随机波浪数据采集与处理技术的研究
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ｌｏｇｉｃ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｈｅ ＣＰＬＤ ｃｏｎｔｒｏｌｓ ＡＤ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ ａｎｄ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒｓ ｄｉｇｉｔａｌｌｙ－ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ａｎａｌｏｇ ｓｗｉｔｃｈｅｓ．ＱｕａｒｔｕｓⅡ ｓｏｆ ｔｗａｒｅ ｔｈａｔ ｉＳ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｏｏｌ ｏｆ ｔｈｅ ＣＰＬＤ，ｃｏｎｔａｉｎｓ ｔｈｅ ＩＰ ｆＩｎｔｅｌｌｅｃｔｕａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｙ）ｍｏｄｕｌｅ，ｗｈｉｃｈ ａｃｃｅｌｅｒａｔｅ ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ
以转换为机 械能 ，因此 可以利用其产 生的大量 机械能进行 发 电。鉴于 以上种种 ，充分 的体现 出河 口海岸 为我们 的生 产 和生活带来 的 巨大 的经济效益 。因此 ，必须 对波浪 问题 进 行全面 、详 细地研究 ，及 时获得精 确的第一 手资料 ，而 随机波浪 的采 集与处理 技术 的研究 ，不仅可 以随时观察波 浪的变 化 ，正确地 描述 波浪 ，而且还能计算波 浪蕴含 的能量 ， 使 我们 能更 好地 防范或利用这 种能量 ，把 海岸工程 、海 洋 工程等技术 运用得更 加安全 、经 济 、合理 ，对 国家和人 民 来 说意义重 大。所 以它具有很高 的研究价值 。
第 ２３卷 第 １期 ２０１６年 １月
仪 器 仪 表 用 户
ＮＳＴＲＵＭ ＥＮ １０Ｎ
ＥＩＣ Ｖｏ１．２３ ２０ｌ６ Ｎｏ．ｉ
随机 波 浪 数 据 采 集 与 处 理技 术 的研 究
孙颖 ，许德浩
（天津 中环 自动化技术控制设备有限公司，天津 ３００３８４）
摘 要 ：本 文设计采集板 主要 是ＣＰＬＤ为核心和相关 的协议来实现计 算机通 过并 口ＥＰＰ控制其他芯片 的通信 。本文设 计了多路采集 系统 ，提 高采集的速度 。利用 ＣＰＬＤ逻辑设计控 ￣Ｉ］ＡＤ模数转换器和 多路 数字控制模拟开关 。ＣＰＬＤ的 开发工具是Ｑｕａｒｔｕｓ ＩＩ软件 ，它包含知识产权模块 ，加快了设计 的进程 ，提 高系统性 能。由于Ｗ ｉｎｄｏｗｓ对 系统底层 操 作采取了屏蔽的策略 ，增强型并行接 口ＥＰＰ不能直接读取ＣＰＵ中的Ｉ／Ｏ控 制器 中寄存器 的数据 ，只有借 助Ｗ ｉｎＩｏ来实 现对 这些寄存 器的访 问 ，利 用Ｗｉｎｌｏ函数库来实现对 ＰＣ机并行端 口的操作 ，从而实现与外部设备的数据传输 。对 于 随机 采集到的数据 ，它 的变化形式是预先 无法确定 的。因此这种变化必须用随机函数加 以描述 。本 文使 用经典谱 估 计的周期图法 来计算 出随机 函数 的特征 。然后用Ｖｉｓｕａｌ ｃ＋＋６．０对话框 工程 编辑 界面 ，用ＶＣ语言编写消息函数 ，完成 数据采集 处理 的界面 。 关键词 ：波浪；数据 采集硬件设计 ；处理数据 方法；ＣＰＬＤ；ＥＰＰ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ．ｉｔ ｉＳ ＣＰＬＤ ａｓ ｔｈｅ ｃｏｒｅ ａｎｄ ｒｅｌａｔｅｄ ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｃｈｉｐ ｔｈｒｏｕｇｈ ｐａｒａｌｌｅｌ ｐｏｒｔ ＥＰＰ ｉｎ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ．Ｔｈｅ ｍ ｕｌｔｉ—ｃｈａｎｎｅｌ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｓｐｅｅｄ ｏｆ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ．Ｔｈｅ
ｄａｔａ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ｉｓ ｃｏｍｐｉｌｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｄｉａｌｏｇ ｐｒｏｊｅｃｔ ｗｉｔｈ Ｖｉｓｕａｌ Ｃ ＋＋６．０，ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｓｓａｇｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｉｓ ｗｒｉｔｔｅｎ ｗｉｔｈ ＶＣ ｌａｎｇｕａｇｅ，
ｗｈｉｃｈ ｃｏｍｐｌｅｔｅ ｉｎｔｅｒｆａｅｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄａｔａ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗ ｏｒｄｓ：ｔｈｅ ｗａｖｅｓ；ｃｏｌｌｅｃｔ ｄａｔａ ｈａｒｄｗａｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ；ｄａｔａ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ；ＣＰＬＤ；ＥＰＰ
ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ Ｗ ｉｎｄｏｗｓ ａｄｏｐｔｅｄ ａ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｏｆ ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ’Ｓ ｕｎｄｅｒｌｙｉｎｇ，ＥＰＰ ｃａｎ’ｔ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｒｅａｄ ｄａｔａ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅｇｉｓｔｅｒｓ ｏｆ Ｉ／Ｏ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．Ｏｎｌｙ Ｗ ｉｎＩｏ ｉＳ ａｐｐｌｉｅｄ ｔ０ ａｃｈｉｅｖｅ ａｃｃｅｓｓ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅｇｉｓｔｅｒ．Ｔｈｅ Ｗ ｉｎＩｏ ｌｉｂｒａｒｙ ｃａｎ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ＰＣ ｐａｒａｌｌｅｌ ｐｏｒｔ．ｓｏ ａｓ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｄａｔａ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｗｉｔｈ ｅｘｔｅｒ ｎ ａｌ ｄｅｖｉｃｅｓ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ．ｔｈｅ ｐｅｒｉｏｄｏｇｒａｍ ｏｆ ｔｈｅ ｃｌａｓｓｉｃ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｉＳ ｕｓｅｄ ｔｏ ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｔｈｅ ｒａｎｄｏｍ ｆｕｎｅｔｉｏｎ．Ｔｈｅｎ ｉｎｔｅｒｆａｅｅ ｏｆ
中图分类号Байду номын сангаас：ＴＨ
文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：１６７１－１０４１（２０１６）０１－００４２－０５
Ｒａｎｄｏｍ Ｗ ａｖｅ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ
Ｓｕｎ Ｙｉｎｇ，Ｘｕ Ｄ ｅｈａｏ
（Ｃｅｎｔｒａｌ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，Ｌｔｄ ｏｆ Ｔｉａｎｊｉｎ，Ｔｉａｎｊｉｎ，３００３８４，Ｃｈｉｎａ）
０ 引言
地球上水域部分的面积 占整个地球表面积 的 ２／３，而陆 地 面积仅仅 占地球 表面的 １１３。我 国大陆濒 临四大海域 地区 分别是北海 ，黄海 ，东海 ，南海 ，具有丰富的海岸带资源。 人类栖息 、生产 、贸易活动的主要 地带 之一 就是河 口海岸 区， 据相关资料显示 ，世界 每年的水产收获 中 ８８％是来 自海洋 的。海洋深 处也 蕴藏着丰 富的矿产 ，如煤 、石油 、天然气等 ， 这些 矿产的不断开发与利用给人类带来 了莫大 的经济效益 。 海岸带 的潮起潮落 ，同样蕴藏着无 穷 的潮汐 能 ，潮汐 能可
以转换为机 械能 ，因此 可以利用其产 生的大量 机械能进行 发 电。鉴于 以上种种 ，充分 的体现 出河 口海岸 为我们 的生 产 和生活带来 的 巨大 的经济效益 。因此 ，必须 对波浪 问题 进 行全面 、详 细地研究 ，及 时获得精 确的第一 手资料 ，而 随机波浪 的采 集与处理 技术 的研究 ，不仅可 以随时观察波 浪的变 化 ，正确地 描述 波浪 ，而且还能计算波 浪蕴含 的能量 ， 使 我们 能更 好地 防范或利用这 种能量 ，把 海岸工程 、海 洋 工程等技术 运用得更 加安全 、经 济 、合理 ，对 国家和人 民 来 说意义重 大。所 以它具有很高 的研究价值 。
第 ２３卷 第 １期 ２０１６年 １月
仪 器 仪 表 用 户
ＮＳＴＲＵＭ ＥＮ １０Ｎ
ＥＩＣ Ｖｏ１．２３ ２０ｌ６ Ｎｏ．ｉ
随机 波 浪 数 据 采 集 与 处 理技 术 的研 究
孙颖 ，许德浩
（天津 中环 自动化技术控制设备有限公司，天津 ３００３８４）
摘 要 ：本 文设计采集板 主要 是ＣＰＬＤ为核心和相关 的协议来实现计 算机通 过并 口ＥＰＰ控制其他芯片 的通信 。本文设 计了多路采集 系统 ，提 高采集的速度 。利用 ＣＰＬＤ逻辑设计控 ￣Ｉ］ＡＤ模数转换器和 多路 数字控制模拟开关 。ＣＰＬＤ的 开发工具是Ｑｕａｒｔｕｓ ＩＩ软件 ，它包含知识产权模块 ，加快了设计 的进程 ，提 高系统性 能。由于Ｗ ｉｎｄｏｗｓ对 系统底层 操 作采取了屏蔽的策略 ，增强型并行接 口ＥＰＰ不能直接读取ＣＰＵ中的Ｉ／Ｏ控 制器 中寄存器 的数据 ，只有借 助Ｗ ｉｎＩｏ来实 现对 这些寄存 器的访 问 ，利 用Ｗｉｎｌｏ函数库来实现对 ＰＣ机并行端 口的操作 ，从而实现与外部设备的数据传输 。对 于 随机 采集到的数据 ，它 的变化形式是预先 无法确定 的。因此这种变化必须用随机函数加 以描述 。本 文使 用经典谱 估 计的周期图法 来计算 出随机 函数 的特征 。然后用Ｖｉｓｕａｌ ｃ＋＋６．０对话框 工程 编辑 界面 ，用ＶＣ语言编写消息函数 ，完成 数据采集 处理 的界面 。 