù)據(jù)包。另外，當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)A/D模塊后，便會(huì)創(chuàng)建兩個(gè)線程：采樣線程和顯示存盤線程。采樣線程負(fù)責(zé)將采集數(shù)據(jù)寫到應(yīng)用程序提交的內(nèi)存；而顯示存盤線程負(fù)責(zé)給應(yīng)用程序發(fā)送顯示和存盤消息。當(dāng)應(yīng)用程序接收到此消息后，便從它提交的內(nèi)存讀取數(shù)據(jù)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(yīng)用程序提交的內(nèi)存時(shí)要保持同步。

3遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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幾十m，這對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)而言顯然太短了。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，其優(yōu)點(diǎn)主要為傳輸距離可達(dá)到1200m以上，并且可以掛接多個(gè)設(shè)備；但傳輸速度慢，且需要板卡支持，安裝麻煩。將RS-485與USB結(jié)合起來，可以優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，產(chǎn)生一種快速、可靠、低成本的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

設(shè)計(jì)這樣一個(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備是RS-485～USB轉(zhuǎn)換器，可以采用USBN9602+89C51+MAX485實(shí)現(xiàn)這一功能。整個(gè)系統(tǒng)的基本思想是：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。RS-485～USB轉(zhuǎn)換器在主機(jī)端接收485的數(shù)據(jù)。并通過USB接口傳輸?shù)街鳈C(jī)處理；而主機(jī)向USB發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)通過RS-485～USB轉(zhuǎn)換口轉(zhuǎn)換為485協(xié)議向遠(yuǎn)端輸送，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的雙向傳輸如圖3所示。軟件方面的設(shè)計(jì)與上面所述類似。

篇(6)

論文關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集儀,錨桿支護(hù),頂板離層,監(jiān)測(cè)

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(duì)于錨桿支護(hù)巷道來說,頂板離層則是最大的安全隱患。因此，對(duì)錨桿支護(hù)巷道進(jìn)行離層監(jiān)測(cè)，掌握頂板離層的狀況，并及時(shí)采取相應(yīng)的措施，阻止頂板失穩(wěn)、避免突發(fā)性破壞的發(fā)生具有重要意義。頂板離層監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集儀就是用以測(cè)試錨桿長(zhǎng)度范圍及范圍外的頂板離層狀況的監(jiān)測(cè)儀器，用于判別錨桿支護(hù)參數(shù)是否合理，巷道服務(wù)期間頂板是否穩(wěn)定，并以此為依據(jù)來避免頂板事故發(fā)生。

2．?dāng)?shù)據(jù)采集儀的組成及工作原理

頂板離層監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集儀主要用來采集編碼器的脈沖信號(hào)表示出的頂板離層的相對(duì)位移，并保存在閃存中，可通過無線裝置對(duì)該設(shè)備進(jìn)行各種參數(shù)的設(shè)置及存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的讀取。

2.1數(shù)據(jù)采集儀的組成

頂板離層監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集儀主要由以下幾部分組成：

（1）數(shù)顯設(shè)備：該數(shù)顯設(shè)備可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)顯示頂板的離層量，當(dāng)頂板離層量超過一定限度，儀器報(bào)警。該數(shù)顯設(shè)備的處理器采用Microchip公司生產(chǎn)的MSP430F4793IP，其性能優(yōu)越，功耗低，資源豐富，數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)。

（2）機(jī)械放大器：該放大器主要是對(duì)頂板的離層量進(jìn)行放大，以便于采集存儲(chǔ)。其外殼的材質(zhì)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(yōu)點(diǎn)。

2.2數(shù)據(jù)采集儀的工作原理

礦用本安數(shù)據(jù)采集儀的工作原理是：采用橋式電路進(jìn)行測(cè)量、采用機(jī)械式放大裝置進(jìn)行放大，對(duì)信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換、信號(hào)處理，之后進(jìn)行存儲(chǔ)、顯示。其測(cè)量原理是：

