第一篇：基于USB的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)--總結(jié)

基于 USB 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

目前，市場(chǎng)上有幾百種 USB 設(shè)備，包括 USB 集線器、打印機(jī)、掃描儀器、存儲(chǔ)器、數(shù)碼相機(jī)和調(diào)制解調(diào)設(shè)備等。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中應(yīng)用 USB2.0 接口總線，首先計(jì)算機(jī)系統(tǒng)要支持 USB2.0 協(xié)議。目前計(jì)算機(jī)幾乎都支持 USB1.1 協(xié)議，如果支持 USB2.0 協(xié)議，那么系統(tǒng)的 USB 主機(jī)就必須包含USB2.0 根集線器，用于給系統(tǒng)提供一個(gè)或多個(gè)設(shè)備端口；同時(shí)，系統(tǒng)還必須安裝相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)程序。

USB總線的物理連接和電氣特性

USB數(shù)據(jù)傳輸采用四根電纜，其中兩根（D+、D-）是用來(lái)傳送數(shù)據(jù)的串行通道，另兩根（VBUS、GND）是符合標(biāo)準(zhǔn)的電源線，為下游的USB設(shè)備提供電源。其中，D+、D-是串行數(shù)據(jù)通信線，它支持兩種數(shù)據(jù)傳輸速率，對(duì)于高速外設(shè)，USB以全速 12Mbps或高速 480Mbps傳輸數(shù)據(jù)；對(duì)于低速外設(shè)，USB則以 1.5Mbps的傳輸速率傳輸數(shù)據(jù)。USB總線會(huì)根據(jù)外設(shè)情況在不同的傳輸模式中自動(dòng)地轉(zhuǎn)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(shè)備如何通過(guò) USB 總線獲得主機(jī)提供的電源； 電源管理：即通過(guò)電源管理系統(tǒng)，USB 的系統(tǒng)軟件和設(shè)備如何與主機(jī)協(xié)調(diào)工作。

（1）電源分配

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

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

（2）電源管理

USB 主機(jī)與 USB 系統(tǒng)有相互獨(dú)立的電源管理系統(tǒng)。USB 的系統(tǒng)軟件和主機(jī)的電源管理系統(tǒng)相互作用，處理系統(tǒng)的電源事件，如掛起和恢復(fù)等。另外，USB 設(shè)備還有額外的功耗管理特性，允許軟件對(duì)他們進(jìn)行功耗管理。USB 總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

USB將USB設(shè)備和USB主機(jī)連接在一起。USB的物理互連是一個(gè)分層的星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，集線器在每個(gè)星形的中心。每段線路都是主機(jī)與集線器或功能設(shè)備之間，或者集線器與另一個(gè)集線器或功能設(shè)備之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接 USB通信流

USB 在主機(jī)的軟件和 USB 功能設(shè)備之間提供了通信服務(wù)。功能設(shè)備根據(jù)不同的客戶軟件與功能設(shè)備的相互作用對(duì)通信流有不同的要求。通過(guò)將 USB 功能設(shè)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(wèn)來(lái)完成主機(jī)和功能設(shè)備之間的通信。通信流在設(shè)備的端點(diǎn)中止，設(shè)備的端點(diǎn)可以

識(shí)別所有通信流。

USB 邏輯設(shè)備對(duì) USB 系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是一個(gè)端點(diǎn)的集合。接口是端點(diǎn)聚集而成的端點(diǎn)集，是功能設(shè)備的體現(xiàn)。USB 系統(tǒng)軟件用默認(rèn)的控制管道管理設(shè)備。客戶軟件用管道束（與端點(diǎn)集相關(guān)）來(lái)管理接口?？蛻糗浖髷?shù)據(jù)通過(guò)USB在主機(jī)上的緩沖區(qū)和USB設(shè)備上的端點(diǎn)之間移動(dòng)。而在 USB 上移動(dòng)之前，由主機(jī)控制器（或者 USB 設(shè)備，由傳輸方向決定）將數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝。當(dāng)總線訪問(wèn)是在 USB 上移動(dòng)數(shù)據(jù)包時(shí)，主機(jī)控制器也協(xié)同操作。

設(shè)備端點(diǎn)（Device Endpoint）

端點(diǎn)是 USB 設(shè)備唯一可識(shí)別的部分，是主機(jī)和設(shè)備間通信流的終點(diǎn)，每個(gè) USB 邏輯設(shè)備都由獨(dú)立端點(diǎn)集（這個(gè)集合就是接口）組成。當(dāng)設(shè)備連接時(shí)，系統(tǒng)為每個(gè)邏輯設(shè)備分配了唯一的地址，設(shè)備的每個(gè)端點(diǎn)在設(shè)計(jì)時(shí)就給定了一個(gè)由設(shè)備決定的唯一的標(biāo)識(shí)符—端點(diǎn)號(hào)。每個(gè)端點(diǎn)都有由設(shè)備決定的數(shù)據(jù)流方向。設(shè)備地址、端點(diǎn)號(hào)和方向的組合允許唯一指定一個(gè)端點(diǎn)，每個(gè)端點(diǎn)都單一的連接，支持一個(gè)方向的數(shù)據(jù)流輸入（從設(shè)備到主機(jī)）或輸出（從主機(jī)到設(shè)備）。

管道

USB管道是設(shè)備端點(diǎn)和主機(jī)軟件之間的聯(lián)系。管道可以通過(guò)存儲(chǔ)器的緩沖區(qū)在主機(jī)軟件與設(shè)備端點(diǎn)

之間傳輸數(shù)據(jù)。有兩種相互獨(dú)立的管道通信模式：

1.流：在管道中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)沒(méi)有 USB 定義的結(jié)構(gòu)。

