CN107831534A - 基于u盘交互的无缆存储式地震仪数据采集装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于U盘交互的无缆存储式地震仪数据采集装置及方法，数据采集装置包括有中央处理器，分别与中央处理器连接的数据采集模块、指示灯模块、Flash模块、GPS模块和USB接口模块。本发明通过基于嵌入式Linux的中央处理器建立了各个模块与U盘接口模块之间的对应关系，使得设备能够自动识别、挂载U盘存储设备，无需用户干预可自动挂载U盘设备，实现了即插即用的数据采集方式，更换U盘存储设备不影响正常数据采集且采样数据不丢失，使得整个设备具有U盘交互功能，同时工作人员无需对设备进行数据采集配置或改动，灵活且易于操作。
Description
技术领域
本发明涉及地震仪电子技术领域，具体是一种基于U盘交互的无缆存储式地震仪数据采集装置及方法。
背景技术
无缆存储式地震仪是一种自主式节点系统，在施工过程中，采样数据存储在采集站中，施工结束后，将采集站中存储的数据进行相应的导出，再根据需求合成最终需要的地震数据。由于无缆存储式地震仪连续工作时间长，故需要大容量的存储设备，目前在无缆存储式地震仪中采用的存储设备有Flash存储芯片、硬盘、插拔的SD、CF卡、U盘。
由于Flash存储芯片通常是焊接在电路板上，故在数据采集使用中无法进行更换，只能通过外界设备从Flash存储芯片中导出数据。一方面，导出操作流程不便于野外施工，另一方面，Flash存储芯片容量有限且价格昂贵，故不利于作为无缆存储式地震仪的大容量存储设备；硬盘虽然存储容量大，但功耗大，且硬盘在写入数据时转速很高，这时施工现场不经意的振动和冲击都有可能引起硬盘的磁道损坏，磁头失效，造成无法继续存储数据或者损坏，故可靠性差。常用的SD、CF内存卡很薄，强度较差，重要的是：内存卡的“金手指”外露，容易被静电击穿，使用时必须格外注意，这不利于野外恶劣环境下使用。而U盘无上述显著弊端，且存储容量大，用户可灵活的选择不同存储容量的U盘，USB2.0规范的传输速率为480 Mbps，满足无缆存储式地震仪的数据存储速率要求。另一方面，由于U盘基于USB接口，比具有50个引脚的基于IDE接口的CF卡更加小型化，不但计算机可通过USB接口直接读写U盘而无需转接卡，而且4个引脚的USB接口可利用密封性优越的接口引至数据采集设备外壳，做到具有很好的防水、密封效果。
目前，在现有的基于U盘存储的无缆存储式地震仪中，存在如下缺陷：1) USB接口在设备外壳内，用户无法更换U盘，只能通过设备外界端口从U盘中导出数据，这会让施工现场查看数据带来诸多不便，另外，当设备中的U盘存储满时，只能导出并清空U盘数据才能进行后续的数据采样工作，需要进行定期的导出数据工作，大数据量的导出与清空工作需要花费一定的时间，这在野外进行该任务时也会不便捷；2) 不支持USB热插拔功能，一方面表现在需要切断设备电源再插上U盘后设备才能识别U盘存储设备，另一方面表现在部分无缆存储式地震仪设备采用的是嵌入式Linux系统，当USB设备接入嵌入式Linux系统上的设备时，虽然操作系统内核能够检测到USB设备的插入或卸载，但应用程序却无法得到这些信息，内核和应用程序之间缺少联系，这就导致需要工作人员手工干预来设置和配置U盘存储设备；4) 在更换U盘存储设备过程中，数据采样需中断停止，当U盘更换成功后，重新开始数据采集工作，造成更换U盘过程中数据丢失； 5) 更换U盘存储设备后，需要重新配置设备才能进行采样，这就需要工作人员进行相关的采样设置，而配置设备进行数据采集的流程通常是集合了多种采样参数设置，这就要求工作人员具有较高的技术门槛，从而给使用者造成工作障碍，不利于推广普及。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于U盘交互的无缆存储式地震仪数据采集装置及方法，使得设备能够自动识别、挂载U盘存储设备。
