[发明专利]基于USB的数据采集系统及其数据采集的方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机领域，尤其涉及一种USB数据采集系统及其数据采集的方法。

背景技术

随着嵌入式微处理器、微控制器的发展，各种控制接口与总线方式呈现多样化，而各种接口标准、总线协议随着嵌入式应用场合的不同，自身各有优缺点。同时，嵌入式控制系统与操控计算机之间的交互方式也越来越呈现统一化的趋势，从原来的串口、并口、1394接口，到现在越来越多的采用USB接口与计算机、或者其他设备之间进行通信，其中USB转串口就是以USB接口代替其他传统接口的典型做法。

通用串行异步通信接口(UART，简称串口或者COM口)是一种较早使用的串行接口。在嵌入式开发平台(如单片机、ARM、FPGA、DSP等)，由于串口开发简单方便，很多设备仍然使用串口与计算机通信。但是随着USB通信接口应用越来越广泛，串口在普通计算机上的配置及应用正逐渐退出历史舞台。为了实现使用串口的嵌入式系统设备与操控计算机或其他等效设备之间的通信，在计算机端需要做的事情是USB接口转串口。

USB是一种总线接口，可以连接不同的设备，也可以模拟一个设备。USB接口转串口的实现方式有两种：

一、用户自定义USB串口设备，开发驱动模块，由驱动模块生成串口。这种方式需要用户设计开发驱动模块，虽然灵活性较强，但是增加了应用难度；

二、使用USB协议中的通信设备类(Communication Device Class，CDC)中的抽象控制模型(Abstract Control Model)子类中的通用AT命令(Common AT Commands)协议，可以增加一个虚拟串口设备。这种方式不需要用户自己开发驱动模块，只需要提供安装驱动的inf文件模块即可，但是灵活性不强，使用受限。

无论采用何种方式，USB接口转串口的实质都是基于USB协议来实现串口的功能，并且USB协议对串口的功能进行了完整的诠释，至于其通信数据、物理接口是否采用串口形式，是无关紧要的。将USB转串口的计算机软件、驱动程序与通信数据链路、物理接口剥离，并在硬件上实现通信数据与物理接口的替换，将其代替为其他通信总线接口形式，即可实现各种接口与USB接口之间的转换。

在工业控制、仪器设备等领域，出现了简易USB接口的逻辑分析仪、USB接口转SPI接口、USB接口转RS485接口、USB接口转CAN接口等实现方法。现有方案大部分不是基于USB转串口的驱动结构来实现的，而是针对特定的接口进行协议转换，计算机端重新开发相应的USB驱动程序与软件。开发成本较高，通用性、灵活性差，不能进行二次开发，而且主要采用USB1.1全速(Full Speed)接口，传输速度受到限制，难以适用于高速大量实时数据采集的应用场合。

发明内容

有鉴于此，有必要提供一种通用的基于USB的数据采集系统及其数据采集的方法，来解决高速大量实时数据采集的问题。

本发明提供的基于USB的数据采集系统，包括计算机、数据传输装置以及数据采集设备。其中，所述计算机对所述数据传输装置进行枚举，通过USB将所述数据传输装置虚拟成串口设备，对虚拟串口设备进行驱动；所述数据采集设备采集数据信息，并将所述数据信息以硬件信号的形式发送至所述数据传输装置；所述数据传输装置包括：总线/接口模块、总线/接口控制模块、数据提取与交换模块以及USB模块，其中，总线/接口模块接收所述硬件信号；总线/接口控制模块根据总线/接口协议对硬件信号进行解析，以获取所述数据信息；数据提取与交换模块提取所述总线/接口控制模块中的数据信息，缓存后将所述数据信息封装为USB数据包；以及USB模块将所述USB数据包发送到所述计算机，其中，所述计算机还用于接收所述USB数据包，完成数据采集。

本发明提供的基于USB的数据采集的方法，用于计算机通过数据传输装置为数据采集设备采集数据信息，包括以下步骤：所述计算机对所述数据传输装置进行枚举，并将所述数据传输装置虚拟成串口设备，对虚拟的串口设备进行驱动；所述数据传输装置初始化，并对总线/接口进行配置与管理；所述计算机发送数据采集指令，启动所述数据采集设备进行数据采集；所述数据采集设备执行数据采集，并将采集到的数据信息以硬件信号的形式发送到所述数据传输装置；所述数据传输装置接收所述硬件信号，并根据总线/接口协议对所述硬件信号进行解析，以获取所述数据信息，对所述数据信息进行缓存，并封装为USB数据包，发送所述USB数据包至所述计算机；所述计算机接收所述USB数据包，解析数据信息，采集完成。