2.消息：在管道中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有某些 USB 定義的結(jié)構(gòu)，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(tài)時(shí)，主機(jī)控制器每隔 1 毫秒發(fā)送一幀數(shù)據(jù)；而工作在高速狀態(tài)時(shí)，主機(jī)控制器每隔 125 微秒就發(fā)送一幀數(shù)據(jù)。一幀（或微幀）數(shù)據(jù)可包含幾種事務(wù)。USB 數(shù)據(jù)傳輸類型是從 USB 系統(tǒng)軟件的管理角度來(lái)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(gè)或多個(gè)信息傳輸?shù)目偩€事務(wù)。傳輸類型決定于客戶軟件和它的功能模塊之間的數(shù)據(jù)流特性。USB 定義了 4 種傳輸類型，以滿足在總線上進(jìn)行不同類型的數(shù)據(jù)的傳輸需要。

USB數(shù)據(jù)傳輸類型

批量傳輸用于傳輸突發(fā)的大量的數(shù)據(jù)，全速模式時(shí)以 8，16，32 或 64 字節(jié)（高速模式時(shí)是 512 字節(jié)）的信息包傳送。由于對(duì)出錯(cuò)的數(shù)據(jù)自動(dòng)的進(jìn)行重發(fā)，批量數(shù)據(jù)可確保無(wú)誤發(fā)送。

控制傳輸至少有兩個(gè)階段：建立階段和狀態(tài)階段。控制傳輸也可以根據(jù)不同的情況選擇是否需要在建立階段和狀態(tài)階段包含一個(gè)數(shù)據(jù)階段。

中斷傳輸主要用于定時(shí)查詢?cè)O(shè)備是否有中斷數(shù)據(jù)要傳輸，是一種主機(jī)定時(shí)偵聽設(shè)備。設(shè)備的端點(diǎn)

模式器的結(jié)構(gòu)決定了它的查詢頻率，在 1-255ms 之間。中斷傳輸在高速時(shí)的數(shù)據(jù)載荷可達(dá) 1023 字節(jié)，在全速時(shí)的載荷量小于 64 字節(jié)。中斷傳輸主要應(yīng)用于鍵盤、操縱桿和鼠。

同步傳輸用于保證時(shí)間優(yōu)先的數(shù)據(jù)流，如音頻和視頻數(shù)據(jù)流，傳輸?shù)臅r(shí)間對(duì)于數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)是非常必要的條件，在全速模式時(shí)，一個(gè)同步包包含 1023 字節(jié)；在高速模式時(shí)，一個(gè)同步包包含 1024 字節(jié)。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)在總體上分為硬件和軟件兩大部分。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件部分

主要包括芯片的選擇、數(shù)據(jù)采集和傳輸電路以及電源轉(zhuǎn)換電路等。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件部分主要由三部分組成：USB 固件程序(Firmware)、USB 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序以及應(yīng)用程序；三部分程序之間相互協(xié)作來(lái)完成整個(gè)采集系統(tǒng)的功能。

USB芯片選擇

目前 USB 芯片大致分為 5 大類型：

1）單獨(dú)運(yùn)作的 USB 接口芯片；

2）內(nèi)含 USB 單元的微處理器（MPU）；

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

4）PC 端或主機(jī)端的 USB 控制器；

模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的選擇

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

1)精度：與系統(tǒng)測(cè)量的信號(hào)范圍有關(guān)，但估算時(shí)要考慮到其他因素，轉(zhuǎn)換器位數(shù)應(yīng)該比總精度要求的最低分辯率高一位。常見(jiàn)的 AD 器件有 8 位，10 位，12 位，14 位，16 位等。

2)速度：應(yīng)根據(jù)輸入信號(hào)的最高頻率來(lái)確定，保證轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率要高于系統(tǒng)要求的采樣頻率。

3)模擬信號(hào)類型：通常 AD 器件的模擬輸入信號(hào)都是電壓信號(hào)，而 DA 器件輸出的模擬信號(hào)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(shí)際需要，本設(shè)計(jì)選用的是采樣速度快、分辨率高的 A/D 轉(zhuǎn)換器 MAX125。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的固件程序設(shè)計(jì)

固件程序主要負(fù)責(zé)完成兩項(xiàng)任務(wù)：一是作為駐留在設(shè)備中的內(nèi)部應(yīng)用程序，響應(yīng)主機(jī)的列舉請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)配置設(shè)備并將設(shè)備的配置信息(如支持哪些傳輸類型和端點(diǎn))告知主機(jī)，進(jìn)而為主機(jī)和設(shè)備之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信做好準(zhǔn)備工作：二是作為整個(gè)設(shè)備的控制中心，根據(jù)用戶應(yīng)用系統(tǒng)的特定要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)外圍設(shè)備的具體控制。USB控制器芯片借助CPU執(zhí)行固件程序來(lái)控制芯片的活動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能。固件的設(shè)計(jì)就是使在USB總線上的傳輸能獲得快速的、有效的數(shù)據(jù)傳輸速度。它的操作方式與硬件聯(lián)系緊密，包括USB設(shè)備的連接、列舉、重列舉、USB協(xié)議和中斷處理等。

列舉和重列舉

列舉和重列舉是 USB 設(shè)備的一個(gè)非常重要的機(jī)制。是在初始階段必須經(jīng)歷的階段，只有這兩個(gè)過(guò)程成功的完成，USB 設(shè)備才可能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中設(shè)計(jì)的功能，否則，設(shè)備只能是一個(gè)主機(jī)不能識(shí)別的最原始的設(shè)備，或者是功能不完全的設(shè)備。

