一种柔性化数据采集处理系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种柔性化数据采集处理系统及方法，系统包括：采集卡、数据处理单元和CPU，所述采集卡用于采集外部传感器的数据信号并通过所述数据处理单元传输至所述CPU；所述采集卡包括I/O接口和I/O电路，所述I/O电路用于连接外部传感器和执行器，所述数据处理单元包括第一FPGA电路板和通讯芯片，所述第一FPGA电路板通过所述I/O接口与所述采集卡信号连接，所述通讯芯片用于实现所述第一FPGA电路板和CPU之间高速通讯，所述CPU通过所述通讯芯片控制所述第一FPGA电路板；方法利用上述系统实现。本发明专利技术具有极大的灵活性，具有即插即用和快速响应等多种模式，使用于多种应用场合，且适用于需要输入输出同步的应用场合，并实现了接口标准化。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性化数据采集处理系统及方法
本专利技术属于数据采集和处理领域，尤其涉及一种柔性化数据采集处理系统及方法。
技术介绍
在计算机广泛应用的今天，数据采集的重要性是十分显著的，数据采集是指对设备被测的模拟或数字信号，自动采集并送到CPU中进行分析、处理。现有的数据采集和处理系统往往是通过采集卡与PC端通过PCIe总线或USB总线连接，一套数据采集和处理系统中，采集卡和数据处理的逻辑是固定不变的，因此往往只能针对少数特定的应用场景。而在如今多元化的工业需求下，数据采集卡需要连接速度、温度、压力、频率、振动等多种传感器，数据采集卡需要连接不同组合、不同种类参数的传感器，因此即使数据采集卡包涵上百种型号依旧具有局限性，无法适用多变的工业环境需求，并且采集卡更换后PC端的控制处理往往无法及时对应。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提供了一种柔性化数据采集处理系统及方法，可以根据应用场景灵活选择组合采集卡，并且支持针对不同组合的采集卡的数据处理逻辑。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种柔性化数据采集处理系统，包括：采集卡、数据处理单元和CPU，所述采集卡用于采集外部传感器的数据信号并通过所述数据处理单元传输至所述CPU；所述采集卡包括I/O接口和I/O电路，所述I/O电路用于连接外部传感器和执行器，所述数据处理单元包括第一FPGA电路板和通讯芯片，所述第一FPGA电路板通过所述I/O接口与所述采集卡信号连接，所述通讯芯片用于实现所述第一FPGA电路板和CPU之间高速通讯，所述CPU通过所述通讯芯片控制所述第一FPGA电路板。优选地，所述通讯芯片为第二FPGA电路板，所述第一FPGA电路板和第二FPGA电路板电性连接。优化方案所带来的优化效果是第一FPGA电路板支持前端开发和第二FPGA电路板用于实现高度标准通讯分工明确优化了整个系统构架，实现了数据高效采集和处理以及实现接口标准化。更优选地，所述第一FPGA电路板和第二FPGA电路板集成于一张PCB电路板上，所述PCB电路板上设有若干插槽和PCIe接口，所述采集卡用于自由组合通过所述插槽与所述第一FPGA电路板连接，所述第二FPGA电路板通过所述PCIe接口与所述CPU连接。更优选地，所述第一FPGA电路板包括通讯单元，所述通信单元用于连接所述第一FPGA电路板和所述I/O电路，所述CPU包括第一通讯模块，所述第一通讯模块包括通讯协议，所述第一通讯模块用于采集外部传感器数据并转换为标准通讯信号，并将所述标准通讯信号通过所述第二FPGA电路板传输至所述CPU，实现所述CPU通过所述第一通讯模块对所述I/O电路进行控制。更优选地，所述第一FPGA电路板包括第一通讯模块，所述第一通讯模块包括通讯协议，所述第一通讯模块用于实现所述采集卡与所述第一FPGA电路板的通讯，所述第一通讯模块用于采集外部传感器数据并转换为标准通讯信号，所述第一FPGA电路板将所述标准通讯信号通过所述第二FPGA电路板输至所述CPU。更优选地，所述第一FPGA电路板包括控制模块，所述CPU通过所述控制模块对所述标准通讯信号进行数据算法处理形成处理信号，所述控制模块将所述处理信号通过所述第二FPGA电路板输至所述CPU或直接输出至所述采集卡。优化方案所带来的优化效果是第一FPGA电路板也可参与到对采集卡的I/O接口的控制，可以对标准通讯信号进行数据算法处理，并可及时反馈。更优选地，所述采集卡包括第一通讯模块，所述第一通讯模块包括通讯协议，所述第一通讯模块用于实现所述采集卡与所述第一FPGA电路板的通讯，所述第一通讯模块用于采集外部传感器数据并转换为标准通讯信号，所述第一FPGA电路板包括第二通讯模块，所述第二通讯模块用于接收所述标准通讯信号。更优选地，所述第一FPGA电路板包括控制模块，所述CPU通过所述控制模块对所述标准通讯信号进行数据算法处理形成处理信号，所述控制模块将所述处理信号通过所述第二FPGA电路板输至所述CPU或直接输出至所述采集卡。一种柔性化数据采集处理方法，利用上述的一种柔性化数据采集处理系统，包括以下步骤：步骤S1，所述采集卡采集外部传感器的数据信号，所述采集卡可进行自由组合；步骤S2，所述第一通讯模块用于实现所述采集卡与所述第一FPGA电路板的通讯，所述第一通讯模块用于采集外部传感器数据并转换为标准通讯信号；步骤S31，所述标准通讯信号传输至所述CPU，或者步骤S32，所述控制模块对所述标准通讯信号进行数据算法处理形成所述处理信号传输至所述CPU或直接输出至所述采集卡；步骤S32中，所述控制模块由所述CPU对所述第一FPGA电路板进行编程开发。优选地，步骤S2中，所述第一通讯模块设于所述第一FPGA电路板或采集卡中；所述第一通讯模块设于所述采集卡中时，所述第一FPGA电路板包括用于与所述第一通讯模块通讯的第二通讯模块。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术所述的一种柔性化数据采集处理系统及方法的采集卡可以自由组合，可以实现少数采集卡的自由组合覆盖传统的上千种型号数据采集卡，同时本系统提供了外部控制通道，可以根据不同组合的采集卡进行对应的数据处理，避免了需要定制不必要采集卡，极大的减少了成本，也带来了极大的灵活性。2、本专利技术所述的一种柔性化数据采集处理系统及方法提供了三种方案以适应不同的应用场合，且本柔性化数据采集处理系统还适用于其他应用场合；实施例一的方案实现CPU直接控制采集卡的I/O引脚，采集卡中无FPGA电路板，具有即插即用的优势，缺点是速度慢；实施例二的方案将第一通讯模块设于第一FPGA电路板中，形成闭环，响应速度大大提升，但是第一通讯模块需要通过编译开发；实施例三的方案结合了实施例一和二的优点，需要在采集卡中设置FPGA电路板，不仅第一FPGA电路板可形成闭环，响应速度快，也可实现采集卡与CPU的高速通讯，实现接口标准化。本申请中三种方案的系统硬件基本没有发生变化，使用于多种应用场合。3、本专利技术所述的一种柔性化数据采集处理系统及方法实现了接口标准化，尤其是实施例三的采集卡与第一FPGA电路板、第一FPGA电路板与第二FPGA电路板、第二FPGA电路板与CPU均可采用标准接口，传输标准通讯信号，对于更换组合采集卡提供了友好的便利条件，方便改变。4、本专利技术所述的一种柔性化数据采集处理系统中第一FPGA电路板可根据需求更换，以适应满足与不同数量的采集卡通讯的需求，且第一FPGA电路板与第二FPGA电路板的通讯接口标准化，第二FPGA电路板与CPU的通讯接口标准化，更换第一FPGA电路板更方便快捷。5、本专利技术所述的一种柔性化数据采集处理系统的第二FPGA电路板可以直接通过PCIe接口连接CPU给第一FPGA电路板下载程序，方便快捷，避免了传统JTAG下载方式的过程繁琐不易推广。附图说明图1是实施例一所述的一种柔性化数据采集处理系统结构示意图。图2是实施例一所述的PCB电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柔性化数据采集处理系统，其特征在于，包括：采集卡、数据处理单元和CPU，所述采集卡用于采集外部传感器的数据信号并通过所述数据处理单元传输至所述CPU；所述采集卡包括I/O接口和I/O电路，所述I/O电路用于连接外部传感器和执行器，所述数据处理单元包括第一FPGA电路板和通讯芯片，所述第一FPGA电路板通过所述I/O接口与所述采集卡信号连接，所述通讯芯片用于实现所述第一FPGA电路板和CPU之间高速通讯，所述CPU通过所述通讯芯片控制所述第一FPGA电路板。/n

