第一篇：基于USB的數據采集系統的研究與設計--總結

基于 USB 的數據采集系統的研究與設計

目前，市場上有幾百種 USB 設備，包括 USB 集線器、打印機、掃描儀器、存儲器、數碼相機和調制解調設備等。在數據采集系統中應用 USB2.0 接口總線，首先計算機系統要支持 USB2.0 協議。目前計算機幾乎都支持 USB1.1 協議，如果支持 USB2.0 協議，那么系統的 USB 主機就必須包含USB2.0 根集線器，用于給系統提供一個或多個設備端口；同時，系統還必須安裝相應的驅動程序。

USB總線的物理連接和電氣特性

USB數據傳輸采用四根電纜，其中兩根（D+、D-）是用來傳送數據的串行通道，另兩根（VBUS、GND）是符合標準的電源線，為下游的USB設備提供電源。其中，D+、D-是串行數據通信線，它支持兩種數據傳輸速率，對于高速外設，USB以全速 12Mbps或高速 480Mbps傳輸數據；對于低速外設，USB則以 1.5Mbps的傳輸速率傳輸數據。USB總線會根據外設情況在不同的傳輸模式中自動地轉換。VBUS通常是+5V電源，GND是地線。

USB 的電源

USB 的電源主要包括兩方面：

電源分配：即 USB 的設備如何通過 USB 總線獲得主機提供的電源； 電源管理：即通過電源管理系統，USB 的系統軟件和設備如何與主機協調工作。

（1）電源分配

每段 USB 都在電纜上提供了數量有限的電源。主機向與它直接相連的 USB 設備提供電源，并且每個 USB 設備都有自己的電源。那些完全依靠電纜提供能源的設備稱作“總線功能”設備。相反，那些有

另外電源的設備稱作“自供電”設備。而且，集線器也可為連接在它上面的 USB 設備提供電源。

（2）電源管理

USB 主機與 USB 系統有相互獨立的電源管理系統。USB 的系統軟件和主機的電源管理系統相互作用，處理系統的電源事件，如掛起和恢復等。另外，USB 設備還有額外的功耗管理特性，允許軟件對他們進行功耗管理。USB 總線拓撲結構

USB將USB設備和USB主機連接在一起。USB的物理互連是一個分層的星形拓撲結構，集線器在每個星形的中心。每段線路都是主機與集線器或功能設備之間，或者集線器與另一個集線器或功能設備之間的點對點連接 USB通信流

USB 在主機的軟件和 USB 功能設備之間提供了通信服務。功能設備根據不同的客戶軟件與功能設備的相互作用對通信流有不同的要求。通過將 USB 功能設備的各種通信流分離，USB 能更好地全面利用總線。通信流利用總線訪問來完成主機和功能設備之間的通信。通信流在設備的端點中止，設備的端點可以

識別所有通信流。

USB 邏輯設備對 USB 系統來說是一個端點的集合。接口是端點聚集而成的端點集，是功能設備的體現。USB 系統軟件用默認的控制管道管理設備。客戶軟件用管道束（與端點集相關）來管理接口。客戶軟件要求數據通過USB在主機上的緩沖區和USB設備上的端點之間移動。而在 USB 上移動之前，由主機控制器（或者 USB 設備，由傳輸方向決定）將數據進行封裝。當總線訪問是在 USB 上移動數據包時，主機控制器也協同操作。

設備端點（Device Endpoint）

端點是 USB 設備唯一可識別的部分，是主機和設備間通信流的終點，每個 USB 邏輯設備都由獨立端點集（這個集合就是接口）組成。當設備連接時，系統為每個邏輯設備分配了唯一的地址，設備的每個端點在設計時就給定了一個由設備決定的唯一的標識符—端點號。每個端點都有由設備決定的數據流方向。設備地址、端點號和方向的組合允許唯一指定一個端點，每個端點都單一的連接，支持一個方向的數據流輸入（從設備到主機）或輸出（從主機到設備）。