設(shè)備端點(diǎn)的配置

端點(diǎn)配置是在TD_Init()函數(shù)中實(shí)現(xiàn)的。USB數(shù)據(jù)通過(guò)端點(diǎn)緩沖區(qū)進(jìn)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(jīng)常在沒(méi)有FX2 內(nèi)嵌的CPU參與的情況下，直接與端點(diǎn)FIFO交換數(shù)據(jù)。USB設(shè)備啟動(dòng)時(shí)，要配置端點(diǎn)使它獲得足夠的帶寬和FIFO深度，使數(shù)據(jù)傳輸更加平穩(wěn)和高速。

當(dāng)應(yīng)用程序要求CPU處理外部邏輯和USB之間的數(shù)據(jù)流時(shí)（或者根本就沒(méi)有連接外部邏輯時(shí)），固件可以將端點(diǎn)緩沖區(qū)作為RAM塊或（使用特定的自動(dòng)增量指針）FIFO訪問(wèn)。

設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的組成驅(qū)動(dòng)程序是一些例程的集合，它們被動(dòng)的存在，等待主機(jī)系統(tǒng)軟件（PnP管理器、I/O管理器、電源管理器等）來(lái)調(diào)用或激活它們。WDM驅(qū)動(dòng)程序的功能模塊基本由五個(gè)部分組成:入口例程，即插即用例程，分發(fā)例程，電源管理例程和卸載例程。

1.入口例程：處理驅(qū)動(dòng)程序的初始化；

2.即插即用例程：處理 PnP 設(shè)備的添加，刪除和停止；

3.分發(fā)例程：處理用戶應(yīng)用程序發(fā)出的各種 I/O 請(qǐng)求；

4.電源管理例程：處理電源管理請(qǐng)求；

5.卸載例程：處理驅(qū)動(dòng)程序的卸載。

USB 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)

目前，用于開發(fā)設(shè)備驅(qū)動(dòng)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(fā)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(chǔ)性的工作，但是，使用這種方法，需要對(duì)WDM驅(qū)動(dòng)程序的整體結(jié)構(gòu)有一個(gè)很好的認(rèn)識(shí)和把握。

2.使用Driver studio：工具難度會(huì)低一些，工具軟件己經(jīng)作了很多基礎(chǔ)性的工作。也封裝了一些細(xì)節(jié)，使用者只需要專心去執(zhí)行需要的操作。但由于封裝的問(wèn)題，可能會(huì)帶來(lái)一些bug，有可能導(dǎo)致項(xiàng)目的失敗。

3.使用Win Driver：幾乎沒(méi)有難度(從開發(fā)驅(qū)動(dòng)的角度)。很容易，但只能開發(fā)硬件相關(guān)的驅(qū)動(dòng)，事實(shí)上所寫的只是定制和調(diào)用了它提供的通用驅(qū)動(dòng)而已，工作效率不是很高。但開發(fā)花費(fèi)的時(shí)間很少。

第二篇：基層農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)研究

基層農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)研究

摘 要： 智能手機(jī)數(shù)據(jù)采集相比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集在時(shí)效性等方面具有優(yōu)勢(shì)?；凇盎鶎愚r(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)”的需求，在Android平臺(tái)上，依據(jù)分層開發(fā)思想，詳細(xì)設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)庫(kù)適配器、數(shù)據(jù)層、結(jié)構(gòu)層以及activity等，最終完成了軟件系統(tǒng)的開發(fā)，為農(nóng)業(yè)技術(shù)人員提供了易用、可靠的基層農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)采集和處理工具。

關(guān)鍵詞： Android； 應(yīng)用開發(fā)； 農(nóng)業(yè)信息化； 界面設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：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(nóng)業(yè)信息化的意義顯而易見(jiàn)[1]，但是由于多方面的原因，農(nóng)業(yè)信息化進(jìn)程遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于服務(wù)業(yè)、工商業(yè)等各領(lǐng)域。這對(duì)農(nóng)民以及農(nóng)業(yè)的發(fā)展是十分不利的。

基層農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)是在Android操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開發(fā)而成。該系統(tǒng)通過(guò)Android智能手機(jī)獲取與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有關(guān)的信息，如地塊檔案、農(nóng)戶信息、地塊制度、農(nóng)村等各類信息。通過(guò)該系統(tǒng)，可以讓基層農(nóng)業(yè)信息化工作人員方便地建立和管理數(shù)據(jù)庫(kù)。農(nóng)技人員可基于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境，實(shí)時(shí)、快速地獲取與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有關(guān)的數(shù)據(jù)。開發(fā)環(huán)境及技?g介紹

Android系統(tǒng)在中國(guó)的普及范圍大且速度快，搭載Android系統(tǒng)的移動(dòng)設(shè)備價(jià)格合適，在農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣體系中使用較多，且能滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求，是智能手機(jī)開發(fā)的首選平臺(tái)。

Android是一種以Linux為基礎(chǔ)的開放源代碼操作系統(tǒng)[2]，主要使用于便攜設(shè)備。Android操作系統(tǒng)可細(xì)分為如下幾部分：應(yīng)用軟件、操作系統(tǒng)、用戶界面、中件間。Android平臺(tái)可依次分為如下四層：Linux內(nèi)核層；Android運(yùn)行層；應(yīng)用框架層；應(yīng)用程序?qū)?。基于Android的軟件的開發(fā)通常處于Android架構(gòu)中的頂層，即應(yīng)用程序?qū)印?/p>

本系統(tǒng)是針對(duì)Android系統(tǒng)研發(fā)的一款移動(dòng)應(yīng)用，需要的開發(fā)工具分別為：Eclipse、Android SDK。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

結(jié)合本系統(tǒng)的基本功能以及Android架構(gòu)[3]特點(diǎn)，開發(fā)分如下四個(gè)層次。

XML：界面設(shè)計(jì)，具體設(shè)計(jì)時(shí)主要運(yùn)用/res/layout/中的.xml文件，運(yùn)用該文件布局控件、控制屬性、自定義控件樣式。在設(shè)置版本信息方面時(shí)，主要運(yùn)用

