CN105374200A - 一种高速可靠的远程数据采集存储系统 - Google Patents

Abstract

一种高速可靠的远程数据采集存储系统，包括数据采集模块、网络光纤模块、光纤内存映射模块、数据存储模块、协议解析模块、数据显示模块；协议解析模块解析得到测试指令，主控模块控制数据采集模块采集数据，数据采集模块采集遥测信号采集得到采集数据，网络光纤模块、光纤内存映射模块接收或读取采集数据并转发，数据存储模块存储采集数据，数据显示模块显示采集数据。本发明引入网络光纤技术，并将内存映射方案和网络光纤方案进行了整合，提高了采集数据传输抗干扰能力、降低了采集数据传输故障发生频率，另外本发明在数据存储过程中采用了分时段对采集数据进行存储，进一步保证了数据存储的安全性、可靠性。

Description

一种高速可靠的远程数据采集存储系统

技术领域

本发明涉及一种运载火箭外场试验环境下的数据采集技术，特别是一种高速可靠的远程数据采集存储系统。

背景技术

随着航天发射的频度越来越大，伺服机构需要多次参与动力系统试车试验、热试车试验等外场试验任务，在这个过程中需要对伺服系统的性能参数(如位移、充气压力、油面、油温等)进行采集，将采集到的数据用以实时显示和反馈以及后续的伺服系统性能分析。

目前大多数的外场试验环境中，塔架和控制间的距离都在几百米甚至上千米，全程的采集过程已经延长到了几百秒甚至上千秒，这就对大量数据在远距离传输过程中的可靠性有了更高要求。传统的采集设备采用的是内存映射板卡的方式，通过专用的板卡完成上位机对下位机的内存读写工作。这种方式在上位机的编程上比较容易实现，但是在硬件上需要每百米加一个中继设备，这使得整个系统变得复杂，可靠性也就变得难以保证。同时，传统的远程数据采集系统具有较大的测量误差、抗干扰能力弱、故障发生频率及数据记录过程中发生异常的概率相对较高。因此需要提出一种高速可靠的远程数据采集存储系统来高效可靠的实现数据的存储和备份以及同伺服系统测试软件的数据共享。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种通过引入网络光纤技术，将内存映射方案和网络光纤方案进行了整合，提高了采集数据传输抗干扰能力、降低了采集数据传输故障发生频率的高速可靠的远程数据采集存储系统，同时本发明系统在数据存储过程中采用了分时段对采集数据进行存储，进一步保证了数据存储的安全性、可靠性。

本发明的技术解决方案是：一种高速可靠的远程数据采集存储系统，包括数据采集模块、网络光纤模块、光纤内存映射模块、数据存储模块、协议解析模块、数据显示模块、主控模块，其中

协议解析模块，从外部获取测试指令后进行解析，得到准备测试指令、开始测试指令或中止采集指令并送至主控模块，其中，准备测试指令包括板卡数、采样率、单通道采集个数；所述的板卡数为数据采集模块使用的采集板卡数量，采样率为采集板卡单通道1s内采集的数据个数，单通道采集个数为采集板卡中单通道采集的全部数据个数；

主控模块，接收准备测试指令、开始测试指令或中止采集指令后进行判断，如果为准备测试指令，则将准备测试指令送至数据采集模块，并控制数据采集模块在接收到开始测试指令时根据准备测试指令中的板卡数、采样率、单通道采集个数采集数据；如果为开始测试指令，则控制数据采集模块开始采集数据，如果为中止采集指令，则控制数据采集模块停止采集数据，采集数据包括被测伺服机构运动指令、伺服机构性能数据；

数据采集模块，包括采集板卡、隔离箱；隔离箱将采集板卡、被测伺服机构进行电气隔离；采集板卡，接收准备测试指令并根据准备测试指令中的板卡数、采样率、单通道采集个数使用内部的多个通道采集遥测信号得到采集数据，将采集数据送至网络光纤模块、光纤内存映射模块、数据存储模块；

网络光纤模块，接收采集数据后将采集数据送至数据显示模块、数据存储模块；

数据存储模块，包括第一本地数据库、第二本地数据库；第一本地数据库接收采集板卡发送的采集数据并存储；第二本地数据库分别接收网络光纤模块、光纤内存映射模块发送的采集数据并存储；其中，第一本地数据库、第二本地数据库为分布式数据库，第一本地数据库设置在数据采集端、第二本地数据库设置在数据显示端；

