基于USB的数据采集系统的研究与设计--总结

第一篇：基于USB的数据采集系统的研究与设计--总结

基于 USB 的数据采集系统的研究与设计

目前，市场上有几百种 USB 设备，包括 USB 集线器、打印机、扫描仪器、存储器、数码相机和调制解调设备等。在数据采集系统中应用 USB2.0 接口总线，首先计算机系统要支持 USB2.0 协议。目前计算机几乎都支持 USB1.1 协议，如果支持 USB2.0 协议，那么系统的 USB 主机就必须包含USB2.0 根集线器，用于给系统提供一个或多个设备端口；同时，系统还必须安装相应的驱动程序。

USB总线的物理连接和电气特性

USB数据传输采用四根电缆，其中两根（D+、D-）是用来传送数据的串行通道，另两根（VBUS、GND）是符合标准的电源线，为下游的USB设备提供电源。其中，D+、D-是串行数据通信线，它支持两种数据传输速率，对于高速外设，USB以全速 12Mbps或高速 480Mbps传输数据；对于低速外设，USB则以 1.5Mbps的传输速率传输数据。USB总线会根据外设情况在不同的传输模式中自动地转换。VBUS通常是+5V电源，GND是地线。

USB 的电源

USB 的电源主要包括两方面：

电源分配：即 USB 的设备如何通过 USB 总线获得主机提供的电源； 电源管理：即通过电源管理系统，USB 的系统软件和设备如何与主机协调工作。

（1）电源分配

每段 USB 都在电缆上提供了数量有限的电源。主机向与它直接相连的 USB 设备提供电源，并且每个 USB 设备都有自己的电源。那些完全依靠电缆提供能源的设备称作“总线功能”设备。相反，那些有

另外电源的设备称作“自供电”设备。而且，集线器也可为连接在它上面的 USB 设备提供电源。

（2）电源管理

USB 主机与 USB 系统有相互独立的电源管理系统。USB 的系统软件和主机的电源管理系统相互作用，处理系统的电源事件，如挂起和恢复等。另外，USB 设备还有额外的功耗管理特性，允许软件对他们进行功耗管理。USB 总线拓扑结构

USB将USB设备和USB主机连接在一起。USB的物理互连是一个分层的星形拓扑结构，集线器在每个星形的中心。每段线路都是主机与集线器或功能设备之间，或者集线器与另一个集线器或功能设备之间的点对点连接 USB通信流

USB 在主机的软件和 USB 功能设备之间提供了通信服务。功能设备根据不同的客户软件与功能设备的相互作用对通信流有不同的要求。通过将 USB 功能设备的各种通信流分离，USB 能更好地全面利用总线。通信流利用总线访问来完成主机和功能设备之间的通信。通信流在设备的端点中止，设备的端点可以

识别所有通信流。

USB 逻辑设备对 USB 系统来说是一个端点的集合。接口是端点聚集而成的端点集，是功能设备的体现。USB 系统软件用默认的控制管道管理设备。客户软件用管道束（与端点集相关）来管理接口。客户软件要求数据通过USB在主机上的缓冲区和USB设备上的端点之间移动。而在 USB 上移动之前，由主机控制器（或者 USB 设备，由传输方向决定）将数据进行封装。当总线访问是在 USB 上移动数据包时，主机控制器也协同操作。

设备端点（Device Endpoint）

端点是 USB 设备唯一可识别的部分，是主机和设备间通信流的终点，每个 USB 逻辑设备都由独立端点集（这个集合就是接口）组成。当设备连接时，系统为每个逻辑设备分配了唯一的地址，设备的每个端点在设计时就给定了一个由设备决定的唯一的标识符—端点号。每个端点都有由设备决定的数据流方向。设备地址、端点号和方向的组合允许唯一指定一个端点，每个端点都单一的连接，支持一个方向的数据流输入（从设备到主机）或输出（从主机到设备）。

管道

USB管道是设备端点和主机软件之间的联系。管道可以通过存储器的缓冲区在主机软件与设备端点

之间传输数据。有两种相互独立的管道通信模式：

1.流：在管道中传输的数据没有 USB 定义的结构。

2.消息：在管道中传输的数据有某些 USB 定义的结构，只能用于控制传输。

帧和微帧（Frames and Microframes）

USB 工作在全速/低速状态时，主机控制器每隔 1 毫秒发送一帧数据；而工作在高速状态时，主机控制器每隔 125 微秒就发送一帧数据。一帧（或微帧）数据可包含几种事务。USB 数据传输类型是从 USB 系统软件的管理角度来描述的。传输（Transfer）是指在客户软件和它的功能模块之间的一个或多个信息传输的总线事务。传输类型决定于客户软件和它的功能模块之间的数据流特性。USB 定义了 4 种传输类型，以满足在总线上进行不同类型的数据的传输需要。