/AndroidManifest.xml，即形成Android API信息。逐個(gè)聲明Activity、申請(qǐng)客戶使用資源，另外程序中用到的中文單詞則主要結(jié)合strings.xml聲明。利用arrays.xml逐個(gè)設(shè)置列表各項(xiàng)元素。

View：本層屬于人機(jī)交互界面，包含本系統(tǒng)中所需要運(yùn)用到的所有Activity。用戶可通過(guò)Activity進(jìn)行相關(guān)操作，比如輸入數(shù)據(jù)，確定數(shù)據(jù)項(xiàng)，最后點(diǎn)擊，即可獲得相關(guān)信息。

Data與Adapter：一般認(rèn)為該層為數(shù)據(jù)庫(kù)及其適配器層。主要用于建立農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)該層包括更新及相關(guān)方法，Adapter中含所有適配器Adapter，顯示數(shù)據(jù)庫(kù)Activity的信息。在ListView控件記錄時(shí)，需要運(yùn)用到各顯示數(shù)據(jù)表。

Table：屬于數(shù)據(jù)表層。利用Entity存儲(chǔ)數(shù)據(jù)表各字段名及類型。一般情況下Data層不會(huì)因?yàn)楸緦影l(fā)生變化而變化，因此適用于分層開發(fā)。

如圖1為本系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)圖。

由此分析軟件體系結(jié)構(gòu)[4]，在具體設(shè)計(jì)時(shí)，可將系統(tǒng)分為五個(gè)包：XML；View；Adapter；Data；Table。這五個(gè)包是有自上而下的依賴關(guān)系，分別對(duì)應(yīng)view包、data包、data包、adapter包和table包。如圖2為該軟件系統(tǒng)包圖。

2.2 系統(tǒng)流程圖

農(nóng)業(yè)技術(shù)人員登錄Android客戶端執(zhí)行數(shù)據(jù)采集，首先要在客戶端應(yīng)用匯總獲取數(shù)據(jù)，并上傳到Web服務(wù)器中，經(jīng)過(guò)Web服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，并向客戶端發(fā)出反饋信息，以標(biāo)識(shí)采集任務(wù)完成。系統(tǒng)的流程圖如圖3所示。詳細(xì)設(shè)計(jì)

3.1 各功能模塊描述

基于Android的農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)主要功能分為兩大類：工作類和交流類。工作類數(shù)據(jù)采集包括：提交推廣日志、上報(bào)災(zāi)情、采集價(jià)格信息等；交流類數(shù)據(jù)采集包括農(nóng)技問(wèn)答、經(jīng)驗(yàn)交流和問(wèn)題反饋等。

3.1.1 用戶模塊

系統(tǒng)的用戶類型[5]分為未授權(quán)用戶（注冊(cè)）、普通用戶、管理員以及超級(jí)管理員。

未授權(quán)用戶：需管理員授權(quán)后才能使用系統(tǒng)。

普通用戶：能上傳數(shù)據(jù)，查看歷年數(shù)據(jù)。

管理員：能修改除超級(jí)管理員以外的所有用戶的權(quán)限，以及刪除用戶操作，能查看數(shù)據(jù)，給所有用戶發(fā)送手機(jī)消息提醒。

超級(jí)管理員：與管理員相比，多了能對(duì)管理員進(jìn)行設(shè)置權(quán)限的操作。

⑴ 創(chuàng)建用戶

在客戶端任何人都能新增角色，但權(quán)限為未授權(quán)用戶，需管理員來(lái)修改權(quán)限。

⑵ 用戶登錄

登錄輸入錯(cuò)誤時(shí)進(jìn)行用戶名或密碼錯(cuò)誤的相應(yīng)提示，權(quán)限不足時(shí)提示沒(méi)有權(quán)限進(jìn)行此操作的提示。

⑶ 用戶管理

管理員能對(duì)未授權(quán)用戶和普通用戶，更改他們的權(quán)限或者刪除用戶，而超級(jí)管理員能對(duì)管理員、普通用戶和未授權(quán)用戶，修改他們的權(quán)限或者刪除用戶。

3.1.2 數(shù)據(jù)模塊

普通用戶選取好需要錄入數(shù)據(jù)的區(qū)域和農(nóng)作物種類（保存在服務(wù)器上，如果沒(méi)有需添加）后，選擇相應(yīng)的季節(jié)（春、夏、秋、冬）和行為（播種、收獲），并填寫相應(yīng)的信息，提交至服務(wù)器，此時(shí)如果數(shù)據(jù)和去年同期數(shù)據(jù)比較波動(dòng)幅度超過(guò)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(qū)域和農(nóng)作物種類后，能在客戶端上獲取到對(duì)應(yīng)信息的歷年收獲數(shù)據(jù)。

3.1.4 個(gè)人中心模塊

用戶或者管理員，在登錄后的主頁(yè)面中進(jìn)入個(gè)人中心后，能按自己的喜好和需求來(lái)修改密碼或者手機(jī)號(hào)。

3.1.5 用戶提醒模塊

管理員在網(wǎng)頁(yè)上登錄成功后能對(duì)所有用戶發(fā)送自定義的提醒內(nèi)容，也可以對(duì)特定用戶發(fā)送自定義提醒內(nèi)容，該提醒會(huì)出現(xiàn)在安卓手機(jī)的通知欄上。

3.2 系統(tǒng)功能圖

⑴ 系統(tǒng)功能總圖（如圖4）

3.3 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)合用例分析和需求分析，構(gòu)成系統(tǒng)的數(shù)據(jù)[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(jī)號(hào)碼，權(quán)限）；

