基于USB串口通信数据采集技术的实施

基于USB串口通信数据采集技术的实施

易辉

中国船舶重工集团公司第七一〇研究所湖北宜昌443000

摘要：USB串行总线通信技术由于其具备的速度快、连接灵活、使用方面和独立用电的优势特点，广泛应用于现代通信行业中。基于此，对USB串口通信数据采集技术的实施进行分析，在本文中，通过以速度跟踪系统中的数据采集作为实例引入到工程应用当中，分析USB串口的特点，简单介绍USB等设备管理及数据采集需要运用到相关函数，并且重点对USB串口通信数据采集工作流程进行阐述，从而对数据采集的全部过程进行了解。

关键词：USB串口通信；数据采集；技术；实施；分析

通过对USB串口通信技术在速度跟踪系统中的数据采集全过程，具有速度快、灵活度高、独立供电等优势特点，在现代通信行业中也得到很好的应用[1]。在本文中，通过对USB串口通信数据采集技术的特点及相关的函数进行分析，并且对数据采集功能的实现和AD数据采集实现工作流程进行具体的阐释，从而完成对USB串口通信数据采集技术的实施的分析。

1.USB在PC领域中的应用特点

USB作为在PC领域和移动终端领域中应用的新型接口技术，在实际中进行应用具有以下优势特点：⑴传输的速度较快，据统计，USB接口应用平均速度可以达到12Mb/s，与串口相比较，速度高于串口的100倍，与并口相比较，也超过其10倍以上，在现如今USB的传输速度已经超过100MB/s；⑵连接灵活，在进行连接的过程中，可以是串行进行连接，也可以运用中枢转接头，同时对多个设备进行有效连接，最后与PC机的USB接口进行连接；⑶有独立供电功能，USB电源还可以与较为低压的设备提供5V或者是500MA的电源，也不再需要对新的设备提供与之相适应的交流适配器，也在一定程度上降低了这些设备的成本；⑷使用方便高效，运用USB可以实现多个设备的连接，在软件上，为USB所设计的应用软件和驱动程序也能够自行开启，不需要用户实施干预之后才可以运行[2]。

USB在现代应用的范围会不断的扩大，所有的外设也都将通过USB接口，又或者是通过其他的外部接口实现连接，同时在现代支持USB的PC端及其他的外部设备也越来越多，在软件上USB也成为Windows系统的关键部件，作为工程进行应用的USB串口通信方式应用也日益广泛。

2.USB设备对象管理和数据采集的相关函数

USB设备对象管理及数据采集的相关函数，通常情况下，函数的调用顺序是：CreateDevice()InitDeviceAD()ReadDevicedAD()ReieaseDeviceAD()ReleaseDevice()。其中可以对ReadDeviceAD()反复执行，以此实现高速的、持续的数据采集，如果需要在采集数据的过程中对设备状态信息进行更改，就可以通过执行ReleaseDeviceAD（），之后再执行InitDeviceAD（）运用新的状态信息重新对初始设备进行设置[3]。具体如下表1所示：

3.USB串口通信数据采集功能的实现

想要对USB设备中的所有功能，首先就需要用CreateDevice函数创建一个设备对象句柄hDevice，有了这一句柄，就可以对该项设备进行有效控制，并且将这一句柄作为一个函数传递给其他的函数，如：运用InitDeviceAD可以使用hDevice句柄以初始化设备的A/D部件并启动A/D设备,ReadDeviceAD函数可以用hDevice句柄实现对A/D数据的采样批量读取,最后可以通过ReleaseDevice将hDevice释放掉[4]。

有了hDevice设备对象句柄后,便可用InitDeviceAD函数初始化A/D部件。关于采样通道、频率等的参数的设置是由这个函数的pADPara参数结构体决定的,只需要对这个pADPara参数结构体的各个成员简单赋值即可实现所有硬件参数和设备状态的初始化。然后这个函数启动A/D设备,接着便可用ReadDeviceAD反复读取A/D数据以实现连续不间断采样,如果需要关闭A/D设备时,ReleaseDeviceAD便可实现(但设备对象hDevice依然存在)[4]。具体的采集流程主要是，在自检时经滤波电路给采集卡输入电压为1.8V,频率为5kHz的三角波振荡信号,经过转换后的电压值以数字显示和图形显示2种模式演示。首先创建设备对象（CreateDeviceAD）初始化和启动A/D（InitDeviceAD）用户对采集到的A/D数据进行处理其代码应用由用户需要进行编写需要再次读取的A/D数据实现连续采集释放和禁止A/D设备（ReleaseDeviceAD）需要改变通道、频率、或者是清FIFO后再进行采集释放设备对象（ReleaseDevice）终止。

结语：从软件上系统地介绍了USB串口通信技术，在速度跟踪系统中的数据采集的全过程。USB接口接头温度过高或者升高温度较快，也与设计的金属材料，绝缘强度和母线形状有关，以光纤作为温度传感器，结合计算机技术，通信技术设计检测系统，其安全性和抗干扰性会大大提升。如果采用Cypress公司的EZ-USBFX2系列集成USB2.0协议微处理芯片设计数据采集卡,数据采集的速度将高达25～400MB/s，这种极快的数据传输速率将会使USB串口通信在工程领域有更广阔的发展空间[5]。

参考文献：

[1]朱萍萍.CAN总线数据记录仪的设计与实现[D].南京理工大学,2015.

[2]李超.基于FPGA+USB2.0高速数据采集系统的研究与设计[D].武汉理工大学,2013.

[3]张海洋.船载天线串口数据采集系统的设计与实现[J].计算机技术与发展,2016,(1):150-154.

[4]王玉林,姜平.基于振动信号的传感器与虚拟仪器的串口通信[J].传感器与微系统,2016,35(4):18-21.

[5]祝龙记,王杰.基于USB的发电机组振动和噪声故障监测系统[J].电机与控制应用,2013,40(1):39-42.