在PC架构和嵌入式架构中通用的数据采集系统及控制方法技术方案

本发明专利技术提供了在PC架构和嵌入式架构中通用的数据采集系统，在PC架构和嵌入式架构中的通用模块包括：数据采集模块、文件记录模块、日志模块、时序模块、数据传输模块和人机界面模块；所述数据采集模块、文件记录模块、日志模块设置在PC架构的上位机CPU或嵌入式架构的嵌入式CPU中，所述时序模块和数据传输模块设置在FPGA中；所述嵌入式架构还包括网络通信模块。本发明专利技术还提供了在PC架构和嵌入式架构中通用的数据采集系统的控制方法。本发明专利技术基于通用化和模块化的开发理念，在PC架构和嵌入式架构中设置了通用功能模块，简化和规范了数据采集系统，保证了系统长期可靠的稳定运行，也便于系统的维护和持续优化。

【技术实现步骤摘要】
在PC架构和嵌入式架构中通用的数据采集系统及控制方法
本专利技术涉及数据采集系统
，具体地，涉及在PC架构和嵌入式架构中通用的数据采集系统及控制方法。
技术介绍
基于PC技术的虚拟仪器技术近些年来迅猛发展，工业界已经有统一的硬件和驱动的架构。同时又出现了可供二次开发的嵌入式的数据采集平台。基于PC的数据采集系统结构简单、采集性能高，得到广泛的应用。与基于PC平台的采集模块与计算机一体化系统比较，嵌入式数据采集系统有以下优点：1)可以被放置在靠近被测对象的位置，提高信号质量；2)可以做无风扇低功耗设计，满足严酷环境的宽温及抗振高可靠运行的需求；3)可以提供数据处理能力，实现边缘计算，降低主控计算机的负担。基于嵌入式平台的数据采集系统具有使用方便、部署灵活、运行可靠、便于扩展等特点，在现场测试、长期监测、高可靠测试、大通道数据采集、高速数据采集等领域得到了越来越广泛的应用。但如果能把PC架构的数据采集系统和嵌入式系统的数据采集系统使用统一的数据采集架构开发实现，则能大大提供开发效率和系统的稳定可靠性。统一的硬件和驱动架构、图形化开发语言LabVIEW的强大开发功能，已经在LabVIEW环境下可开发的嵌入式硬件越来越多。软硬件开发平台的统一，统一数采架构的实现变得可能。同时在数据采集系统应用的开发过程中，会遇到许多重复的功能模块的开发，例如需要支持对多种输入类型(不同系统输入类型要求有区别)，数据的高效处理与系统内部传输共享，数据存储功能的定义与实现，高可靠的数据传输通信，多系统之间同步采集的实现等问题。这是数据采集系统在PC架构和嵌入式架构中通用所面临的挑战，也是研究的热点所在。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种在PC架构和嵌入式架构中通用的数据采集系统及控制方法。本专利技术基于通用化和模块化的开发理念，在PC架构和嵌入式架构中设置了通用功能模块，简化和规范了数据采集系统，保证了系统长期可靠的稳定运行，也便于系统的维护和持续优化。根据本专利技术的一个方面，提供在PC架构和嵌入式架构中通用的数据采集系统，在PC架构和嵌入式架构中的通用模块包括：数据采集模块、文件记录模块、日志模块、时序模块、数据传输模块和人机界面模块；所述数据采集模块、文件记录模块、日志模块设置在PC架构的上位机CPU或嵌入式架构的嵌入式CPU中，所述时序模块和数据传输模块设置在FPGA中；其中，--所述人机界面模块用于配置数据采集系统与采集通道的信息，并向日志模块和数据采集模块发出指令，以及将从数据采集模块中获取的数据文件进行数据实时显示与分析，数据存储，以及离线数据的回放与分析；所述人机界面模块是运行于PC系统上的通用软件界面，其采集界面提供了丰富的数据显示与分析功能，并支持用户根据需要在软件界面中自定义数据的处理算法和显示布局，可以建立多个标签页、显示控件等；--所述数据采集模块同时支持多个数据采集系统进行同步采集，用于根据人机界面模块发出的指令调用时序模块进行数据采集，以及