数据记录仪毕业设计开题报告和外文翻译.docx
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数据记录仪毕业设计开题报告和外文翻译.docx
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数据记录仪毕业设计开题报告和外文翻译
毕业设计附件
题目:
数据记录仪—总体方案设计,及显示电路、软件
姓 名:
学 号:
学院:
专业:
指导教师:
协助指导教师:
2009年8月7日
目录
毕业设计任务书1
毕业设计开题报告2
毕业设计外文原文及译文6
毕业设计程序清单15
大学毕业设计(论文)任务书
题目:
数据记录仪—总体方案设计及显示电路、软件
专业:
指导教师:
学院:
学号:
班级:
姓名:
一、主要内容和基本要求
设计数据记录仪总体方案、制定各个子系统之间的接口(包括硬件及软件),并设计显示部分的硬件电路及软件程序。
应包括如下功能:
1.可以对至少3路模拟量进行采集。
2.数据采集的时间间隔可调。
3.能够适应不同的模拟量形式(0-5V及4-20mA)以及不同的物理量(温度、压力、流量)和量程。
4.采集的数据通过USB口存入U盘。
5.具有无线传输功能,采集的数据可以通过无线模块传输给上位计算机(PC机)。
二、主要参考资料
[1]胡健.单片机原理及接口技术[M].北京:
机械工业出版社,2004.10
[2]郭俊杰.基于USB接口的多通道数据采集仪设计[J].兵工自动化,2007.2(26)
[3]陈天如.计算机网络与通信[J].电气自动化,2006.3(28)
[4]金瓯帆.单片机模拟串口的设计[D].电子世界,2005
(2)
[5]张友德.单片微型机原理、应用和实验[M].上海:
复旦大学出版社,2008-01-01
三、进度要求
1周:
完成开题报告
2-4周:
完成基本电路设计
5-10周:
调试、修改
11-12周:
英文翻译及论文
13周:
论文修改装订,准备答辩
14周:
答辩
大学毕业设计开题报告
题目:
专业:
指导教师:
学院:
学号:
班级:
姓名:
一、课题任务与目的
课题任务:
利用单片机技术,无线数传技术,U盘存储技术,数/模转换技术完成一个多通道数据记录仪。
课题目的:
设计并完成一个新型数据记录仪,选用一种数据存储器从而实现数据记录仪拥有大容量的存储空间支持长时间连续的数据采集。
数据以txt格式存储在U盘中,易于在PC机上对数据进行查看,转存,分析。
二、调研资料情况
数据记录仪的发展
数据记录仪是一种从传感器获取测量结果,并将这些结果进行存储的电子仪器。
在最简单的形式中,技术人员将烤箱的温度记录在一张纸上就是数据记录。
随着技术的发展,通过电子设备,这个过程已经得到简化和变得比较精确、多用途和可靠。
设备从简单的存储器发展到复杂的电脑系统。
数据采集技术在过去40到50年以来已经取得了很大的飞跃。
举例来说,在50年以前,在一个著名的学院实验室中,为追踪用青铜做的坩埚中的温度上升情况的装置是由热电偶、继电器、查询台、一捆纸和一支铅笔。
随着科学技术的发展,数据记录仪也从一根铅笔和一张纸,发展到长图表记录仪,再到可以使用液晶显示器的显示数据和图形的数据记录仪,经历了从手工到仪表,从有纸,到无纸的一个发展的过程。
采集速度也从最初的人工只能监测几个采集点,到现在每秒可以采集20万个点的数据;存储空间也在不断的提升。
1铅笔和纸
用铅笔和纸的方式历史悠久,而且它便宜、易获得、快速和容易开始。
而你所需要的就是捕捉到数字信息,然后开始用手记录数据。
不幸的是这种方法容易发生错误、采集速度很慢和需要太多的人工分析。
此外,它只能单通道采集数据。
2长条图表记录仪
现代多种版本的长条图表记录仪允许你从多个输入取得数据。
他们提供数据的长备纸记录,因为数据是图解的格式,他们易于现场采集数据。
一旦建立了长条图表记录仪,在没有操作员或计算机的情况下,数记录仪能够自行运转。
缺点是缺乏灵活性和精度低,时常限制在百分点。
除此之外,它们的应用受到了限制。
举例来说,他们不能够与另外的装置轮流工作。
还有就是笔和纸的维护,纸的供给和数据的存储,最重要的是纸的滥用和浪费。
但是记录仪相当容易建立和操作,为数据快速而简单的分析提供永久的记录。
3PC机插件卡片
PC机插件卡片是单板测量系统,它利用ISA或PCI总线在PC机内扩大插槽。