光纤内存映射模块，从数据存储模块中的第一本地数据库读取采集数据，然后送至数据显示模块、数据存储模块中的第二本地数据库；

数据显示模块，分别接收网络光纤模块、光纤内存映射模块发送的采集数据并显示。

所述的网络光纤模块包括第一以太网网线、第一光纤收发器、光纤电缆、第二以太网网线、第二光纤收发器，其中

第一以太网网线接收数据采集模块发送的采集数据后将采集数据送至第一光纤收发器，第一光纤收发器对采集数据进行光电转换，得到采集数据光信号，并通过光纤电缆送至第二光纤收发器，第二光纤收发器将采集数据光信号转换为采集数据，然后通过第二以太网网线将采集数据送至数据显示模块、数据存储模块。

所述的光纤内存映射模块包括第一内存映射板卡、光纤电缆、第二内存映射板卡，其中

第一内存映射板卡读取第一本地数据库中的采集数据，然后通过光纤电缆送至第二内存映射板卡，第二内存映射板卡将采集数据送至数据显示模块、数据存储模块。

所述的第二本地数据库在接收采集数据过程中每隔10s存储一次，其中，采集数据存储格式为da格式。

所述的第二本地数据库在存储采集数据过程中，采集板卡中每个通道采集数据存储为一个文件，文件名为采集时间加采集板卡通道号。

所述的第一光纤收发器、第二光纤收发器为千兆光纤收发器。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明通过引入网络光纤技术，解决了外场试验任务时采集数据在远距离高速传输过程中的稳定性差、可靠性低问题，在提高采集数据传输抗干扰能力、降低了采集数据传输故障发生频率的同时，使采集数据传输距离达几公里；

(2)本发明在数据传输中将内存映射方案和网络光纤方案进行了整合，形成了双冗余系统，降低了采集数据在传输过程中因线路故障而产生丢失的概率；

(3)本发明通过数据采集模块在测试端、显示端均对采集数据进行了存储，进一步实现了采集数据存储上的双备份，降低了采集数据存储过程中因系统故障而造成存储失败的概率；

(4)本发明显示端在数据存储过程中采用了分时段对采集数据进行存储，保证了在长时间采集数据传输过程中数据存储的安全性、可靠性；

(5)本发明通过将信号输入/输出端进行电气上的完全隔离，实现了采集端多个外接仪表的信号隔离，避免了多个外接仪表公共阻抗的耦合使信号污染的缺陷，解决了电网噪声进入采集数据引起干扰的问题；

(6)本发明通过将数据格式统一化、规范化，实现了与伺服系统测试软件的数据共享。

附图说明

图1为本发明一种高速可靠的远程数据采集存储系统系统结构图；

图2为本发明系统中数据采集模块的连续采集流程图；

图3为本发明系统中协议解析模块的网络协议解析流程图。

具体实施方式

本发明结合伺服机构的特点，针对外场特殊试验环境的试验要求，克服现有远程数据采集系统的不足，使用基于TCP/IP的光纤技术增加传输介质的传输距离，其面向连接的数据流传输可靠性高，高效的实现了数据的存储和备份以及同伺服系统测试软件的数据共享。下面结合附图对本发明系统进行详细说明。如图1所示，本发明包括数据采集模块、网络光纤模块、光纤内存映射模块、数据存储模块、协议解析模块、数据显示模块。