管道

USB管道是設備端點和主機軟件之間的聯系。管道可以通過存儲器的緩沖區在主機軟件與設備端點

之間傳輸數據。有兩種相互獨立的管道通信模式：

1.流：在管道中傳輸的數據沒有 USB 定義的結構。

2.消息：在管道中傳輸的數據有某些 USB 定義的結構，只能用于控制傳輸。

幀和微幀（Frames and Microframes）

USB 工作在全速/低速狀態時，主機控制器每隔 1 毫秒發送一幀數據；而工作在高速狀態時，主機控制器每隔 125 微秒就發送一幀數據。一幀（或微幀）數據可包含幾種事務。USB 數據傳輸類型是從 USB 系統軟件的管理角度來描述的。傳輸（Transfer）是指在客戶軟件和它的功能模塊之間的一個或多個信息傳輸的總線事務。傳輸類型決定于客戶軟件和它的功能模塊之間的數據流特性。USB 定義了 4 種傳輸類型，以滿足在總線上進行不同類型的數據的傳輸需要。

USB數據傳輸類型

批量傳輸用于傳輸突發的大量的數據，全速模式時以 8，16，32 或 64 字節（高速模式時是 512 字節）的信息包傳送。由于對出錯的數據自動的進行重發，批量數據可確保無誤發送。

控制傳輸至少有兩個階段：建立階段和狀態階段。控制傳輸也可以根據不同的情況選擇是否需要在建立階段和狀態階段包含一個數據階段。

中斷傳輸主要用于定時查詢設備是否有中斷數據要傳輸，是一種主機定時偵聽設備。設備的端點

模式器的結構決定了它的查詢頻率，在 1-255ms 之間。中斷傳輸在高速時的數據載荷可達 1023 字節，在全速時的載荷量小于 64 字節。中斷傳輸主要應用于鍵盤、操縱桿和鼠。

同步傳輸用于保證時間優先的數據流，如音頻和視頻數據流，傳輸的時間對于數據來說是非常必要的條件，在全速模式時，一個同步包包含 1023 字節；在高速模式時，一個同步包包含 1024 字節。

數據采集系統的硬件

數據采集系統在總體上分為硬件和軟件兩大部分。數據采集系統的硬件部分

主要包括芯片的選擇、數據采集和傳輸電路以及電源轉換電路等。數據采集系統的軟件部分主要由三部分組成：USB 固件程序(Firmware)、USB 設備驅動程序以及應用程序；三部分程序之間相互協作來完成整個采集系統的功能。

USB芯片選擇

目前 USB 芯片大致分為 5 大類型：

1）單獨運作的 USB 接口芯片；

2）內含 USB 單元的微處理器（MPU）；

3）特定的接口轉芯片，如 USB 轉 RS-232 或 USB 轉 ATA/ATAPI 等；

4）PC 端或主機端的 USB 控制器；

模數轉換芯片的選擇

目前，隨著數據采集應用的日益普遍，為了滿足不同場合和分辨率的要求，模數轉換芯片也是種類繁多。選擇 A/D 轉換芯片需要考慮器件本身的性能和具體的應用要求。選擇 A/D 轉換芯片要考慮一些參數指標，如芯片精度、芯片的轉換速度和芯片的轉換量程等。

1)精度：與系統測量的信號范圍有關，但估算時要考慮到其他因素，轉換器位數應該比總精度要求的最低分辯率高一位。常見的 AD 器件有 8 位，10 位，12 位，14 位，16 位等。

2)速度：應根據輸入信號的最高頻率來確定，保證轉換器的轉換速率要高于系統要求的采樣頻率。

3)模擬信號類型：通常 AD 器件的模擬輸入信號都是電壓信號，而 DA 器件輸出的模擬信號有電壓和電流兩種。

為了匹配 USB2.0 的高速傳輸特性，滿足廣泛的實際需要，本設計選用的是采樣速度快、分辨率高的 A/D 轉換器 MAX125。

數據采集系統的固件程序設計

固件程序主要負責完成兩項任務：一是作為駐留在設備中的內部應用程序，響應主機的列舉請求，實現配置設備并將設備的配置信息(如支持哪些傳輸類型和端點)告知主機，進而為主機和設備之間進行數據通信做好準備工作：二是作為整個設備的控制中心，根據用戶應用系統的特定要求，實現對外圍設備的具體控制。USB控制器芯片借助CPU執行固件程序來控制芯片的活動，以實現數據傳輸功能。固件的設計就是使在USB總線上的傳輸能獲得快速的、有效的數據傳輸速度。它的操作方式與硬件聯系緊密，包括USB設備的連接、列舉、重列舉、USB協議和中斷處理等。

