双核嵌入式网络化数据采集装置及其盲源分离滤波方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种双核嵌入式网络化数据采集装置及其盲源分离滤波方法，属于信息技术领域。本发明专利技术的双核嵌入式数据采集装置，用ＡＲＭ控制整个系统的运行状态，用ＤＳＰ分析和处理采集来的数据，并通过ＨＰＩ接口与ＡＲＭ进行通信，可以发挥ＡＲＭ在逻辑控制方面的优势，同时发挥ＤＳＰ在数字信号处理方面的长处，提高了系统的运行速度。本发明专利技术既能通过以太网发送数据，也能通过ＧＳＭ／ＣＤＭＡ模块发送数据，可以由ＡＲＭ嵌入式处理器自动切换到其他传送方式，既不影响系统的正常运行，也避免了系统的瘫痪，增加了系统的鲁棒性。采用了硬件滤波与基于盲源解耦的软件滤波相结合的二级滤波方式，可以真实有效的还原信号，并分离出所需的源信号。

Dual core embedded network data acquisition device and blind source separation filtering method thereof

The invention relates to a dual core embedded network data acquisition device and a blind source separation filtering method thereof, belonging to the field of information technology. Dual core embedded data acquisition device of the invention, with the running state of ARM to control the entire system, using DSP analysis and processing of the data collection, and through the HPI interface to communicate with ARM, can play the advantage of ARM in logic control, at the same time to play DSP on the merits of digital signal processing, improve the running speed of the system. The invention can transmit data through Ethernet, but also through the GSM / CDMA module to send data by the ARM embedded processor is automatically switched to other transmission mode, which does not affect the normal operation of the system, but also to avoid the paralysis of the system, increase the robustness of the system. A two level filtering method combining hardware filtering and software filtering based on blind source decoupling is used to restore the signal effectively and effectively, and the required source signals are separated.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于信息
，特别涉及一种。
技术介绍