⑵ 地區(qū)表zone（地區(qū)ID、地區(qū)名稱）；

⑶ 村莊表village（村落ID，村落名稱，地區(qū)ID）；

⑷ 種類表kind（種類ID，種類名稱）；

⑸ 農(nóng)作物名稱表crop（農(nóng)作物ID，農(nóng)作物名稱，種類ID）；

⑹ 用戶個(gè)性化表marks（ID，用戶ID，村落ID，農(nóng)作物ID）；

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

⑻ 農(nóng)作物收獲表gains（收獲ID，年份，季度，村落ID，農(nóng)作物ID，面積，產(chǎn)量，畝產(chǎn)量，備注，用戶ID，上傳日期）。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)舉例

基于Android的基層農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，通過(guò)安裝Android移動(dòng)設(shè)備中的應(yīng)用程序與用戶進(jìn)行直接交互，Android端的應(yīng)用程序采取本地化開發(fā)模式，在移動(dòng)終端獲取數(shù)據(jù)，結(jié)合移動(dòng)端的界面設(shè)計(jì)，通過(guò)編碼來(lái)實(shí)現(xiàn)滿足用戶采集需求的相關(guān)功能，將數(shù)據(jù)傳送至服務(wù)器，在服務(wù)器端網(wǎng)頁(yè)和Android端應(yīng)用程序界面都可瀏覽相關(guān)采集信息，并能夠執(zhí)行回復(fù)、評(píng)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(yè)面，需要輸入用戶名、密碼后點(diǎn)擊登錄，成功登錄后進(jìn)入操作頁(yè)面。輸入錯(cuò)誤出現(xiàn)提示并需重新輸入。登錄界面如圖7所示。

登錄模塊通過(guò)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(zhí)行登錄驗(yàn)證請(qǐng)求，Server 端Login Action類中的client Login（）方法對(duì)信息進(jìn)行驗(yàn)證。代碼片段如圖8所示。

4.2 消息提醒模塊

管理員能夠?qū)λ杏脩艋蛘咛厥庥脩舭l(fā)送提醒[7]，并且會(huì)在智能手機(jī)的通知欄顯示出來(lái)，如圖9。結(jié)束語(yǔ)

本文基于采集統(tǒng)計(jì)農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)以及處理系統(tǒng)需求，結(jié)合Android、移動(dòng)通信技術(shù)，以及農(nóng)業(yè)信息化等實(shí)際需求，綜合利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和智能移動(dòng)設(shè)備的優(yōu)勢(shì)，為農(nóng)業(yè)技術(shù)人員提供現(xiàn)代化、智能化、便攜式、易用、可靠的基層農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)采集和處理工具。

我們?cè)谘芯恳苿?dòng)開發(fā)及農(nóng)業(yè)信息化方面取得了一定成績(jī)[8]，基于Android智能手機(jī)初步構(gòu)建了基層農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)采集與處理系統(tǒng)。但是由于各方面原因，系統(tǒng)依然存在諸多不足之處。比如數(shù)據(jù)采集內(nèi)容方面，需進(jìn)一步豐富基層農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)采集的內(nèi)容和形式；系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)方面，還需加強(qiáng)服務(wù)器端的承載能力；在數(shù)據(jù)傳輸控制方面，要深入研究傳輸中斷情況的數(shù)據(jù)傳輸策略等。

參考文獻(xiàn)（References）：

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[4] 王一妹.基于Android系統(tǒng)的氣象災(zāi)情手機(jī)直報(bào)平臺(tái)的設(shè)計(jì)開發(fā)[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013.41（20）：8773-8776

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[6] 廖建尚，盧斯.基于Android系統(tǒng)智能網(wǎng)關(guān)型農(nóng)業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào)，2017.19（6）：61-71

[7] 劉傳茂，王熙.農(nóng)機(jī)數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)――基于CAN總線[J].農(nóng)機(jī)化研究，2016.38（12）：207-211

[8] 孫小華，王福順，楊會(huì)英，趙艷，王風(fēng)國(guó).基于智能手機(jī)的農(nóng)業(yè)信息服務(wù)系統(tǒng)研究[J].科技和產(chǎn)業(yè)，2013.13（6）：33-36

第三篇：野外數(shù)據(jù)采集與巡護(hù)信息系統(tǒng)

5.5.1.2 野外數(shù)據(jù)采集與巡護(hù)信息系統(tǒng) 5.5.1.2.1 需求分析

野外考察是獲取數(shù)據(jù)資源的重要方法之一，它是保護(hù)自然保護(hù)區(qū)物種免受 人為破壞和開展大熊貓等物種的生態(tài)生物學(xué)研究的基礎(chǔ)。臥龍及周邊其它大熊 貓自然保護(hù)區(qū)每年都需要開展定期和不定期的野外調(diào)查，以獲取物種分布和人 為干擾等數(shù)據(jù)。自然保護(hù)區(qū)的野外調(diào)查分為野外監(jiān)測(cè)和野外巡護(hù)，獲取的數(shù)據(jù) 包括動(dòng)物生境信息、大熊貓糞便咬節(jié)、樣線調(diào)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(hù)區(qū)的野外調(diào)查數(shù)據(jù)獲取方式是科研人 員提前準(zhǔn)備好一定格式的紙質(zhì)報(bào)表，在野外考察過(guò)程中手寫錄入。待回到辦公 室后，再將獲取的數(shù)據(jù)錄入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這種方法的缺點(diǎn)：（1）需要錄入兩次，效率較低，而且容易出錯(cuò)；（2）實(shí)時(shí)性差；（3）格式不規(guī)范；（4）無(wú)法集成 采集多信息源（文本、圖片、音頻、視頻等）；（5）紙質(zhì)材料在野外環(huán)境下容 易破損和丟失，不便保存，也影響到數(shù)據(jù)的有效長(zhǎng)期保存。另外在臥龍保護(hù)區(qū) 的保護(hù)和科研工作中，都要進(jìn)行野外巡護(hù)，通常來(lái)說(shuō)工作人員都是攜帶相關(guān)的 設(shè)備去野外進(jìn)行調(diào)研，然后記錄下這次野外巡護(hù)過(guò)程中經(jīng)過(guò)的地點(diǎn)，在這些地 點(diǎn)拍的照片或者記錄的信息，作為這次巡護(hù)過(guò)程的信息保存下來(lái)。目前這種記 錄過(guò)程都是靠人工完成，而且無(wú)法把巡護(hù)的路徑和照片等信息進(jìn)行自動(dòng)集成整合，實(shí)現(xiàn)野外巡護(hù)多源信息的自動(dòng)化集成和保存。所以需要一套野外觀測(cè)數(shù)據(jù) 的自動(dòng)化采集與巡護(hù)信息系統(tǒng)。

