CN101340568B - 数据采集系统 - Google Patents

Abstract

一种数据采集系统，包括：信号处理装置，根据同步信号产生选择信号，以选择相应的探测设备对射线进行探测；数据变换装置，将所述探测设备所探测的信号变换成数字数据，并缓存在所述信号处理装置中；以及通信装置，与图像处理设备连接，并将所述信号处理装置中缓存的数字数据通过所述连接传输到所述图像处理设备。本发明的系统采用嵌入式设备在工业环境中通过高速总线来控制和采集远端数据，此数据采集系统可根据探测设备模块的数量增加进行扩展，同时能够保证稳定的数据采集和变换，并可靠地传输数据。

Description

数据采集系统

技术领域

本发明涉及用于辐射检测领域的数据采集技术，具体涉及一种用于获取被扫描物穿透图像的检查系统的高速数据采集系统，其能够在被扫描物高速运动过程中获得清晰的检查图像。

背景技术

辐射成像检查系统是利用射线源检查被扫描物内部状况的一种辐射检测系统，在被检检物运动过程中进行射线扫描检查。

通常，火车以4公里/小时左右较低的速度通过扫描通道。当扫描物体以较高的运动速度，例如30km/h通过扫描通道时，检查系统会因为被扫描物体的速度高而产生图像模糊。为了提高通过速度并且依然能得到清晰的检查图像，需要提高射线源发射扫描射线的频率。这就要求数据采集系统应当有很高的采集速度和传输速度。

在这样的情况下，如何能够完成数据的高速采集和传输是主要面临的问题。由于在同领域应用在射线源的检查系统中，较常采用的数据采集系统有两种，具体如下：1)根据系统结构设计专用的传输数据总线；2)利用现场总线技术来传输数据。分析这两种方式，对于高速采集的检查系统来说，设计专门的数据传输总线不利于扩展，当探测单元的数目增加时，原总线的传输数据量将无法满足要求，需要重新设计系统。而目前应用在射线检查系统中的现场总线技术传输速度较低，例如CAN总线，其最高传输速率为1Mbps，无法满足实时高速采集和大数据量传输的任务。

发明内容

本发明主要是为解决当被扫描物体高速运动时辐射成像的检测系统提供一种新型的高速数据采集系统，具有同上位计算机通过高速串行总线连接的主要性能，允许当被检测物高速通过扫描通道时，能够高速稳定的采集数据和变换数据，并正确可靠地传输数据。当探测单元的数目增加时，通过扩展此数据采集系统就可以满足要求。

在本发明的一个方面，提供了一种数据采集系统，包括：信号处理装置，根据同步信号产生选择信号，以选择探测设备对射线进行探测；数据变换装置，将所述探测设备所探测的信号变换成数字数据，并缓存在所述信号处理装置中；以及通信装置，与图像处理设备建立基于高速串行总线的连接，并将所述信号处理装置中缓存的数字数据通过所述连接传输到所述图像处理设备。

此外，根据本发明的实施例，所述数据变换装置和所述信号处理装置之间，是通过并行总线连接的。

此外，根据本发明的实施例，所述信号处理装置和所述通信控制装置之间，是通过并行总线连接的。

此外，根据本发明的实施例，所述通信控制装置和所述图像处理设备之间，是通过高速串行总线连接的。

此外，根据本发明的实施例，所述数据采集系统是可扩展的。

此外，根据本发明的实施例，所述数据采集系统的扩展，是通过所述信号处理装置的扩展总线实现的。

此外，根据本发明的实施例，所述通信装置是基于RISC处理器而实现的。

本数据采集系统的发明，成倍地提高了目前应用于辐射成像检查系统的数据采集的速度，单个数据采集系统的速度可达4Mbps，由于此类的数据采集系统具有扩展性，在同步信号控制下，每个扩展系统能独立完成采集数据和传输数据到交换机，因而构成系统时具有了更大的数据采集和传输能力，不但可以适应诸如30km/h更高工作速率、更大数据量采集和传输的快速检查系统，而且还可以应用到工业无损检测系统、海关集装箱检测系统等系统中。