大多数应用现场(尤其是工业现场)环境复杂多样，不同的采集环境对数据采集装置的功能性要求不完全一样。例如在有些场合需要处理离散型的数据而有些场合就需要处理连续型的数据。在不同的场合中，如果需要处理的数据量不一致，但是在数据的采集与处理的过程中采用相同的处理方式，在某些场合中就容易增加系统的功耗，降低系统的效率。 在现有的数据采集装置中，普遍存在着如下问题(1)处理数据类型单一，不能适应各种不同的数据类型。(2)当所要采集与处理的数据量比较大的时候，由于中央处理器的局限性，处理速度缓慢，达不到所需的速度。(3)网络化程度低，不易远程操作。(4)系统装置的可操作性差。(5)系统的鲁棒性差。(6)缺少有效滤波手段或滤波方法单一，不能有效地从被噪声干扰的观测数据中得到被观测对象的真实数据。因此，能够解决上述缺点、功能完善的数据采集装置是应用现场迫切需要的。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种。 本专利技术的双核嵌入式网络化数据采集装置包括DSP处理器、ARM嵌入式处理器、光电隔离器、滤波电路、A/D转换器、USB串口转换器、内部数据总线、Flash芯片、电源管理器、JTAG接口、GPS接收芯片、RS232串口、PCI-RS232的接口卡、蓝牙模块、GSM/CDMA模块、看门狗、USB接口、计数器、以太网控制器、时钟芯片、IIC接口、LCD显示器和键盘，其中DSP处理器通过HPI接口与ARM嵌入式处理器相连，组成双核嵌入式中央处理器；光电隔离电路与计数器相连；滤波电路通过A/D转换器和USB串口转换器与USB接口相连；Flash芯片通过内部数据总线分别与USB接口和计数器相连；DSP处理器与ARM嵌入式处理器通过内部数据总线与Flash芯片相连；ARM嵌入式处理器通过控制总线与看门狗、时钟芯片和IIC接口相连；ARM嵌入式处理器通过IIC接口与LCD显示器和键盘相连；ARM嵌入式处理器通过RS232串口分别与JTAG接口、GPS接收芯片和GSM/CDMA模块相连；ARM嵌入式处理器通过RS232串口与一块PCI-RS232的接口卡相连，PCI-RS232的接口卡与蓝牙模块相连；电源管理器用来给整个数据采集装置进行供电。 本专利技术的工作原理采集的信号通过滤波电路进行一级滤波后，传送到内部数据总线上，其中数字信号通过计数器传送到内部数据总线上，连续信号通过A/D转换器转换成数字信号后经过USB串口转换器和USB接口传送到内部数据总线上。采集的信号存储到Flash芯片上。本专利技术装置可以分两种方式运行。第一种运行方式是当所要处理的数据量比较小时，选择单核运行方式，即只让以ARM为核心的嵌入式处理器单独运行，ARM嵌入式处理器通过数据总线从FALSH芯片中读取数据，数据处理利用ARM轻量级的DSP处理能力，由ARM嵌入式处理器通过基于盲源解耦的软件滤波方式进行处理。第二种运行方式是当所要处理的数据量比较大的时候，选择双核的运行方式，嵌入式处理器用来控制整个系统得运行情况，包括指令的调度、系统的运行等，而DSP处理控制器则通过数据总线从FLASH芯片获得应用现场采集来的大量数据并通过基于盲源解耦的软件滤波方式进行处理。由ARM嵌入式处理器控制JTAG接口、GPS接收芯片、蓝牙模块和GSM/CDMA模块，包括数据的发送，程序的调试，系统的校时等。由ARM嵌入式处理器控制看门狗、IIC接口、时钟芯片和以太网控制器。以太网控制器进行数据的传输。键盘和显示器进行数据的显示和调试。整个装置由电源管理器进行供电。 本专利技术以ARM9E为核心的嵌入式处理器和DSP微处理器组成双内核作为双核嵌入式网络化数据采集装置的中央处理器。双核网络化数据采集装置通过网线与主控机相连。在某些无人职守的场合可以只放置数据采集装置，数据采集装置通过传输介质(有线或无线)以组播的形式把数据发送到网络上，再由与网络相连的主控机通过网络来获得数据。 本专利技术通过以太网发送数据，或通过GSM/CDMA模块发送数据，能实现冗余的备份；这种冗余的备份可以增加系统的鲁棒性。当数据传输由于不可抗拒的原因出现损坏的时候，由ARM嵌入式处理器进行智能判断，使数据采集装置自动切换到其他的传送方式进行传输数据，这样就不会影响整个系统的正常运行，避免由于通讯出现故障而引起的整个系统的瘫痪。 本专利技术采用硬件滤波与基于盲源解耦的软件滤波相结合的二级滤波方式；离散信号和连续信号通过多路的光电隔离器和阻容滤波电路进行一级滤波；然后再由基于盲源解耦的软件滤波方式进行二级滤波。 