利用USB接口實現儀器設備遠程維護

郭瑞 陳麒麟 武雪剛 王東興

摘 要：遠離產地的儀器的維護一直是困擾生產廠家的一個難題。在儀器上設置USB接口，通過該接口將現場數據導出到U盤文件中，通過互聯網發送給生產廠家的技術服務人員，技術人員通過分析所收到的現場數據對儀器進行診斷，并生成一組新的配置參數，通過互聯網將新的配置參數發送給用戶，用戶用U盤通過儀器上的USB接口導入新的配置參數，從而實現對儀器功能的修復。所提出的方法可以解決除硬件故障之外的幾乎所有其它儀器故障，以及實現硬件故障的診斷，節省了儀器維護時間和差旅費用。

關鍵詞：USB；接口；儀器；維護；數據

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.14.017

1 引言

供暖設備的維護極大的影響用戶的生活質量，比如在溫差變化較大的地區，會出現室內外，冬夏分不清的現象，溫度的實時調節將會顯的很重要，因此，對設備的遠程維護監控就成為整個系統的關鍵所在。在信息流通快速的現代，互聯網的遠程交流以及U盤等便攜設備，很容易的將用戶與供暖公司聯系在一起。

在用戶感覺溫度達不到使用標準的時候，就需要查找該時間段的運行數據是否正常，用戶只需要外接一個U盤，通過操作顯示屏將儲存的數據導出，再與服務人員聯系，通過網絡將數據傳送給服務人員，技術人員通過數據的分析，對現場儀器進行診斷，并將新的配置參數通過網絡發送給用戶，用戶用U盤將新的配置參數通過顯示屏的操作，經由USB接口導入到儀器中，從而實現對設備功能的修復。

對于運行中的問題，由于技術和溝通等問題會導致維修的延遲，而遠程維護只需要用戶將數據發送給技術人員，不需要維修人員到場即可解決，不僅及時解決了用戶的問題，也大大加快了供暖方的維修效率。

遠程維護大大節省了儀器維修的時間和差旅費用，除去儀器故障，遠程維護也可以在硬件故障檢測方面得到很大的提升，定期的運行數據會顯示出整個供暖系統的現狀，不僅可以解決問題還可以預防可能會發生的問題。故而遠程實時監測就顯的必不可少。

2 USB2.0接口的硬件電路設計

為了加強后期服務的強度，以及便與工作人員對部分出現問題的用戶進行及時的調整，不至于導致在急需供暖的時候出現無法及時解決的尷尬。通過對現有技術的分析，我們計劃實施遠程問題診斷以及維修，USB數據導出、導入接口的設計。這次設計主要是采用CH376的串行通信功能實現內部數據的導出，以便于技術人員及時的通過收集到的數據找到出現問題的點。

硬件主要使用的是IAP15F2K61S2作為主控芯片，該芯片有多個中斷和I/O端口，可以實現復雜的數據通訊；大型FLASH存儲芯片W25Q128FVSIG；文件管理芯片CH376，即內部運行數據與外部U盤的連接控制芯片，用于讀取單片機保存的數據。內置多種通訊協議固件，這次設計只使用了USB的通訊模塊。

如圖1所示的FLASH存儲芯片，通過SS1、SCLK、MISO、MOSI實現選擇、時鐘控制、數據輸出/輸入、數據輸入/輸出與主控芯片連接實現數據的長期保存。CH376文件管理芯片，該芯片可接U盤連接指示燈，且需要外接12MHz晶振，通過這兩種方式確保U盤連接的穩定性，以及數據傳輸的穩定性和準確性。CH376與主控芯片的連接通過INT、RESET-IN、RD、WR、Addr實現對CH376的中斷、復位、讀、寫、狀態的過程控制，將主控芯片數據通過D0～D7并行輸入經由CH376的USB接口輸送到U盤中。通過USB實現內部數據的導出以及外部數據的導入，實現數據的更換，以及軟件的更新換代。

這樣可以方便技術人員梳理數據，尋找用戶的使用規律得到更好的參數，優化用戶的使用舒適度。

3 程序設計

遠程控制主要是對數據的存儲以及導入、導出，接下來的流程圖介紹了本次軟件設計的思路。

如圖2，FLASH數據存儲芯片，只對運行中的數據、參數進行保存，及時保存顯示屏的數據，在軟件的設計中，數據通過主控芯片采用串行通訊方式存儲到FLASH中。

在數據導出的時候，通過存儲的地址將FLASH中的數據保存到一個預先設置的緩存空間中，更改數據格式便于數據在U盤中的存儲，接著主控芯片與CH376建立連接，確定數據輸出中斷的開始，從而實現數據的并行輸出。

維護數據的導入，以及更新程序的導入運行方式基本相似，只是少了將數據導入FLASH的過程，維護數據通過主控芯片導入并直接在顯示屏顯示，更新程序將會在主控芯片內部自我更新。

在軟件設計中還需要考慮到數據傳輸的穩定性，通過延時，計算長度，標志位的控制，保證程序的長期穩定。

4 實驗測試

為了模擬出較為真實的現實環境，根據現有的資料以及對于具體用戶的深入調查，我們模擬架設了整個供暖系統，在很大程度上證明了數據的真實性。再者通過人為控制模擬的室外溫度，查看顯示屏的數據調節規律，記錄室內外溫度變化曲線，保留典型數據。之后將數據導出到USB中，對比查看導出數據的準確性。

導入數據的檢測驗證較為簡單，導入的參數可以通過顯示屏很直觀的查看到，也可以通過外部測溫設備驗證參數改變對實際環境的影響。在實驗中，數據USB的導入導出，通過直觀的現象，證實了遠程維護的可行性。

5 結論

對于設備的后期維護和技術支持上開發人員在設計時加入了遠程維護U盤這一模塊。即用戶將設備數據導入到U盤中發送給技術人員，技術人員可對設備數據進行分析、評測，這樣用戶就可以知道設備運行情況。而且通過U盤用戶還可以進行固件升級和軟件更新。

U盤的數據交換，迎合了現在科技的大潮流物聯網和大數據。通過用戶與技術人員的數據分享，在一定程度上達到了節能減排，優化供暖。現在供暖正趨向與大范圍、大區域，在后期的研發中我們會充分利用大數據平臺和物聯網優勢。優化數據的共享方式，如短信，APP等。

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作者簡介：郭瑞（1993-），男，山西呂梁人，碩士研究生，研究方向：儀器儀表、機器視覺。