如图1所示数据采集模块包括采集板卡、隔离箱、下位机软件驱动接口。隔离箱将采集信号的输入/输出端进行电气上的完全隔离(即实现输入到控制系统的多个外接仪表之间的信号隔离，令其既没有地的联系，又避免通道间通过公共阻抗的耦合使信号污染，解决了电网噪声进入系统引起干扰的缺陷)，完全隔离后，遥测信号通过输出端(干净的信号)送至下位机的工控机的采集板卡，采集板卡根据驱动通过其内部的多个通道采集遥测信号得到采集数据并存入到下位机的工控机内存(第一本地数据库)中，将存储后的采集数据送至通过网络光纤模块、光纤内存映射模块，所述的采集数据包括被测伺服机构运动指令、伺服机构性能数据，被测伺服机构运动指令、伺服机构性能数据内均包括采集的板卡通道，其中，本发明中数据采集模块设有5个采集板卡，每个采集板卡设有16个通道，软件驱动接口包括：建立采集任务DAQmxCreateTask、建立虚拟通道DAQmxCreateAIVoltageChan、设置通道间转化率DAQmxSetAIConvRate、设置采样率等参数DAQmxCfgSampClkTiming、读取采样DAQmxReadAnalogF64、停止任务DAQmxStopTask、清除任务信息DAQmxClearTask。数据采集模块的连续采集流程图如图2所示，首先通过软件驱动接口DAQmxCreateTask建立采集任务，并通过驱动接口DAQmxCreateAIVoltageChan建立虚拟通道，其中采集任务作为整个采集过程的实施句柄，虚拟通道为实际板卡通道的数据采集分配相应的内存空间。然后进行通道间转化率配置(驱动接口DAQmxSetAIConvRate)、采样率和采样方式设置(驱动接口DAQmxCfgSampClkTiming)，为了达到良好的采集效果，通道间转化率一般配置到微秒级，采样率一般设置在100S/s～1000S/s之间，采样方式选择连续采样方式。参数配置完成后通过驱动接口DAQmxReadAnalogF64开始读取采样，全部采样点采集完成后，停止采集任务(驱动接口DAQmxStopTask)，并对任务信息进行清除(驱动接口DAQmxClearTask)。

网络光纤模块包括第一以太网网线、第一光纤收发器(光纤转换器)、光纤电缆、第二以太网网线、第二光纤收发器。第一以太网网线接收数据采集模块发送的采集数据后将采集数据送至第一光纤收发器，第一光纤收发器对采集数据进行光电转换，得到采集数据对应的光信号，并通过光纤电缆(根据外场特殊试验环境设定长度)送至第二光纤收发器，第二光纤收发器将采集数据对应的光信号转换为采集数据网络信号，然后通过第二以太网网线将采集数据送至数据显示模块、数据存储模块。其中，网络光纤模块中数据传输是通过开放式客户端/服务器网络模型，基于TCP/IP技术，实现数据的传输，传输过程中采用千兆光纤收发器进行网络信号和光信号的转换。

光纤内存映射模块包括第一内存映射板卡、光纤电缆、第二内存映射板卡。第一内存映射板卡，上位机通过第一内存映射板卡直接对第一本地数据库(下位机内存)进行读写操作，得到存储的采集数据，然后通过光纤电缆送至第二内存映射板卡，第二内存映射板卡将采集数据送至数据显示模块、数据存储模块。

数据存储模块包括第一本地数据库、第二本地数据库；第一本地数据库接收采集板卡发送的采集数据并存储，第二本地数据库分别接收网络光纤模块、光纤内存映射模块发送的采集数据并存储；其中，第二本地数据库的存储过程采用分时段保存设置以保证在长时间数据存储上的安全性，数据均存储为da格式，单次采集数据中每个通道存储为一个文件，以采集时间加上通道号为文件名，与伺服系统测试软件共享数据，本发明中时段一般设置为10s，通道为数据板卡中性能指标。

协议解析模块，从外部获取测试指令后进行解析，得到准备测试指令、开始测试指令或中止采集指令并送至主控模块，其中，准备测试指令为“setpatam；板卡数；采样率；单通道采集个数；”，开始测试指令为“start；”，中止采集指令为“stop；”；所述的板卡数为数据采集模块使用的采集板卡数量，采样率为采集板卡单通道1s内采集的数据个数，单通道采集个数为采集板卡中各个通道采集的全部数据个数；协议解析模块的网络协议解析流程图如图3所示，接收消息事件OnReceive()空闲时处于等待状态，当获取到测试指令后即被激活，并通过识别指令信息头判读指令信息。指令信息头为“setpatam；”时，解析整条指令字符串，将板卡数、采样率和单通道采样个数的具体数值解析出来，并将解析结果送至主控模块；指令信息头为“start；”时，激活开始采集事件，将开始测试指令送至主控模块；指令信息头为“stop；”时，将中止采集指令送至主控模块。

主控模块，接收准备测试指令、开始测试指令或中止采集指令后进行判断，如果为准备测试指令，则将准备测试指令送至数据采集模块，并控制数据采集模块在接收到开始测试指令时根据准备测试指令中的板卡数、采样率、单通道采集个数采集数据；如果为开始测试指令，则控制数据采集模块开始采集数据，如果为中止采集指令，则控制数据采集模块停止采集数据；所述的采集数据包括被测伺服机构运动指令、伺服机构性能数据，其中，被测伺服机构运动指令、伺服机构性能数据均包括采集板卡通道、采集时间。

