《電子技術(shù)應(yīng)用》
您所在的位置:首頁 > 通信與網(wǎng)絡(luò) > 設(shè)計(jì)應(yīng)用 > 基于USB的樁基靜載荷無線測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
基于USB的樁基靜載荷無線測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)
摘要: 本文介紹了基于USB接口的無線測控系統(tǒng),,USB接口技術(shù)以其即插即用,、穩(wěn)定的特性以及低廉的價(jià)格,得到了廣泛的應(yīng)用,。該設(shè)計(jì)是樁基靜載荷測控系統(tǒng)的最新嘗試,。實(shí)驗(yàn)表明該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理,、性能穩(wěn)定,、運(yùn)行可靠,在應(yīng)用中達(dá)到了預(yù)定的效果,,對于改善樁基測控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)監(jiān)控,、穩(wěn)定性、抗干擾性,,提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性提供了很好的實(shí)用價(jià)值,。
關(guān)鍵詞: NGN|4G USB 接口 測控系統(tǒng)
Abstract:
Key words :

0 引 言

現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中一般通過PCI口、ISA口或是RS 232串行接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊,,但是這些傳統(tǒng)的接口存在著體積龐大,、共享性差、電磁抗干擾性弱等缺點(diǎn),,因此數(shù)據(jù)容易失真,,與傳統(tǒng)的接口相比較,USB接口技術(shù)以其即插即用,、熱插拔,、接口體積小巧,、傳輸可靠,、良好的兼容性、共享式通信和低成本等優(yōu)點(diǎn),,成為外圍設(shè)備與計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接的新型接口,。
本文針對現(xiàn)有樁基測試數(shù)據(jù)采集方法的弊端和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測和控制的需要,設(shè)計(jì)了一個(gè)基于USB接口傳輸?shù)膶?shí)驗(yàn)系統(tǒng),,此系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)上位機(jī)與數(shù)據(jù)采集箱之間的快速數(shù)據(jù)傳輸,,實(shí)現(xiàn)上位機(jī)對各個(gè)通道的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、管理(及對下位機(jī)的)控制,,系統(tǒng)安全可靠,。

1 測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)由負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)采集、存儲,、數(shù)據(jù)傳輸功能的數(shù)據(jù)采集箱,、上位機(jī)、無線收發(fā)模塊及接收機(jī)組成,。結(jié)構(gòu)如圖1所示,。數(shù)據(jù)采集箱采用傳感器前端+智能采集、控制單元(應(yīng)力傳感器模塊,,位移傳感器模塊,,振弦傳感器模塊,RS 232通信模塊,,液壓控制模塊)+主控單元的架構(gòu),,主控卡為數(shù)據(jù)采集箱的核心,,實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)的通信以及與智能數(shù)據(jù)測控單元的通信。各種傳感器信號首先經(jīng)過智能采集單元模塊進(jìn)行信號調(diào)理,、A/D轉(zhuǎn)換,,同時(shí)與主控單元模塊通過CAN總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,這樣便于其他功能的擴(kuò)展,。經(jīng)過主控卡讀取來的信號通過無線傳輸模塊發(fā)送給接收機(jī),,接收機(jī)再通過USB與上位機(jī)通訊。主控卡中增設(shè)有大容量NandFLASH存儲器,,實(shí)現(xiàn)傳感器采集數(shù)據(jù)的存儲備份,。當(dāng)主控卡和上位機(jī)無線傳輸數(shù)據(jù)失敗時(shí),可以通過主控卡上預(yù)留的RS 232接口把FLASH存儲器內(nèi)的數(shù)據(jù)讀走,,F(xiàn)LASH存儲器內(nèi)的數(shù)據(jù)掉電后也可長時(shí)間保存,,增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。
 


系統(tǒng)中各模塊通過底板供電,,為了抗干擾消除模塊之間電源的相互影響,,每個(gè)模塊內(nèi)部對+5 V電源采用DC/DC隔離。由于在樁基施工現(xiàn)場一般電源不太穩(wěn)定,,各種重型設(shè)備引起的干擾比較大,,本系統(tǒng)各個(gè)智能采集單元相互電氣隔離,通過CAN總線進(jìn)行各模塊之間的通訊,,增強(qiáng)系統(tǒng)了的安全性,。數(shù)據(jù)采集箱采用4U歐式標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱,機(jī)箱由插槽,、背板,、電源模塊等構(gòu)成。由于傳輸距離要求不高,,無線模塊采用的是瑞米斯公司先前生產(chǎn)的并口傳輸模塊能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸,。接收機(jī)實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)收發(fā)功能,是由Cypress公司的CY7C68013控制芯片擴(kuò)展而來,。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊,,搭建方便,能夠達(dá)到預(yù)定要求,。

 2 接收機(jī)設(shè)計(jì)