在线实时处理数据；数据采集模块是数据采集系统的核心；--所述文件记录模块根据系统设置将采集到的数据进行本地存储，并通过FTP协议传输给人机界面模块；其受限于容量，数据会定期被新数据覆盖，可根据需要选择不同的储存容量，或及时导出到上位机；--所述日志模块记录数据采集模块的运行状态和故障信息，供人机界面模块调用和查看；--所述时序模块包括依次连接的IO模块、锁相环和重采样，所述IO模块控制和读取与其连接的时钟、传感器和串口的信息，并将数据直接传输给重采样模块，或通过锁相环进行同步时钟和采样时钟处理后再传输给重采样模块；--所述数据传输模块将时序模块的数据信息传输给数据采集模块。优选的，所述数据采集模块通过采用面向对象技术进行驱动封装，采用继承和重载方法统一函数接口。数据采集模块需要支持不同硬件平台及类型的采集模块，要做到通用性，则需对驱动做好封装，使得驱动函数具有标准的接口，方便数据采集模块按照统一的方式调用；所述数据采集模块使用面向对象技术对采集模块驱动封装，利用类的继承和重载等方法实现函数接口的统一，以实现不同采集模块具体的功能。数据采集模块调用统一的驱动，在运行时根据系统及通道的设置信息决定调用具体的采集模块的驱动函数。合理的抽象和封装，充分的重用与持续的完善使得单个数据采集系统应用程序的开发变得模块化，相关的新开发工作量大大减少，在提高开发效率的同时也保证了系统的高可靠性和先进性，也便于系统的维护和持续优化。优选的，所述嵌入式架构还包括网络通信模块，所述网络通信模块包括数据接口、指令接口和调试接口三部分，它们之间协同完成嵌入式数据采集系统与上位机之间的信息和数据的交互。网络通信模块只存在于嵌入式数采架构中，基于PC架构的人机界面模块可以直接与数据采集模块、日志模块、文件记录模块交换数据、状态和指令。优选的，所述数据接口将数据采集模块采集的数据通过TCP协议实时发送给人机界面模块；所述指令接口接收人机界面模块发送的指令和设置信息；所述调试接口将所有模块的运行状态信息及错误信息通过UDP协议进行广播，并记录在日志模块的制定文件中。同时通信双方TCP连接具有故障检测与重连机制，提高双方之间数据流传输的稳定性。优选的，所述数据接口发送的实时数据流采用通用的数据格式和发送机制，使得数据采集系统、通道组、各通道以及采集数据的信息自完备，人机界面模块接收到数据后自动解释配置信息和采集数据。优选的，所述时序模块的同步机制采用GPS、外时钟、PTP或NTP中的任意一种；其能满足绝大部分系统间同步应用场景。IEEE1588协议，又称PTP(precisetimeprotocol，精确时间协议)，可以达到亚微秒级别时间同步精度；NTP是网络时间协议(NetworkTimeProtocol，网络时间协议)，它是用来同步网络中各个计算机的时间的协议；它的用途是把计算机的时钟同步到世界协调时UTC，其精度在局域网内可达0.1ms，在互联网上绝大多数的地方其精度可以达到1-50ms。它可以使计算机对其服务器或时钟源(如石英钟，GPS等等)进行时间同步，它可以提供高精准度的时间校正，而且可以使用加密确认的方式来防止病毒的协议攻击。优选的，所述文件记录模块的存储机制采用连续分时存储、定时选择存储或通道触发存储。优选的，所述人机界面模块连接多个嵌入式架构，所述嵌入式架构内的数据采集系统进行统一的任务和通道配置，以及采集数据的同时获取配置。工作时，通用软件界面同时保持与各数据采集系统的控制命令和数据流的连接，完成对各数据采集系统的统一控制，以及各系统采集数据的同时获取。优选的，在FPGA中还设置有看门狗，所述看门狗与数据采集模块连接，对硬件进行监控。