一种可组网高精度数据采集监控系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种可组网高精度数据采集监控系统及方法，基于PDA上位机、交换机、主设备以及多个从设备构建了可组网高精度数据采集监控系统，同时设备采用DSP+FPGA+ARM的架构，分别进行原始数据采集，数据二次采集和时序控制以及以太网通讯的传输控制，本发明专利技术在数据采集监控方法中利用了文件内存映射技术和合理的多线程调度方法，解决了高速采集数据给PDA上位机软件带来的高负载问题，利用系统的高精度数据同步方案，解决了运行周期不同的设备组网后的数据不同步问题。实现了可组网的高精度数据采集监控。数据采集监控。数据采集监控。

【技术实现步骤摘要】
一种可组网高精度数据采集监控系统及方法


[0001]本专利技术属于数据采集分析领域，尤其是一种可组网高精度数据采集监控系统及方法。

技术介绍

[0002]过程数据采集(PDA)设备，主要用于实现对生产设备内部过程数据显示、历史数据存储与回放，满足现场设备的状态实时监控管理、系统调试和故障诊断分析等需求，从而便于实现设备维护管理、快速调试和降低故障处理时间。由于现代电气传动系统动态响应时间很短，对相关信息设备的实时性要求较高，例如转矩响应时间为5～10ms，需要PDA设备具有<＝1ms采样周期的性能，否则将导致记录的信号波形失真，无法进行观测分析；同时，要求具有多设备、多路信号同步高速采集功能，以便准确分析对比各信号之间的物理关系。
[0003]PDA数据采集软件系统不仅要解决高速采集带来的高程序负载问题，而且要解决多个不同设备多路信号同步的问题。而不同的设备的响应时间、时钟基准都各有差异，因此必须解决软件在连接多台设备时的数据不同步问题，并保证长时间运行软件后没有误差积累。当前有一些处理数据同步的方法，但多是基于硬件的处理方法，缺少一套完整系统的高精度数据同步采集方案。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出一种可组网高精度数据采集监控系统及方法，能够解决高速采集带来的高程序负载问题和多设备组网的数据高精度同步问题。
[0005]本专利技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
[0006]一种可组网高精度数据采集监控系统，包括PDA上位机、交换机、主设备以及多个从设备，其中PDA上位机通过网线连接交换机，交换机通过网线分别连接主设备以及多个从设备，其中PDA上位机用于参数设定、启停控制、数据接收、存储和绘图，主设备以及多个从设备用于数据采集。
[0007]而且，所述主设备以及从设备均包括FPGA及与其相连接的DSP和ARM，其中，ARM通过网线连接交换机用于以太网通讯的传输控制，DSP用于原始数据采集，FPGA用于数据二次采集和时序控制，前一设备的FPGA中TX端口连接后一设备的FPGA中RX端口以实现多设备高精度同步数据采集功能。
[0008]而且，所述FPGA、ARM和DSP之间通过并口通讯，FPGA和DSP共用33字的并口空间，32字用于DSP写原始数据，1字为DSP写标志位；FPGA和ARM共用1026字的并口空间，2块512字空间用于FPGA写二次采集数据，1字为ARM写采样周期，1字为FPGA写包号；ARM和DSP共用112字的并口空间，用于协议通信。
[0009]一种可组网高精度数据采集监控系统的采集监控方法，包括PDA上位机处理方法和多设备高精度同步采集方法。
[0010]而且，所述PDA上位机处理方法为：进行文件内存映射并且多线程处理，其中，PDA上位机线程包括：数据接收线程、中间缓存线程、绘图刷新线程、主线程和文件压缩线程，数据接收线程用于接收设备上传的数据包，并将数据存储到数组缓存中；
[0011]中间缓存线程用于将数据从数组缓存拷贝至内存映射文件，同时将数组缓存中的未拷贝数据整体前移，加工内存映射文件中的新数据；
[0012]绘图刷新线程用于根据示波器显示的时间范围，从内存映射文件中取出曲线对应的原始数据，并根据曲线点数上限，对数据进行大小比较，最后将结果加入绘图缓存，绘制波形；
[0013]主线程用于用户操作和文件自动存储；
[0014]文件压缩线程用于压缩原始数据文件，完成后删除原始文件。
[0015]而且，所述进行文件内存映射并且对线程进行多线程处理的具体实现方法为：
[0016]⑴
、采用数组缓存+内存映射文件的模式，将数据接收与绘图刷新、文件保存或用户操作同步执行；
[0017]⑵
、数据接收线程仅用于将数据存储到数组缓存，中间缓存线程对数据进行处理；将数据存储放入主线程，将文件压缩放入子线程；
[0018]⑶
、数据接收线程的执行频率最高，不设置休眠；中间缓存线程的单路最少拷贝量为S，数据量对应的时长在500～1000ms之间，设定休眠时间在100～500ms之间，其中其中表示向下取整，S为数据拷贝界限，T为数据的采样周期；绘图刷新线程的休眠时间设置在500～1000ms之间；
[0019]⑷
、利用临界段控制对数组缓存、内存映射文件等共享数据不可同时访问；利用标志量控制用户操作，在一次操作结束后，进行下一次的操作。
[0020]而且，所述多设备高精度同步采集方法包括以下步骤：
