物联网开发入门学习笔记（二）：数据采集技术

一、概述

1、数字与模拟

计算机世界由0，1构成，我们看到的所有与计算机相关的事物都可以用二进制来描述

人类世界是一个模拟世界，计算机所使用的数字信号虽然方便但在现实生活中无处可寻。

2、数字和模拟转换 - ADC/DAC

ADC接口将外接的模拟信号转换为数字信号在单片机使用

DAC接口将单片机内的数字信号输出为一个模拟信号来进行使用，若不使用DAC对电压进行分级，接口只能表示低电平或高电平。

3、数据采集与通信

Data acquisition，DAQ ，指从传感器和其他待测设备等模拟和数字单元中自动采集非电量或电量信号，送到上位机中进行分析，处理。

数据采集需要先建立通信链路，两者建立通信的媒介为信道

按数据传递的方向和时间关系，通信方式分单工，半双工，全双工

4、通信方式分类

在数字通信中，按数字信号编码排列顺序可分为：并行和串行

按通信对象数量不同分为：点到点，点到多点，多点到多点

按同步方式不同分为：同步通信和异步通信

二、数据采集接口

1、通用可编程I/O接口GPIO

general purpose input/output。用于控制结构简单的外部设备或电路，这些设备或电路通常只要求有开/关两种状态。

以STM32单片机为例，通常GPIO支持4种输入模式（浮空输入，上拉输入，下拉输入，模拟输入）和4种输出模式（开漏输出，开漏复用输出，推挽输出，推挽复用输出）

GPIO一般支持三种最大翻转速度（2MHz，10MHz，50MHz）

2、UART总线接口

universsal asynchronous receiver/transmitter  通用异步收发传输器。是一种串行异步收发协议，是将传输数据的每个字符一位接一位的传输：

将数据的二进制位一位一位的进行传输。

在UART通讯协议中信号线上的状态位高电平代表“1”，低电平代表“0”.

当然两个设备使用UART串口通讯时，必须先约定好传输速率和一些数据位。

3、IIC总线接口

inter-integrated circuit bus 。是由Philips公司开发的一种简单，双向二线制同步串行总线，半双工通信，以字节为单位传输数据，常用于微控制器与外设之间的连接：每个设备都可以作为主设备或从设备，每个设备都会对应一个唯一的地址。

4、SPI总线接口

serial peripheral interface 串行外设接口。是一种四线制同步串行外设接口，可以使用MCU与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息：

用于EEPROM，FLASH，实时时钟，AD转换器，还有数字信号处理器和数字信号解码器之间。

以主从方式进行数据通信，提供时钟的为主设备（master），接收时钟的设备为从设备（slave）。

5、DMA接口

direct memory access 直接存储器访问。其作用是无需经过CPU而进行数据传输。

DMA传输方式无需CPU直接控制传输，也没有中断处理方式那样保留现场和恢复现场的过程，通过硬件为RAM与IO设备开辟一条直接传送数据的通道，能使CPU的i效率大为提高。

DMA控制器（DMAC）可替代CPU驱动生产数据访问的地址，并执行数据的读写操作

DMA主要由硬件实现，是外设和内存之间交换数据的主要方式之一。

6、系统中断

中断是指计算机运行过程中，出现某些意外情况需要主机干预时，机器能自动停止正在运行的程序并转入处理新情况的程序，处理完毕后又返回原来被暂停的程序继续运行。

三、数据采集接口协议

1、概述

基于数据采集的接口，通过连接通信组件，可以形成满足不同数据采集业务场景的接口协议，主要包括有线和无线通信技术。

有线传输的方式主要有电线载波，同轴线，开关量信号线，RS-232串口，RS-485，USB，CAN等

无线传输分两类：短距无线和低功耗广域网

2、有线通信技术

3、无线通信技术

4、LPWAN通信技术