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基于芯片CH375的移动数据采集系统

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信息产业基于芯片CH375的移动数据采集系统吕继函范多旺邢东峰(兰州交通大学光电技术与智能控制教育部重点实验室,甘肃兰州730070)摘要:USB总线以快速、方便、易于安装和扩展等特点得到了广泛应用。本文介绍了单片机通过芯片CH375扩展USB接口的方法,包括硬件平台设计方案,U盘数据存储格式,以及软件设计思路。通过给单片机扩展USB接口,可以使单片机具有写U盘的功能,能方便地用于移动数据采集系统。关键词:USB;CH375;单片机;FAT32Abstract:Nowadays,USBbusiswidelyusedineveryfield,becauseofitsspeedandfacilityininstallandextend.ThisarticleintroducedasimplemethodusedCH375andMPU,thedesignofhardware,softwareandfilesysteminflashdiskareintroducedtoo.Bythismethod,MPUisgiventheabilityofreadandwriteflashdisk,atlast,thisdesigncanbeusedinmobiledataacquisitionsystemeasily.Keyword:USB;CH375;MPU;FAT32引言在人们的日常生活中或是在工业控制领域,常常需要一套简单的设备,长时间采集数据,然后集中分析。在这种情况下,传感器+单片机+USB接口+U盘存储实用、成本小器是一种简便、的解决方案。文中主要介绍了单片机与CH375的硬件连接,U盘数据存储格式以及软件设计。1硬件设计1.1芯片选择微处理器芯片的选择依据是片内RAM,片内RAM主要作用是临时存储采集到的数据(数据缓冲区),如果片内RAM不够大,那么会导这对U盘致频繁的写U盘,的寿命和通讯的速率都会产生影响,在此选择AVR128(4K片内RAM)。USB接口芯片选择CH375,CH375是国内的南京沁恒公司开发的产品,是USB总线的通用接口芯片,支持USB-HOST主机方式和USB-DEVICE/SLAVE设备方式,内置了处理Mass-Storage海量存储设备的专用通讯协议的固件。外部单片机可以直接以扇区为基本单位读写常用的USB存储设备(包括USB硬盘/USB闪存盘/U盘)。存储设备可选普通U盘,价格低、寿命长、携带方便。1.2硬件连接(见图1)单片机与CH375模块之间的连接使用8位并行数据线、A0线、读使能、写使能、片选和中断信号,可以方便进行数据交换。U盘直接插在CH375模块的USB接口上。具体电路图如图2。片选是通过地址线A9来直接操作的,低电A0接地址线,中断接在INT上。平选中,单片机控制CH375的命令是通过在数据总线上写命令字节来实现的,其中地址线A0用来区分写命令或者数据,当A0=1时可以在总线上写命令;当A0=0时可以在总线上读写数据。所(**为命令字以,单片机写命令即为写地址0x1**节),读写数据则为0x0**(**为数据字节)。图1系统总体框图

图3U盘FAT32分区基本构成

图2芯片电路图

2U盘数据存储结构2.1存储数据的两种方式方式一:不按PC机上文件系统的方式存储,这种方式只是单纯的把U盘作为一个ROM存储器。这种存储数据的方式对于单片机来说比较简单,但是把U盘插入电脑后,不能直接读出U盘的数据。方式二:单片机向U盘写数据时,按找PC机上文件的存储方式写数据,这样在PC机上可以一般按第二种方式来读写数据,这涉及直接读出。到windows系统下的数据存储结构。2.2FAT32文件系统结构FAT32格式的U盘由MBR、DBR、FAT表和数据区组成,如图3。MBR(MasterBootRecord)扇区,即主引导扇区,这个扇区记录的是磁盘的分区信息,一般用U盘存储数据时都只有一个分区,所以不用管它。DBR扇区,即DOS引导记录扇区,它主要记录了U盘的文件系统标志、每扇区字节数、每簇扇区数、DOS保留扇区、FAT表个数、隐含扇区数根目录第一簇等重要信息。FAT即文件分配表,是文件它以存储位置的寻址表,用32位来记录一个簇,链的方式存储簇号。数据区即存储U盘数据的地方,根目录也是存放在这里的,根目录包含文件文件的起始簇号,文件的大小等信息。名、2.3文件的查找过程FAT32文件格式下,文件的查找过程主要涉及到FAT表和数据区(包括根目录和数据)。以根首先在根目录下找到a.目录下的文件a.dat为例:dat,找到文件名后,读出a.dat的起始簇号(begin)和大小(size)。如果文件是连续存储的,那么begin至begin+size即为文件a.dat。如果文件是非连续存储的,那么可以根据FAT表找到后续的簇号,就可以依次找到文件了。非连续的查找具体过程如图4。2.4数据在U盘中的存储FAT32文件存储格式是一种成功的文件系统。把U盘做成FAT32格式,并(下转267页)-97-工(见图1、2)箱梁外侧模底模均采用竹胶板,板厚为18mm,背肋为10×10cm方木,用[12、[14槽钢制成桁片骨架,骨架按水平间距0.9m布置,设置双肢[14槽钢作背带,准20mm圆钢筋作对拉杆,层距为0.9m,水平为0.6m。箱梁内模采用组合钢模。