接收機(jī)由Cypress公司的CY7C68013芯片擴(kuò)展而來,。CY7C68013包括1個(gè)8051處理器,1個(gè)串行接口引擎(SIE),,1個(gè)USB收發(fā)器,,8.5 KB片上RAM,4 KBFIFO存儲器以及1個(gè)通用可編程接口(GPIF)。智能串行接口引擎(SIE)執(zhí)行所有基本的USB功能,,并將嵌入式MCU解放出來以用于實(shí)現(xiàn)專用的功能,,保證其持續(xù)的高性能的傳輸速率。
2.1 硬件設(shè)計(jì)
CY7C68013有三種可用的接口模式:端口,、GPIF主控和從FIFO,。本系統(tǒng)采用此GPIF主控模式,GPIF作為內(nèi)部的主控制器與FIFO直接相連,,通過編程來決定控制信號的輸出狀態(tài),。對于接口數(shù)據(jù)的總8位,選擇FD[7:0]引腳,,并設(shè)置WORDWIDE=0,。控制輸出引腳CTLn被用作讀和寫選通信號,。準(zhǔn)備好輸入引腳RDYn,,通過GPIF采樣,并且能強(qiáng)制進(jìn)行等待,,繼續(xù)或重復(fù)等操作,,直至進(jìn)入特定的狀態(tài)。GPIF地址線隨著數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)生地址累加,。芯片時(shí)鐘被配置為48
MHz的內(nèi)部時(shí)鐘,,通過IFCLK引腳輸出,見圖2,。

2.2 程序設(shè)計(jì)
2.2.1 固件設(shè)計(jì)
固件(Firmware)直接與硬件進(jìn)行通信,,主要功能是負(fù)責(zé)接受和處理主機(jī)發(fā)給設(shè)備的各種請求,,并向主機(jī)返回設(shè)備的狀態(tài)信息,。Cypress公司為了簡化固件代碼的開發(fā)過程,特別設(shè)計(jì)一個(gè)固件程序框架,,框架如圖3所示,。主要工作是完成初始化、USB標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備請求的處理和USB掛起電源管理服務(wù),。使用框架來構(gòu)造固件程序,,首先框架初始化內(nèi)部的狀態(tài)變量,調(diào)用用戶初始化函數(shù)TD_Init(),。該函數(shù)返回后,,初始化USB接口到未配置狀態(tài)并使能中斷。每隔1s進(jìn)行一次設(shè)備重枚舉,,直到端點(diǎn)接受到一個(gè)SETUP包,。函數(shù)TD_Init()在框架初始化期間被調(diào)用,在設(shè)備重枚舉和任務(wù)調(diào)度啟用之前調(diào)用該函數(shù),用來初始化用戶的全局變量,。
 
 
2.2.2 驅(qū)動(dòng)程序
EZ-USB FX2的開發(fā)包提供了一個(gè)通用驅(qū)動(dòng)程序(GPD),,可直接在應(yīng)用程序中調(diào)用GPD函數(shù)來實(shí)現(xiàn)與設(shè)備的數(shù)據(jù)交換。GPD中提供的函數(shù)可以實(shí)現(xiàn)獲取設(shè)備信息,、上傳下載固件,、讀寫設(shè)備等操作。對GPD中的EZUSBSYS.C,,EZUSBSYS.H,,SOURCES進(jìn)行修改,在WindowsDDK與VC++6.0利用Build命令重新編譯即可生成驅(qū)動(dòng)程序,。使用GPD前,,首先在程序中包含ezusbsys.h頭文件:
#include”..\..\drives\ezusbdrv\ezusbsys.h”。
2.2.3 應(yīng)用程序
應(yīng)用程序通過I/O控制調(diào)用訪問EZ-USB
GPD,。程序首先調(diào)用API函數(shù)Createfile()打開設(shè)備,,并返回設(shè)備句柄,然后通過調(diào)用Win32函數(shù)DeviceIoControl()函數(shù)向設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序發(fā)送請求,。
程序采用BULK方式讀數(shù)據(jù)到EZ-USB設(shè)備,,主要清單如下:

2.2.4 固件下載驅(qū)動(dòng)程序
使用該芯片特有軟配置功能,將固件程序存儲在計(jì)算機(jī)中,,當(dāng)設(shè)備接入U(xiǎn)SB電纜時(shí),,由于EZ-USB具有重新枚舉的能力,在初始化枚舉以后,,用戶只需要通過Cypress公司提供的開發(fā)軟件UsbContro1Panel中Download項(xiàng),,就可以將固件載人到控制芯片中。該方法完全是軟操作,,不需要額外的硬件設(shè)備,,方便程序的修改調(diào)試。
3 結(jié) 語
介紹了基于USB接口的無線測控系統(tǒng),,USB接口技術(shù)以其即插即用,、穩(wěn)定的特性以及低廉的價(jià)格,得到了廣泛的應(yīng)用,。該設(shè)計(jì)是樁基靜載荷測控系統(tǒng)的最新嘗試,。實(shí)驗(yàn)表明該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)合理、性能穩(wěn)定,、運(yùn)行可靠,,在應(yīng)用中達(dá)到了預(yù)定的效果,對于改善樁基測控系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)監(jiān)控,、穩(wěn)定性,、抗干擾性,,提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性提供了很好的實(shí)用價(jià)值。
 
此內(nèi)容為AET網(wǎng)站原創(chuàng),,未經(jīng)授權(quán)禁止轉(zhuǎn)載,。