为实现上述目的，本专利技术还提供了在PC架构和嵌入式架构中通用的数据采集系统的控制方法，包括以下步骤：步骤一，所述时序模块通过连接的时钟、传感器和串口采集数据，并将采集的数据进行同步处理；步骤二，所述数据采集模块根据接收到的人机界面模块的指令调用采集数据，所述时序模块通过数据传输模块将采集的数据传输给数据采集模块；步骤三，所述数据采集模块在PC架构中将采集的数据通过TCP协议实时发送给人机界面模块，在嵌入式架构中经网络通信模块本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.在PC架构和嵌入式架构中通用的数据采集系统，其特征在于，在PC架构和嵌入式架构中的通用模块包括：数据采集模块、文件记录模块、日志模块、时序模块、数据传输模块和人机界面模块；所述数据采集模块、文件记录模块、日志模块设置在PC架构的上位机CPU或嵌入式架构的嵌入式CPU中，所述时序模块和数据传输模块设置在FPGA中；其中，‑‑所述人机界面模块用于配置数据采集系统与采集通道的信息，并向日志模块和数据采集模块发出指令，以及将从数据采集模块中获取的数据文件进行数据实时显示与分析，数据存储，以及离线数据的回放与分析；‑‑所述数据采集模块同时支持多个数据采集系统进行同步采集，用于根据人机界面模块发出的指令调用时序模块进行数据采集，以及在线实时处理数据；‑‑所述文件记录模块根据系统设置将采集到的数据进行本地存储，并通过FTP协议传输给人机界面模块；‑‑所述日志模块记录数据采集模块的运行状态和故障信息，供人机界面模块调用和查看；‑‑所述时序模块包括依次连接的IO模块、锁相环和重采样，所述IO模块控制和读取与其连接的时钟、传感器和串口的信息，并将数据直接传输给重采样模块，或通过锁相环进行同步时钟和采样时钟处理后再传输给重采样模块；‑‑所述数据传输模块将时序模块的数据信息传输给数据采集模块。...

【技术特征摘要】
1.在PC架构和嵌入式架构中通用的数据采集系统，其特征在于，在PC架构和嵌入式架构中的通用模块包括：数据采集模块、文件记录模块、日志模块、时序模块、数据传输模块和人机界面模块；所述数据采集模块、文件记录模块、日志模块设置在PC架构的上位机CPU或嵌入式架构的嵌入式CPU中，所述时序模块和数据传输模块设置在FPGA中；其中，--所述人机界面模块用于配置数据采集系统与采集通道的信息，并向日志模块和数据采集模块发出指令，以及将从数据采集模块中获取的数据文件进行数据实时显示与分析，数据存储，以及离线数据的回放与分析；--所述数据采集模块同时支持多个数据采集系统进行同步采集，用于根据人机界面模块发出的指令调用时序模块进行数据采集，以及在线实时处理数据；--所述文件记录模块根据系统设置将采集到的数据进行本地存储，并通过FTP协议传输给人机界面模块；--所述日志模块记录数据采集模块的运行状态和故障信息，供人机界面模块调用和查看；--所述时序模块包括依次连接的IO模块、锁相环和重采样，所述IO模块控制和读取与其连接的时钟、传感器和串口的信息，并将数据直接传输给重采样模块，或通过锁相环进行同步时钟和采样时钟处理后再传输给重采样模块；--所述数据传输模块将时序模块的数据信息传输给数据采集模块。2.根据权利要求1所述的在PC架构和嵌入式架构中通用的数据采集系统，其特征在于，所述数据采集模块通过采用面向对象技术进行驱动封装，采用继承和重载方法统一函数接口。3.根据权利要求1所述的在PC架构和嵌入式架构中通用的数据采集系统，其特征在于，所述嵌入式架构还包括网络通信模块，所述网络通信模块包括数据接口、指令接口和调试接口三部分。4.根据权利要求3所述的在PC架构和嵌入式架构中通用的数据采集系统，其特征在于，所述数据接口将数据采集...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐驰，
申请(专利权)人：上海瀚挚电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31