USB数据传输类型

批量传输用于传输突发的大量的数据，全速模式时以 8，16，32 或 64 字节（高速模式时是 512 字节）的信息包传送。由于对出错的数据自动的进行重发，批量数据可确保无误发送。

控制传输至少有两个阶段：建立阶段和状态阶段。控制传输也可以根据不同的情况选择是否需要在建立阶段和状态阶段包含一个数据阶段。

中断传输主要用于定时查询设备是否有中断数据要传输，是一种主机定时侦听设备。设备的端点

模式器的结构决定了它的查询频率，在 1-255ms 之间。中断传输在高速时的数据载荷可达 1023 字节，在全速时的载荷量小于 64 字节。中断传输主要应用于键盘、操纵杆和鼠。

同步传输用于保证时间优先的数据流，如音频和视频数据流，传输的时间对于数据来说是非常必要的条件，在全速模式时，一个同步包包含 1023 字节；在高速模式时，一个同步包包含 1024 字节。

数据采集系统的硬件

数据采集系统在总体上分为硬件和软件两大部分。数据采集系统的硬件部分

主要包括芯片的选择、数据采集和传输电路以及电源转换电路等。数据采集系统的软件部分主要由三部分组成：USB 固件程序(Firmware)、USB 设备驱动程序以及应用程序；三部分程序之间相互协作来完成整个采集系统的功能。

USB芯片选择

目前 USB 芯片大致分为 5 大类型：

1）单独运作的 USB 接口芯片；

2）内含 USB 单元的微处理器（MPU）；

3）特定的接口转芯片，如 USB 转 RS-232 或 USB 转 ATA/ATAPI 等；

4）PC 端或主机端的 USB 控制器；

模数转换芯片的选择

目前，随着数据采集应用的日益普遍，为了满足不同场合和分辨率的要求，模数转换芯片也是种类繁多。选择 A/D 转换芯片需要考虑器件本身的性能和具体的应用要求。选择 A/D 转换芯片要考虑一些参数指标，如芯片精度、芯片的转换速度和芯片的转换量程等。

1)精度：与系统测量的信号范围有关，但估算时要考虑到其他因素，转换器位数应该比总精度要求的最低分辩率高一位。常见的 AD 器件有 8 位，10 位，12 位，14 位，16 位等。

2)速度：应根据输入信号的最高频率来确定，保证转换器的转换速率要高于系统要求的采样频率。

3)模拟信号类型：通常 AD 器件的模拟输入信号都是电压信号，而 DA 器件输出的模拟信号有电压和电流两种。

为了匹配 USB2.0 的高速传输特性，满足广泛的实际需要，本设计选用的是采样速度快、分辨率高的 A/D 转换器 MAX125。

数据采集系统的固件程序设计

固件程序主要负责完成两项任务：一是作为驻留在设备中的内部应用程序，响应主机的列举请求，实现配置设备并将设备的配置信息(如支持哪些传输类型和端点)告知主机，进而为主机和设备之间进行数据通信做好准备工作：二是作为整个设备的控制中心，根据用户应用系统的特定要求，实现对外围设备的具体控制。USB控制器芯片借助CPU执行固件程序来控制芯片的活动，以实现数据传输功能。固件的设计就是使在USB总线上的传输能获得快速的、有效的数据传输速度。它的操作方式与硬件联系紧密，包括USB设备的连接、列举、重列举、USB协议和中断处理等。

列举和重列举

列举和重列举是 USB 设备的一个非常重要的机制。是在初始阶段必须经历的阶段，只有这两个过程成功的完成，USB 设备才可能实现系统中设计的功能，否则，设备只能是一个主机不能识别的最原始的设备，或者是功能不完全的设备。

设备端点的配置

端点配置是在TD_Init()函数中实现的。USB数据通过端点缓冲区进入FX2 和从FX2 中取出。为了保证 480Mb/s高速的传输速率，外部逻辑经常在没有FX2 内嵌的CPU参与的情况下，直接与端点FIFO交换数据。USB设备启动时，要配置端点使它获得足够的带宽和FIFO深度，使数据传输更加平稳和高速。

当应用程序要求CPU处理外部逻辑和USB之间的数据流时（或者根本就没有连接外部逻辑时），固件可以将端点缓冲区作为RAM块或（使用特定的自动增量指针）FIFO访问。

设备驱动程序的组成驱动程序是一些例程的集合，它们被动的存在，等待主机系统软件（PnP管理器、I/O管理器、电源管理器等）来调用或激活它们。WDM驱动程序的功能模块基本由五个部分组成:入口例程，即插即用例程，分发例程，电源管理例程和卸载例程。