A、B兩相脈沖分別通過MSP430F4793IP單片機(jī)的P1.2/P1.3中斷采集，以A相為基準(zhǔn)。當(dāng)單片機(jī)中斷偵測(cè)到A相脈沖觸發(fā)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(fā)中斷，當(dāng)偵測(cè)到B相脈沖高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值加1，否則減1；如果是下降沿觸發(fā)中斷，當(dāng)偵測(cè)到B相脈沖高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值減1，否則加1；P1.2中斷完成前，反轉(zhuǎn)A相觸發(fā)脈沖標(biāo)志MSP430F4793IP。

3.數(shù)據(jù)采集儀電氣研究

3.1主機(jī)芯片的選型

數(shù)據(jù)采集儀主機(jī)對(duì)PIE—1000-G05E光電軸角編碼器的輸出脈沖進(jìn)行收集、運(yùn)算、存儲(chǔ)和檢測(cè)，通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移設(shè)備對(duì)設(shè)備進(jìn)行設(shè)置和各種參數(shù)及存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的讀取，同時(shí)還實(shí)現(xiàn)和上位機(jī)的通訊。主要使用的芯片和設(shè)備包括單片機(jī)（MSP430F4793IP）、串行閃存芯片（JS28F128）、實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片（PCF8563）和總線控制芯片（EP1C3T100C8）。

篇(7)

關(guān)鍵詞：UML，建模，檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)系統(tǒng)

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(dòng)態(tài)調(diào)試是列車調(diào)試過程中的重要環(huán)節(jié)，動(dòng)態(tài)調(diào)試主要檢測(cè)地鐵車輛的牽引、動(dòng)力、制動(dòng)系統(tǒng)[1]。而現(xiàn)有的地鐵動(dòng)態(tài)調(diào)試測(cè)試手段主要是基于列車本身牽引網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)自帶測(cè)試軟件，即利用列車通信網(wǎng)絡(luò)中的列車診斷系統(tǒng)接收列車子系統(tǒng)（包括微機(jī)控制與非微機(jī)控制系統(tǒng)）的狀態(tài)信息、故障信息，并進(jìn)行評(píng)估、儲(chǔ)存，在司機(jī)室的顯示屏上進(jìn)行顯示[2]。因此其測(cè)量準(zhǔn)確性無法衡量。為此開發(fā)地鐵動(dòng)態(tài)試驗(yàn)性能檢測(cè)及數(shù)據(jù)分析裝置對(duì)于列車的安全正常運(yùn)行具有重要意義。

2.地鐵運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)建模

地鐵動(dòng)態(tài)試驗(yàn)性能檢測(cè)及數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)對(duì)列車運(yùn)行過程中的速度、加速度、沖擊率、閘瓦溫度進(jìn)行檢測(cè)和分析。通過測(cè)速雷達(dá)、壓力傳感器、紅外輻射溫度等傳感器分別測(cè)量地鐵行駛過程中的速度、制動(dòng)管路壓力、制動(dòng)器溫度等特征量，然后利用無線傳輸裝置將數(shù)據(jù)發(fā)送給由筆記本電腦和系統(tǒng)控制軟件構(gòu)成的系統(tǒng)控制終端，系統(tǒng)分析軟件根據(jù)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行牽引加速度、制動(dòng)距離、制動(dòng)減速度、沖擊率、靜態(tài)制動(dòng)響應(yīng)時(shí)間等狀態(tài)量的計(jì)算，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，由此完成對(duì)車輛運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)。