本发明的技术方案为：
基于U盘交互的无缆存储式地震仪数据采集装置，包括有中央处理器，分别与中央处理器连接的数据采集模块、指示灯模块、Flash模块、GPS模块和USB接口模块，所述的数据采集模块用于对传感器模拟信号进行实时采集，所述的指示灯模块用于表示设备不同的工作状态，所述的Flash模块用于存储中央处理器运行所需的Linux系统文件并暂存采集数据，所述的GPS模块用于同步各无缆存储式地震仪采集的数据，并在实时采集数据包中添加GPS时间戳信息，所述的USB接口模块用于提供与U盘存储设备进行通信的接口。
所述的数据采集模块、指示灯模块集成于FPGA芯片中。
所述的指示灯模块包括有获取GPS信号指示灯、数据采集指示灯、U盘挂载指示灯和设备状态指示灯。
基于U盘交互的无缆存储式地震仪数据采集装置的控制方法，具体包括有以下内容：
（1）、数据采集存储：中央处理器上电后启动嵌入式Linux系统并初始化设备，然后自动检测并挂载U盘，并发送获取GPS信息指令到GPS模块，GPS模块获取指令后，进入获取GPS信号状态，当成功获取到GPS时间信号后，发送反馈信息给中央处理器表示已获取到GPS信号；当中央处理器接收到获取GPS信号通知时，中央处理器对数据采集模块进行采样参数配置，当采样参数配置完成后，发送开始采集的数字信号到数据采集模块，数据采集模块接收到数字信号后，开始采集数据，并在第一组采集的数据包中整合GPS模块中获取的时间戳信息；当采集模块已完成数据包的采集时，向中央处理器发送已获取数据信号，中央处理器根据该信号从数据采集模块中读取采集的数据包，并将数据包写入U盘存储设备和备份数据包链表；
（2）、U盘自动挂载：在中央处理器的Linux内核与用户层之间创建USB监控应用程序，监控Linux内核以获取USB设备接入信息；当U盘插入时， USB监控应用程序根据接收到Linux内核发送的U盘相应信息，并从中解析U盘的设备名称，并根据U盘设备名称进一步识别U盘文件系统进而挂载U盘；当成功挂载U盘存储设备后，USB监控应用程序进一步向U盘存储设备写入数据和读取U盘存储设备中的文件信息；
（3）、更换U盘存储设备：当USB监控应用程序检测到U盘卸载时，USB监控应用程序创建新的数据缓存区和设置一阈值，并开始累积计数；当累积计数在阈值范围内，USB监控应用程序将获取的数据包依次写入该缓冲区中，并进行循环存储数据包；当监控USB应用程序检测到有新的U盘存储设备插入时，自动挂载U盘，并在U盘存储设备中创建数据文件，首先将备份数据包链表中的数据从尾部开始依次写入U盘存储中，其次将开辟的数据缓存区中的数据包写入U盘文件中，再清空备份数据包链表和数据缓冲区；当累积计数超过阈值范围仍未检测到U盘存储设备插入，则向数据采集模块发送停止数据采集数字信号，并清空备份数据包链表和数据缓存区，最后结束数据采集工作；
（4）、U盘交互自动配置采样：将设置的采样配置参数文件写入到U盘，当U盘挂载成功后，中央处理器检测是否有采样配置参数文件，若有该文件，解析该文件并根据采样配置参数进行数据采集。
所述的数据采集存储过程中，中央处理器配置的采样参数包括有采样率，采样开始时间，采样结束时间、增益以及功能标识符；功能标识符主要功能是标识是否延续前一次采样，或者采样新的参数配置进行数据采集工作。