本专利技术的数据采集及处理方法包括以下步骤 步骤1开始 步骤2读取下位机配置文件，配置端口号及数据采集装置运行方式，并关闭配置文件； 步骤3初始化存储系统，为采用数据分配动态内存； 步骤4初始化网络协议，I/O设备和看门狗； 步骤5启动看门狗，读取GPS校正系统时间； 步骤6设置异常向量，中断向量地址，并开中断； 步骤7设置采样间隔及使能采样通道； 步骤8等待中断； 步骤9判断中断是否到来，如果未到返回步骤8，是则到步骤10； 步骤10判断中断类型，若为信号采集中断，则进行信号的采集与处理工作，转到步骤11；若为看门狗中断和GPS中断，则转到步骤3； 步骤11对所采集的信号进行基于盲源解耦的软件滤波； 步骤12数据打包，判断数据是否发送到下位机LCD上，如果是则把数据发送到下位机LCD上。 步骤13选择数据的发送方式，若有线网络畅通，则选择通过以太网控制器把处理的数据传送到上位机上；否则采用无线传输，通过GSM/CDMA无线模块把数据传送到上位机上。 在处理数据进行软件滤波的时候，采用构造一种新的基于信号最小平方峭度为代价函数的时频域相结合的混合独立分量分析的盲源解耦算法(Mixed Independent ComponentAnalysis，MICA)。该代价函数为估计误差信号峭度的平方 JLSK＝(Kurt)2 该代价函数具有多种性能，包括①关于估计误差信号e(k)对称；②具有全局最小值；③有效抑制高斯噪声。 本专利技术的盲源解耦滤波方法包括以下步骤 步骤一对实际环境中得到的混合信号进行预处理，消除信号的二阶相关性，并使其均值为零且协方差矩阵为单位矩阵； 步骤二利用频域独立分量分析方法分离源信号 A.将经过预处理的信号进行离散的傅立叶变换 式中，X(k)为处理后的数字信号，x(n)为进过预处理的数字信号， 为分离矩阵，DFT为傅立叶变换函数，k、n为系数，N为自然数。 B.确定分离矩阵W(f)，过程如下， a)初始化矩阵Wk(f)； b)选择非线性函数 设定学习步长η； c)更新W的值，Wk+1(f)＝Wk(f)+ηΔWk(f)， d)对频域分离矩阵Wk+1(f)做归一化处理Wk+1(f)＝Wk+1(f)/‖Wk+1(f)‖；当Wk+1(f)与Wk(f)差值的2范数即‖Wk+1(f)-Wk(f)‖2小于预先给定的代价函数时停止迭代，否则转c)。 C.分离矩阵W(f)乘以混合信号的数据即可得到源信号的频域下的估计值本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双核嵌入式网络化数据采集装置，其特征在于该数据采集装置包括：ＤＳＰ处理器、ＡＲＭ嵌入式处理器、光电隔离器、滤波电路、Ａ／Ｄ转换器、ＵＳＢ串口转换器、内部数据总线、Ｆｌａｓｈ芯片、电源管理器、ＪＴＡＧ接口、ＧＰＳ接收芯片、ＲＳ２３２串口、ＰＣＩ－ＲＳ２３２的接口卡、蓝牙模块、ＧＳＭ／ＣＤＭＡ模块、看门狗、ＵＳＢ接口、计数器、以太网控制器、时钟芯片、ＩＩＣ接口、ＬＣＤ显示器和键盘，其中ＤＳＰ处理器通过ＨＰＩ接口与ＡＲＭ嵌入式处理器相连，组成双核嵌入式中央处理器；光电隔离电路与计数器相连；硬件滤波电路通过Ａ／Ｄ转换器和ＵＳＢ串口转换器与ＵＳＢ接口相连；Ｆｌａｓｈ芯片通过内部数据总线分别与ＵＳＢ接口和计数器相连；ＤＳＰ处理器与ＡＲＭ嵌入式处理器通过内部数据总线与Ｆｌａｓｈ芯片相连；ＡＲＭ嵌入式处理器通过控制总线与看门狗、时钟芯片和ＩＩＣ接口相连，ＡＲＭ嵌入式处理器通过ＩＩＣ接口与ＬＣＤ显示器和键盘相连；ＡＲＭ嵌入式处理器通过ＲＳ２３２串口分别与ＪＴＡＧ接口、ＧＰＳ接收芯片和ＧＳＭ／ＣＤＭＡ模块相连；微处理器通过ＲＳ２３２串口与一块ＰＣＩ－ＲＳ２３２的接口卡相连，ＰＣＩ－ＲＳ２３２的接口卡与蓝牙模块相连；电源管理器用来给整个数据采集装置进行供电。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冯健，刘金海，马大中，杨东升，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：89[中国|沈阳]