2.1用例模型

用例是模型中結(jié)構(gòu)實(shí)體的指定功能，它描述了系統(tǒng)的功能需求，將系統(tǒng)看作黑盒，從外部執(zhí)行者的角度來理解系統(tǒng)[3]。繪制用例圖的第一步是確定系統(tǒng)的參與者。分析可知，系統(tǒng)共有三個(gè)參與者，即檢測(cè)人員、管理人員及地鐵。檢測(cè)人員負(fù)責(zé)對(duì)地鐵運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，包括速度、加速度、溫度、壓力的檢測(cè)，得出檢測(cè)結(jié)果后，在系統(tǒng)初步分析結(jié)果的基礎(chǔ)上做出檢測(cè)報(bào)告。管理人員負(fù)責(zé)進(jìn)行用戶管理和設(shè)備管理，以保證檢測(cè)工作的正常進(jìn)行。地鐵是被檢測(cè)對(duì)象的承載體，由各傳感器對(duì)檢測(cè)量進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的目的和任務(wù)，建立系統(tǒng)的用例圖如圖1所示。

系統(tǒng)中的關(guān)鍵用例有：

（1） 自檢模塊

系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)首先進(jìn)行系統(tǒng)自檢以確認(rèn)檢測(cè)設(shè)備是否有效，自檢包括：測(cè)試數(shù)據(jù)采集命令、數(shù)據(jù)分析命令、數(shù)據(jù)導(dǎo)出命令能否正確輸出，測(cè)試DMI（即人機(jī)界面，在本系統(tǒng)即為筆記本電腦）顯示等。系統(tǒng)自檢完成后能夠在DMI上顯示自檢結(jié)果。

（2） 數(shù)據(jù)采集

根據(jù)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(duì)設(shè)備的電壓或者電流信號(hào)進(jìn)行采樣、保持，并送入A/D轉(zhuǎn)換器變成數(shù)字信號(hào)，然后將該信號(hào)送到FIFO中。當(dāng)FIFO中存放的數(shù)據(jù)到了一定數(shù)目時(shí)，由ARM7從FIFO中讀出，從而達(dá)到利用各傳感器對(duì)相應(yīng)的特征量進(jìn)行測(cè)量的目的。

（3） 數(shù)據(jù)傳輸

監(jiān)控或控制設(shè)備無線網(wǎng)絡(luò)通信，目前主要采用IEEE802.11 a/b/g WLAN或者Zigbee技術(shù)。鑒于Zigbee是一種低耗、低成本且能滿足要求的無線串行網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，本系統(tǒng)采用Zigbee無線傳輸技術(shù)，以CC1110無線soc為核心的無線通信裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)后以無線方式將采集到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)采集接入點(diǎn)（AP），然后數(shù)據(jù)采集接入點(diǎn)通過串行方式把數(shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)監(jiān)測(cè)終端。

（4） 數(shù)據(jù)導(dǎo)出

將傳感器檢測(cè)到的數(shù)據(jù)導(dǎo)出，數(shù)據(jù)保存為通用格式，可以用EXCEL等第三方軟件打開，方便數(shù)據(jù)分析階段進(jìn)行圖表分析。

（5） 數(shù)據(jù)分析

對(duì)接收到的檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)閾值，對(duì)比采集到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，做出初步的分析判斷，并可根據(jù)需要在數(shù)據(jù)導(dǎo)入EXCEL等第三方軟件后進(jìn)行圖表分析。MATLAB在圖像處理領(lǐng)域中，功能強(qiáng)大，使用簡(jiǎn)單，可用于對(duì)DMI界面的圖像處理；C#可以快速開發(fā)可視化界面，數(shù)據(jù)讀取等，用于檢測(cè)設(shè)備測(cè)試結(jié)果分析界面的搭建[4][5]。在獲取檢測(cè)設(shè)備測(cè)試的數(shù)據(jù)之后，需要進(jìn)行結(jié)果的分析與評(píng)估時(shí)，在C#主程序里通過匿名管道調(diào)用MATLAB可執(zhí)行程序來對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和評(píng)估。

（6） 數(shù)據(jù)庫(kù)