支架预压荷载采用整件钢筋,预压分四级加载,加载采用分级均匀加载,按四级进行,即30%、60%、90%、120%的加载总重。

单节段箱梁砼最大方量700m3,安排两辆泵车,两端同时对称浇筑,浇注顺序从端部向根

振捣。同一端箱梁砼浇注布料部方向依次布料、

从两侧对称并按底板→腹板→顶板→翼板的顺序进行,以确保支架的稳定。

6箱梁转体

箱梁转体采用两套100吨连续千斤顶,利用反力墩牵引转体钢绞线,形成力偶进行转体,转体时上承台、墩身连同上部箱梁整体转动。转

1套油体主要设备为:两套100吨连续千斤顶、

泵及操作平台(两套连续千斤顶共用)、2台100吨YCW助推千斤顶。

6.1转体前的准备工作

转体前主要需做好以下准备工作:

6.1.1电器设备出厂前要进行测试和标定,并在使用前进行试运转,设备空载试运行并检查设备运行是否正常。安装牵引索,穿钢绞线

打搅、扭转。不能交叉、

6.1.2转体前约10天开始拆除砖模,拔除撑脚下方钢契块。试转体前一天解除上、下转盘间的固定装置及支垫。

6.1.3转体前在839墩安装好合拢段吊架及轨道,在838墩安装牵引卷扬机。

6.1.4拆除所有支架的约束后,全面检查转体结构各关键受力部位是否有裂缝及异常情况,若出现重心偏移,在监控人员的现场指导下采用调节梁端配重水箱的水量和砂袋进行配重以确保梁体平衡。

6.1.5安装防超转限位的准备和辅助顶推措施,在启动、止动,微调时使用。在下承台顶面标好刻度线。

6.1.6提前将中跨合拢段两端进行凿毛,

“T”构两端钢筋将梁上物件清理干净。将悬臂

且U盘中只存放一个采集到的为了单片机的存储方便,采用连续数据文件a.dat。存储方式,可以简化单片机的存储部分程序。采集到的现场数据,每采集512字节数据写一次U盘,以扇区为单位主要是考虑到写的效率,并且频繁的写对U盘寿命也有很大的影响。3软件的设计软件的设计主要是系统初始化(单片机初始化、CH375和U盘初始化、数据采集模块初始化)和数据存储。单片机的初始化包括:访问外部RAM使能,开放CH375和数据采集模块的中断。CH375和U盘初始化的命令有:CHECK_EXIST、SET_USB_MODE、DISK_INIT、DISK_READY。数据存储时主要用到的命令:DISK_READ、READ_USB_DATA、DISK_READ_GO、DISK_WRITE。软件流程图如图5。数据采集完毕后,就可以在PC机上按照文件的方式读出采集到的数据,加以处理。(上接97页)程科技对以下关键工序进行了优化:a.原设计支架基

础采用静压PHC桩。在铁路旁采用大型设备静

场地地质条件压PHC桩存在较大的安全隐患,

和场地尺寸受制,经讨论后采用挖孔桩代替PHC桩,与桩基施工同步进行,降低了安全风险,费用有增加,但节省了时间,保证了工期。b.在环形滑道施工过程中,原方案是将镀锌钢板直接安装在下承台砼顶面,由于环形滑道顶