[0021]步骤1、设备上电，ARM发送采样周期至FPGA，采样周期为0；
[0022]步骤2、用PDA上位机与主设备和多个从设备建立连接，并设置每台设备的采样参数和统一的采样周期；
[0023]步骤3、启动示波，PDA上位机轮询所有设备，下发采样参数和采样周期；ARM接收采样参数和采样周期，检查配置信息，若检查无误，则告知DSP采样参数，告知FPGA采样周期，并回复上位机；上位机在收到所有设备的回复后，延时500ms；
[0024]步骤4、DSP解析采样参数后，告知FPGA已配置完成，然后DSP按照其运行周期将原始数据写入并口地址DNF；
[0025]步骤5、FPGA在收到DSP的信号后，从设备等待主设备信号、主设备延时100ms开始进行光纤通讯，主设备FPGA按照采样周期，发送光纤信号，在整个采样过程中，主设备FPGA以发送信号为准、从设备FPGA以接收信号为准，从并口地址DNF读取数据，并写入示波缓冲区中；
[0026]步骤6、一块示波缓冲区的数据为一包数据，每包数据都有一个对应的包号，包号的信息包含在光纤协议中，每个设备的同一时刻数据所属的包号一定相同，FPGA将一块示波缓冲区写满后，将包号自加1，ARM每次中断时，根据包号判断是否读取数据；
[0027]步骤7、PDA上位机延时结束后，广播下发示波启动命令，广播命令同时到达各设备，ARM收到后开启上传，ARM读取包号和一块示波缓冲区的数据，将其按协议封装，一并发
送给上位机；
[0028]步骤8、上位机对数据进行处理；
[0029]步骤9、PDA上位机发送停止采样命令，ARM将采样周期置零，FPGA监测到后停止采样，并将包号归零，采样结束。
[0030]而且，所述步骤8包括以下步骤：
[0031]步骤8.1、PDA上位机确保首包数据的包号一致，若N是所有设备的首包包号的最大值，当所有设备的最新一包数据的包号全都不小于N时，对包号进行对齐操作，将所有包号小于N的数据丢弃；
[0032]步骤8.2、上位机进行丢包处理，当上位机检测到某设备发送的数据包号不连续时，跳过丢包数据对应的长度，在正确的位置保存数据；
[0033]步骤8.3、每日零点，程序重新设置数据对应的PC时间。
[0034]本专利技术的优点和积极效果是：
[0035]1、本专利技术基于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可组网高精度数据采集监控系统，其特征在于：包括PDA上位机、交换机、主设备以及多个从设备，其中PDA上位机通过网线连接交换机，交换机通过网线分别连接主设备以及多个从设备，其中PDA上位机用于参数设定、启停控制、数据接收、存储和绘图，主设备以及多个从设备用于数据采集。2.根据权利要求1所述的一种可组网高精度数据采集监控系统，其特征在于：所述主设备以及从设备均包括FPGA及与其相连接的DSP和ARM，其中，ARM通过网线连接交换机用于以太网通讯的传输控制，DSP用于原始数据采集，FPGA用于数据二次采集和时序控制，前一设备的FPGA中TX端口连接后一设备的FPGA中RX端口以实现多设备高精度同步数据采集功能。3.根据权利要求2所述的一种可组网高精度数据采集监控系统，其特征在于：所述FPGA、ARM和DSP之间通过并口通讯，FPGA和DSP共用33字的并口空间，32字用于DSP写原始数据，1字为DSP写标志位；FPGA和ARM共用1026字的并口空间，2块512字空间用于FPGA写二次采集数据，1字为ARM写采样周期，1字为FPGA写包号；ARM和DSP共用112字的并口空间，用于协议通信。4.一种如权利要求1至3任一项所述的可组网高精度数据采集监控系统的采集监控方法，其特征在于：包括PDA上位机处理方法和多设备高精度同步采集方法。5.根据权利要求4所述的一种可组网高精度数据采集监控系统的采集监控方法，其特征在于：所述PDA上位机处理方法为：进行文件内存映射并且多线程处理，其中，PDA上位机线程包括：数据接收线程、中间缓存线程、绘图刷新线程、主线程和文件压缩线程，数据接收线程用于接收设备上传的数据包，并将数据存储到数组缓存中；中间缓存线程用于将数据从数组缓存拷贝至内存映射文件，同时将数组缓存中的未拷贝数据整体前移，加工内存映射文件中的新数据；绘图刷新线程用于根据示波器显示的时间范围，从内存映射文件中取出曲线对应的原始数据，并根据曲线点数上限，对数据进行大小比较，最后将结果加入绘图缓存，绘制波形；主线程用于用户操作和文件自动存储；文件压缩线程用于压缩原始数据文件，完成后删除原始文件。6.根据权利要求5所述的一种可组网高精度数据采集监控系统的采集监控方法，其特征在于：所述进行文件内存映射并且对线程进行多线程处理的具体实现方法为：
⑴
、采用数组缓存+内存映射文件的模式，将数据接收与绘图刷新、文件保存或用户操作同步执行；
⑵
、数据接收线程仅用于将数据存储到数组缓存，中间缓存线程对数据进行处理；将数据存储放入主线程，将文件压缩放入子线程；
⑶
、数据接收线程的执行频率最高，不设置休眠；中间...

【专利技术属性】
技术研发人员：王春辉，曲晓伟，伍闻达，李腾，张青，王明玥，牛松森，贺永鹏，杨建新，
申请(专利权)人：天津电气科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：