USB接口的虚拟仪器设计与实现
郭瑞 陈麒麟 武雪刚 王东兴
摘 要：远离产地的仪器的维护一直是困扰生产厂家的一个难题。在仪器上设置USB接口，通过该接口将现场数据导出到U盘文件中，通过互联网发送给生产厂家的技术服务人员，技术人员通过分析所收到的现场数据对仪器进行诊断，并生成一组新的配置参数，通过互联网将新的配置参数发送给用户，用户用U盘通过仪器上的USB接口导入新的配置参数，从而实现对仪器功能的修复。所提出的方法可以解决除硬件故障之外的几乎所有其它仪器故障，以及实现硬件故障的诊断，节省了仪器维护时间和差旅费用。
关键词：USB；接口；仪器；维护；数据
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.14.017
1 引言
供暖设备的维护极大的影响用户的生活质量，比如在温差变化较大的地区，会出现室内外，冬夏分不清的现象，温度的实时调节将会显的很重要，因此，对设备的远程维护监控就成为整个系统的关键所在。在信息流通快速的现代，互联网的远程交流以及U盘等便携设备，很容易的将用户与供暖公司联系在一起。
在用户感觉温度达不到使用标准的时候，就需要查找该时间段的运行数据是否正常，用户只需要外接一个U盘，通过操作显示屏将储存的数据导出，再与服务人员联系，通过网络将数据传送给服务人员，技术人员通过数据的分析，对现场仪器进行诊断，并将新的配置参数通过网络发送给用户，用户用U盘将新的配置参数通过显示屏的操作，经由USB接口导入到仪器中，从而实现对设备功能的修复。
对于运行中的问题，由于技术和沟通等问题会导致维修的延迟，而远程维护只需要用户将数据发送给技术人员，不需要维修人员到场即可解决，不仅及时解决了用户的问题，也大大加快了供暖方的维修效率。
远程维护大大节省了仪器维修的时间和差旅费用，除去仪器故障，远程维护也可以在硬件故障检测方面得到很大的提升，定期的运行数据会显示出整个供暖系统的现状，不仅可以解决问题还可以预防可能会发生的问题。故而远程实时监测就显的必不可少。
2 USB2.0接口的硬件电路设计
为了加强后期服务的强度，以及便与工作人员对部分出现问题的用户进行及时的调整，不至于导致在急需供暖的时候出现无法及时解决的尴尬。通过对现有技术的分析，我们计划实施远程问题诊断以及维修，USB数据导出、导入接口的设计。这次设计主要是采用CH376的串行通信功能实现内部数据的导出，以便于技术人员及时的通过收集到的数据找到出现问题的点。
硬件主要使用的是IAP15F2K61S2作为主控芯片，该芯片有多个中断和I/O端口，可以实现复杂的数据通讯；大型FLASH存储芯片W25Q128FVSIG；文件管理芯片CH376，即内部运行数据与外部U盘的连接控制芯片，用于读取单片机保存的数据。内置多种通讯协议固件，这次设计只使用了USB的通讯模块。
如图1所示的FLASH存储芯片，通过SS1、SCLK、MISO、MOSI實现选择、时钟控制、数据输出/输入、数据输入/输出与主控芯片连接实现数据的长期保存。CH376文件管理芯片，该芯片可接U盘连接指示灯，且需要外接12MHz晶振，通过这两种方式确保U盘连接的稳定性，以及数据传输的稳定性和准确性。CH376与主控芯片的连接通过INT、RESET-IN、RD、WR、Addr实现对CH376的中断、复位、读、写、状态的过程控制，将主控芯片数据通过D0～D7并行输入经由CH376的USB接口输送到U盘中。通过USB实现内部数据的导出以及外部数据的导入，实现数据的更换，以及软件的更新换代。
这样可以方便技术人员梳理数据，寻找用户的使用规律得到更好的参数，优化用户的使用舒适度。
3 程序设计
远程控制主要是对数据的存储以及导入、导出，接下来的流程图介绍了本次软件设计的思路。
如图2，FLASH数据存储芯片，只对运行中的数据、参数进行保存，及时保存显示屏的数据，在软件的设计中，数据通过主控芯片采用串行通讯方式存储到FLASH中。
在数据导出的时候，通过存储的地址将FLASH中的数据保存到一个预先设置的缓存空间中，更改数据格式便于数据在U盘中的存储，接着主控芯片与CH376建立连接，确定数据输出中断的开始，从而实现数据的并行输出。
维护数据的导入，以及更新程序的导入运行方式基本相似，只是少了将数据导入FLASH的过程，维护数据通过主控芯片导入并直接在显示屏显示，更新程序将会在主控芯片内部自我更新。
在软件设计中还需要考虑到数据传输的稳定性，通过延时，计算长度，标志位的控制，保证程序的长期稳定。
4 实验测试
为了模拟出较为真实的现实环境，根据现有的资料以及对于具体用户的深入调查，我们模拟架设了整个供暖系统，在很大程度上证明了数据的真实性。再者通过人为控制模拟的室外温度，查看显示屏的数据调节规律，记录室内外温度变化曲线，保留典型数据。之后将数据导出到USB中，对比查看导出数据的准确性。
导入数据的检测验证较为简单，导入的参数可以通过显示屏很直观的查看到，也可以通过外部测温设备验证参数改变对实际环境的影响。在实验中，数据USB的导入导出，通过直观的现象，证实了远程维护的可行性。
5 结论
对于设备的后期维护和技术支持上开发人员在设计时加入了远程维护U盘这一模块。即用户将设备数据导入到U盘中发送给技术人员，技术人员可对设备数据进行分析、评测，这样用户就可以知道设备运行情况。而且通过U盘用户还可以进行固件升级和软件更新。
U盘的数据交换，迎合了现在科技的大潮流物联网和大数据。通过用户与技术人员的数据分享，在一定程度上达到了节能减排，优化供暖。现在供暖正趋向与大范围、大区域，在后期的研发中我们会充分利用大数据平台和物联网优势。优化数据的共享方式，如短信，APP等。
参考文献：
[1]赵明.基于USB2.0的高速数据采集系统[J].信息技术，2015：12-25.
[2]王会鹏.电子仪器设备的运转及维护[J].电子技术与软件工程，2016：09-23.
[3]席赫岐.基于USB接口的高速信号采集系统设计[J].信息系统工程，2016：12-20.
[4]丁宏.基于USB下数据通信系统的分析[J].数字通信世界， 2017：9-01.
作者简介：郭瑞（1993-），男，山西吕梁人，硕士研究生，研究方向：仪器仪表、机器视觉。
