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1、(10)申请公布号 CN 102523284 A (43)申请公布日 2012.06.27 C N 1 0 2 5 2 3 2 8 4 A *CN102523284A* (21)申请号 201110420260.0 (22)申请日 2011.12.15 H04L 29/08(2006.01) H04L 12/28(2006.01) G06F 13/38(2006.01) (71)申请人复旦大学 地址 200433 上海市杨浦区邯郸路220号 (72)发明人叶凡 井冰 薛元坤 李凯 王小龙 李宁 任俊彦 (74)专利代理机构上海正旦专利代理有限公司 31200 代理人陆飞 盛志范 (54) 发明。
2、名称 一种基于网络控制和USB存储设备的数据采 集系统 (57) 摘要 本发明属于嵌入式数据采集技术领域，具体 是一种基于网络控制和USB存储设备的数据采集 系统。该系统由远程上位机软件模块、硬件协议栈 模块、数据采集模块等组成。该系统通过传感器组 实时采集数据，经过单片机内部的数据转换后，利 用USB接口芯片将数据存储到USB存储设备中。在 控制方面，采用远程网络控制，利用上位机的软件 经网络发送控制信息包，在硬件协议栈端提取控 制信息，然后把控制信息通过串口传递给单片机 控制的数据采集模块，实现采集通道切换，采样频 率改变和启动/停止等控制。本发明具有远程控 制，高存储量，能耗低，节约网络。
3、资源，稳定性强， 体积小等特点，可以适应多种环境下的数据采集。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书3页 附图5页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 5 页 1/1页 2 1.一种基于网络控制和USB存储设备的数据采集系统，其特征在于由远程上位机软件 模块、硬件协议栈模块、数据采集模块组成；其中： 所述的远程上位机控制软件模快，是在Windows操作系统下，利用Socket套接字实现 的网络通信的软件； 所述的硬件协议栈模块，是由51单片机、RTL8019AS以太网控制器、串口电路和uIP开 源协议栈组成的嵌入式系统。
4、；在整个系统中，作为接收端的网络节点接收远程上位机发送 来的控制数据，经过RTL8019AS以太网控制器和51单片机的处理，将控制信息转换为串口 异步帧格式控制信息，并通过串口电路发送给数据采集模块；系统利用USB接口芯片，实现 USB存储设备与51单片机的挂接； 所述数据采集模块，由多路数据传感器、控制单片机、串口电路、USB接口电路和USB存 储设备组成；控制单片机根据串口电路收到的控制信息选择多路数据传感器，经过控制单 片机内部的数据转换，通过USB接口电路，以文件的形式存储到USB存储设备中，实现数据 的采集、存储。 2.根据权利要求1所述的基于网络控制和USB存储设备的数据采集系统，。
5、其特征在于 控制信息由远程上位机以网络数据包的格式发出，硬件协议栈将网络数据包转换为串口的 异步帧，进而控制数据采集模块的采样通道切换，采样率的改变，启动/结束采集。 权 利 要 求 书CN 102523284 A 1/3页 3 一种基于网络控制和 USB 存储设备的数据采集系统 技术领域 0001 本发明属于嵌入式数据采集技术领域，具体涉及一种基于网络控制和USB存储设 备的数据采集系统。 背景技术 0002 数据采集(Data Acquisition)是获取信息的基本手段，是指将数据、压力、流量、 位移等模拟量采集、转换成数字信号，并送入计算机进行存储、处理、和输出处理结果的过 程。实现数。
6、据采集的系统为称为数据采集系统(Data Acquisition system)(DAS)。 0003 在工业生产过程中，数据采集系统可用来实现生产过程的实时监控，对生产现场 的工艺参数进行采集、监视和记录，为提高产品质量、降低生产成本提供信息和手段。在科 学研究中，数据采集系统用来实现对研究目标的定量分析和动态模拟，是揭示科学奥秘的 重要手段。 0004 目前，市场上的数据采集系统大多是简单的将测量到的数据通过数码管或者LCD 显示出来，或者通过容量较小的ROM进行存储。没有体现出数字信号便于处理和存储的优 点，也无法对长时间测量的数据进行记忆和存储，也不方便对大量数据进行统计分析。在数 据。
7、采集系统的控制方面，大多是通过外接键盘来控制，无法实现远程控制，局限了数据采集 系统的应用。 0005 为了解决现有的数据采集系统不方便存储或者存储容量小，无法进行远程控制的 缺点，本发明提供了一种基于网络控制和USB存储设备的数据采集系统，一方面，本发明可 以挂接大容量USB存储设备，为数据采集系统提供了超大容量的存储空间，可以进行长时 间的数据采集。另一方面，本发明利用硬件协议栈配合上位机软件实现了远程控制，上位机 软件通过网络向硬件协议栈发送控制信息，硬件协议栈接收到信息后将其转换为适于串口 通信的异步帧并发送给数据采集系统，从而实现对硬件控制系统的远程控制。 发明内容 0006 本发明。