1.入口例程：处理驱动程序的初始化；

2.即插即用例程：处理 PnP 设备的添加，删除和停止；

3.分发例程：处理用户应用程序发出的各种 I/O 请求；

4.电源管理例程：处理电源管理请求；

5.卸载例程：处理驱动程序的卸载。

USB 设备驱动程序的开发

目前，用于开发设备驱动程序的工具大概有以下几种：

1.直接使用Windows DDK：这种方法开发难度大，而且有很多烦琐的工作要作，大部分都是通用的基础性的工作，但是，使用这种方法，需要对WDM驱动程序的整体结构有一个很好的认识和把握。

2.使用Driver studio：工具难度会低一些，工具软件己经作了很多基础性的工作。也封装了一些细节，使用者只需要专心去执行需要的操作。但由于封装的问题，可能会带来一些bug，有可能导致项目的失败。

3.使用Win Driver：几乎没有难度(从开发驱动的角度)。很容易，但只能开发硬件相关的驱动，事实上所写的只是定制和调用了它提供的通用驱动而已，工作效率不是很高。但开发花费的时间很少。

第二篇：基层农业统计数据采集与处理系统研究

基层农业统计数据采集与处理系统研究

摘 要： 智能手机数据采集相比传统数据采集在时效性等方面具有优势。基于“基层农业统计数据采集与处理系统”的需求，在Android平台上，依据分层开发思想，详细设计了数据库适配器、数据层、结构层以及activity等，最终完成了软件系统的开发，为农业技术人员提供了易用、可靠的基层农业统计数据采集和处理工具。

关键词： Android； 应用开发； 农业信息化； 界面设计

中图分类号：TP3 文献标志码：A 文章编号：1006-8228（2018）02-10-04

Abstract： The data acquisition with smart phone is superior to traditional data acquisition in the aspects of timeliness and so on.According to the requirement of “the acquisition and processing system of the grass-roots level agricultural statistical data”，on the Android platform，with the idea of layered development，the database adapter，the data layer，structure layer and the activity etc.are designed in detail，to finally complete the development of the software system，provide agriculture technical personnel with an agricultural statistical data acquisition and processing tool of easy to use and reliable.Key words： Android； application development； agricultural information； interface design

0 引言

农业信息化的意义显而易见[1]，但是由于多方面的原因，农业信息化进程远远落后于服务业、工商业等各领域。这对农民以及农业的发展是十分不利的。

基层农业统计数据采集与处理系统是在Android操作系统的基础上开发而成。该系统通过Android智能手机获取与农业生产有关的信息，如地块档案、农户信息、地块制度、农村等各类信息。通过该系统，可以让基层农业信息化工作人员方便地建立和管理数据库。农技人员可基于农业生产环境，实时、快速地获取与农业生产有关的数据。开发环境及技?g介绍

Android系统在中国的普及范围大且速度快，搭载Android系统的移动设备价格合适，在农业技术推广体系中使用较多，且能满足系统设计需求，是智能手机开发的首选平台。

Android是一种以Linux为基础的开放源代码操作系统[2]，主要使用于便携设备。Android操作系统可细分为如下几部分：应用软件、操作系统、用户界面、中件间。Android平台可依次分为如下四层：Linux内核层；Android运行层；应用框架层；应用程序层。基于Android的软件的开发通常处于Android架构中的顶层，即应用程序层。

本系统是针对Android系统研发的一款移动应用，需要的开发工具分别为：Eclipse、Android SDK。系统总体设计

2.1 系统体系结构

结合本系统的基本功能以及Android架构[3]特点，开发分如下四个层次。

XML：界面设计，具体设计时主要运用/res/layout/中的.xml文件，运用该文件布局控件、控制属性、自定义控件样式。在设置版本信息方面时，主要运用

/AndroidManifest.xml，即形成Android API信息。逐个声明Activity、申请客户使用资源，另外程序中用到的中文单词则主要结合strings.xml声明。利用arrays.xml逐个设置列表各项元素。

View：本层属于人机交互界面，包含本系统中所需要运用到的所有Activity。用户可通过Activity进行相关操作，比如输入数据，确定数据项，最后点击，即可获得相关信息。

Data与Adapter：一般认为该层为数据库及其适配器层。主要用于建立农业生产信息数据库，同时该层包括更新及相关方法，Adapter中含所有适配器Adapter，显示数据库Activity的信息。在ListView控件记录时，需要运用到各显示数据表。

Table：属于数据表层。利用Entity存储数据表各字段名及类型。一般情况下Data层不会因为本层发生变化而变化，因此适用于分层开发。

如图1为本系统的体系结构图。

由此分析软件体系结构[4]，在具体设计时，可将系统分为五个包：XML；View；Adapter；Data；Table。这五个包是有自上而下的依赖关系，分别对应view包、data包、data包、adapter包和table包。如图2为该软件系统包图。