它们时常具有高达每秒1000点的阅读速率。
一般是8到16个采集通道,采集的数据直接存储在电脑里,然后进行分析。
因为卡片本质上是计算机的一部分,建立测试是容易的。
缺点,PC机插件卡片时常只有12字的容量,容量太小。
此外,PC机内的电子环境很容易发出噪声、产生高速率的时钟和总线噪声,电子接触面限制PC机插件卡片的精度。
同时为了测量一些非电量输入信号,如压力、温度和阻力,需要一些外部信号监测的器件。
4数据电子自动记录仪
数据电子自动记录仪是典型的单机仪器,一旦配备它们,就能测量、记录和显示数据而不需要操作员或计算机参与。
它们能够处理多信号输入,有时可达120通道。
精度可与台式DMM相匹敌,由于它在22字、0.004个百分率的精度范围内运转。
一些数据电子自动记录仪有能力按比例测量。
使用数据电子自动记录仪的一个好处就是他们的内部监测信号。
大部分能够直接地测量若干不同的输入信号,而不需要额外的信号监测器件。
一个通道能够监测热电偶、温阻器(RTD)和电压。
与PC机连接容易将数据传送到电脑进行进一步的分析。
大多数数据电子自动记录仪可设计为柔性和简单的组态和操作,而且经由电池包裹或其它方法,多数提供远程位置的操作选项。
4前端数据采集
前端数据采集经常做成模块而且是典型地与PC机或控制器连接。
他们被用于自动化的测试中,为其它测试装备采集数据、控制和循环检测信号。
发送信号测试装备的零配件。
前端运转的效率是非常高的,能与速度和精度与最好的单机仪器匹敌。
前端数据采集在很多模型里都能运行,包括VXI版本,如AgilentE1419A多功能测量和VXI控制模型,虽然前端器成本已经降低,但是这些系统依然会非常贵,除非你需要提供高的运转能力.
近些年随着数据采集系统的广泛应用,人们对数据记录仪的主要技术指标,如采样频率、分辨率、精度、控制方式、抗干扰能力、数据存储容量及数据传输方式等方面都提出了越来越高的要求。
数据记录仪也从最早的单一通道的数据采集,发展到多条采集通道,可采集多种参量,如温度、压力、电流、速度、张力、位移等;可输入多种信号,如标准电流、标准电压、频率信号等。
采样频率由低速向到高速迅速发展,目前可达20万个点/秒。
多种的储存介质可供选择,存储容量也越来越大。
可以通过各种无线传输技术向外传输数据。
通道间隔离,抗干扰能力强,能在恶劣的环境下工作。
数据记录仪的现状
根据对数据记录仪的发展的研究,不难发现随着科学技术的不断发展,用于工控现场的嵌入式计算机的数据采集系统,由于工业现场环境的复杂性和多样性,对数据采集系统的硬件和软件设计提出了更高的要求,小型化、易便携,数据易转移,具有较高的抗震动冲击能力,兼容性和散热性好,高可靠性和可维护性等。
尤其是为满足航空、航天、遥感技术的发展和应用需求,数据记录仪向着超高速、超大储存容量方面发展。
出现了瞬态记录的概念,超大容量的数据储存空间已达1TB。
但是在另外的一些领域与行业中,例如煤矿里面瓦斯浓度的检测,酒厂酿酒罐的温度检测;药品仓库、制药行业、资料档案室温湿度的记录;冷库、冷藏车、食品生产储藏及化工反应釜的温度记录;水压自动记录;管道压力记录等等。
这些参量随时间变化缓慢,测量精度要求不高,但检测过程漫长,记录数据可长达数月,甚至整年,即要求数据记录仪具有超大的存储容量。
针对这种市场需求,分析目前市场上的低速数据记录仪,存储容量小(一般在MB级),数据多以HXE格式直接储存,不便于PC机查看和分析,用户查看数据时需要通过专用软件对数据进行相应的处理后才能查看,价格昂贵等问题。
参考资料:
[1]韩茜.罗丰.吴顺君高速大容量固态存储系统的设计[J]-雷达科学与技术2005
(2)
[2]沈沛,戈福庆.浅淡记录仪的发展趋势[J].中国仪器仪表,1998,(04)
[3]金建祥,杨颖,郭豪杰,李杰.无纸记录仪──记录仪发展新趋势[J].工业仪表与自动化装置,1995,(04)
三、初步设计方法与实施方案
用户通过键盘和显示器设定系统时钟,选择所要启动的记录通道,设定该通道的数据量程,采集频率和采集次数。
然后启动该通道的数据记录。
本数据采集仪,会根据用户设定的记录参数,进行定时记录。
设定时间到时,记录仪将对应通道口的模拟量数据进行A/D转换后,将所转化后所得的数字量数据根据用户输入的该通道量程进行相应的计算。
得到对应当前数字量的实际物理值。
将此物理值,通道标号,转换的具体时间、日期转换成相应的ASCII码发送到U盘中,并以txt格式储存。