数据显示模块，分别接收网络光纤模块、光纤内存映射模块发送的采集数据，产生并分别显示，其中，数据显示包括实时采集数据的曲线显示、实时采集数据单通道数值显示、数据实时察看表，实时曲线显示可选择显示通道、各通道的显示颜色，可直观观测数据的走势，并对比被测伺服机构运动指令、伺服机构性能数据。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.一种高速可靠的远程数据采集存储系统，其特征在于包括数据采集模块、网络光纤模块、光纤内存映射模块、数据存储模块、协议解析模块、数据显示模块、主控模块，其中

协议解析模块，从外部获取测试指令后进行解析，得到准备测试指令、开始测试指令或中止采集指令并送至主控模块，其中，准备测试指令包括板卡数、采样率、单通道采集个数；所述的板卡数为数据采集模块使用的采集板卡数量，采样率为采集板卡单通道1s内采集的数据个数，单通道采集个数为采集板卡中单通道采集的全部数据个数；

主控模块，接收准备测试指令、开始测试指令或中止采集指令后进行判断，如果为准备测试指令，则将准备测试指令送至数据采集模块，并控制数据采集模块在接收到开始测试指令时根据准备测试指令中的板卡数、采样率、单通道采集个数采集数据；如果为开始测试指令，则控制数据采集模块开始采集数据，如果为中止采集指令，则控制数据采集模块停止采集数据，采集数据包括被测伺服机构运动指令、伺服机构性能数据；

数据采集模块，包括采集板卡、隔离箱；隔离箱将采集板卡、被测伺服机构进行电气隔离；采集板卡，接收准备测试指令并根据准备测试指令中的板卡数、采样率、单通道采集个数使用内部的多个通道采集遥测信号得到采集数据，将采集数据送至网络光纤模块、光纤内存映射模块、数据存储模块；

网络光纤模块，接收采集数据后将采集数据送至数据显示模块、数据存储模块；

数据存储模块，包括第一本地数据库、第二本地数据库；第一本地数据库接收采集板卡发送的采集数据并存储；第二本地数据库分别接收网络光纤模块、光纤内存映射模块发送的采集数据并存储；其中，第一本地数据库、第二本地数据库为分布式数据库，第一本地数据库设置在数据采集端、第二本地数据库设置在数据显示端；

光纤内存映射模块，从数据存储模块中的第一本地数据库读取采集数据，然后送至数据显示模块、数据存储模块中的第二本地数据库；

数据显示模块，分别接收网络光纤模块、光纤内存映射模块发送的采集数据并显示。

2.根据权利要求1所述的一种高速可靠的远程数据采集存储系统，其特征在于：所述的网络光纤模块包括第一以太网网线、第一光纤收发器、光纤电缆、第二以太网网线、第二光纤收发器，其中

第一以太网网线接收数据采集模块发送的采集数据后将采集数据送至第一光纤收发器，第一光纤收发器对采集数据进行光电转换，得到采集数据光信号，并通过光纤电缆送至第二光纤收发器，第二光纤收发器将采集数据光信号转换为采集数据，然后通过第二以太网网线将采集数据送至数据显示模块、数据存储模块。

3.根据权利要求1或2所述的一种高速可靠的远程数据采集存储系统，其特征在于：所述的光纤内存映射模块包括第一内存映射板卡、光纤电缆、第二内存映射板卡，其中

第一内存映射板卡读取第一本地数据库中的采集数据，然后通过光纤电缆送至第二内存映射板卡，第二内存映射板卡将采集数据送至数据显示模块、数据存储模块。

4.根据权利要求1或2所述的一种高速可靠的远程数据采集存储系统，其特征在于：所述的第二本地数据库在接收采集数据过程中每隔10s存储一次，其中，采集数据存储格式为da格式。

5.根据权利要求1或2所述的一种高速可靠的远程数据采集存储系统，其特征在于：所述的第二本地数据库在存储采集数据过程中，采集板卡中每个通道采集数据存储为一个文件，文件名为采集时间加采集板卡通道号。

6.根据权利要求2所述的一种高速可靠的远程数据采集存储系统，其特征在于：所述的第一光纤收发器、第二光纤收发器为千兆光纤收发器。