2.2 系统流程图

农业技术人员登录Android客户端执行数据采集，首先要在客户端应用汇总获取数据，并上传到Web服务器中，经过Web服务器对数据进行处理后对数据进行存储，并向客户端发出反馈信息，以标识采集任务完成。系统的流程图如图3所示。详细设计

3.1 各功能模块描述

基于Android的农业数据采集与处理系统主要功能分为两大类：工作类和交流类。工作类数据采集包括：提交推广日志、上报灾情、采集价格信息等；交流类数据采集包括农技问答、经验交流和问题反馈等。

3.1.1 用户模块

系统的用户类型[5]分为未授权用户（注册）、普通用户、管理员以及超级管理员。

未授权用户：需管理员授权后才能使用系统。

普通用户：能上传数据，查看历年数据。

管理员：能修改除超级管理员以外的所有用户的权限，以及删除用户操作，能查看数据，给所有用户发送手机消息提醒。

超级管理员：与管理员相比，多了能对管理员进行设置权限的操作。

⑴ 创建用户

在客户端任何人都能新增角色，但权限为未授权用户，需管理员来修改权限。

⑵ 用户登录

登录输入错误时进行用户名或密码错误的相应提示，权限不足时提示没有权限进行此操作的提示。

⑶ 用户管理

管理员能对未授权用户和普通用户，更改他们的权限或者删除用户，而超级管理员能对管理员、普通用户和未授权用户，修改他们的权限或者删除用户。

3.1.2 数据模块

普通用户选取好需要录入数据的区域和农作物种类（保存在服务器上，如果没有需添加）后，选择相应的季节（春、夏、秋、冬）和行为（播种、收获），并填写相应的信息，提交至服务器，此时如果数据和去年同期数据比较波动幅度超过10%则需填写备注信息。

3.1.3 ?稻莶榭茨？?

用户或者管理员在选取好需要查看的区域和农作物种类后，能在客户端上获取到对应信息的历年收获数据。

3.1.4 个人中心模块

用户或者管理员，在登录后的主页面中进入个人中心后，能按自己的喜好和需求来修改密码或者手机号。

3.1.5 用户提醒模块

管理员在网页上登录成功后能对所有用户发送自定义的提醒内容，也可以对特定用户发送自定义提醒内容，该提醒会出现在安卓手机的通知栏上。

3.2 系统功能图

⑴ 系统功能总图（如图4）

3.3 数据结构设计

结合用例分析和需求分析，构成系统的数据[6]主要包括如下几部分：

⑴ 用户表users（具体包含用户名、ID以及姓名、密码手机号码，权限）；

⑵ 地区表zone（地区ID、地区名称）；

⑶ 村庄表village（村落ID，村落名称，地区ID）；

⑷ 种类表kind（种类ID，种类名称）；

⑸ 农作物名称表crop（农作物ID，农作物名称，种类ID）；

⑹ 用户个性化表marks（ID，用户ID，村落ID，农作物ID）；

⑺ 农作物播种表sow（播种ID，年份，季度，村落ID，农作物ID，播种面积，备注，用户ID，上传日期）；

⑻ 农作物收获表gains（收获ID，年份，季度，村落ID，农作物ID，面积，产量，亩产量，备注，用户ID，上传日期）。系统实现举例

基于Android的基层农业统计数据采集与处理系统，通过安装Android移动设备中的应用程序与用户进行直接交互，Android端的应用程序采取本地化开发模式，在移动终端获取数据，结合移动端的界面设计，通过编码来实现满足用户采集需求的相关功能，将数据传送至服务器，在服务器端网页和Android端应用程序界面都可浏览相关采集信息，并能够执行回复、评论等信息交互操作。

4.1 登录模块

用户打开软件后立即显示登录页面，需要输入用户名、密码后点击登录，成功登录后进入操作页面。输入错误出现提示并需重新输入。登录界面如图7所示。

登录模块通过Android端Login Activiy类中的 click Login（）方法（图），将登录信息传送至Login Utils类中的线程run（）方法去执行登录验证请求，Server 端Login Action类中的client Login（）方法对信息进行验证。代码片段如图8所示。

4.2 消息提醒模块

管理员能够对所有用户或者特殊用户发送提醒[7]，并且会在智能手机的通知栏显示出来，如图9。结束语

本文基于采集统计农业数据以及处理系统需求，结合Android、移动通信技术，以及农业信息化等实际需求，综合利用无线网络和智能移动设备的优势，为农业技术人员提供现代化、智能化、便携式、易用、可靠的基层农业统计数据采集和处理工具。

我们在研究移动开发及农业信息化方面取得了一定成绩[8]，基于Android智能手机初步构建了基层农业统计采集与处理系统。但是由于各方面原因，系统依然存在诸多不足之处。比如数据采集内容方面，需进一步丰富基层农业数据采集的内容和形式；系统架构设计方面，还需加强服务器端的承载能力；在数据传输控制方面，要深入研究传输中断情况的数据传输策略等。