施工难面平整度要求很高,误差在1mm以内,

后改为先将镀锌钢板用螺栓度很大,用时较多。

固定调平,不锈钢板与下承台顶面悬空2~3cm,然后采用支座灌浆料灌实,加快了施工进度,同时提高了施工精度。c.采用在转体前将合拢段吊架安装在839#墩中跨箱梁的前端,转体到位后立即将吊架拖运到位,加快了施工进度。d.节段较少,施工中遇到箱梁顶面预应力束集中太多,经与设计沟通,优化设计,增加齿块分散预应力,减少施工风险。

10心得和体会

10.1细节决定成败,预则立,不预则废。在进行每一道重要工序前,进行方案研讨会和技术交底是非常必要的,在每道工序施工前均进行层层交底,为工程的顺利实施打下了坚实的基础。

10.2加强施工监测是必须的,转体施工对测量精度和施工监控要求更高。

10.3类似转体桥梁施工中,建议取消环形滑道顶面上的四氟滑板,滑道板也可以改成镀锌钢板,厚度加大一点,12~16mm。钢契块会带动四氟滑板一起滑移,造成四氟滑板起鼓,严重变形,反而会增加摩阻力。

10.4承台设计时,顶面辅助墩可以减少到4个,2个启动助力,2个制动限位用。箱梁设计时,预应力分布尽量合理,适当增加齿块。锲块伸进撑脚长度减少到10cm即可。

10.5采用冬季棚罩蒸养施工,确保了砼的早强度满足张拉和管道压浆的保温。

10.62010年4月,架桥机顺利过桥面架梁,检查梁体没有出现任何质量缺陷,说明该转体施工是成功的。

向上及向内弯起,防止影响转体。

6.2试转体和正式转体6.2.1试转体目的:测试转动力大小,记录试转时间和速度,根据实测结果与计算结果比对进行调整转速;通过试转体检查出梁体的转动惯性;仪器运转,人员配合协调。

6.2.2现场采用对讲机进行通讯指挥,采用同种型号的两套液压设备,转体时控制好油表压力,同步观测。

6.2.3结构旋转到距设计位置约2°时应放慢转速,改用点动控制牵引千斤顶,测量在桥面

整个转体过程十分顺精确控制轴线,缓慢就位。

利,用时约30分钟。

7球铰封固

箱梁转体到位后,立即用限位架将梁体平面位置固定好,然后在监控人员的现场指导下,采用砂袋配重进行箱梁标高调整。经过转体和精确定位阶段并检测平面位置、标高均符合设计要求后,立即锁定转体单元,采用锲块打进撑

立模板,浇筑封固砼,使上转盘与底盘脚,焊接。

连成一体。

8合拢段施工

合拢段采用吊架施工,转体到位并用限位架将梁体平面位置临时固定好后,立即用事先安装在箱梁上的卷扬机将中跨合拢段吊架拖运到位,并固定在合拢段两端箱梁上,吊架下方提前安装5mm厚防电板进行防护。

按照“先中跨、后边跨”的原则进行合拢段施工,待箱梁转体到位且平面位置和标高均调整到符合设计要求后,在合拢口位置均用刚性支撑锁定,选择合适的合拢温度,进行合拢段施

按新浇注砼的重量分级卸去平衡重(即分级工。放水),保证平衡施工。合拢段砼选择在一天中气温较低的时段进行浇注。

9施工优化

该转体桥09年6月2日完成桩基施工,09年10月12日上午顺利转体,转体到位后,中跨合拢段两端桥轴线误差为5mm,边跨合拢段两端误差最大为8mm,取得了圆满成功。10月13日进行球铰封固,10月15日凌晨中跨合

10月27日两边跨合拢段砼浇筑。拢段砼浇筑,

施工速度快,质量优,主要得益于在施工过程中结束语数据采集系统的许多关键技术已经成熟,随着新技术的不断出现,数据采集系统的许多方面目前,数据采集系统主要分为集也在一步步完善。中式(在工控机或普通PC机上插入采集卡)和分布式(基于各种总线的采集方式),它们各有优缺在不具备数据采集设备的现场,如果想点。但是,要临时对现场环境的各种数据进行采集,那么基于CH375的移动数据采集系统是一种很简单、方便、廉价的数据采集方案。参考文献[4]刘兰香,张秋生.ATmega128单片机应用与开发实例[M].北京:机械工业出版社,2006,6.[5]金钟夫.AVRATmega128单片机C程序设计与实践[M].北京:北京航空航天大学出版社,2008.

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