對(duì)檢測(cè)的數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)分析過程產(chǎn)生的圖表行儲(chǔ)存；對(duì)測(cè)試特征量的閥值進(jìn)行設(shè)定；對(duì)用戶進(jìn)行管理等。

2.2類圖分析

類圖反映了系統(tǒng)中類的靜態(tài)結(jié)構(gòu)。類圖不僅定義系統(tǒng)中的類，還表示類之間的聯(lián)系，如關(guān)聯(lián)、依賴、聚合等，同時(shí)也包括類的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（類的屬性和操作）。

檢測(cè)系統(tǒng)提供顯示和操作界面DMI，檢測(cè)員通過對(duì)系統(tǒng)界面進(jìn)行一系列操作完成檢測(cè)過程，在此過程中DMI也會(huì)為檢測(cè)員提供檢測(cè)過程的參考信息。因此圍繞DMI進(jìn)行深入分析具有重要意義，其類圖如圖2所示。

1.控制的內(nèi)容包括：

1） 數(shù)據(jù)采集的啟動(dòng)與停止：包括對(duì)速度、加速度、溫度、壓力等信息的采集進(jìn)行控制，并將采集到的信息通過無線傳輸裝置發(fā)送給控制終端并顯示出來。

2） 數(shù)據(jù)分析的啟動(dòng)與停止：包括將采集的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到EXCEL等第三方軟件，并做圖表分析。

2.顯示的內(nèi)容包括：

1） 采集數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示：速度、加速度、溫度、壓力的分析圖表顯示。

4） 設(shè)備狀態(tài)信息顯示：控制模式、工作模式等信息顯示。

2.3檢測(cè)過程活動(dòng)圖

活動(dòng)圖在用例分析中主要用來描述用戶當(dāng)前完成的工作以及用例實(shí)例或?qū)ο笾械幕顒?dòng)[6]，為了更詳細(xì)地描述用戶使用系統(tǒng)的工作過程，我們給出本系統(tǒng)的用戶活動(dòng)圖。檢測(cè)過程建模的主要業(yè)務(wù)有登錄、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。其活動(dòng)圖如圖3所示。

事件流程可以描述如下：

檢測(cè)人員使用用戶名和密碼登錄系統(tǒng)；

檢測(cè)人員發(fā)出數(shù)據(jù)采集指令，傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；

無線傳輸裝置將傳感器采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到控制終端進(jìn)行存儲(chǔ)；

控制終端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，并作圖表分析；

檢測(cè)人員根據(jù)分析結(jié)果整理出檢測(cè)報(bào)告；

檢測(cè)人員也可再次登陸系統(tǒng)查看上次檢測(cè)結(jié)果。

2.4檢測(cè)過程序列圖

為防止活動(dòng)圖變得過于復(fù)雜，數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析等過程都分別被壓縮在了一個(gè)超級(jí)活動(dòng)里，為了更詳盡的描述實(shí)例間的消息，現(xiàn)在使用交互圖[7]。序列圖顯示對(duì)象之間的動(dòng)態(tài)合作關(guān)系，它強(qiáng)調(diào)對(duì)象之間消息發(fā)送的順序，同時(shí)顯示對(duì)象之間的交互，檢測(cè)過程序列圖如圖4所示。在活動(dòng)圖中已經(jīng)詳細(xì)表達(dá)清楚的內(nèi)容在下面的序列圖中不再進(jìn)行贅述，僅從登錄成功角度進(jìn)行描述。

3.結(jié)論

本文利用實(shí)時(shí)UML，通過用例圖、類圖、活動(dòng)圖、序列圖建立了地鐵運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)的模型，研究表明，為地鐵運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)建UML 模型，能夠規(guī)范系統(tǒng)開發(fā)流程、優(yōu)化軟件結(jié)構(gòu)、提高系統(tǒng)開發(fā)效率，增強(qiáng)程序可讀性和可維護(hù)性。該項(xiàng)工作的完成為地鐵運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)提供了依據(jù)。

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