CN109031164B - 一种针对磁强计设备的后端数据处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对磁强计设备的后端数据处理系统，包括：数据接收与预处理模块，用于接收并处理磁强计采集到的数据，并将数据保存到环形缓冲模块中；环形缓冲模块，用于保存并为其他模块提供数据；数据曲线绘制模块，用于提取从当前时刻开始的一段磁场数据绘制成曲线；磁场数值实时显示模块，用于从环形缓冲模块中提取出当前时刻磁场值并进行显示，同时显示数据曲线绘制模块绘制成的曲线；数据存储模块，用于将环形缓冲模块的数据以文件的形式的存储到外部存储器中。本发明所述的后端数据处理系统可以直接与磁强计采集系统配合，完成数据的存储同时在显示出磁场值，本发明对设备性能要求很小，特别适应于便携式磁强计设备。

Description

一种针对磁强计设备的后端数据处理系统

技术领域

本发明涉及磁强计设备技术领域，尤其涉及一种针对磁强计设备的后端数据处理系统。

背景技术

磁强计是用来测量磁感应强度的传感器，在工业、农业、交通、运输、国防、航空航天、海洋、气象、医疗卫生等领域均有广泛应用。尤其在地质勘探领域,它可用于地磁场变化监测和地质年代检测。

近年来随着磁强计设备的发展，高采样率的数字磁强计已经开始在市场上出现，但由于高采样率的磁强计设备的实时存储和显示对设备的处理和存储能力有很高的要求，因此市场上的磁强计设备的存储和显示往往是通过附带的计算机类设备实现，这在实际使用中非常不方便。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种针对磁强计设备的后端数据处理系统，所述系统可以直接与磁强计采集系统配合，完成高速数据的存储同时在显示屏中显示出磁场值及磁场曲线。

通过本申请的一实施例提供了如下技术方案：

一种针对磁强计设备的后端数据处理系统，其特征在于，包括：数据接收与预处理模块，用于接收并处理磁强计采集到的数据，并将预处理后的数据保存到环形缓冲模块中；环形缓冲模块，用于保存经数据接收与预处理模块处理后的数据，并为数据曲线绘制模块，磁场数值实时显示模块、数据存储模块同时提供数据；数据曲线绘制模块，用于从环形缓冲模块中提取出从当前时刻开始的一段磁场数据绘制成曲线并通过磁场数值实时显示模块显示出来；磁场数值实时显示模块，用于从环形缓冲模块中提取出当前时刻磁场值并进行显示，同时显示数据曲线绘制模块绘制成的曲线；数据存储模块，用于将环形缓冲模块的数据以文件的形式的存储到外部存储器中。

优选的，所述针对磁强计设备的后端数据处理系统的数据接收与预处理模块通过物理通信接口与磁强计设备连接。

优选的，所述针对磁强计设备的后端数据处理系统的数据接收与预处理模块包括有一个驱动模块，所述驱动模块包括一个缓冲区。

优选的，所述针对磁强计设备的后端数据处理系统的环形缓冲模块存储空间大于数据曲线绘制模块每次显示的数据大小。

优选的，所述针对磁强计设备的后端数据处理系统的环形缓冲模块设置有指针。

优选的，所述针对磁强计设备的后端数据处理系统的指针包括接收指针、显示指针、绘制指针和存储指针。

优选的，所述针对磁强计设备的后端数据处理系统的磁场数值实时显示模块每秒钟显示一个磁场数值，此数值为当前显示指针指示的缓存单元中数值的平均值。

优选的，所述针对磁强计设备的后端数据处理系统的数据存储模块使用轮询方式实现。

优选的，所述针对磁强计设备的后端数据处理系统数据存储模块包括一个存储缓冲区。

根据本发明的一个实施例还提供了一种采用所述后端数据处理系统处理磁信号的方法，其特征在于，包括：将磁强计采集到的磁信号传输给数据接收与预处理模块；磁信号经数据接收与预处理模块处理后传输给环形缓冲模块；将环形缓冲模块中从当前时刻开始的一段磁场数据提取到数据曲线绘制模块中绘制磁场曲线；将当前时刻的磁场值从环形缓冲模块提取出来，与数据曲线绘制模块中绘制出的磁场曲线共同在磁场数值实时显示模块中显示；将环形缓冲模块中的数据通过数据存储模块以文件的形式的存储到外部存储器中。