5.5.1.2.2 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范

《全球定位系統(tǒng)（GPS）測(cè)量規(guī)范（GBT18314-2001）》 《全球定位系統(tǒng)城市測(cè)量技術(shù)規(guī)程（CJJ 73-97）》 《國(guó)家三角測(cè)量規(guī)范（GB/T 17942-2000）》

《數(shù)字地形圖系列和基本要求（GB/T 18315-2001）》 《數(shù)字測(cè)繪產(chǎn)品質(zhì)量要求第 1 部分（GB/T 1794.1-2000）》 《軟件工程術(shù)語(yǔ)（GB/T 11457）》 《計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)規(guī)范（GB 8566）》

《計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品開發(fā)文件編制指南（GB 8567）》 《計(jì)算機(jī)軟件質(zhì)量保證計(jì)劃規(guī)范（GB/T 12504）》 《計(jì)算機(jī)軟件配置管理計(jì)劃規(guī)范（GB/T 12505）》 《軟件配置管理計(jì)劃（CADCSC）》

5.5.1.2.3 建設(shè)方案

野外數(shù)據(jù)采集與巡護(hù)信息系統(tǒng)主要是根據(jù)自然保護(hù)區(qū)科研人員野外監(jiān)測(cè)和巡護(hù)的需求，能夠動(dòng)態(tài)定制數(shù)據(jù)采集信息，在野外考察過(guò)程中通過(guò)攜帶的移動(dòng) 設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的數(shù)字化采集，并能夠?qū)⒉杉降目茖W(xué)數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或者存儲(chǔ)卡 自動(dòng)導(dǎo)入后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中。同時(shí)實(shí)現(xiàn)巡護(hù)路徑和巡護(hù)信息獲取與保存、無(wú)縫 集成和可視化展現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)保護(hù)區(qū)巡護(hù)信息的有效管理，為巡護(hù)工作提供參考，更好的促進(jìn)保護(hù)工作。該系統(tǒng)應(yīng)主要實(shí)現(xiàn)如下功能：（1）野外數(shù)據(jù)采集：

1）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)維護(hù)：維護(hù)野外采集點(diǎn)的信息。

2）采集任務(wù)管理：生成采集任務(wù)，并將其發(fā)送到采集終端上。

3）采集數(shù)據(jù)管理及分析：接受采集到的信息，并根據(jù)業(yè)務(wù)需要進(jìn)行分析和 管理。

4）身份認(rèn)證：完成野外作業(yè)人員的身份認(rèn)證管理。保證調(diào)查結(jié)果真實(shí)有效。5）任務(wù)獲取：完成野外人員采集任務(wù)的獲取?？色@取階段性任務(wù)和實(shí)時(shí)任務(wù)。6）采集數(shù)據(jù)填報(bào)：完成外業(yè)人員監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的填報(bào)和獲取數(shù)據(jù)填報(bào)相關(guān)的輔 助數(shù)據(jù)。包括自動(dòng)生成：時(shí)間、地點(diǎn)（坐標(biāo)、海拔）等信息。

7）數(shù)據(jù)傳輸：通過(guò)無(wú)線WIFI、運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)完成外業(yè)數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)中心的及時(shí) 傳輸和或異步導(dǎo)入。

8）消息管理：具有多種手段的消息傳遞的方式，保證業(yè)務(wù)正常及時(shí)的進(jìn)行。（2）與中心系統(tǒng)配合完成巡護(hù)信息錄入： 1）制定巡護(hù)計(jì)劃及巡護(hù)內(nèi)容。

2）巡護(hù)計(jì)劃可以定期制定，或臨時(shí)決定，巡護(hù)內(nèi)容可以預(yù)先設(shè)置。3）輸入實(shí)際巡護(hù)時(shí)間及路線，并將采集信息反饋到中心。4）錄入巡護(hù)內(nèi)容數(shù)據(jù)。

5）實(shí)現(xiàn)對(duì)巡護(hù)計(jì)劃及內(nèi)容的查詢，并根據(jù)預(yù)先的計(jì)劃作提示功能。6）提供對(duì)巡護(hù)內(nèi)容的統(tǒng)計(jì)功能。

數(shù)據(jù)采集主要通過(guò)定制的采集終端實(shí)現(xiàn)，采集完成后，通過(guò)WIFI、運(yùn)營(yíng)商 3G 網(wǎng)絡(luò)等將采集信息上傳局端采集系統(tǒng)。具體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如下：

具體功能模塊設(shè)計(jì)如下：

1）定制模塊：數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采集模塊：數(shù)據(jù)采集模塊主要是根據(jù)用戶生成的定制信息描述文件，動(dòng)態(tài)生成能在移動(dòng)設(shè)備上運(yùn)行的采集程序，為用戶提供友好的采集界面，同時(shí) 能自動(dòng)獲取地理位置信息和時(shí)間信息，以準(zhǔn)確定位用戶采集信息的位置和時(shí)間，減少用戶的操作時(shí)間：防止人為輸入導(dǎo)致的錯(cuò)誤。