参考文献（References）：

[1] 尚明华，秦磊磊，王风云，刘淑云，张晓艳.基于 Android智能手机的小麦生产风险信息采集系统[J].农业工程学报，2011.27（5）：178-180

[2] 张磊.Android平台的应用开发研究[J].计算机光盘软件与应用，2011.9（17）：211-213

[3] 李摇杨，冯摇刚，李摇亮，罗拥华.基于 Android 的多媒体应用开发与研究[J].计算机与现代化，2011.1（4）：149-152

[4] 王一妹.基于Android系统的气象灾情手机直报平台的设计开发[J].安徽农业科学，2013.41（20）：8773-8776

[5] 胡纪通.建设精准型农业基础大数据的保障性工作机制[J].信息技术与信息化，2017.9：20-21

[6] 廖建尚，卢斯.基于Android系统智能网关型农业物联网设计和实现[J].中国农业科技导报，2017.19（6）：61-71

[7] 刘传茂，王熙.农机数据采集传输系统的设计与实现――基于CAN总线[J].农机化研究，2016.38（12）：207-211

[8] 孙小华，王福顺，杨会英，赵艳，王风国.基于智能手机的农业信息服务系统研究[J].科技和产业，2013.13（6）：33-36

第三篇：野外数据采集与巡护信息系统

5.5.1.2 野外数据采集与巡护信息系统 5.5.1.2.1 需求分析

野外考察是获取数据资源的重要方法之一，它是保护自然保护区物种免受 人为破坏和开展大熊猫等物种的生态生物学研究的基础。卧龙及周边其它大熊 猫自然保护区每年都需要开展定期和不定期的野外调查，以获取物种分布和人 为干扰等数据。自然保护区的野外调查分为野外监测和野外巡护，获取的数据 包括动物生境信息、大熊猫粪便咬节、样线调查、竹子样方和植被样方等。目前，卧龙以及其它大熊猫自然保护区的野外调查数据获取方式是科研人 员提前准备好一定格式的纸质报表，在野外考察过程中手写录入。待回到办公 室后，再将获取的数据录入计算机系统。这种方法的缺点：（1）需要录入两次，效率较低，而且容易出错；（2）实时性差；（3）格式不规范；（4）无法集成 采集多信息源（文本、图片、音频、视频等）；（5）纸质材料在野外环境下容 易破损和丢失，不便保存，也影响到数据的有效长期保存。另外在卧龙保护区 的保护和科研工作中，都要进行野外巡护，通常来说工作人员都是携带相关的 设备去野外进行调研，然后记录下这次野外巡护过程中经过的地点，在这些地 点拍的照片或者记录的信息，作为这次巡护过程的信息保存下来。目前这种记 录过程都是靠人工完成，而且无法把巡护的路径和照片等信息进行自动集成整合，实现野外巡护多源信息的自动化集成和保存。所以需要一套野外观测数据 的自动化采集与巡护信息系统。

5.5.1.2.2 标准规范

《全球定位系统（GPS）测量规范（GBT18314-2001）》 《全球定位系统城市测量技术规程（CJJ 73-97）》 《国家三角测量规范（GB/T 17942-2000）》

《数字地形图系列和基本要求（GB/T 18315-2001）》 《数字测绘产品质量要求第 1 部分（GB/T 1794.1-2000）》 《软件工程术语（GB/T 11457）》 《计算机软件开发规范（GB 8566）》

《计算机软件产品开发文件编制指南（GB 8567）》 《计算机软件质量保证计划规范（GB/T 12504）》 《计算机软件配置管理计划规范（GB/T 12505）》 《软件配置管理计划（CADCSC）》

5.5.1.2.3 建设方案

野外数据采集与巡护信息系统主要是根据自然保护区科研人员野外监测和巡护的需求，能够动态定制数据采集信息，在野外考察过程中通过携带的移动 设备实现数据的数字化采集，并能够将采集到的科学数据通过网络或者存储卡 自动导入后台数据库系统中。同时实现巡护路径和巡护信息获取与保存、无缝 集成和可视化展现，实现保护区巡护信息的有效管理，为巡护工作提供参考，更好的促进保护工作。该系统应主要实现如下功能：（1）野外数据采集：

1）基础数据维护：维护野外采集点的信息。

2）采集任务管理：生成采集任务，并将其发送到采集终端上。

3）采集数据管理及分析：接受采集到的信息，并根据业务需要进行分析和 管理。

4）身份认证：完成野外作业人员的身份认证管理。保证调查结果真实有效。5）任务获取：完成野外人员采集任务的获取。可获取阶段性任务和实时任务。6）采集数据填报：完成外业人员监测数据的填报和获取数据填报相关的辅 助数据。包括自动生成：时间、地点（坐标、海拔）等信息。