本发明提出的针对磁强计设备的后端数据处理系统可以直接与磁强计采集系统配合，完成高速数据的存储同时在显示屏中显示出磁场值及磁场曲线，使得用户能够实时了解被测磁场状态和设备运行状态。本发明实施例所述的一种针对磁强计设备的后端数据处理系统各模块独立运行并完成相关的功能，由于每个模块使用同一个数据资源，因此只要维护好数据资源就能保证整个系统的有序进行。此种实现方式逻辑明确，易于实现，只用较少的资源就可完成高速数据的处理、存储和显示，对设备处理速度和存储性能要求很小，特别适应于高采样率便携式磁强计设备。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一个实施例提供的一种针对磁强计设备的后端数据处理系统结构示意图；

图2为本发明的一个实施例提供的环形缓冲模块的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整的描述，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。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“耦合”、“连接”应做广义理解，例如，“连接”可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

根据本申请的一个实施例提供了一种对磁强计设备的后端数据处理系统，如图1所示，所述系统包括：

数据接收与预处理模块101、环形缓冲模块102、数据存储模块105、数据曲线绘制模块104和磁场数值实时显示模块103。

所述针对磁强计设备的高速存储和实时显示系统的工作流程为：所述数据接收与预处理模块101将磁强计采集到的数据进行预处理后输入到环形缓冲模块102中进行缓存；所述磁场数值实时显示模块103从环形缓冲模块102中提取出当前时刻磁场值并进行显示；所述数据曲线绘制模块104从环形缓冲模块102中提取出从当前时刻开始的一段磁场数据绘制成曲线并在磁场数值实时显示模块103显示出来；所述数据存储模块105不断的将环形缓冲模块102的数据以文件的形式的存储到外部存储器中。

具体的，所述数据接收与预处理模块101用来接收并处理磁强计采集到的数据，预处理后的数据保存到环形缓冲模块102中。数据接收与预处理模块通过物理通信接口与磁强计采集系统连接，在本发明的一个实施例中，所述物理通信接口采用板间接插件的形式实现，通信协议可用串口协议实现。

在本发明的一个实施例中，所述数据接收与预处理模块包括有一个驱动模块，所述驱动模块有一个缓冲区，当缓冲区中的缓存的数据量高于1秒的数据后，将1秒钟的数据全部读出，优选的，本发明的实施例采用1.5秒的数据量。在本发明的一个实施例中，加入时间戳，所述数据接收与预处理模块通过轮询或中断的方式对所述缓存区的数据量进行判断，当大于1秒的数据量后，将1秒钟的数据量全部取出并加上时间戳T，并依次进行数据有效性判断、磁场初步解算、本秒内磁场数据均值的计算。

在本发明的一个实施例中，数据有效性判断是根据通信协议规定的格式进行格式检查，数据校验等方式实现。磁场初步解算是对采集的磁场信号进行量化处理，通过公式计算完成采集值大小与磁场大小的转换。本秒内磁场均值V的计算是假设采样率为H，一种简单的实现方式为将1秒内H个磁场值求和并取平均，较复杂的实现方式是使用低通滤波处理。

在本发明的一个实施例中，每次放入缓冲区前的时间戳T的一种实现方式为：第一次接受到的数据通过获取系统的时钟来实现，后续数据的时间戳直接加1秒。

在完成上述计算后，最后将时间戳信息、原始磁场数据、此秒内磁场数据均值全部输入到环形缓冲模块中进行缓存。

在本发明的一个实施例中，用于在环形缓冲模块102中指示当前接收数据存储位置的接收指针用receive_head表示，当完成预处理后将时间戳T、均值V、原始的磁场数据存储到环形缓冲模块102中，同时receive_head指针将指向环形缓冲模块102中的下一个位置。

所述环形缓冲模块102的结构如图2所示，用于保存经数据接收与预处理模块处理后的数据，并为数据曲线绘制模块，磁场数值实时显示模块、数据存储模块同时提供数据。所述环形缓冲模块102表征了一段内存区域，在本发明的一个实施例中，所述环形缓冲模块102中可用连续的一段存储区通过索引方式首尾连接实现，在其它实施例中，也可以由相互独立存储结构通过指针方式连接起来实现。为了保证数据的安全，优选的，为了保证数据的安全，环形缓冲模块102的大小至少要大于数据曲线绘制模块104每次显示的数据大小，如果数据曲线每次显示TS分钟的数据，则环形缓冲模块102大小要能够保存大于TS分钟的数据，建议可以为2倍TS时间段内的数据量大小。