3）數(shù)據(jù)同步模塊：數(shù)據(jù)同步模塊主要是實(shí)現(xiàn)兩大功能：第一是把相關(guān)字典 信息同步到移動(dòng)設(shè)備上，這樣用戶在野外采集信息時(shí)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(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)或者存儲(chǔ)卡實(shí)現(xiàn)和 后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)的同步，以實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)有效保存。

4）巡護(hù)路徑和巡護(hù)信息的獲取和保存模塊：首先獲取巡護(hù)設(shè)備中的路徑信 息和其它設(shè)備（如照相機(jī)等）采集的其它巡護(hù)信息（如照片等）。再根據(jù)數(shù)據(jù) 庫(kù)結(jié)構(gòu)和關(guān)聯(lián)性寫入到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中，實(shí)現(xiàn)持久化的保存。

5）巡護(hù)信息的集成和可視化展示模塊：把路徑信息和巡護(hù)信息無(wú)縫集成，并通過(guò)WebGIS平臺(tái)實(shí)現(xiàn)巡護(hù)路徑及其相關(guān)信息的可視化展示。

6）巡護(hù)相關(guān)歷史信息的查詢：科研人員通過(guò)該模塊可以查詢?cè)瓉?lái)的巡護(hù)路 線，以更好地制訂現(xiàn)在或者未來(lái)的巡護(hù)路線。

野外數(shù)據(jù)采集與巡護(hù)信息系統(tǒng)包括野外數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)和野外巡護(hù)信息子 系統(tǒng)，野外數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)的具體業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)流程如下：首先，用戶（數(shù)據(jù)庫(kù)管理員）基于已建好的后臺(tái)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)具體的 采集需求進(jìn)行定制操作（包括為每個(gè)采集頁(yè)面的所有錄入字段設(shè)定標(biāo)題、編輯 風(fēng)格、數(shù)據(jù)源等信息，以及設(shè)定移動(dòng)設(shè)備上的采集菜單項(xiàng)、每個(gè)子菜單項(xiàng)對(duì)應(yīng) 的采集頁(yè)面集合），定制子系統(tǒng)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(shè)定數(shù)據(jù)庫(kù)中的某些關(guān)系表作為字典數(shù)據(jù)表，定制子系統(tǒng)從這些 字典表中抽取出字典數(shù)據(jù)，保存成嵌入式關(guān)系型數(shù)據(jù)文件格式。然后，用戶利 用數(shù)據(jù)同步子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能將 XML 文件和字典文件復(fù)制到移動(dòng)設(shè)備上； 最后，運(yùn)行移動(dòng)設(shè)備上的數(shù)據(jù)采集程序，即可獲得用戶需要的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。用戶錄入的信息保存在移動(dòng)設(shè)備上的嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)文件中，最后通過(guò)數(shù)據(jù)同步 子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能將這些數(shù)據(jù)從移動(dòng)設(shè)備導(dǎo)出到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)。野外巡護(hù)信息子系統(tǒng)的具體流程如下：首先，運(yùn)用 GPS 記錄儀，自動(dòng)記錄工作人員巡護(hù)的 GPS 軌跡，工作人員 再通過(guò)照相機(jī)等其它設(shè)備采集其它信息。其次，巡護(hù)數(shù)據(jù)獲取模塊從 GPS 定位 設(shè)備獲取位置信息、從照相機(jī)等設(shè)備獲取巡護(hù)信息，并存入到后臺(tái)巡護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù) 中。然后，巡護(hù)信息集成把路徑信息和巡護(hù)信息無(wú)縫集成，轉(zhuǎn)換成能在WebGIS平臺(tái)展現(xiàn)的文件（如 KMZ 文件等），并利用WebGIS平臺(tái)可視化展示。最后，工

作人員可以通過(guò)檢索巡護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)的巡護(hù)歷史數(shù)據(jù)，去羅列以前的巡護(hù)航跡，為 現(xiàn)在或者未來(lái)的巡護(hù)作參考，從而實(shí)現(xiàn)更好的保護(hù)工作。

5.5.1.2.4 設(shè)備配置和性能要求

本系統(tǒng)根據(jù)整體情況需求，配置55 臺(tái)工業(yè)級(jí)數(shù)據(jù)采集終端（主機(jī)設(shè)備由主 機(jī)系統(tǒng)統(tǒng)一考慮配置），工業(yè)級(jí)采集終端設(shè)備主要技術(shù)指標(biāo)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(jī)時(shí)間要求8 小時(shí)以上（可包含外接電池）； 3.有擴(kuò)展插槽；

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

6.操作系統(tǒng)：Windows Mobile 6.1 或以上操作系統(tǒng)；

7.內(nèi)存：RAM 不少于128M；ROM 不少于128M，并且有可擴(kuò)展內(nèi)存插槽，擴(kuò)充內(nèi)存不低于4G 內(nèi)存； 8.工作溫度：-10°C-40°C； 9.密封規(guī)格：IP65 以上；

10：集成GPS，可采集航點(diǎn)、航線、航跡，自定義屬性數(shù)據(jù)。導(dǎo)航精度不 低于5 米；

11：集成彩色攝像頭，像素不低于300 萬(wàn)。12.工業(yè)級(jí)PDA

第四篇：FPGA數(shù)據(jù)采集與回放系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文

FPGA數(shù)據(jù)采集與回放系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文

在個(gè)人成長(zhǎng)的多個(gè)環(huán)節(jié)中，大家或多或少都會(huì)接觸過(guò)論文吧，論文是我們對(duì)某個(gè)問(wèn)題進(jìn)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(shù)據(jù)采集與回放系統(tǒng)設(shè)計(jì)論文，歡迎閱讀，希望大家能夠喜歡。