附图说明

通过下面结合附图对发明进行的详细描述，将使本发明的上述特征和优点更加明显，其中：

图1是根据本发明实施例的基于以太网的高速数据采集系统的原理框图；

图2是如图1所示的通讯控制模块的详细结构框图；以及

图3是根据本发明实施例的高速数据采集系统的框图。

具体实施方式

下面，参考附图详细说明本发明的优选实施方式。在附图中，相同的参考标记在不同的附图中表示相同的或相似的组件。为了清楚和简明，包含在这里的已知功能和结构的详细描述将被省略，以避免它们使本发明的主题不清楚。

以太网通讯是目前应用最多的高速串行总线，广泛应用于计算机网络领域，可以达到很高的通讯速率。基于TCP/IP协议的传输可保证数据的高可靠性，有广泛的技术支持，较低的系统开发、培训和维护费用的优势。将标准以太网技术应用到工业实时采集控制，可以解决大数据量可靠传输的难题。对于要求高速大数据量采集的辐射成像检查系统来说，采用基于以太网通讯的方式设计高速数据采集系统，是一个非常合适的选择。

图1是根据本发明实施例的基于以太网的高速数据采集系统的原理框图。

如图1所示，本发明实施例的高速数据采集系统包括具备多个探测模块的探测设备10、数据采集部分20A、上位计算机30、同步信号源40和探测设备控制器50。数据采集部分20A包括与探测设备10连接的数据变换模块21A、通过并行总线B与数据变换模块21A连接的信号处理模块22A、通过并行总线A与信号处理模块22A连接的通讯控制模块23A。并且，通讯控制模块23A通过以太网连接到上位计算机30。

探测设备10产生的模拟信号输入到数据变换模块21A，它主要完成模拟信号到数字信号转换的功能。根据本发明的实施例，数据变换模块工作受信号处理模块的控制，分时地对探测器笔的数据进行A/D变换，并将所得到的数字数据发送给信号处理模块22A，缓存在信号处理模块22A。

数据缓存的操作受信号处理模块22A的控制，因为系统中有若干个数据变换模块，信号处理模块22A通过并行总线B的地址总线向数据变换模块21A发出寻址信号。数据变换模块21A对接收到的地址信号进行比较，确认是否被选中。当确认被选通时，数据变换模块21A发出选通信号并占用并行总线B的数据总线，依次将变换数据送入信号处理模块22A。

信号处理模块22A的主要作用是通过通讯控制模块23A接受来自上位计算机30的各种控制命令和工作参数，按照上位计算机30命令配置系统的工作参数并执行相应的操作，控制数据变换模块21A进行A/D变换、数据缓存及发送，控制其它模块按照同一个采集频率同步工作，同时通过扩展总线实现高速数据采集系统的可扩展功能。

信号处理模块22A的工作过程分为两部分，一是配置参数，在数据采集之前，上位计算机30通过以太网与通讯控制模块23A通讯，再通过并行总线A对信号处理模块22A进行参数配置。二是数据采集，参数配置完成之后，收到启动数据采集的控制启动命令就开始采集数据，停止命令就停止采集。信号处理模块22A为探测设备输出采样保持信号和地址选择信号，使得探测设备在输出模拟信号最大时进行信号保持，并在信号保持后通过地址选择控制信号选择指定的探测设备的信号输出给数据变换模块21A。

重复以上步骤直至完成从变换数据到数据缓存的控制过程，然后通过并行总线A向通讯控制模块23A发出数据准备就绪信号，请求通过通讯控制模块23A向上位计算机30传输数据。

图2是如图1所示的通讯控制模块的详细结构框图。如图2所示，通讯控制模块23A基于Ubicom公司的RISC处理器231A，通过TCP/IP协议实现与上位计算机30通讯。通讯控制模块23A接收上位计算机30发送的命令并执行相应操作，同时响应信号处理模块22A发送来的中断信号，将采集数据按照TCP/IP协议的格式发送给上位计算机30，其中通讯时的数据格式和控制命令均在基于TCP/IP协议的基础上做了事先约定，设计规范了通讯容错性机制，能够保证数据可靠传输。