转换后的数据将被保存到相应的文件中。
本数据采集仪配有无线数传系统。
在上位机上,通过软件发送命令,可以随时将已采集的数据传送到上位机上。
1更改储存方法
现在的数据记录仪对数据的记录多储存于数据记录仪的内存中,数据的查看很不方便,需要通过特殊软件将数据传输到计算机中。
而且其数据储存空间为固定的,这样采集的数据量也受到了限制。
所以,将对数据的储存方法进行更改。
采用U盘作为存储器,U盘的好处在于其容量可变,不同大小的U盘所能储存的数据量不同。
当一个U盘存储满了以后,只需要更换一个U盘就可以继续进行数据的记录。
数据是以txt格式储存到U盘中,查看数据十分的方便,拔下U盘插到任何一台计算机中就可以查看数据,对数据进行分析。
经过此改进,可使数据记录仪使用更加人性化,使用起来更加的方便。
2降低成本
此次所设计的数据记录仪,采用单片机技术为核心技术,作为整个系统的中枢控制器,降低了一部分的制造成本。
由于储存方式的改变,储存介由扩展内存改为U盘存储,降低了存储介质的成本。
目前,基于USB2.0接口的移动存储设备已经被广泛使用,尤其是采用USB-FLASH技术的U盘产品的容量由几年前的16M增加到现在的4G以上。
U盘通常是作为计算机的外部存储设备,其造价也相对低廉,适用范围广阔。
四、预期结果
预期结果是完成一个具有多路数据采集的数据记录仪,拥有至少三路的模拟量通道,可接受0-5v或4-20mA的信号输入,并将数据进行数模转换后以txt格式储存到U盘中。
系统中带有无线接收发送装置,可通过上位机对整个仪器进行监控,通过无线传输方式将数据传送至上位pc机。
五、进度计划
1周:
完成开题报告
2-4周:
完成基本电路设计
5-10周:
调试、修改
11-12周:
英文翻译及论文
13周:
论文修改装订,准备答辩
14周:
答辩
大学毕业设计(论文)外文原文及译文
题目:
数据记录仪—总体方案设计及显示电路、软件
专业:
指导教师:
学院:
学号:
班级:
姓名:
一、外文原文
出处:
http:
//www.usb.org/developers/docs/
ProtocolLayer
1.1Byte/BitOrdering
Bitsaresentoutontothebusleast-significantbit(LSb)first,followedbythenextLSb,throughtothemostsignificantbit(MSb)last.Inthefollowingdiagrams,packetsaredisplayedsuchthatbothindividualbitsandfieldsarerepresented(inalefttorightreadingorder)astheywouldmoveacrossthebus.
Multiplebytefieldsinstandarddescriptors,requests,andresponsesareinterpretedasandmovedoverthebusinlittle-endianorder,i.e.,LSBtoMSB.
1.2SYNCField
Allpacketsbeginwithasynchronization(SYNC)field,whichisacodedsequencethatgeneratesamaximumedgetransitiondensity.Itisusedbytheinputcircuitrytoalignincomingdatawiththelocalclock.ASYNCfromaninitialtransmitterisdefinedtobeeightbitsinlengthforfull/low-speedand32bitsforhigh-speed.ReceivedSYNCfieldsmaybeshorterasdescribedinChapter7.SYNCservesonlyasasynchronizationmechanismandisnotshowninthefollowingpacketdiagrams.ThelasttwobitsintheSYNCfieldareamarkerthatisusedtoidentifytheendoftheSYNCfieldand,byinference,thestartofthePID.
