01系统概述与需求分析

多通道同步采集高精度实时显示产线/实验室/环境采样率·隔离

02硬件选型与架构设计

STM32/ESP32/树莓派ADS1256/AD7190信号调理·分压滤波USB/RS232/以太网

03通信协议设计

Modbus RTU帧结构CRC校验·功能码SCPI兼容命令集超时重传·帧同步

04上位机开发环境搭建

Anaconda/VirtualenvPyQt5/PySide6pyvisa/pyserialVS Code/PyCharm

05串口通信基础

pyserial端口枚举同步/异步读取数据分包与粘包串口调试工具

06Modbus RTU协议实现

CRC16查表/计算主站类·读/写寄存器异常码处理多从站轮询

07多通道数据采集核心

顺序/并行/中断扫描采样率·高精度计时数据对齐与时间戳通道使能与屏蔽

08数据缓存与队列设计

环形缓冲区RingBuffer生产者-消费者模式Queue·丢帧检测多线程安全访问

09PyQt5界面框架搭建

QMainWindow布局菜单栏·工具栏·状态栏信号与槽机制MVC模式分离

10实时数据显示控件

QTableWidget动态刷新QChart波形绘制QLCDNumber仪表盘分页·高亮告警

11参数配置界面设计

通道量程·采样率·滤波通信波特率·校验位存储路径·日志级别JSON/XML读写

12数据存储方案设计

CSV追加·文件分割SQLite表结构·批量插入HDF5高性能存储定时/条件触发

13历史数据回放与分析

CSV解析·数据库筛选波形回放·时间轴缩放游标测量·统计报表生成

14多线程与并发编程

QThread工作线程信号/槽·事件通信互斥锁·信号量线程池·GIL

15异常处理与日志系统

全局异常捕获logging分级·轮转远程日志发送调试/发布模式

16固件升级与远程维护

Bootloader设计YModem/XModem上位机固件升级OTA·配置备份

17校准与补偿算法

零点/满量程校准温度补偿·多项式拟合线性度·最小二乘法串扰补偿·系数管理

18高级信号处理

移动平均/中值/卡尔曼FFT频谱分析True RMS有效值峰值检测·触发捕捉

19多设备级联与同步

级联拓扑·IEEE 1588硬件/软件触发同步数据融合与拼接分布式采集架构

20Web远程监控

Flask/FastAPIWebSocket实时推送RESTful APIECharts仪表盘·移动端

21数据可视化大屏

Grid布局·仪表盘历史趋势图告警事件流多维度表格/图表

22自动化测试脚本

unittest/pytest硬件在环HIL长时间稳定性测试边界条件·报告自动生成

23性能优化与调优

采样率瓶颈分析内存池·对象复用异步IO/协程数据库写入·界面渲染

24安全性与可靠性设计

AES/RSA加密TLS/SSL通信加密RBAC权限管理看门狗·双机热备

25实战：温度采集系统

热电偶/热电阻调理冷端补偿·NIST查表多通道温度监控超温告警与记录

26实战：电池测试系统

充放电曲线采集内阻测量·容量计算循环寿命测试数据报表生成

27实战：振动监测系统

加速度传感器采集时域/频域分析特征值·峰值/均方根报警阈值·趋势预测

28实战：环境监测站

温湿度/气压/PM2.5多传感器融合远程数据上报太阳能供电管理

29项目部署与交付

PyInstaller/NuitkaInno Setup/NSIS用户手册·版本管理CI/CD持续集成

30课程总结与进阶方向

系统架构回顾常见问题与解决方案IIoT·边缘计算AI开源社区与资源