RISC处理器231A采用IP2022-120，速度可达120MIPS，片内双工通信模块可以采用软件来实现各种常见的通信接口。配置电路242A用以设置通讯控制模块23A的配置信息，如IP地址、协议种类等。外部RAM电路234A用以扩展系统存储空间，例如协议栈等。通讯控制模块23A与上位计算机30通过以太网连接，以太网接口电路245A作用是驱动和隔离传输信号。通讯控制模块23A与信号处理模块22A采用并行总线方式连接。上位计算机30和通讯控制模块23A的通讯采用服务器/客户端方式，上位计算机30作为服务器，通讯控制模块23A作为客户端，通过遵循严格的TCP/IP通讯接口协议来保证通讯的可靠性，并且约定了通讯异常的处理机制。当通讯控制模块23A在上电或者复位时，主动向上位计算机30发送连接请求。当网络出现异常时，通讯控制模块23A会主动断开与上位计算机30的网络连接，并通过复位电路233A自动复位。

图3是根据本发明实施例的高速数据采集系统的框图。如图3所示，可以对如图1所示的高速数据采集系统进行扩展，以满足更高速度的数据采集的需要。例如，在这个检查系统中，通过扩展了3个上述的数据采集系统，来满足高速采集需求。各单元之间的工作同步是通过信号处理模块22A通过扩展总线传递的启动采集信号和同步脉冲来保证的。

如图3所示，当信号处理模块22A发出命令选中探测设备时，同时发出同步脉冲/启动信号给信号处理模块22B。在这种情况下，探测设备输出的模拟信号输入到数据变换模块21B。数据变换模块21B将输入的模拟信号变换成数字数据，并且缓存在信号处理模块22B的RAM中。通讯控制模块23B通过交换机60与上位计算机30建立起连接后，其工作状态受上位机控制，在完成1次采集变换后实时地将所采集的数字数据传输到上位计算机中。

与此类似，当信号处理模块22A发出命令选中探测设备时，同时发出同步脉冲/启动信号给信号处理模块22C。在这种情况下，探测设备模块输出的模拟信号输入到数据变换模块21C。数据变换模块21C将输入的模拟信号变换成数字数据，并且缓存在信号处理模块22C的RAM中。通讯控制模块23C通过交换机60与上位计算机30建立连接后，将在完成1次采集变换后实时地将所采集的数字数据传输到上位计算机中。

根据本发明的实施例，这样的数据采集单元可以根据需要进行扩展，对于大数据量高速采集都有很好的兼容性和适应性，通过扩展采集单元就能够够方便和快速地实现系统要求。

上面的描述仅用于实现本发明的实施方式，本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明的范围的任何修改或局部替换，均应该属于本发明的权利要求来限定的范围，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种数据采集系统，用于在对火车或者海关集装箱进行辐射成像的检测系统中，所述检测系统包括探测设备，用于探测X射线，所述数据采集系统包括：

信号处理装置，根据同步信号产生选择信号，以选择一个探测设备对X射线进行探测；

数据变换装置，受信号处理装置的控制，分时地对探测器进行A/D变换，将所述探测设备所探测的信号变换成数字数据，并缓存在所述信号处理装置中；以及

通讯控制装置，与图像处理设备连接，并将所述信号处理装置中缓存的数字数据通过所述连接传输到所述图像处理设备；

其中所述通讯控制装置包括：

RISC处理器；

配置电路，用以设置通讯控制装置的配置信息；

外部RAM电路，用以扩展系统存储空间；

以太网接口电路，用于驱动和隔离传输信号，通讯控制装置与上位计算机通过以太网连接；

复位电路，当通讯控制装置在上电或者复位时，主动向上位计算机发送连接请求，当网络出现异常时，通讯控制装置主动断开与上位计算机的网络连接，并通过复位电路自动复位；

其中，通过所述信号处理装置的扩展总线来实现数据采集系统的扩展。

2.如权利要求1所述的数据采集系统，其特征在于，所述数据变换装置和所述信号处理装置之间是通过并行总线连接的。

3.如权利要求1所述的数据采集系统，其特征在于，所述信号处理装置和所述通讯控制装置之间是通过并行总线连接的。

4.如权利要求1所述的数据采集系统，其特征在于，所述通讯控制装置和所述图像处理设备之间，是通过高速串行总线连接的。

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