所述的数据采集存储过程中的备份数据包链表是将数据包保存在长度为N的链表上，当存储的数据包长度大于N时，则先从链表尾部删除最先保存的链表元素，在链表头部加入新的链表元素；备份数据包链表是为了在卸载U盘存储时，有极少数据包未完成写入到文件中而造成丢失，当插入新的U盘存储设备时，之前写入失败的数据包重新从备份数据包链表中获取并写入到新的U盘存储设备中，保证了在短时间内不会因更换U盘存储设备而丢失采集数据。
所述的更换U盘存储设备的过程中，USB监控应用程序设置的一阈值是以时间为单位或已存数据包的数目，开始累积计数是在阈值的基础上，利用定时器功能或数据包计数方式进行动态累积，根据累积总和判断是否超过所述的阈值范围，作为表征工作状态的作用，即在阈值内范围为一种工作状态，超过该阈值为另一种工作状态。
本发明的优点：
本发明通过基于嵌入式Linux的中央处理器建立了各个模块与U盘接口模块之间的对应关系，使得设备能够自动识别、挂载U盘存储设备，无需用户干预可自动挂载U盘设备，实现了即插即用的数据采集方式，更换U盘存储设备不影响正常数据采集且采样数据不丢失，使得整个设备具有U盘交互功能，同时工作人员无需对设备进行数据采集配置或改动，灵活且易于操作。
附图说明
图1是本发明数据采集装置的结构示意图。
图2是本发明数据采集存储的流程图。
图3是本发明提供的备份数据包链表的结构图。
图4是本发明U盘自动挂载的流程图。
图5是本发明更换U盘存储设备的流程图。
图6是本发明U盘交互自动配置采样的流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
见图1，基于U盘交互的无缆存储式地震仪数据采集装置，包括有中央处理器1，分别与中央处理器1连接的数据采集模块2、指示灯模块3、Flash模块4、GPS模块5和USB接口模块6，数据采集模块2用于对传感器模拟信号进行实时采集，指示灯模块3用于表示设备不同的工作状态，Flash模块4用于存储中央处理器1运行所需的Linux系统文件并暂存采集数据，GPS模块5用于同步各无缆存储式地震仪采集的数据，并在实时采集数据包中添加GPS时间戳信息，USB接口模块6用于提供与U盘存储设备进行通信的接口；其中，数据采集模块2、指示灯模块3集成于FPGA芯片7中；指示灯模块3包括有获取GPS信号指示灯（表示未获取GPS信号或已获取GPS信号状态）、数据采集指示灯（表示未进行数据采集或正在进行数据采集）、U盘挂载指示灯（表示U盘挂载成功）和设备状态指示灯（设备状态正常或异常）。
基于U盘交互的无缆存储式地震仪数据采集装置的控制方法，具体包括有以下内容：
（1）、见图2，数据采集存储：中央处理器1上电后启动嵌入式Linux系统并初始化设备，然后自动检测并挂载U盘，并发送获取GPS信息指令到GPS模块，GPS模块获取指令后，进入获取GPS信号状态，当成功获取到GPS时间信号后，发送反馈信息给中央处理器表示已获取到GPS信号；当中央处理器接收到获取GPS信号通知时，中央处理器对数据采集模块进行采样参数配置（包括有采样率，采样开始时间，采样结束时间、增益以及功能标识符；功能标识符主要功能是标识是否延续前一次采样，或者采样新的参数配置进行数据采集工作），当采样参数配置完成后，发送开始采集的数字信号到数据采集模块，数据采集模块接收到数字信号后，开始采集数据，并在第一组采集的数据包中整合GPS模块中获取的时间戳信息；当采集模块已完成数据包的采集时，向中央处理器发送已获取数据信号，中央处理器根据该信号从数据采集模块中读取采集的数据包，并将数据包写入U盘存储设备和备份数据包链表；
见图3，备份数据包链表是将数据包保存在长度为N的链表上，当存储的数据包长度大于N时，则先从链表尾部删除最先保存的链表元素，在链表头部加入新的链表元素；备份数据包链表是为了在卸载U盘存储时，有极少数据包未完成写入到文件中而造成丢失，当插入新的U盘存储设备时，之前写入失败的数据包重新从备份数据包链表中获取并写入到新的U盘存储设备中，保证了在短时间内不会因更换U盘存储设备而丢失采集数据；
