工业级开发中的一些常识
这是一个朋友问我的问题，说实话，我没看清他想问什么，不过看来他对工业现场开发的一系列开发知识，术语，习惯不是很了解，干脆，我讲讲好了。
原文如下：
肖老师您好，今天面试接到这样一个问题，采集设备的数字信号或模拟信号，并且处理之后放到数据库；主要是温度，和空气质量的数据
老师能否给点意见，最好是Java；是否是有某些硬件会接收那个设备的数字信号，然后我们就可以调用那个接收信号设备的接口得到数据；
还说要知道什么传输协议呢？
老师能否给点意见，最好是Java；是否是有某些硬件会接收那个设备的数字信号，然后我们就可以调用那个接收信号设备的接口得到数据；
还说要知道什么传输协议呢？
我的回答：
这个实际上应该算数字电路和模拟电路这两本书的知识了。
不过呢，我做过一点工业控制软件，了解一点，我讲讲我的看法哈，讲得不好，叫做我学艺不精，回去学习再来过哈，呵呵。
在工业现场，有各种设备，如一个开关的状态，嗯，门是开着的还是关着的，还有温度啊，压力啊，转速啊什么的，是求值的。大家看着很乱，很多设备的，有的大型设备，一台就有几千个量，都要采集，大家说乱不乱？
呵呵，其实不乱的，一点都不乱，因为前人早就把工业现场能看得见的参量，归大类，总结为两类输出：
1、开关量：就是前面说的开关状态，注意哦，有很多开关不止两种状态的，但大面上看，都在这几种状态中变来变去，这种变量就叫开关量。嗯，有笔记本的朋友，你们打开合上屏幕，屏幕会变黑，这就是一个开关在起作用，这也是开关量采集。没有笔记本的，嗯，台式机的肚几眼，就是电源开关啦，那个也是开关量，嗯Reset也是，这些都是双状态开关量。多状态例子也有啊，家里有老实电风扇的没有，那几个按钮，1、2、3档风速，多状态，明白了吧。
2、模拟量：就是前面采集的温度、压力啊，转速什么的。这种参量的采集，有个鼎鼎有名的称谓，A/D转换，大家听说过没有，就是把外部模糊的电压、电流，转换为具体的整形数。当然，还有D/A转换，就是把整形数再转换回去，获得控制电流和电压什么的。
不过，这些都是硬件工程师的事情，我们软件工程师呢，其实获得数据一般都是在某个硬件设备的端口读数字了，前面的转换细节，无需我们关心的。这个读口，可以是PC机的IO地址段（去看看汇编语言），其实arm等嵌入式设备也有类似的设计，开发说明书都有读口和打口的方法，硬件工程师只要把线接上，我们就能读出状态变化。
当然，如果对端设备够智能，比如人家内嵌单片机，也可以是从串口读，甚至从网卡读，都可以的。嗯，多说一点哈，网卡其实也是一个开关量设备，最底层的驱动，其实是把网卡从网络上接收到的电平，翻译成数字0，1，经过协议层层转换，才是我们看到的协议报文什么的。
开关量相对简单，比如我们预设低电平是0，那么，当外部总线是+5V或者-5V（取决与硬件工程师设计啊），那么，我们读到的就是1，如果是0V，就是0，就这么简单，当然，如果系统是12V工作，12V来做1也可以啦。
我当年被人弄过一次，有个硬件工程师把线接错了，两根线接到同一根电源5V端子上，而且都带着负载，这下完蛋了，由于这根端子带不起两个并联负载，电压被拉低，除2，只有2.5V。可怜我的程序，一晚上都在0~1之间跳变，屏幕上一个红灯老是闪个不停。
我熬了一个通宵都找不到问题，最后，第二天人家上班，另外一个硬件工程师过来，5秒钟就找到问题了。这个通宵算白熬了。我倒！这叫硬件不出手，软件急的像条狗，呵呵，想起来都郁闷。
模拟量就复杂多了，因为这里面有个很重要的问题，就是采样精度。记得我当年用的比较多的是8235这块片子，它精度是12bits的，就是可以把一个电压量程，细分4096个段，应该是0~FFF，也就是说，不管外面怎么连接，我们读到的数字，是0~4095这个区间的。
这当然是unsigned int了，至于这个数字代表温度多少度，还是压力多少帕，根据前级采样的设备量程自己换算去。硬件也有不行的时候，呵呵，它没办法传单位过来，这要我们软件来转换的。
比如说，我以前买了一个红外线温度探头，它量程是-20~1000度，6000多块呢，它可以输出电流，也可以输出电压，由于电压只有3.8V，而电流可以是0~12A，显然电流精度大得多，我们当时用的就是电流输入来测的。
我这里读到的0~FFF，对应过去就是0~12A，再对应到现场温度，就是-20~1000这么1020个温度。至于比例换算，自己算去。呵呵，大家觉得乱不乱？
应该说，12bits，在工业应用上，精度已经很高了，因为工业现场没那么高的精度，不过，也有更高精度的采样芯片，那个价格哦，涨的就嗖嗖的了。
一般要是16bits精度的，应该就是军用级了。像导弹制导上面的，我估计精度更高。呵呵。
有个例子，像现在高端的数码相机，一般就采用14bits的采样精度，就牛叉得很了，像宾得的K10D，主要卖点就是14bits采样，人家称为中端典范，旗舰产品，牛吧。呵呵。
好了，啰嗦了这么多，其实就是一点工控简单入门的知识啦，也没什么的。
当数据都采集回来了，怎么丢数据库，就不说了吧。一般的关系型数据库都可以，比如说MySQL，SQLServer什么的。
但是，也不能一概而论，工业设备采样有频率要求，一般说来，越精细的设备，频率要求越高。对于太高频的设备，关系型数据库的速度就跟不上了，不能用。
这其实就是我现在正在研究的话题，RTDB，工业级实时数据库。这是另外一大类数据库，特点是功能比较弱，不支持什么SQL访问，但是就是速度快。我们一个基本需求都是20000点/秒的入库速度，还要并发50路查询请求，每个请求还要做插值计算什么的，但是，响应时间不允许超过200ms。Oracel来都都得挂，呵呵。
那怎么办？玩Hash，B+树什么的呗。
Java肯定玩不转，C++都够呛，很多得用纯C，还得在底层自己实现优化。我这段时间光算Olog（2）n，算了几百次，计算书写了几十页，都在算这个效率。
至于协议就简单了，任何时候，通讯双方要传数据，就得遵守一定规约，这个规约就是协议，就是你先说话还是我先说话，咱们怎么同步动作，然后，你先传什么，再传什么，我再来接收，要不要回复你收到没有，什么的，其实很简单。
协议可以自己写，不过，对外的接口，建议尽量靠标准协议，以后好跟别的设备互连啊。说白了，你采集了数据总不能自己拽手里，得拿给大家用不是。嗯，注意哦，一旦数据到了你手里，你就叫采集设备了，上层还可能有其他设备向你要数据的，最后形成一张大网，工业现场的数据管控，运维分析，灾难重演和预防，运营决策分析，就全都展开了。
大家看完晕不晕，呵呵。
嗯，建议大家有兴趣的话，好好学，这个行业是可以轻易产生出百万富翁的。
ok，大家慢慢看哈，有问题再问。
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肖舸