【技术特征摘要】
1.一种柔性化数据采集处理系统，其特征在于，包括：采集卡、数据处理单元和CPU，所述采集卡用于采集外部传感器的数据信号并通过所述数据处理单元传输至所述CPU；所述采集卡包括I/O接口和I/O电路，所述I/O电路用于连接外部传感器和执行器，所述数据处理单元包括第一FPGA电路板和通讯芯片，所述第一FPGA电路板通过所述I/O接口与所述采集卡信号连接，所述通讯芯片用于实现所述第一FPGA电路板和CPU之间高速通讯，所述CPU通过所述通讯芯片控制所述第一FPGA电路板。


2.根据权利要求1所述的一种柔性化数据采集处理系统，其特征在于，所述通讯芯片为第二FPGA电路板，所述第一FPGA电路板和第二FPGA电路板电性连接。


3.根据权利要求2所述的一种柔性化数据采集处理系统，其特征在于，所述第一FPGA电路板和第二FPGA电路板集成于一张PCB电路板上，所述PCB电路板上设有若干插槽和PCIe接口，所述采集卡用于自由组合通过所述插槽与所述第一FPGA电路板连接，所述第二FPGA电路板通过所述PCIe接口与所述CPU连接。


4.根据权利要求3所述的一种柔性化数据采集处理系统，其特征在于，所述第一FPGA电路板包括通讯单元，所述通信单元用于连接所述第一FPGA电路板和所述I/O电路，所述CPU包括第一通讯模块，所述第一通讯模块包括通讯协议，所述第一通讯模块用于采集外部传感器数据并转换为标准通讯信号，并将所述标准通讯信号通过所述第二FPGA电路板传输至所述CPU，实现所述CPU通过所述第一通讯模块对所述I/O电路进行控制。


5.根据权利要求3所述的一种柔性化数据采集处理系统，其特征在于，所述第一FPGA电路板包括第一通讯模块，所述第一通讯模块包括通讯协议，所述第一通讯模块用于实现所述采集卡与所述第一FPGA电路板的通讯，所述第一通讯模块用于采集外部传感器数据并转换为标准通讯信号，所述第一FPGA电路板将所述标准通讯信号通过所述第二FPGA电路板输至所述CPU。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：邬星，
申请(专利权)人：苏州芒果树数字技术有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32