列舉和重列舉

列舉和重列舉是 USB 設備的一個非常重要的機制。是在初始階段必須經歷的階段，只有這兩個過程成功的完成，USB 設備才可能實現系統中設計的功能，否則，設備只能是一個主機不能識別的最原始的設備，或者是功能不完全的設備。

設備端點的配置

端點配置是在TD_Init()函數中實現的。USB數據通過端點緩沖區進入FX2 和從FX2 中取出。為了保證 480Mb/s高速的傳輸速率，外部邏輯經常在沒有FX2 內嵌的CPU參與的情況下，直接與端點FIFO交換數據。USB設備啟動時，要配置端點使它獲得足夠的帶寬和FIFO深度，使數據傳輸更加平穩和高速。

當應用程序要求CPU處理外部邏輯和USB之間的數據流時（或者根本就沒有連接外部邏輯時），固件可以將端點緩沖區作為RAM塊或（使用特定的自動增量指針）FIFO訪問。

設備驅動程序的組成驅動程序是一些例程的集合，它們被動的存在，等待主機系統軟件（PnP管理器、I/O管理器、電源管理器等）來調用或激活它們。WDM驅動程序的功能模塊基本由五個部分組成:入口例程，即插即用例程，分發例程，電源管理例程和卸載例程。

1.入口例程：處理驅動程序的初始化；

2.即插即用例程：處理 PnP 設備的添加，刪除和停止；

3.分發例程：處理用戶應用程序發出的各種 I/O 請求；

4.電源管理例程：處理電源管理請求；

5.卸載例程：處理驅動程序的卸載。

USB 設備驅動程序的開發

目前，用于開發設備驅動程序的工具大概有以下幾種：

1.直接使用Windows DDK：這種方法開發難度大，而且有很多煩瑣的工作要作，大部分都是通用的基礎性的工作，但是，使用這種方法，需要對WDM驅動程序的整體結構有一個很好的認識和把握。

2.使用Driver studio：工具難度會低一些，工具軟件己經作了很多基礎性的工作。也封裝了一些細節，使用者只需要專心去執行需要的操作。但由于封裝的問題，可能會帶來一些bug，有可能導致項目的失敗。

3.使用Win Driver：幾乎沒有難度(從開發驅動的角度)。很容易，但只能開發硬件相關的驅動，事實上所寫的只是定制和調用了它提供的通用驅動而已，工作效率不是很高。但開發花費的時間很少。

第二篇：基層農業統計數據采集與處理系統研究

基層農業統計數據采集與處理系統研究

摘 要： 智能手機數據采集相比傳統數據采集在時效性等方面具有優勢。基于“基層農業統計數據采集與處理系統”的需求，在Android平臺上，依據分層開發思想，詳細設計了數據庫適配器、數據層、結構層以及activity等，最終完成了軟件系統的開發，為農業技術人員提供了易用、可靠的基層農業統計數據采集和處理工具。

關鍵詞： Android； 應用開發； 農業信息化； 界面設計

中圖分類號：TP3 文獻標志碼：A 文章編號：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

農業信息化的意義顯而易見[1]，但是由于多方面的原因，農業信息化進程遠遠落后于服務業、工商業等各領域。這對農民以及農業的發展是十分不利的。

基層農業統計數據采集與處理系統是在Android操作系統的基礎上開發而成。該系統通過Android智能手機獲取與農業生產有關的信息，如地塊檔案、農戶信息、地塊制度、農村等各類信息。通過該系統，可以讓基層農業信息化工作人員方便地建立和管理數據庫。農技人員可基于農業生產環境，實時、快速地獲取與農業生產有關的數據。開發環境及技?g介紹

Android系統在中國的普及范圍大且速度快，搭載Android系統的移動設備價格合適，在農業技術推廣體系中使用較多，且能滿足系統設計需求，是智能手機開發的首選平臺。

Android是一種以Linux為基礎的開放源代碼操作系統[2]，主要使用于便攜設備。Android操作系統可細分為如下幾部分：應用軟件、操作系統、用戶界面、中件間。Android平臺可依次分為如下四層：Linux內核層；Android運行層；應用框架層；應用程序層。基于Android的軟件的開發通常處于Android架構中的頂層，即應用程序層。