1系統(tǒng)及其原理

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(guò)來(lái)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(guò)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(guò)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(guò)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(wú)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(guò)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(guò)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(guò)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(yǔ)

通過(guò)實(shí)際測(cè)試，基于FPGA的數(shù)據(jù)采集與回放系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)的要求。此系統(tǒng)能夠?qū)δ繕?biāo)模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并能對(duì)采集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)回放，且可將數(shù)據(jù)以＊．dat文件的形式存入PC機(jī)硬盤；系統(tǒng)具有高速的采集傳輸功能，上位機(jī)能夠?qū)崟r(shí)、動(dòng)態(tài)地回放數(shù)據(jù)；信號(hào)采集板和處理板共用一套硬件，避免了重復(fù)制板，在實(shí)際調(diào)試時(shí)可方便地在信號(hào)采集與信號(hào)處理的工作模式間來(lái)回切換，提高了工作效率。原驅(qū)動(dòng)程序官方版本為了滿足通用性和穩(wěn)定性的要求，限制了傳輸速率，本設(shè)計(jì)開發(fā)了相應(yīng)的USB驅(qū)動(dòng)程序，提高了傳輸速率。

第五篇：數(shù)據(jù)采集論文：基于USB接口技術(shù)實(shí)現(xiàn)在線簽名的數(shù)據(jù)采集和通信

數(shù)據(jù)采集論文：基于USB接口技術(shù)實(shí)現(xiàn)在線簽名的數(shù)據(jù)采集和通信

【中文摘要】在當(dāng)今的信息化社會(huì),基于Internet等開放式網(wǎng)絡(luò)的電子商務(wù)活動(dòng)越來(lái)越頻繁,個(gè)人電子身份認(rèn)證是未來(lái)社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)。網(wǎng)絡(luò)信息化的發(fā)展使個(gè)人身份的信息安全成為現(xiàn)今社會(huì)的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。身份識(shí)別是保護(hù)信息安全所面臨的一個(gè)難題,與傳統(tǒng)身份識(shí)別方法相比,生物特征識(shí)別因?yàn)榫哂蟹纻涡院?、便于攜帶、不易丟失和遺忘等優(yōu)點(diǎn)而得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。在線簽名識(shí)別是一種利用人的生物特征進(jìn)行身份識(shí)別的技術(shù),通過(guò)計(jì)算機(jī)把在線簽名的圖像、筆順、速度和壓力等信息與真實(shí)簽名樣本進(jìn)行對(duì)比,以實(shí)時(shí)識(shí)別簽名的真?zhèn)?。本文研究的重點(diǎn)是基于四線電阻式觸摸屏的在線簽名數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)主要包含了數(shù)據(jù)采集模塊、顯示模塊、USB通信模塊和控制模塊四個(gè)組成部分。其工作原理是通過(guò)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(shí)時(shí)傳給MCU。MCU將數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單處理后送給顯示模塊進(jìn)行筆跡圖像的復(fù)原,供簽名者參考。在這之后將數(shù)據(jù)通過(guò)USB接口傳給PC機(jī)進(jìn)行顯示和保存,在詳細(xì)介紹了整體電路設(shè)計(jì)思想的基礎(chǔ)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(guān)鍵詞】數(shù)據(jù)采集 簽名識(shí)別 USB通信

【英文關(guān)鍵詞】Data acquisition Signature identification USB 【目錄】基于USB接口技術(shù)實(shí)現(xiàn)在線簽名的數(shù)據(jù)采集和通信摘要3-4ABSTRACT4-5

第一章 緒論8-16

1.1 生物特征識(shí)別技術(shù)概述8-10背景和意義88-10

1.1.1 生物特征識(shí)別技術(shù)的產(chǎn)生

1.1.2 主要的生物特征識(shí)別技術(shù)及優(yōu)勢(shì)比較

1.2.1 1.2 在線手寫簽名識(shí)別技術(shù)的概述10-13在線手寫簽名識(shí)別技術(shù)在國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)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(shù)據(jù)采集和通信系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)2.1 系統(tǒng)方案總體設(shè)計(jì)框架16-17

2.2.1 數(shù)據(jù)采集模塊

2.2 系統(tǒng)硬2.2.2 顯示模塊件構(gòu)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(shù)據(jù)采集和通信系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)3.1 數(shù)據(jù)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(shè)計(jì)

3.2.1 SED1335的特點(diǎn)

3.2.3 SED1335的指令

3.3 USB3.2.2 SED1335的結(jié)構(gòu)29-31集31-323.2.4 SED1335控制電路設(shè)計(jì)32-33

3.3.1 USB總線介紹34通信模塊33-38優(yōu)點(diǎn)34-35

3.3.2 USB總線

第四4.1 系統(tǒng)4.2.1 4.2.3 USB

3.3.3 USB接口芯片及控制設(shè)計(jì)35-38章 在線簽名的數(shù)據(jù)采集與通信系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)38-70軟件設(shè)計(jì)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(fā)38-514.2.2 顯示子程序41-45

4.3 上位機(jī)主要驅(qū)動(dòng)程序的開發(fā)和設(shè)計(jì)

4.3.2 即插即用管59-60

4.3.4 I/O控

第五章 4.3.1 人機(jī)界面設(shè)計(jì)51-58

4.3.3 電源管理模塊理模塊58-59制模塊60-61結(jié)束語(yǔ)70-7271-72致謝

4.3.5 動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的實(shí)現(xiàn)61-705.1 工作總結(jié)70-7172-74

參考文獻(xiàn)

5.2 展望74-75