数据采集存储是利用应用程序编程来通过调用相应模块的API函数接口，实现各模块的控制与协调工作；
（2）、见图4，U盘自动挂载：在中央处理器的Linux内核与用户层之间创建USB监控应用程序，监控Linux内核以获取USB设备接入信息；当U盘插入时， USB监控应用程序根据接收到Linux内核发送的U盘相应信息，并从中解析U盘的设备名称，并根据U盘设备名称进一步识别U盘文件系统进而挂载U盘；当成功挂载U盘存储设备后，USB监控应用程序进一步向U盘存储设备写入数据和读取U盘存储中的文件信息；
U盘挂载时，自动识别U盘设备名称与自动挂载U盘，实现了U盘即插即用的功能，无需用户手工干预或挂载U盘；
（3）、见图5，更换U盘存储设备：当USB监控应用程序检测到U盘卸载时，USB监控应用程序创建新的数据缓存区和设置一阈值，并开始累积计数（阈值是以时间为单位或已存数据包的数目，开始累积计数是在阈值的基础上，利用定时器功能或数据包计数方式进行动态累积，根据累积总和判断是否超过阈值范围，作为表征工作状态的作用，即在阈值内范围为一种工作状态，超过该阈值为另一种工作状态）；当累积计数在阈值范围内，USB监控应用程序将获取的数据包依次写入该缓冲区中，并进行循环存储数据包；当监控USB应用程序检测到有新的U盘存储设备插入时，自动挂载U盘，并在U盘存储设备中创建数据文件，首先将备份数据包链表中的数据从尾部开始依次写入U盘存储中，其次将开辟的数据缓存区中的数据包写入U盘文件中，再清空备份数据包链表和数据缓冲区；当累积计数超过阈值范围仍未检测到U盘存储设备插入，则向数据采集模块发送停止数据采集数字信号，并清空备份数据包链表和数据缓存区，最后结束数据采集工作；
更换U盘存储设备时，由于备份数据链的暂存，保证了不会U盘存储设备卸载时，可能因为数据包未完成写入造成的错误、丢失，另一方面，在短时间内更换U盘存储设备过程中，数据暂存在缓冲区，而不中断数据采集工作，保证了数据采集连续性；
（4）、见图6，U盘交互自动配置采样：将设置的采样配置参数文件写入到U盘，当U盘挂载成功后，中央处理器检测是否有采样配置参数文件，若有该文件，解析该文件并根据采样配置参数进行数据采集；
U盘交互自动配置采样实现了通过将采样配置参数事先配置完成并存入U盘后，将U盘插入设备即可自动进行采样参数配置和数据采集工作，无需施工现场对设备进行繁杂的配置工作，提高了野外施工效率。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.基于U盘交互的无缆存储式地震仪数据采集装置，其特征在于：包括有中央处理器，分别与中央处理器连接的数据采集模块、指示灯模块、Flash模块、GPS模块和USB接口模块，所述的数据采集模块用于对传感器模拟信号进行实时采集，所述的指示灯模块用于表示设备不同的工作状态，所述的Flash模块用于存储中央处理器运行所需的Linux系统文件并暂存采集数据，所述的GPS模块用于同步各无缆存储式地震仪采集的数据，并在实时采集数据包中添加GPS时间戳信息，所述的USB接口模块用于提供与U盘存储设备进行通信的接口。
2.根据权利要求1所述的基于U盘交互的无缆存储式地震仪数据采集装置，其特征在于：所述的数据采集模块、指示灯模块集成于FPGA芯片中。
3.根据权利要求1所述的基于U盘交互的无缆存储式地震仪数据采集装置，其特征在于：所述的指示灯模块包括有获取GPS信号指示灯、数据采集指示灯、U盘挂载指示灯和设备状态指示灯。
4.根据权利要求1所述的基于U盘交互的无缆存储式地震仪数据采集装置的控制方法，其特征在于：具体包括有以下内容：
