CN107015496A - 一种智能数据采集系统及装置 - Google Patents

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黄超
徐勇
张专
杨子锏
刘少锋
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/04—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers
    • G05B19/042—Programme control other than numerical control, i.e. in sequence controllers or logic controllers using digital processors

Abstract

本发明涉及一种智能数据采集系统，包括中央处理单元，所述中央处理单元通过高速串行总线连接有数据存储模块、多个数据采集模块、多个外部通信模块和电源模块；高速串行总线包括并行设置的控制总线和数据传输总线；数据采集模块可实现对工业数据的高速同步采集、异步采集和条件采集；所述数据存储模块用于扩展数据存储，储存所述数据采集模块采集到的工业数据；中央处理单元对数据采集过程进行控制，及采集后对采集到的工业数据进行处理；所述外部通信模块包含多种通信控制模块，可驱动多种外部通信接口；所述电源模块用于整体供电，本发明可满足大数据量的采集和传输，可扩展性大，兼容性好，可根据使用环境变换组合，适用范围广。

Description

一种智能数据采集系统及装置
技术领域
本发明涉及一种智能数据采集系统及装置，涉及一种应用在物联网中的数据采集系统。
背景技术
数据采集器，即实现数据采集功能的计算机扩展，可以通过USB、以太网、各种无线网络等总线接入个人计算机。
现有的数据采集器具有以下缺点：在工业现场，通常会安装很多各种类型的模拟或数字量传感器，用于监测设备及环境信息，如压力、温度、流量、速度、图像、声音、电性能等等，受现场环境的限制传感器信号不能远距离传输(如距离，布线，抗干扰等)，现有的数据采集器输入方式仅能支持某些特定的模拟量或数字传感器输入，可扩展性及兼容性较差。比如有的传感器仅支持12V电压，如需接入24V传感器更换必须重新设计数据采集器，不可以混用。
由于现有的数据采集器集成度较高，所以输出方式仅能支持某些特定的一种或几种通信协议，比如485、232、以太网。无法通过扩展支持其他协议。且现有的数据采集器缺乏智能数据采集功能，比如依据A传感器采集的数据，控制B传感器的数据采集，多传感器的数据需要同步采集。
现有的数据采集卡内部总线采用传统的互连方式，如处理器总线、如处理器总线、PCI总线和以太网，都难以满足新的高速高带宽的数据传输需求，特别是大数据量采集与传输，如声音和图像，上述缺点成为现有数据采集器亟待解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为克服上述问题，提供一种采集速度快、处理精度高、适用范围广的智能数据采集系统及装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种智能数据采集系统，包括中央处理单元，所述中央处理单元通过高速串行总线连接有数据存储模块、多个数据采集模块、多个外部通信模块和电源模块；
所述高速串行总线包括并行设置的控制总线和数据传输总线；
所述数据采集模块可实现对工业数据的高速同步采集、异步采集和条件采集；
所述数据存储模块用于扩展数据存储，储存所述数据采集模块采集到的工业数据；
所述中央处理单元对数据采集过程进行控制，及采集后对采集到的工业数据进行处理；
所述外部通信模块包含多种通信控制模块，可驱动多种外部通信接口；
所述电源模块用于整体供电。
优选地，所述高速串行总线为RapidIO高速串行总线。
优选地，所述中央处理单元包括中央处理器，所述中央处理器连接有多个DSP、USB通信控制模块、以太网通信控制模块、FLASH ROM和SDRAM，所述FLASHROM用于存储程序，所述USB通信控制模块和以太网通信控制模块为外部编程接口，所述DSP负责高速信号处理及计算，所述SDRAM为计算提供内部存储。
优选地，所述数据采集模块包括FPGA芯片、高速AD转换芯片、精确时钟芯片、SDRAM、8个模拟量采集通道和8个数字量采集通道，所述FPGA芯片用于实现高速同步采集、异步采集和条件采集。