7）数据传输：通过无线WIFI、运营商网络完成外业数据到数据中心的及时 传输和或异步导入。

8）消息管理：具有多种手段的消息传递的方式，保证业务正常及时的进行。（2）与中心系统配合完成巡护信息录入： 1）制定巡护计划及巡护内容。

2）巡护计划可以定期制定，或临时决定，巡护内容可以预先设置。3）输入实际巡护时间及路线，并将采集信息反馈到中心。4）录入巡护内容数据。

5）实现对巡护计划及内容的查询，并根据预先的计划作提示功能。6）提供对巡护内容的统计功能。

数据采集主要通过定制的采集终端实现，采集完成后，通过WIFI、运营商 3G 网络等将采集信息上传局端采集系统。具体网络结构如下：

具体功能模块设计如下：

1）定制模块：数据定制模块以Web 方式提供用户定制界面，用户选择所需 要的采集信息，并生成定制信息的描述文件。

2）数据采集模块：数据采集模块主要是根据用户生成的定制信息描述文件，动态生成能在移动设备上运行的采集程序，为用户提供友好的采集界面，同时 能自动获取地理位置信息和时间信息，以准确定位用户采集信息的位置和时间，减少用户的操作时间：防止人为输入导致的错误。

3）数据同步模块：数据同步模块主要是实现两大功能：第一是把相关字典 信息同步到移动设备上，这样用户在野外采集信息时候可以选择而不是输入字 典信息（如物种信息）；第二是把用户采集的数据通过网络或者存储卡实现和 后台数据库的同步，以实现采集数据有效保存。

4）巡护路径和巡护信息的获取和保存模块：首先获取巡护设备中的路径信 息和其它设备（如照相机等）采集的其它巡护信息（如照片等）。再根据数据 库结构和关联性写入到后台数据库中，实现持久化的保存。

5）巡护信息的集成和可视化展示模块：把路径信息和巡护信息无缝集成，并通过WebGIS平台实现巡护路径及其相关信息的可视化展示。

6）巡护相关历史信息的查询：科研人员通过该模块可以查询原来的巡护路 线，以更好地制订现在或者未来的巡护路线。

野外数据采集与巡护信息系统包括野外数据采集子系统和野外巡护信息子 系统，野外数据采集子系统的具体业务实现流程如下：首先，用户（数据库管理员）基于已建好的后台关系数据库，根据具体的 采集需求进行定制操作（包括为每个采集页面的所有录入字段设定标题、编辑 风格、数据源等信息，以及设定移动设备上的采集菜单项、每个子菜单项对应 的采集页面集合），定制子系统将用户的定制信息保存成固定格式的 XML 文件；

另外用户可以设定数据库中的某些关系表作为字典数据表，定制子系统从这些 字典表中抽取出字典数据，保存成嵌入式关系型数据文件格式。然后，用户利 用数据同步子系统的数据导入功能将 XML 文件和字典文件复制到移动设备上； 最后，运行移动设备上的数据采集程序，即可获得用户需要的数据采集系统。用户录入的信息保存在移动设备上的嵌入式数据库文件中，最后通过数据同步 子系统的数据导出功能将这些数据从移动设备导出到后台数据库。野外巡护信息子系统的具体流程如下：首先，运用 GPS 记录仪，自动记录工作人员巡护的 GPS 轨迹，工作人员 再通过照相机等其它设备采集其它信息。其次，巡护数据获取模块从 GPS 定位 设备获取位置信息、从照相机等设备获取巡护信息，并存入到后台巡护数据库 中。然后，巡护信息集成把路径信息和巡护信息无缝集成，转换成能在WebGIS平台展现的文件（如 KMZ 文件等），并利用WebGIS平台可视化展示。最后，工

作人员可以通过检索巡护数据库的巡护历史数据，去罗列以前的巡护航迹，为 现在或者未来的巡护作参考，从而实现更好的保护工作。

5.5.1.2.4 设备配置和性能要求

本系统根据整体情况需求，配置55 台工业级数据采集终端（主机设备由主 机系统统一考虑配置），工业级采集终端设备主要技术指标要求如下： 1.触摸屏，屏幕大小不低于3.5 英寸，彩色显示不低于320*240 像素； 2.锂电池，待机时间要求8 小时以上（可包含外接电池）； 3.有扩展插槽；

4.主机通讯：与主机通讯至少有其中一项：USB、RS232； 5.处理器：主频不能小于533MHz ；

6.操作系统：Windows Mobile 6.1 或以上操作系统；

7.内存：RAM 不少于128M；ROM 不少于128M，并且有可扩展内存插槽，扩充内存不低于4G 内存； 8.工作温度：-10°C-40°C； 9.密封规格：IP65 以上；