关键词 ：波浪；数据 采集硬件设计 ；处理数据 方法；ＣＰＬＤ；ＥＰＰ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ．ｉｔ ｉＳ ＣＰＬＤ ａｓ ｔｈｅ ｃｏｒｅ ａｎｄ ｒｅｌａｔｅｄ ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｃｈｉｐ ｔｈｒｏｕｇｈ ｐａｒａｌｌｅｌ ｐｏｒｔ ＥＰＰ ｉｎ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｃｉｒｃｕｉｔ．Ｔｈｅ ｍ ｕｌｔｉ—ｃｈａｎｎｅｌ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｗｈｉｃｈ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｓｐｅｅｄ ｏｆ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ．Ｔｈｅ
ｄａｔａ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ｉｓ ｃｏｍｐｉｌｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｄｉａｌｏｇ ｐｒｏｊｅｃｔ ｗｉｔｈ Ｖｉｓｕａｌ Ｃ ＋＋６．０，ａｎｄ ｔｈｅ ｍｅｓｓａｇｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｉｓ ｗｒｉｔｔｅｎ ｗｉｔｈ ＶＣ ｌａｎｇｕａｇｅ，
ｗｈｉｃｈ ｃｏｍｐｌｅｔｅ ｉｎｔｅｒｆａｅｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄａｔａ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ． Ｋｅｙ ｗ ｏｒｄｓ：ｔｈｅ ｗａｖｅｓ；ｃｏｌｌｅｃｔ ｄａｔａ ｈａｒｄｗａｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ；ｄａｔａ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ；ＣＰＬＤ；ＥＰＰ
ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ Ｗ ｉｎｄｏｗｓ ａｄｏｐｔｅｄ ａ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｏｆ ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ’Ｓ ｕｎｄｅｒｌｙｉｎｇ，ＥＰＰ ｃａｎ’ｔ ｄｉｒｅｃｔｌｙ ｒｅａｄ ｄａｔａ ｉｎ ｔｈｅ ｒｅｇｉｓｔｅｒｓ ｏｆ Ｉ／Ｏ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．Ｏｎｌｙ Ｗ ｉｎＩｏ ｉＳ ａｐｐｌｉｅｄ ｔ０ ａｃｈｉｅｖｅ ａｃｃｅｓｓ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅｇｉｓｔｅｒ．Ｔｈｅ Ｗ ｉｎＩｏ ｌｉｂｒａｒｙ ｃａｎ ｒｅａｌｉｚｅ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ＰＣ ｐａｒａｌｌｅｌ ｐｏｒｔ．ｓｏ ａｓ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ｄａｔａ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｗｉｔｈ ｅｘｔｅｒ ｎ ａｌ ｄｅｖｉｃｅｓ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ．ｔｈｅ ｐｅｒｉｏｄｏｇｒａｍ ｏｆ ｔｈｅ ｃｌａｓｓｉｃ ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ ｉＳ ｕｓｅｄ ｔｏ ｃａｌｃｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｔｈｅ ｒａｎｄｏｍ ｆｕｎｅｔｉｏｎ．Ｔｈｅｎ ｉｎｔｅｒｆａｅｅ ｏｆ
中图分类号Байду номын сангаас：ＴＨ
文献标识码 ：Ａ
文章编号 ：１６７１－１０４１（２０１６）０１－００４２－０５
Ｒａｎｄｏｍ Ｗ ａｖｅ Ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ
Ｓｕｎ Ｙｉｎｇ，Ｘｕ Ｄ ｅｈａｏ
（Ｃｅｎｔｒａｌ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，Ｌｔｄ ｏｆ Ｔｉａｎｊｉｎ，Ｔｉａｎｊｉｎ，３００３８４，Ｃｈｉｎａ）
０ 引言
地球上水域部分的面积 占整个地球表面积 的 ２／３，而陆 地 面积仅仅 占地球 表面的 １１３。我 国大陆濒 临四大海域 地区 分别是北海 ，黄海 ，东海 ，南海 ，具有丰富的海岸带资源。 人类栖息 、生产 、贸易活动的主要 地带 之一 就是河 口海岸 区， 据相关资料显示 ，世界 每年的水产收获 中 ８８％是来 自海洋 的。海洋深 处也 蕴藏着丰 富的矿产 ，如煤 、石油 、天然气等 ， 这些 矿产的不断开发与利用给人类带来 了莫大 的经济效益 。 海岸带 的潮起潮落 ，同样蕴藏着无 穷 的潮汐 能 ，潮汐 能可