优选地，所述外部通信模块包括存储器、场线通信控制模块、RS232通信控制处理模块和以太网通信控制处理模块，所述存储器用于通信数据缓冲；所述场线通信控制模块针对不同的场线设置多种不同的配置，可支持POWERLINK，CANopen，DeviceNet，Profibus，Profinet。
优选地，所述电源集模块有24V、12V和5V供电模块。
优选地，CPU采用Intel 32位CPU。
一种智能数据采集装置，包括通过同一个导轨级联在一起的中央处理箱、数据存储箱、数据采集箱、外部通讯箱和电源箱，所述中央处理箱中安装有所述中央处理单元，所述数据存储箱中安装所述数据存储模块，所述数据采集箱中安装所述数据采集模块，所述外部通讯箱中安装所述外部通信模块，所述电源箱中安装所述电源模块。
优选地，所述导轨为DIN导轨。
本发明的有益效果是：本发明本可满足大数据量的智能采集和传输，可扩展性大，兼容性好，可根据使用环境变换组合，设置相应数量的数据采集模块和外部通信模块，适用范围广。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明所述智能数据采集系统一个实施例的结构图；
图2是本发明所述智能数据采集系统另一个实施例的具体结构图；
图3是本发明所述智能数据采集装置一个实施例的爆炸结构图；
图4是本发明所述智能数据采集装置一个实施例的结构图；
图中标记：1-中央处理箱，2-外部通讯箱，3-数据采集箱，4-数据存储箱，5-电源箱。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例1
如图1所示的本发明所述一种智能数据采集系统，包括中央处理单元，所述中央处理单元通过高速串行总线连接有数据存储模块、多个数据采集模块、多个外部通信模块和电源模块，所述数据采集模块和外部通信模块的个数可根据需要进行设置，不进行具体限定，如需要采集的数据较多，则可以多设置；
所述高速串行总线包括并行设置的控制总线和数据传输总线，可以并行的进行控制和数据传输，相互不影响，并且可以提高效率，使整体的运行速度更迅捷；
所述数据采集模块可实现对工业数据的高速同步采集、异步采集和条件采集，采用同步方式采集数据，在设定的数据采集完之前，程序会一直停在采集函数，直至采集完成后程序才向下执行；而异步方式采集，在采集过程中还可以同时进行其它的动作，后面通常会用异步检测函数来判断采集有没有完成，采集完成取数据进行后续处理，所述条件采集具体为：在满足预设条件的情况下，通过同步触发脉冲采集信号，比如模数转换，数字采样。例如常见的两种情况，在高速高同步要求的情况下：
1.仅当A，B传感器采集的信号，满足一定条件后，才触发C等其他传感器的采样(通过FPGA进行逻辑运算，并发出采样指令，同步脉冲)。
2.将A传感器反馈的脉冲信号，作为触发B，和C的同步采样信号，比如A每10个脉冲，B，C采样一次(通过DSP信号处理，并向B和C发出同步脉冲采样指令)。
所述数据存储模块用于扩展数据存储，可根据需要扩展需要的数据容量，储存所述数据采集模块采集到的工业数据；
所述中央处理单元对数据采集过程进行控制，及采集后对采集到的工业数据进行处理；
所述外部通信模块包含多种通信控制模块，可驱动多种外部通信接口；
所述电源模块用于整体供电；本发明本可满足大数据量的智能采集和传输，可扩展性大，兼容性好，可根据使用环境变换组合，设置相应数量的数据采集模块和外部通信模块，适用范围广。
在优选的实施方式中，所述高速串行总线优选的为RapidIO高速串行总线，RapidIO是一种新型高性能、低引脚数、基于报文交换的互连体系结构，是为满足现在和未来高性能嵌入式系统的独特需求而设计的一种开放式互连技术标准，能广泛满足嵌入式系统应用的需求，包括微处理器、网络设备中的存储器映射I/O器件、存储子系统和通用计算机平台的互联。本发明中应用RapidIO使芯片与芯片之间、板与板之间的通信带宽高达1Gbps到60Gbps的传输速率，提供了高带宽、低延迟的互连解决方法。
在优选的实施方式中，如图2所示，所述中央处理单元包括中央处理器，所述中央处理器连接有多个DSP、USB通信控制模块、以太网通信控制模块、FLASHROM(快闪只读存储器)和SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory，同步动态随机存储器)，所述FLASH ROM用于存储程序，所述USB通信控制模块和以太网通信控制模块为外部编程接口，所述DSP负责高速信号处理及计算，所述DSP的个数根据需要进行设置，所述SDRAM为计算提供内部存储。