1.3PacketFieldFormats
Fieldformatsforthetoken,data,andhandshakepacketsaredescribedinthefollowingsection.Packetbitdefinitionsaredisplayedinunencodeddataformat.TheeffectsofNRZIcodingandbitstuffinghavebeenremovedforthesakeofclarity.AllpacketshavedistinctStart-andEnd-of-Packetdelimiters.TheStart-of-Packet(SOP)delimiterispartoftheSYNCfield.
1.4TokenPackets
Figure8-5showsthefieldformatsforatokenpacket.AtokenconsistsofaPID,specifyingeitherIN,OUT,orSETUPpackettypeandADDRandENDPfields.ThePINGspecialtokenpacketalsohasthesamefieldsasatokenpacket.ForOUTandSETUPtransactions,theaddressandendpointfieldsuniquelyidentifytheendpointthatwillreceivethesubsequentDatapacket.ForINtransactions,thesefieldsuniquelyidentifywhichendpointshouldtransmitaDatapacket.ForPINGtransactions,thesefieldsuniquelyidentifywhichendpointwillrespondwithahandshakepacket.Onlythehostcanissuetokenpackets.AnINPIDdefinesaDatatransactionfromafunctiontothehost.OUTandSETUPPIDsdefineDatatransactionsfromthehosttoafunction.APINGPIDdefinesahandshaketransactionfromthefunctiontothehost.
Tokenpacketshaveafive-bitCRCthatcoverstheaddressandendpointfieldsasshownabove.TheCRCdoesnotcoverthePID,whichhasitsowncheckfield.TokenandSOFpacketsaredelimitedbyanEOPafterthreebytesofpacketfielddata.IfapacketdecodesasanotherwisevalidtokenorSOFbutdoesnotterminatewithanEOPafterthreebytes,itmustbeconsideredinvalidandignoredbythereceiver.
1.4.1Start-of-FramePackets
Start-of-Frame(SOF)packetsareissuedbythehostatanominalrateofonceevery1.00ms0.0005msfor,afull-speedbusand125μs0.0625μsforahigh-speedbus.SOFpacketsconsistofaPIDindicatingpackettypefollowedbyan11-bitframenumberfieldasillustratedinFigure8-13.
TheSOFtokencomprisesthetoken-onlytransactionthatdistributesanSOFmarkerandaccompanyingframenumberatpreciselytimedintervalscorrespondingtothestartofeachframe.Allhigh-speedandfullspeedfunctions,includinghubs,receivetheSOFpacket.TheSOFtokendoesnotcauseanyreceivingfunctiontogenerateareturnpacket;therefore,SOFdeliverytoanygivenfunctioncannotbeguaranteed.
TheSOFpacketdeliverstwopiecesoftiminginformation.AfunctionisinformedthatanSOFhasoccurredwhenitdetectstheSOFPID.Frametimingsensitivefunctions,thatdonotneedtokeeptrackofframenumber(e.g.,afull-speedoperatinghub),needonlydecodetheSOFPID;theycanignoretheframenumberanditsCRC.Ifafunctionneedstotrackframenumber,itmustcomprehendboththePIDandthetimestamp.Full-speeddevicesthathavenoparticularneedforbustiminginformationmayignoretheSOFpacket.
1.4.2HandshakePackets
Handshakepacketsareusedtoreportthestatusofadatatransactionandcanreturnvaluesindicatingsuccessfulreceptionofdata,commandacceptanceorrejection,flowcontrol,andhaltconditions.Onlytransactiontypesthatsupportflowcontrolcanreturnhandshakes.Handshakesarealwaysreturnedinthehandshakephaseofatransactionandmaybereturned,insteadofdata,inthedataphase.HandshakepacketsaredelimitedbyanEOPafteronebyteofpacketfield.IfapacketdecodesasanotherwisevalidhandshakebutdoesnotterminatewithanEOPafteronebyte,itmustbeconsideredinvalidandignoredbythereceiver.Therearefourtypesofhandshakepacketsandonespecialhandshakepacket:
1.ACKindicatesthatthedatapacketwasreceivedwithoutbitstufforCRCerrorsoverthedatafieldandthatthedataPIDwasreceivedcorrectly.ACKmaybeissuedeitherwhensequencebitsmatchandthereceivercanacceptdataorwhensequencebitsmismatchandthesenderandreceivermustresynchronizetoeachother.AnACKhandshakeisapplicableonlyintransactionsinwhichdatahasbeentransmittedandwhereahandshakeisexpected.ACKcanbereturnedbythehostforINtransactionsandbyafunctionforOUT,SETUP,orPINGtransactions.
2.N
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