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USB接口的传感器数据采集的实现

数据采集是物联网系统就基本一层,本文介绍传感器数据采集(DAQ)

数据采集(DAQ),是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采非电量或者电量信号,送到上位机中进行分析,处理。数据采集系统是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。数据采集技术广泛引用在各个领域。比如摄像头,麦克风,都是数据采集工具。过去在嵌入式系统中应用USB设备需要性能相对较强的硬件,要带有USBHost控制器接口、RTOS 以及USB软件驱动,结果因USBHost功能实施成本的原因设计工程师一直都不太愿意在小型8位或16位MCU系统上增加USB设备。但随着最新一代智能USBHost控制器IC的推出,与MCU配合使用不仅可为PC应用使用USB数据采集设备,而且还可将数据存储在低成本高容量的闪存盘上。

  数据记录应用

  第一个应用实例显示了一个MCU控制器和一个带有两个端口的FTDIVNC1LUSBHost控制器:一个用于数据传感器件读取信息,另一个用于闪存盘以存储信息。MCU和USBHost控制器之间通过UART(或者SPI)命令监控接口进行通信,可使应用通过简单的命令集控制USB设备。

  这里选择的MCU是MicrochipPICDEM4演示板上的PIC18F1320,虽然它应该直接连到PIC系列其他成员以及其他MCU系列。 MCU和VNC1L之间采用4线连接(再加上电源和地),连到PIC的EUSART(Tx和Rx)和两个I/O端口,以进行RTS/CTS数据流控制。另外,4线SPI端口还可以通过直接位拆裂I/O端口实现。下面提供了两种方法的C语言源代码。

  MCU(Micro Control Unit)中文名称为微控制单元,又称单片微型计算机(Single Chip Microcomputer)或者单片机,是指随着大规模集成电路的出现及其发展,将计算机的CPU、RAM、ROM、定时计数器和多种I/O接口集成在一片芯片上,形成芯片级的计算机,为不同的应用场合做不同组合控制。微控制器在经过这几年不断地研究,发展,历经4位,8位,到现在的16位及32位,甚至64位。产品的成熟度,以及投入厂商之多,应用范围之广,真可谓之空前。

  该应用要求从一个DLPDesign的DLP-TILT2轴倾角传感器读取数据,然后以CSV格式将接收到的数据存在USB闪存盘上。当DLP-TILT 模块从USB总线接收到一个包含字母"z"的OUT数据包后,就会对传感器电流读数进行采样,倾角传感器读数被一个IN数据包读取。通过VNC1L监控器,OUT数据包可以和DSD(设备发送数据)命令一起发送,后面跟着数据字节数和发送的数据。IN数据包和DRD(设备读取数据)命令一起被接收,VNC1L将返回字节数和从设备读出的所有数据。

  由于USB需要将数据传递到数据包中,所以通常USB设备会有几个毫秒的延迟,尽管这可以通过对传感器数据提供更大的缓冲加以解决。当然,有些设计可能不需要USB传感器件而只是将数据存储到闪存盘上,在数据采集应用中通常都是这种情况,此时MCU采样模拟数据或者记录外部源传来的数据。由于无需探查 USB设备,因此这样可以得到更高的采集数据率。

  数据采集应用

  此例中我们还是使用MicrochipPICDEM4演示板上的PIC18F1320作为MCU.加速计模块是意法半导体的STEVAL- MKI010V1,它连到PIC的模拟输入端。PIC定期对该输入进行采样,结果送入FIFO缓冲器中,在软件中执行,然后由VNC1L写入存储设备。

  VNC1L监控器提供命令对USB闪存盘文件进行读写,它还有命令管理文件系统,可对文件及文件目录进行建立、重命名以及删除操作。

  有了与USB设备进行通信的命令后,文件系统命令使用非常简单。将数据写入文件的顺序是:使用OPW(打开准备写入)命令,后面紧跟文件名,然后是WRF(写入文件),后面是写入字节数,然后是CLF(关闭文件),后面还是跟着文件名。

  USB闪存盘的标准扇区大小是512字节,因此要达到最好效果就是在写入USB闪存盘之前提供512字节数据的缓存。USB闪存盘通常使用的文件系统是 FAT12、FAT16或者FAT32,在这些系统中簇按需分配,这样当簇没有按顺序排列时可能造成一些小的延迟,然而这通常只是在那些内容快满的盘上比较常见。

  USB是一个外部总线标准,用于规范电脑与外部设备的连接和通讯。USB接口支持设备的即插即用和热插拔功能。USB接口可用于连接多达127种外设,如鼠标、调制解调器和键盘等。USB是在1994年底由英特尔、康柏、IBM、Microsoft等多家公司联合提出的,自1996年推出后,已成功替代串口和并口,并成为当今个人电脑和大量智能设备的必配的接口之一。

  使用Vinculum

  几乎所有扇区容量为512字节和采用FAT文件系统的USB闪存盘都可以作为VNC1L的存储设备。VNC1L的固件可以在现场进行升级,通过USB闪存盘上特别的升级文件或者通过其UART接口进行ROM升级。基于VNC1L设计的其它优点是当USB闪存盘没有使用时它可以使其暂停以省电,而在执行文件操作期间自动唤醒,VNC1L本身也可进入低功耗睡眠模式并由微控制器应用唤醒。将USB设备协议及文件管理系统放到一个单独的IC上可为嵌入式数据记录或数据采集系统设计带来很多好处,它可使低功耗8位和16位。


(责任编辑:ioter)

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