本系統是針對Android系統研發的一款移動應用，需要的開發工具分別為：Eclipse、Android SDK。系統總體設計

2.1 系統體系結構

結合本系統的基本功能以及Android架構[3]特點，開發分如下四個層次。

XML：界面設計，具體設計時主要運用/res/layout/中的.xml文件，運用該文件布局控件、控制屬性、自定義控件樣式。在設置版本信息方面時，主要運用

/AndroidManifest.xml，即形成Android API信息。逐個聲明Activity、申請客戶使用資源，另外程序中用到的中文單詞則主要結合strings.xml聲明。利用arrays.xml逐個設置列表各項元素。

View：本層屬于人機交互界面，包含本系統中所需要運用到的所有Activity。用戶可通過Activity進行相關操作，比如輸入數據，確定數據項，最后點擊，即可獲得相關信息。

Data與Adapter：一般認為該層為數據庫及其適配器層。主要用于建立農業生產信息數據庫，同時該層包括更新及相關方法，Adapter中含所有適配器Adapter，顯示數據庫Activity的信息。在ListView控件記錄時，需要運用到各顯示數據表。

Table：屬于數據表層。利用Entity存儲數據表各字段名及類型。一般情況下Data層不會因為本層發生變化而變化，因此適用于分層開發。

如圖1為本系統的體系結構圖。

由此分析軟件體系結構[4]，在具體設計時，可將系統分為五個包：XML；View；Adapter；Data；Table。這五個包是有自上而下的依賴關系，分別對應view包、data包、data包、adapter包和table包。如圖2為該軟件系統包圖。

2.2 系統流程圖

農業技術人員登錄Android客戶端執行數據采集，首先要在客戶端應用匯總獲取數據，并上傳到Web服務器中，經過Web服務器對數據進行處理后對數據進行存儲，并向客戶端發出反饋信息，以標識采集任務完成。系統的流程圖如圖3所示。詳細設計

3.1 各功能模塊描述

基于Android的農業數據采集與處理系統主要功能分為兩大類：工作類和交流類。工作類數據采集包括：提交推廣日志、上報災情、采集價格信息等；交流類數據采集包括農技問答、經驗交流和問題反饋等。

3.1.1 用戶模塊

系統的用戶類型[5]分為未授權用戶（注冊）、普通用戶、管理員以及超級管理員。

未授權用戶：需管理員授權后才能使用系統。

普通用戶：能上傳數據，查看歷年數據。

管理員：能修改除超級管理員以外的所有用戶的權限，以及刪除用戶操作，能查看數據，給所有用戶發送手機消息提醒。

超級管理員：與管理員相比，多了能對管理員進行設置權限的操作。

⑴ 創建用戶

在客戶端任何人都能新增角色，但權限為未授權用戶，需管理員來修改權限。

⑵ 用戶登錄

登錄輸入錯誤時進行用戶名或密碼錯誤的相應提示，權限不足時提示沒有權限進行此操作的提示。

⑶ 用戶管理

管理員能對未授權用戶和普通用戶，更改他們的權限或者刪除用戶，而超級管理員能對管理員、普通用戶和未授權用戶，修改他們的權限或者刪除用戶。

3.1.2 數據模塊

普通用戶選取好需要錄入數據的區域和農作物種類（保存在服務器上，如果沒有需添加）后，選擇相應的季節（春、夏、秋、冬）和行為（播種、收獲），并填寫相應的信息，提交至服務器，此時如果數據和去年同期數據比較波動幅度超過10%則需填寫備注信息。

3.1.3 ?稻薟榭茨？?

