如何利用USB接口來(lái)實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)數(shù)據(jù)采集

在工控行業(yè)，常常需要利用PC或者是工控設(shè)備進(jìn)行各項(xiàng)數(shù)據(jù)采集。以前常采用的采集方式是通過(guò)數(shù)據(jù)采集板卡，而現(xiàn)在由于串行總線USB（USB轉(zhuǎn)換器）的出現(xiàn)，因?yàn)樗某杀镜汀⒖煽啃愿撸粡V泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)等行業(yè)，特別是在多點(diǎn)數(shù)據(jù)采集方面。

一個(gè)實(shí)用的USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括A/D轉(zhuǎn)換器、微控制器以及USB通信接口。為了擴(kuò)展其用途，還可以加上多路模擬開(kāi)關(guān)和數(shù)字I/O端口。

系統(tǒng)的A/D、數(shù)字I/O的設(shè)計(jì)可沿用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，根據(jù)采集的精度、速率、通道數(shù)等諸元素選擇合適的芯片，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分注意抗干擾的性能，尤其對(duì)A/D采集更是如此。

在微控制器和USB接口的選擇上有兩種方式，一種是采用普通單片機(jī)加上專用的USB通信芯片。現(xiàn)在的專用芯片中較流行的有National Semiconductor公司的USBN9602、ScanLogic公司的SL11等。筆者曾經(jīng)采用Atmel公司的89c51單片機(jī)和USBN9602芯片構(gòu)成系統(tǒng)，取得了良好的效果。這種方案的設(shè)計(jì)和調(diào)試比較麻煩，成本相對(duì)而言也比較高。

另一種方案是采用具備USB通信功能的單片機(jī)。隨著USB應(yīng)用的日益廣泛，Intel、SGS-Tomson、Cypress、Philips等芯片廠商都推出了具備USB通信接口的單片機(jī)。這些單片機(jī)處理能力強(qiáng)，有的本身就具備多路A/D，構(gòu)成系統(tǒng)的電路簡(jiǎn)單，調(diào)試方便，電磁兼容性好，因此采用具備USB接口的單片機(jī)是構(gòu)成USB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)較好的方案。不過(guò)，由于具備了USB接口，這些芯片與過(guò)去的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)通常是不兼容的，需要購(gòu)買(mǎi)新的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，投資較高。

USB的一大優(yōu)點(diǎn)是可以提供電源。在數(shù)據(jù)采集設(shè)備中耗電量通常不大，因此可以設(shè)計(jì)成采用總線供電的設(shè)備。

現(xiàn)在的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通常有分布式和總線兩種。采用USB接口易于實(shí)現(xiàn)分布式，而485接口則易于實(shí)現(xiàn)總線式，如果將這兩者結(jié)合起來(lái)，則能夠?qū)崿F(xiàn)一種綜合式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)方法是：仍然利用上面提到過(guò)的USB轉(zhuǎn)485轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)兩種協(xié)議的轉(zhuǎn)換。由于USB的數(shù)據(jù)傳輸速率大大高于485，因此在每條485總線上仍然可以掛接多個(gè)設(shè)備，其中D代表一個(gè)設(shè)備。

這種傳輸系統(tǒng)適用于一些由多個(gè)空間上相對(duì)分散的工作點(diǎn)，而每個(gè)工作點(diǎn)又有多個(gè)數(shù)據(jù)需要進(jìn)行采集和傳輸?shù)膱?chǎng)合，例如大型糧庫(kù)，每個(gè)糧倉(cāng)在空間上相對(duì)分散，而每個(gè)糧倉(cāng)又需要采集溫度、濕度、二氧化碳濃度等一系列數(shù)據(jù)。在這樣的情況下，每一個(gè)糧倉(cāng)可以分配一條485總線，將溫度、濕度、二氧化碳濃度等量的采集設(shè)備都掛接到485總線上，然后每個(gè)糧倉(cāng)再通過(guò)485總線傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，并轉(zhuǎn)換為USB協(xié)議傳輸?shù)絇C機(jī)，多個(gè)糧倉(cāng)的傳輸數(shù)據(jù)在轉(zhuǎn)換為USB協(xié)議后可以通過(guò)Hub連接到一臺(tái)PC機(jī)上。由于糧倉(cāng)的各種數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)性要求不是很高，因此采用這種方法可以用一臺(tái)PC機(jī)完成對(duì)一個(gè)大型糧庫(kù)的所有監(jiān)測(cè)工作。

宇泰在USB數(shù)據(jù)采集、USB工業(yè)控制等領(lǐng)域已經(jīng)取得了一定的成果，在現(xiàn)實(shí)中得到成功的應(yīng)用。隨著工控行業(yè)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展，USB（USB轉(zhuǎn)換器，RS232轉(zhuǎn)換器）必將在更廣闊的領(lǐng)域得到更深層次的應(yīng)用。