8、的目的在于针对现有的数据采集系统存储容量小且只能接触控制的问题， 提供一种存储容量大、且便于远程控制的数据采集系统。 0007 本发明提供的数据采集系统，是基于网络控制和USB存储设备的。具体由远程上 位机软件模块、硬件协议栈模块、数据采集模块组成。 0008 所述的远程上位机控制软件模快，是在Windows操作系统下，利用Socket套接字 实现的网络通信的软件。具有良好的图形用户界面（Graphical User Interface，GUI）界 面，方便操作者对数据采集模块的控制。 0009 所述的硬件协议栈模块，是由51单片机、RTL8019AS以太网控制器、串口电路和 uIP开源协议栈。
9、组成的嵌入式系统。在整个系统中，作为接收端的网络节点接收远程上位机 发送来的控制数据，经过以太网控制器和51单片机的处理，将控制信息转换为串口异步帧 格式的控制信息，并通过串口发送给数据采集模块。系统利用USB接口电路（如CH375），实 说 明 书CN 102523284 A 2/3页 4 现USB存储设备与51单片机的挂接。 0010 所述数据采集模块，由多路数据传感器、控制单片机、串口电路、USB接口电路和 USB存储设备组成。控制单片机根据串口电路收到的控制信息选择多路数据传感器，经过控 制单片机内部的数据转换，通过USB接口电路，以文件的形式存储到USB存储设备中。实现 了数据的采集。
10、、存储。 0011 本发明中，单片机将数据传感器采集到的数据经过转化后，通过USB接口芯片以 文件的形式写入USB存储设备中，从而解决了数据采集系统中大量数据存储的问题。利用 远程上位机软件和硬件协议栈实现远程网络控制，使其应用范围扩展到某些无法进行接触 控制的领域。 0012 本发明中，控制信息是由远程上位机以网络数据包的格式发出，硬件协议栈将网 络数据包转换为串口的异步帧，进而控制数据采集模块的采样通道切换，采样率的改变，启 动/结束采集等。 0013 本发明的特点是远程控制，高存储量，能耗低，节约网络资源，稳定性强，体积小 等。 0014 本发明的有益效果是，可以进行长时间的数据采集，并。
11、将采集数据实时存储到易 得且容量大的USB存储设备中，便于在工业生产和科学研究中对离线数据进行统计分析。 可以远程控制，实现了某些非接触环境下的数据采集，大大增加了数据采集系统的应用范 围，为某些特殊环境下的数据采集提供了解决方案。 附图说明 0015 图1本发明的系统框图。 0016 图2本发明的硬件协议栈模块框图。 0017 图3本发明的硬件协议栈模块电路原理图。 0018 图4本发明的数据采集模块框图。 0019 图5本发明的数据采集模块电路原理图。 具体实施方式 0020 下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。 0021 本发明的工作原理如图1所示，用户通过远程上位机的软件发。
12、送控制指令，硬件 协议栈接收网络数据包并将其转换为串口通信中的异步帧格式，并发送给数据采集模块， 数据采集模块根据接收到的控制信息完成切换采集通道、改变采样频率、启动、停止等操 作。 0022 本发明的硬件协议栈模块框图如图2所示，该硬件协议栈是是由51单片机， RTL8019AS以太网控制器，串口电路和uIP开源协议栈组成的嵌入式系统。在整个系统中， 作为接收端的网络节点接收远程上位机发送来的控制数据，经过以太网控制器和51单片 机的处理，将控制信息转换为串口异步帧格式控制信息，并通过串口发送给数据采集模块。 0023 本发明的硬件协议栈模块电路原理图如图3所示，单片机与串口的连接是通过电 。
13、平转换芯片MAX232，RX和TX都经过MAX232实现将逻辑电平的转换，使其符合串口通信电 平，以实现串口通信协议；单片机与RTL8019AS的连接上，采用并行方式，包括数据线，读写 说 明 书CN 102523284 A 3/3页 5 控制信号，片选信号，复位信号等。此外，为扩展单片机RAM的容量，采用外部挂接RAM，由于 单片机P0口地址线和数据线复用，故此处采用锁存器分时复用。 0024 本发明的数据采集模块框图如图4所示，是由多路传感器，控制单片机，串口电 路，USB接口电路和USB存储设备组成。控制单片机根据串口收到的控制信息选择多路传 感器，经过单片机内部的数据转换，通过USB接。
14、口电路，以文件的形式存储到USB存储设备 中。实现了数据的采集存储。 0025 本发明的数据采集模块电路原理图如图5所示，单片机与串口的连接是通过电平 转换芯片MAX232，RX和TX经过MAX232实现逻辑电平的转换，使其符合串口通信电平，以实 现串口通信协议；单片机与CH375的连接上，采用并行方式。并口信号线包括：8位双向数 据总线D7D0、读选通输入引脚RD#、写选通输入引脚WR#、片选输入引脚CS#、中断输出引 脚INT#以及地址输入引脚A0；此外，通过设置LED信号灯来实时监视系统的运行状态，方 便发现运行故障；整个系统采用外部的5V和3.3V双电压供电。 说 明 书CN 102523284 A 1/5页 6 图1 说 明 书 附 图CN 102523284 A 2/5页 7 图2 说 明 书 附 图CN 102523284 A 3/5页 8 图3 说 明 书 附 图CN 102523284 A 4/5页 9 图4 说 明 书 附 图CN 102523284 A 5/5页 10 图5 说 明 书 附 图CN 102523284 A 10 。