在本发明的一个实施例中，为了能够为数据存储模块和磁场数值实时显示模块提供数据，本发明所述的环形缓冲模块设置有指针。所述指针包括接收指针、显示指针、绘制指针和存储指针，其中接收指针指示了接收与预处理模块当前接收到的数据在环形缓冲模块的位置，每当数据接收与预处理模块有新的数据到来时此指针会移动到环形缓冲区模块的下一个位置。所述显示指针是为了给磁场数据实时显示模块提供数据，需要设置能指示当前显示缓存单元位置的显示指针；所述绘制指针是为了给数据曲线绘制模块提供数据需要设置能指示当前绘制曲线所对应的数据的头部和尾部；所述存储指针是为了给数据存储模块提供数据，需要设置能指示环形缓冲模块中当前存储的缓存单元的存储指针。

所述磁场数据实时显示模块103用来显示当前一段时间内的磁场曲线，是每秒钟显示一个磁场数值，此数值为当前显示指针指示的缓存单元中的平均值部分。每次显示完成后，显示指针更新到环形缓冲模块的下一个位置。

在本发明的一个实施例中，所述磁场数据实时显示模块103的一种实现方式是利用定时器定时，每隔一秒钟将显示指针指向的环形缓冲模块的存储单元中的均值V提取出来，通过通用的UI控件显示到屏幕上。在本发明的一个实施例中用show_head指向的环形缓冲模块中的当前的显示存储单元，每次显示完成后，show_head更新到环形缓冲模块的下一个位置，显示指针show_head移动时要检查与接收指针receive_head的距离，show_head不能超过receive_head，如果出现超过的情况，将保持原位不进行移动。

所述数据曲线绘制模块104用来显示当前时刻的磁场值，是将时间作为横轴，以磁场值作为纵轴进行曲线绘制，在其他矢量磁强计的实施例中，还可以显示X、Y、Z三方向的磁场值。每次显示的时间跨度(横轴长度)为TS，每隔一段时间刷新显示一次。为了减小所需的缓存的大小，可以将TS调小，在本发明的一个实施例中，所述TS设置为5分钟，并且每秒钟刷新一次。曲线的数据来源是环形缓冲模块，环形缓冲模块中有两个指针plot_head和plot_tail分别表示本次显示数据段的头部和尾部。头部的指针plot_head当曲线刷新后移动到环形缓冲模块的下一个位置，尾部指针plot_tail需要等到环形缓冲模块中的数据达到TS分钟的数据后才开始随着曲线刷新后移。在本发明的一个实施例中，为了减小显示的压力，可以只使用环形缓冲模块中每个缓存单元中数据的平均值作为纵轴数据进行绘制。曲线绘制可以用通过使用成熟的UI绘图控件实现。

所述数据存储模块105用于将环形缓冲模块102的数据存储到外部物理存储设备中。在本发明的一个实施例中，所述数据存储模块通过使用轮询方式实现。所述数据存储模块还包括一个存储缓冲区，所述数据存储模块不断的去检查环形缓冲模块中的存储指针save_head与接收指针指receive_head向的缓存单元的时间差，如果时间差高于TD，就将存储指针save_head指向的缓存单元转换成相应的存储格式后存储到数据存储模块的缓冲区，否则将处理控制权移交到其他模块。当数据存储模块的缓冲区积累到一定数据量后，如N字节，将数据以文件的方式写到物理存储设备中。优选的，可以使用文件直写的方式实现，不再经过文件系统的缓存。物理存储设备可以是存储卡、U盘等其他移动存储设备。所述字节数N的大小可根据每次物理存储所需要时间进行调整，使得每次物理存储的时间和存储频率之间能尽量平衡，优选的，设置为5.12KB的大小。每个文件的数据量为固定时间间隔的数据量，如T0个小时，当达到每个文件的数据量上限时，数据存储模块关闭当前文件，并创建一个新的文件进行数据保存。优选的，T0为1小时，并且文件命名以文件中的第一个数据的时间戳命名。在本发明的一个实施例中，对应格式可以指定是文本格式或二进制格式等，并可以规定格式中每个字段的意义。优选的，上述TD大于1秒，进一步优选的，设置为3秒。