在优选的实施方式中，所述数据采集模块包括FPGA芯片、高速AD转换芯片、精确时钟芯片、SDRAM、8个模拟量采集通道和8个数字量采集通道，所述FPGA芯片用于实现高速同步采集、异步采集和条件采集。
在优选的实施方式中，所述外部通信模块包括存储器、场线通信控制模块、RS232通信控制处理模块和以太网通信控制处理模块，所述存储器用于通信数据缓冲；所述场线通信控制模块针对不同的场线设置多种不同的配置，可支持POWERLINK、CANopen、DeviceNet、Profibus和Profinet。
在优选的实施方式中，所述电源集模块有24V、12V和5V供电模块，提供更多的供电模式。
在优选的实施方式中，CPU优选的采用Intel 32位CPU，但不限于此，还可采用其他现有的CPU。
实施例2
一种智能数据采集装置，如图4所示，包括通过同一个导轨级联在一起的中央处理箱1、数据存储箱4、数据采集箱3、外部通讯箱2和电源箱5，以上箱体都通过同一导轨连接，首先，其内部电路方便进行布局，其次，各个箱体之间可实现快速插接组合，如图3所示，可根据需要进行变换不同的应用组合，所述中央处理箱1中安装有所述中央处理单元，所述数据存储箱4中安装所述数据存储模块，所述数据采集箱3中安装所述数据采集模块，所述外部通讯箱2中安装所述外部通信模块，所述电源箱5中安装所述电源模块。
在优选的实施方式中，所述导轨为DIN导轨。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种智能数据采集系统，其特征在于，包括中央处理单元，所述中央处理单元通过高速串行总线连接有数据存储模块、多个数据采集模块、多个外部通信模块和电源模块；
所述高速串行总线包括并行设置的控制总线和数据传输总线；
所述数据采集模块可实现对工业数据的高速同步采集、异步采集和条件采集；
所述数据存储模块用于扩展数据存储，储存所述数据采集模块采集到的工业数据；
所述中央处理单元对数据采集过程进行控制，及采集后对采集到的工业数据进行处理；
所述外部通信模块包含多种通信控制模块，可驱动多种外部通信接口；
所述电源模块用于整体供电。
2.如权利要求1所述的智能数据采集系统，其特征在于，所述高速串行总线为RapidIO高速串行总线。
3.如权利要求1或2所述的智能数据采集系统，其特征在于，所述中央处理单元包括中央处理器，所述中央处理器连接有多个DSP、USB通信控制模块、以太网通信控制模块、FLASH ROM和SDRAM，所述FLASH ROM用于存储程序，所述USB通信控制模块和以太网通信控制模块为外部编程接口，所述DSP负责高速信号处理及计算，所述SDRAM为计算提供内部存储。
4.如权利要求1-3任一项所述的智能数据采集系统，其特征在于，所述数据采集模块包括FPGA芯片、高速AD转换芯片、精确时钟芯片、SDRAM、8个模拟量采集通道和8个数字量采集通道，所述FPGA芯片用于实现高速同步采集、异步采集和条件采集。
5.如权利要求1-4任一项所述的智能数据采集系统，其特征在于，所述外部通信模块包括存储器、场线通信控制模块、RS232通信控制处理模块和以太网通信控制处理模块，所述存储器用于通信数据缓冲；所述场线通信控制模块针对不同的场线设置多种不同的配置，可支持POWERLINK，CANopen，DeviceNet，Profibus，Profinet。
6.如权利要求1-5任一项所述的智能数据采集系统，其特征在于，所述电源集模块有24V、12V和5V供电模块。
7.如权利要求1-6任一项所述的智能数据采集系统，其特征在于，CPU采用Intel 32位CPU。
8.一种智能数据采集装置，其特征在于，包括通过同一个导轨级联在一起的中央处理箱、数据存储箱、数据采集箱、外部通讯箱和电源箱，所述中央处理箱中安装有所述中央处理单元，所述数据存储箱中安装所述数据存储模块，所述数据采集箱中安装所述数据采集模块，所述外部通讯箱中安装所述外部通信模块，所述电源箱中安装所述电源模块。
9.如权利要求8所述的智能数据采集装置，其特征在于，所述导轨为DIN导轨。
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