10：集成GPS，可采集航点、航线、航迹，自定义属性数据。导航精度不 低于5 米；

11：集成彩色摄像头，像素不低于300 万。12.工业级PDA

第四篇：FPGA数据采集与回放系统设计论文

FPGA数据采集与回放系统设计论文

在个人成长的多个环节中，大家或多或少都会接触过论文吧，论文是我们对某个问题进行深入研究的文章。怎么写论文才能避免踩雷呢？下面是小编为大家整理的FPGA数据采集与回放系统设计论文，欢迎阅读，希望大家能够喜欢。

1系统及其原理

基于通用信号处理开发板，利用FPGA技术控制AD9233芯片对目标模拟信号采样，再将采样量化后的数据写入USB接口芯片CY7C68013的FIFO中，FIFO写满后采用自动触发工作方式将数据传输到PC机。利用VC＋＋6．0软件编写上位机实现友好的人机交互界面，将传输到PC机上的数据进行储存和实时回放。本系统主要实现以下两大功能：1）ADC模块对目标模拟信号进行采样，利用FPGA技术将采样后的数据传输到USB接口芯片CY7C68013的FIFO中存储。2）运用USB2．0总线数据传输技术，将雷达回波信号数据传输到PC机实时回放。分为应用层、内核层和物理层3部分。应用层和内核层主要由软件实现。应用层采用VC＋＋6．0开发用户界面程序，为用户提供可视化操作界面。内核层基于DriverWorks和DDK开发系统驱动程序，主要起应用软件与硬件之间的桥梁作用，把客户端的控制命令或数据流传到硬件中，同时把硬件传输过来的数据进行缓存。物理层主要以FPGA为核心，对USB接口芯片CY7C68013进行控制，通过USB2．0总线实现对中频信号采集。系统设计采用自底向上的方法，从硬件设计开始逐步到最终的应用软件的设计。

2硬件设计

FPGA在触发信号下，控制ADC采样输入信号，并存入FIFO中。当存满时，将数据写入USB接口芯片CY7C68013，同时切换另一块FIFO接收ADC转换的数据，实现乒乓存储，以提高效率。FPGA模块的一个重要作用是控制USB接口芯片CY7C68013。当ADC采样后，数据进入FPGA模块，FPGA控制数据流将其写入CY7C68013的FIFO中，以便于USB向PC机传输。CY7C68013的数据传输模式采用异步slaveFIFO和同步slaveFIFO切换模式。通过实测，前者传输速度约为5～10Mbit／s，后者传输速度最高可达20Mbit／s，传输速度的提高可通过更改驱动程序的读取方式实现。

3软件设计

3．1USB驱动程序设计

USB2．0总线传输技术最高速率可达480Mbit／s。本系统采用批量传输的slaveFIFO模式。CY7C68013芯片内部提供了多个FIFO缓冲区，外部逻辑可对这些端点FIFO缓冲区直接进行读写操作。在该种传输模式下，USB数据在USB主机与外部逻辑通信时无需CPU的干预，可大大提高数据传输速度。Cypress公司为CY7C68013芯片提供了通用的驱动程序，用户可根据需求开发相应的固件程序。

3．2FPGA模块程序设计

系统中FPGA模块的'核心作用是控制AD9233芯片进行采样。AD9233作为高速采样芯片，其最高采样速率达125Mbit／s，最大模拟带宽为650MHz。通过改变采样速率可使该系统采集不同速率需求的信号，扩展了该系统的应用范围。描述FPGA控制USB数据写入接口芯片FIFO的状态机如图6所示。状态1表示指向INFIFO，触发FIFOADR［1：0］，转向状态2；状态2表示若FIFO未满则转向状态3，否则停留在状态2；状态3表示驱动数据到总线上，通过触发SLWR写数据到FIFO并增加FIFO的指针，然后转向状态4；状态4表示若还有数据写则转向状态2，否则转向完成。

3．3上位机设计

为实现人机交互，利用VC＋＋MFC在PC机上编写了可视化操作界面，即上位机。上位机既用于数据采集的控制，同时也用于采集数据的实时回放。上位机界面如图7所示。上位机主要功能：

1）按下“检测USB”按钮，可检测USB是否连接正常，并显示USB基本信息。

2）按下“开始采集”按钮，可将采集的数据传输到PC机并实时回放数据波形；再次按下“开始采集”按钮，可暂停数据波形回放。

3）按下“保存数据”按钮，可将采集的数据以＊．dat文件的形式存储到PC机硬盘。

4）按下“结束采集”按钮，可关闭采集系统并退出界面；或按下“确定”和“取消”按钮，也可直接退出界面。

4系统实测

为了测试数据采集与回放系统，利用通用信号处理开发板设计了DDS模块。该DDS模块产生一个正弦波作为测试信号，通过AD9744芯片转换后变为模拟信号输出，并将此输出信号接至示波器以便验证系统。数据采集与回放系统的实物图及系统实测波形与回放波形。