由于数据接收与预处理模块101有自己的缓冲区，所诉缓冲区至少大于1秒的采集数据量，且每1秒钟进入一组原始数据到环形缓冲模块102；数据存储模块105实时监测环形缓冲模块102的数据，当至少有3秒数据时就开始不断存储数据；数据实时显示模块103和曲线绘制模块104也是每秒刷新一次，而且环形缓冲模块102的大小比数据曲线每次显示需要的数据量要大，因此通过保证各模块的处理优先级可以保证围绕着环形缓冲区进行的数据存储和实时显示系统一直处于正常工作。

结合本发明所公开的实施例描述的系统包括相关的硬件和软件，软件部分可以运行于由微处理器和物理存储系统组成的嵌入式处理机中，磁场数值显示和数据曲线显示需要依靠显示屏的支持，显示屏可以为LCD屏。

本发明所述的针对磁强计设备的后端数据处理系统还包括一个控制模块，所述控制模块能够让用户通过输入指令来控制后端数据处理系统按照实际需求来改变系统参数。

本发明提出了一种针对磁强计设备的后端数据处理系统，此系统可以直接与磁强计采集系统配合，完成高速数据的存储同时在显示屏中显示出磁场值及磁场曲线，使得用户能够实时了解被测磁场状态和设备运行状态。

进一步的，本发明实施例所述的针对磁强计设备的后端数据处理系统各模块独立运行并完成相关的功能，由于每个模块使用同一个数据资源，因此只要维护好数据资源就能保证整个系统的有序进行。此种实现方式逻辑明确，易于实现，只用较少的资源就可完成高速数据的处理、存储和显示，对设备处理速度和存储性能要求很小，特别适应于高采样率便携式磁强计设备。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种针对磁强计设备的后端数据处理系统，其特征在于，包括：

数据接收与预处理模块，用于接收并处理磁强计采集到的数据，并将预处理后的数据保存到环形缓冲模块中；所述数据接收与预处理模块包括有一个驱动模块，所述驱动模块包括一个缓冲区，所述数据接收与预处理模块通过轮询或中断的方式对所述缓存区的数据量进行判断，并对取出的数据加上时间戳；并依次进行数据有效性判断、磁场初步解算、本秒内磁场数据均值的计算；在完成上述计算后，最后将时间戳信息、原始磁场数据、此秒内磁场数据均值全部输入到环形缓冲模块中进行缓存；

环形缓冲模块，用于保存经数据接收与预处理模块处理后的数据，并为数据曲线绘制模块，磁场数值实时显示模块、数据存储模块同时提供数据；所述环形缓冲模块设置有指针，包括接收指针、显示指针、绘制指针和存储指针；所述环形缓冲模块用连续的一段存储区通过索引方式首尾连接实现；

数据曲线绘制模块，用于从环形缓冲模块中提取出从当前时刻开始的一段磁场数据绘制成曲线并通过磁场数值实时显示模块显示出来；只使用环形缓冲模块中每个缓存单元中数据的平均值作为纵轴数据进行绘制；

磁场数值实时显示模块，用于从环形缓冲模块中提取出当前时刻磁场值并进行显示，同时显示数据曲线绘制模块绘制成的曲线；所显示的数值为当前显示指针指示的环形缓冲模块中的平均值部分；

数据存储模块，用于将环形缓冲模块的数据以文件的形式的存储到外部存储器中；所述数据存储模块还包括一个存储缓冲区，所述数据存储模块将存储指针指向的缓存单元转换成相应的存储格式后存储到数据存储模块的存储缓冲区；数据存储模块实时监测环形缓冲模块的数据，当至少有3秒数据时就开始不断存储数据。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据接收与预处理模块通过物理通信接口与磁强计设备连接。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述环形缓冲模块存储空间大于数据曲线绘制模块每次显示的数据大小。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据存储模块使用轮询方式实现。

5.一种采用权利要求1所述的后端数据处理系统处理磁信号的方法，其特征在于，包括：

将磁强计采集到的磁信号传输给数据接收与预处理模块；

磁信号经数据接收与预处理模块处理后传输给环形缓冲模块；

将环形缓冲模块中从当前时刻开始的一段磁场数据提取到数据曲线绘制模块中绘制磁场曲线；

将当前时刻的磁场值从环形缓冲模块提取出来，与数据曲线绘制模块中绘制出的磁场曲线共同在磁场数值实时显示模块中显示；

将环形缓冲模块中的数据通过数据存储模块以文件的形式的存储到外部存储器中。