用戶或者管理員在選取好需要查看的區域和農作物種類后，能在客戶端上獲取到對應信息的歷年收獲數據。

3.1.4 個人中心模塊

用戶或者管理員，在登錄后的主頁面中進入個人中心后，能按自己的喜好和需求來修改密碼或者手機號。

3.1.5 用戶提醒模塊

管理員在網頁上登錄成功后能對所有用戶發送自定義的提醒內容，也可以對特定用戶發送自定義提醒內容，該提醒會出現在安卓手機的通知欄上。

3.2 系統功能圖

⑴ 系統功能總圖（如圖4）

3.3 數據結構設計

結合用例分析和需求分析，構成系統的數據[6]主要包括如下幾部分：

⑴ 用戶表users（具體包含用戶名、ID以及姓名、密碼手機號碼，權限）；

⑵ 地區表zone（地區ID、地區名稱）；

⑶ 村莊表village（村落ID，村落名稱，地區ID）；

⑷ 種類表kind（種類ID，種類名稱）；

⑸ 農作物名稱表crop（農作物ID，農作物名稱，種類ID）；

⑹ 用戶個性化表marks（ID，用戶ID，村落ID，農作物ID）；

⑺ 農作物播種表sow（播種ID，年份，季度，村落ID，農作物ID，播種面積，備注，用戶ID，上傳日期）；

⑻ 農作物收獲表gains（收獲ID，年份，季度，村落ID，農作物ID，面積，產量，畝產量，備注，用戶ID，上傳日期）。系統實現舉例

基于Android的基層農業統計數據采集與處理系統，通過安裝Android移動設備中的應用程序與用戶進行直接交互，Android端的應用程序采取本地化開發模式，在移動終端獲取數據，結合移動端的界面設計，通過編碼來實現滿足用戶采集需求的相關功能，將數據傳送至服務器，在服務器端網頁和Android端應用程序界面都可瀏覽相關采集信息，并能夠執行回復、評論等信息交互操作。

4.1 登錄模塊

用戶打開軟件后立即顯示登錄頁面，需要輸入用戶名、密碼后點擊登錄，成功登錄后進入操作頁面。輸入錯誤出現提示并需重新輸入。登錄界面如圖7所示。

登錄模塊通過Android端Login Activiy類中的 click Login（）方法（圖），將登錄信息傳送至Login Utils類中的線程run（）方法去執行登錄驗證請求，Server 端Login Action類中的client Login（）方法對信息進行驗證。代碼片段如圖8所示。

4.2 消息提醒模塊

管理員能夠對所有用戶或者特殊用戶發送提醒[7]，并且會在智能手機的通知欄顯示出來，如圖9。結束語

本文基于采集統計農業數據以及處理系統需求，結合Android、移動通信技術，以及農業信息化等實際需求，綜合利用無線網絡和智能移動設備的優勢，為農業技術人員提供現代化、智能化、便攜式、易用、可靠的基層農業統計數據采集和處理工具。

我們在研究移動開發及農業信息化方面取得了一定成績[8]，基于Android智能手機初步構建了基層農業統計采集與處理系統。但是由于各方面原因，系統依然存在諸多不足之處。比如數據采集內容方面，需進一步豐富基層農業數據采集的內容和形式；系統架構設計方面，還需加強服務器端的承載能力；在數據傳輸控制方面，要深入研究傳輸中斷情況的數據傳輸策略等。

參考文獻（References）：

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[8] 孫小華，王福順，楊會英，趙艷，王風國.基于智能手機的農業信息服務系統研究[J].科技和產業，2013.13（6）：33-36

第三篇：野外數據采集與巡護信息系統

5.5.1.2 野外數據采集與巡護信息系統 5.5.1.2.1 需求分析

野外考察是獲取數據資源的重要方法之一，它是保護自然保護區物種免受 人為破壞和開展大熊貓等物種的生態生物學研究的基礎。臥龍及周邊其它大熊 貓自然保護區每年都需要開展定期和不定期的野外調查，以獲取物種分布和人 為干擾等數據。自然保護區的野外調查分為野外監測和野外巡護，獲取的數據 包括動物生境信息、大熊貓糞便咬節、樣線調查、竹子樣方和植被樣方等。目前，臥龍以及其它大熊貓自然保護區的野外調查數據獲取方式是科研人 員提前準備好一定格式的紙質報表，在野外考察過程中手寫錄入。待回到辦公 室后，再將獲取的數據錄入計算機系統。這種方法的缺點：（1）需要錄入兩次，效率較低，而且容易出錯；（2）實時性差；（3）格式不規范；（4）無法集成 采集多信息源（文本、圖片、音頻、視頻等）；（5）紙質材料在野外環境下容 易破損和丟失，不便保存，也影響到數據的有效長期保存。另外在臥龍保護區 的保護和科研工作中，都要進行野外巡護，通常來說工作人員都是攜帶相關的 設備去野外進行調研，然后記錄下這次野外巡護過程中經過的地點，在這些地 點拍的照片或者記錄的信息，作為這次巡護過程的信息保存下來。目前這種記 錄過程都是靠人工完成，而且無法把巡護的路徑和照片等信息進行自動集成整合，實現野外巡護多源信息的自動化集成和保存。所以需要一套野外觀測數據 的自動化采集與巡護信息系統。