5结束语

通过实际测试，基于FPGA的数据采集与回放系统达到了预期设计的要求。此系统能够对目标模拟数据进行采集，并能对采集的数据实时回放，且可将数据以＊．dat文件的形式存入PC机硬盘；系统具有高速的采集传输功能，上位机能够实时、动态地回放数据；信号采集板和处理板共用一套硬件，避免了重复制板，在实际调试时可方便地在信号采集与信号处理的工作模式间来回切换，提高了工作效率。原驱动程序官方版本为了满足通用性和稳定性的要求，限制了传输速率，本设计开发了相应的USB驱动程序，提高了传输速率。

第五篇：数据采集论文：基于USB接口技术实现在线签名的数据采集和通信

数据采集论文：基于USB接口技术实现在线签名的数据采集和通信

【中文摘要】在当今的信息化社会,基于Internet等开放式网络的电子商务活动越来越频繁,个人电子身份认证是未来社会发展的必然趋势。网络信息化的发展使个人身份的信息安全成为现今社会的一个关键问题。身份识别是保护信息安全所面临的一个难题,与传统身份识别方法相比,生物特征识别因为具有防伪性好、便于携带、不易丢失和遗忘等优点而得到了越来越广泛的应用。在线签名识别是一种利用人的生物特征进行身份识别的技术,通过计算机把在线签名的图像、笔顺、速度和压力等信息与真实签名样本进行对比,以实时识别签名的真伪。本文研究的重点是基于四线电阻式触摸屏的在线签名数据采集系统的软硬件设计。采集系统的硬件设计主要包含了数据采集模块、显示模块、USB通信模块和控制模块四个组成部分。其工作原理是通过四线电阻式触摸屏以200Hz的采样频率采集签名者的笔迹信息,并实时传给MCU。MCU将数据进行简单处理后送给显示模块进行笔迹图像的复原,供签名者参考。在这之后将数据通过USB接口传给PC机进行显示和保存,在详细介绍了整体电路设计思想的基础上,还介绍了四线电阻式触摸屏和触摸屏控制器ADS7846的控制方式、液晶控制器SED1335的工作原理以及USB总线...【英文摘要】In modern information society, electronic business that based on the open network called Internet is

becoming more and more popular.Nowadays the development of network information makes the information security of individual status to become a key question.Identity verification is a problem which information security faces.The biometric identification has obtained more widespread application because it has some advantages compared with traditional identity verification, such as the security is good, easy...【关键词】数据采集 签名识别 USB通信

【英文关键词】Data acquisition Signature identification USB 【目录】基于USB接口技术实现在线签名的数据采集和通信摘要3-4ABSTRACT4-5

第一章 绪论8-16

1.1 生物特征识别技术概述8-10背景和意义88-10

1.1.1 生物特征识别技术的产生

1.1.2 主要的生物特征识别技术及优势比较

1.2.1 1.2 在线手写签名识别技术的概述10-13在线手写签名识别技术在国内外研究现状10-12题的研究意义12-1313-1613-1616-20

1.2.2 本课

1.3 课题的主要工作与论文组织

1.3.2 论文组织1.3.1 课题的主要工作13第二章 在线签名数据采集和通信系统的总体设计2.1 系统方案总体设计框架16-17

2.2.1 数据采集模块

2.2 系统硬2.2.2 显示模块件构成17-20

17-1818-2020-3820-212.2.3 USB通信模块182.2.4 控制模块第三章 在线签名的数据采集和通信系统的硬件设计3.1 数据采集模块20-29

3.1.1 触摸屏介绍

3.1.3 3.1.2 电阻式触摸屏的工作原理21-23触摸屏控制器ADS784623-2727-29293.2 显示模块29-33

3.1.4 ADS7846控制电路设计

3.2.1 SED1335的特点

3.2.3 SED1335的指令

3.3 USB3.2.2 SED1335的结构29-31集31-323.2.4 SED1335控制电路设计32-33

3.3.1 USB总线介绍34通信模块33-38优点34-35

3.3.2 USB总线

第四4.1 系统4.2.1 4.2.3 USB

3.3.3 USB接口芯片及控制设计35-38章 在线签名的数据采集与通信系统软件设计38-70软件设计组成部分采集子程序39-41通信子程序45-5151-70

4.2 固件程序开发38-514.2.2 显示子程序41-45

4.3 上位机主要驱动程序的开发和设计

4.3.2 即插即用管59-60

4.3.4 I/O控

第五章 4.3.1 人机界面设计51-58

4.3.3 电源管理模块理模块58-59制模块60-61结束语70-7271-72致谢

4.3.5 动态链接库的实现61-705.1 工作总结70-7172-74

参考文献

5.2 展望74-75