（1）、数据采集存储：中央处理器上电后启动嵌入式Linux系统并初始化设备，然后自动检测并挂载U盘，并发送获取GPS信息指令到GPS模块，GPS模块获取指令后，进入获取GPS信号状态，当成功获取到GPS时间信号后，发送反馈信息给中央处理器表示已获取到GPS信号；当中央处理器接收到获取GPS信号通知时，中央处理器对数据采集模块进行采样参数配置，当采样参数配置完成后，发送开始采集的数字信号到数据采集模块，数据采集模块接收到数字信号后，开始采集数据，并在第一组采集的数据包中整合GPS模块中获取的时间戳信息；当采集模块已完成数据包的采集时，向中央处理器发送已获取数据信号，中央处理器根据该信号从数据采集模块中读取采集的数据包，并将数据包写入U盘存储设备和备份数据包链表；
（2）、U盘自动挂载：在中央处理器的Linux内核与用户层之间创建USB监控应用程序，监控Linux内核以获取USB设备接入信息；当U盘插入时， USB监控应用程序根据接收到Linux内核发送的U盘相应信息，并从中解析U盘的设备名称，并根据U盘设备名称进一步识别U盘文件系统进而挂载U盘；当成功挂载U盘存储设备后，USB监控应用程序进一步向U盘存储设备写入数据和读取U盘存储设备中的文件信息；
（3）、更换U盘存储设备：当USB监控应用程序检测到U盘卸载时，USB监控应用程序创建新的数据缓存区和设置一阈值，并开始累积计数；当累积计数在阈值范围内，USB监控应用程序将获取的数据包依次写入该缓冲区中，并进行循环存储数据包；当监控USB应用程序检测到有新的U盘存储设备插入时，自动挂载U盘，并在U盘存储设备中创建数据文件，首先将备份数据包链表中的数据从尾部开始依次写入U盘存储中，其次将开辟的数据缓存区中的数据包写入U盘文件中，再清空备份数据包链表和数据缓冲区；当累积计数超过阈值范围仍未检测到U盘存储设备插入，则向数据采集模块发送停止数据采集数字信号，并清空备份数据包链表和数据缓存区，最后结束数据采集工作；
（4）、U盘交互自动配置采样：将设置的采样配置参数文件写入到U盘，当U盘挂载成功后，中央处理器检测是否有采样配置参数文件，若有该文件，解析该文件并根据采样配置参数进行数据采集。
5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于：所述的数据采集存储过程中，中央处理器配置的采样参数包括有采样率，采样开始时间，采样结束时间、增益以及功能标识符；功能标识符主要功能是标识是否延续前一次采样，或者采样新的参数配置进行数据采集工作。
6.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于：所述的数据采集存储过程中的备份数据包链表是将数据包保存在长度为N的链表上，当存储的数据包长度大于N时，则先从链表尾部删除最先保存的链表元素，在链表头部加入新的链表元素；备份数据包链表是为了在卸载U盘存储时，有极少数据包未完成写入到文件中而造成丢失，当插入新的U盘存储设备时，之前写入失败的数据包重新从备份数据包链表中获取并写入到新的U盘存储设备中，保证了在短时间内不会因更换U盘存储设备而丢失采集数据。
7.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于：所述的更换U盘存储设备的过程中，USB监控应用程序设置的一阈值是以时间为单位或已存数据包的数目，开始累积计数是在阈值的基础上，利用定时器功能或数据包计数方式进行动态累积，根据累积总和判断是否超过所述的阈值范围，作为表征工作状态的作用，即在阈值内范围为一种工作状态，超过该阈值为另一种工作状态。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180323 |