5.5.1.2.2 標準規范

《全球定位系統（GPS）測量規范（GBT18314-2001）》 《全球定位系統城市測量技術規程（CJJ 73-97）》 《國家三角測量規范（GB/T 17942-2000）》

《數字地形圖系列和基本要求（GB/T 18315-2001）》 《數字測繪產品質量要求第 1 部分（GB/T 1794.1-2000）》 《軟件工程術語（GB/T 11457）》 《計算機軟件開發規范（GB 8566）》

《計算機軟件產品開發文件編制指南（GB 8567）》 《計算機軟件質量保證計劃規范（GB/T 12504）》 《計算機軟件配置管理計劃規范（GB/T 12505）》 《軟件配置管理計劃（CADCSC）》

5.5.1.2.3 建設方案

野外數據采集與巡護信息系統主要是根據自然保護區科研人員野外監測和巡護的需求，能夠動態定制數據采集信息，在野外考察過程中通過攜帶的移動 設備實現數據的數字化采集，并能夠將采集到的科學數據通過網絡或者存儲卡 自動導入后臺數據庫系統中。同時實現巡護路徑和巡護信息獲取與保存、無縫 集成和可視化展現，實現保護區巡護信息的有效管理，為巡護工作提供參考，更好的促進保護工作。該系統應主要實現如下功能：（1）野外數據采集：

1）基礎數據維護：維護野外采集點的信息。

2）采集任務管理：生成采集任務，并將其發送到采集終端上。

3）采集數據管理及分析：接受采集到的信息，并根據業務需要進行分析和 管理。

4）身份認證：完成野外作業人員的身份認證管理。保證調查結果真實有效。5）任務獲取：完成野外人員采集任務的獲取。可獲取階段性任務和實時任務。6）采集數據填報：完成外業人員監測數據的填報和獲取數據填報相關的輔 助數據。包括自動生成：時間、地點（坐標、海拔）等信息。

7）數據傳輸：通過無線WIFI、運營商網絡完成外業數據到數據中心的及時 傳輸和或異步導入。

8）消息管理：具有多種手段的消息傳遞的方式，保證業務正常及時的進行。（2）與中心系統配合完成巡護信息錄入： 1）制定巡護計劃及巡護內容。

2）巡護計劃可以定期制定，或臨時決定，巡護內容可以預先設置。3）輸入實際巡護時間及路線，并將采集信息反饋到中心。4）錄入巡護內容數據。

5）實現對巡護計劃及內容的查詢，并根據預先的計劃作提示功能。6）提供對巡護內容的統計功能。

數據采集主要通過定制的采集終端實現，采集完成后，通過WIFI、運營商 3G 網絡等將采集信息上傳局端采集系統。具體網絡結構如下：

具體功能模塊設計如下：

1）定制模塊：數據定制模塊以Web 方式提供用戶定制界面，用戶選擇所需 要的采集信息，并生成定制信息的描述文件。

2）數據采集模塊：數據采集模塊主要是根據用戶生成的定制信息描述文件，動態生成能在移動設備上運行的采集程序，為用戶提供友好的采集界面，同時 能自動獲取地理位置信息和時間信息，以準確定位用戶采集信息的位置和時間，減少用戶的操作時間：防止人為輸入導致的錯誤。

3）數據同步模塊：數據同步模塊主要是實現兩大功能：第一是把相關字典 信息同步到移動設備上，這樣用戶在野外采集信息時候可以選擇而不是輸入字 典信息（如物種信息）；第二是把用戶采集的數據通過網絡或者存儲卡實現和 后臺數據庫的同步，以實現采集數據有效保存。

4）巡護路徑和巡護信息的獲取和保存模塊：首先獲取巡護設備中的路徑信 息和其它設備（如照相機等）采集的其它巡護信息（如照片等）。再根據數據 庫結構和關聯性寫入到后臺數據庫中，實現持久化的保存。

5）巡護信息的集成和可視化展示模塊：把路徑信息和巡護信息無縫集成，并通過WebGIS平臺實現巡護路徑及其相關信息的可視化展示。

6）巡護相關歷史信息的查詢：科研人員通過該模塊可以查詢原來的巡護路 線，以更好地制訂現在或者未來的巡護路線。

野外數據采集與巡護信息系統包括野外數據采集子系統和野外巡護信息子 系統，野外數據采集子系統的具體業務實現流程如下：首先，用戶（數據庫管理員）基于已建好的后臺關系數據庫，根據具體的 采集需求進行定制操作（包括為每個采集頁面的所有錄入字段設定標題、編輯 風格、數據源等信息，以及設定移動設備上的采集菜單項、每個子菜單項對應 的采集頁面集合），定制子系統將用戶的定制信息保存成固定格式的 XML 文件；

另外用戶可以設定數據庫中的某些關系表作為字典數據表，定制子系統從這些 字典表中抽取出字典數據，保存成嵌入式關系型數據文件格式。然后，用戶利 用數據同步子系統的數據導入功能將 XML 文件和字典文件復制到移動設備上； 最后，運行移動設備上的數據采集程序，即可獲得用戶需要的數據采集系統。用戶錄入的信息保存在移動設備上的嵌入式數據庫文件中，最后通過數據同步 子系統的數據導出功能將這些數據從移動設備導出到后臺數據庫。野外巡護信息子系統的具體流程如下：首先，運用 GPS 記錄儀，自動記錄工作人員巡護的 GPS 軌跡，工作人員 再通過照相機等其它設備采集其它信息。其次，巡護數據獲取模塊從 GPS 定位 設備獲取位置信息、從照相機等設備獲取巡護信息，并存入到后臺巡護數據庫 中。然后，巡護信息集成把路徑信息和巡護信息無縫集成，轉換成能在WebGIS平臺展現的文件（如 KMZ 文件等），并利用WebGIS平臺可視化展示。最后，工

作人員可以通過檢索巡護數據庫的巡護歷史數據，去羅列以前的巡護航跡，為 現在或者未來的巡護作參考，從而實現更好的保護工作。

5.5.1.2.4 設備配置和性能要求

本系統根據整體情況需求，配置55 臺工業級數據采集終端（主機設備由主 機系統統一考慮配置），工業級采集終端設備主要技術指標要求如下： 1.觸摸屏，屏幕大小不低于3.5 英寸，彩色顯示不低于320*240 像素； 2.鋰電池，待機時間要求8 小時以上（可包含外接電池）； 3.有擴展插槽；

4.主機通訊：與主機通訊至少有其中一項：USB、RS232； 5.處理器：主頻不能小于533MHz ；

6.操作系統：Windows Mobile 6.1 或以上操作系統；

7.內存：RAM 不少于128M；ROM 不少于128M，并且有可擴展內存插槽，擴充內存不低于4G 內存； 8.工作溫度：-10°C-40°C； 9.密封規格：IP65 以上；

10：集成GPS，可采集航點、航線、航跡，自定義屬性數據。導航精度不 低于5 米；

11：集成彩色攝像頭，像素不低于300 萬。12.工業級PDA

第四篇：FPGA數據采集與回放系統設計論文

FPGA數據采集與回放系統設計論文

在個人成長的多個環節中，大家或多或少都會接觸過論文吧，論文是我們對某個問題進行深入研究的文章。怎么寫論文才能避免踩雷呢？下面是小編為大家整理的FPGA數據采集與回放系統設計論文，歡迎閱讀，希望大家能夠喜歡。

1系統及其原理

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

通過實際測試，基于FPGA的數據采集與回放系統達到了預期設計的要求。此系統能夠對目標模擬數據進行采集，并能對采集的數據實時回放，且可將數據以＊．dat文件的形式存入PC機硬盤；系統具有高速的采集傳輸功能，上位機能夠實時、動態地回放數據；信號采集板和處理板共用一套硬件，避免了重復制板，在實際調試時可方便地在信號采集與信號處理的工作模式間來回切換，提高了工作效率。原驅動程序官方版本為了滿足通用性和穩定性的要求，限制了傳輸速率，本設計開發了相應的USB驅動程序，提高了傳輸速率。

第五篇：數據采集論文：基于USB接口技術實現在線簽名的數據采集和通信

數據采集論文：基于USB接口技術實現在線簽名的數據采集和通信

【中文摘要】在當今的信息化社會,基于Internet等開放式網絡的電子商務活動越來越頻繁,個人電子身份認證是未來社會發展的必然趨勢。網絡信息化的發展使個人身份的信息安全成為現今社會的一個關鍵問題。身份識別是保護信息安全所面臨的一個難題,與傳統身份識別方法相比,生物特征識別因為具有防偽性好、便于攜帶、不易丟失和遺忘等優點而得到了越來越廣泛的應用。在線簽名識別是一種利用人的生物特征進行身份識別的技術,通過計算機把在線簽名的圖像、筆順、速度和壓力等信息與真實簽名樣本進行對比,以實時識別簽名的真偽。本文研究的重點是基于四線電阻式觸摸屏的在線簽名數據采集系統的軟硬件設計。采集系統的硬件設計主要包含了數據采集模塊、顯示模塊、USB通信模塊和控制模塊四個組成部分。其工作原理是通過四線電阻式觸摸屏以200Hz的采樣頻率采集簽名者的筆跡信息,并實時傳給MCU。MCU將數據進行簡單處理后送給顯示模塊進行筆跡圖像的復原,供簽名者參考。在這之后將數據通過USB接口傳給PC機進行顯示和保存,在詳細介紹了整體電路設計思想的基礎上,還介紹了四線電阻式觸摸屏和觸摸屏控制器ADS7846的控制方式、液晶控制器SED1335的工作原理以及USB總線...【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...【關鍵詞】數據采集 簽名識別 USB通信

【英文關鍵詞】Data acquisition Signature identification USB 【目錄】基于USB接口技術實現在線簽名的數據采集和通信摘要3-4ABSTRACT4-5

第一章 緒論8-16

1.1 生物特征識別技術概述8-10背景和意義88-10

1.1.1 生物特征識別技術的產生

1.1.2 主要的生物特征識別技術及優勢比較

1.2.1 1.2 在線手寫簽名識別技術的概述10-13在線手寫簽名識別技術在國內外研究現狀10-12題的研究意義12-1313-1613-1616-20

1.2.2 本課

1.3 課題的主要工作與論文組織

1.3.2 論文組織1.3.1 課題的主要工作13第二章 在線簽名數據采集和通信系統的總體設計2.1 系統方案總體設計框架16-17

2.2.1 數據采集模塊

2.2 系統硬2.2.2 顯示模塊件構成17-20

17-1818-2020-3820-212.2.3 USB通信模塊182.2.4 控制模塊第三章 在線簽名的數據采集和通信系統的硬件設計3.1 數據采集模塊20-29

3.1.1 觸摸屏介紹

3.1.3 3.1.2 電阻式觸摸屏的工作原理21-23觸摸屏控制器ADS784623-2727-29293.2 顯示模塊29-33

3.1.4 ADS7846控制電路設計

3.2.1 SED1335的特點

3.2.3 SED1335的指令

3.3 USB3.2.2 SED1335的結構29-31集31-323.2.4 SED1335控制電路設計32-33

3.3.1 USB總線介紹34通信模塊33-38優點34-35

3.3.2 USB總線

第四4.1 系統4.2.1 4.2.3 USB

3.3.3 USB接口芯片及控制設計35-38章 在線簽名的數據采集與通信系統軟件設計38-70軟件設計組成部分采集子程序39-41通信子程序45-5151-70

4.2 固件程序開發38-514.2.2 顯示子程序41-45

4.3 上位機主要驅動程序的開發和設計

4.3.2 即插即用管59-60

4.3.4 I/O控

第五章 4.3.1 人機界面設計51-58

4.3.3 電源管理模塊理模塊58-59制模塊60-61結束語70-7271-72致謝

4.3.5 動態鏈接庫的實現61-705.1 工作總結70-7172-74

參考文獻

5.2 展望74-75