CN110191039A - 一种数字信号采集器、方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种数字信号采集器、方法及系统，具有至少3种协议的通信电路及至少2路采集通道的数字电平或脉冲电路，实现了2种以上协议的总线冗余传输，并且多个通道的数字信号的采集，提高了数据传输速率、可靠性。数字信号采集器包括：信号处理器电路、至少3种协议的通信电路及数字电平或脉冲电路，数字电平或脉冲电路包括至少2路采集通道；信号处理器电路与至少3种协议的通信电路及数字电平或脉冲电路连接。

Description

一种数字信号采集器、方法及系统
技术领域
本发明涉及信号控制领域，特别是涉及一种数字信号采集器、方法及系统。
背景技术
在功能复杂，并且运行、作业机构、数量和种类多的情境之下，例如铁路工程机械车辆，需要一套功能强大、可靠性高的控制系统，来控制铁路工程机械的运行和作业。控制系统需要采集各测量传感器、信号给定电位器输出的数字信号作为控制系统的反馈信号和给定信号。由于各测量传感器、信号给定电位器是分散的，导致连接电缆比较长而且多、信号损失大、容易受干扰，导致作业精度不稳定。
目前也可以通过将采集后的信号通过局域网络(Controller Area Network，CAN)总线或RS232等总线发送到控制系统。但这种总线传输速度较低，而且都是单独以某种总线传输，没有实现2种以上总线冗余传输，因此难以满足高端、复杂的场景下，对控制系统的数据传输速度、可靠性的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种数字信号采集器、方法及系统，具有至少3种协议的通信电路及至少2路采集通道的数字电平或脉冲电路，实现了2种以上协议的总线冗余传输，并且多个通道的数字信号的采集，提高了数据传输速率、可靠性
本发明第一方面提供数字信号采集器，包括：
信号处理器电路、至少3种协议的通信电路及数字电平或脉冲电路，所述数字电平或脉冲电路包括至少2路采集通道；
所述信号处理器电路与所述至少3种协议的通信电路及所述数字电平或脉冲电路连接。
进一步的，至少3种协议的通信电路包括CAN总线通信电路、EtherCAT通信电路及RS-232通信电路。
进一步的，CAN总线通信电路包括2路，EtherCAT通信电路包括2路，RS-232通信电路包括1路。
进一步的，数字信号采集器还包括：
2个CAN通信接口、2个EtherCAT通信接口及1个RS-232通信接口；
2个CAN通信接口分别与2路CAN总线通信电路连接；
2个EtherCAT通信接口分别与2路EtherCAT通信电路连接；
RS-232通信接口与RS-232通信电路连接。
进一步的，数字信号采集器还包括：
至少2个数字信号输入接口，每一个数字信号输入接口分别与1路采集通道连接。
进一步的，数字电平或脉冲电路还包括：
光耦合隔离子电路、基准电压输出子电路及频率输出子电路；
光耦合隔离子电路设置于每一个数字信号输入接口和每一路采集通道之间；
基准电压输出子电路为每一路采集通道提供大于等于0伏特且小于等于36伏特的基准电压；
频率输出子电路为每一路采集通道提供大于等于0赫兹且小于等于10千赫兹的基准频率。
进一步的，数字信号采集器还包括：
电源电路及电源接口；
电源接口与电源电路连接。
本发明第二方面提供一种数字信号采集系统，包括：
至少3种协议的通信网络、数字信号输入网络及权利要求1-7中数字信号采集器，数字信号采集器至少为一个；
数字信号采集器包括信号处理器电路、至少3种协议的通信电路及数字电平或脉冲电路，数字电平或脉冲电路包括至少2路采集通道，信号处理器电路与至少3种协议的通信电路及数字电平或脉冲电路连接；
每一种协议的通信电路与对应协议的通信网络连接；
数字电平或脉冲电路通过至少2路采集通道与数字信号输入网络连接。
进一步的，
至少3种协议的通信网络包括CAN总线通信网络、EtherCAT通信网络及RS-232通信网络；
至少3种协议的通信电路包括CAN总线通信电路、EtherCAT通信电路及RS-232通信电路；
两个以上数字信号采集器通过CAN总线通信电路并联接入CAN总线通信网络、通过EtherCAT通信电路串联接入EtherCAT通信网络、且通过RS-232通信电路并联接入RS-232通信网络。
本发明第三方面提供一种数字信号采集方法，应用于数字信号采集系统，数字信号采集系统包括至少3种协议的通信网络、数字信号输入网络及权利要求1-7中数字信号采集器，数字信号采集器至少为一个，数字信号采集器包括信号处理器电路、至少3种协议的通信电路及数字电平或脉冲电路，数字电平或脉冲电路包括至少2路采集通道，信号处理器电路与至少3种协议的通信电路及数字电平或脉冲电路连接，
数字信号采集方法包括：
信号处理器电路通过至少2路采集通道采集数字信号，得到采集电压信号；
信号处理器电路通过至少3种协议的通信电路向对应协议的通信网络传输采集电压信号。
由上可见，与现有的通过CAN总线或RS232总线等总线单独传输数据相比，实现了2种以上协议的总线冗余传输，在其中某个协议的通信电路或与其连接的通信网络出现故障时，仍能通过其他协议的通信电路保证数据的正常传输，实现网络通信冗余，并且多个通道的数字信号的采集，提高了数据传输速率、可靠性提高了数据传输速率、可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为本发明提供的数字信号采集器的一个实施例的结构示意图；
图2为本发明提供的数字信号采集器的另一个实施例的结构示意图；
图3为本发明提供的数字信号采集器的再一个实施例的结构示意图；
图4为本发明提供的数字信号采集系统的一个实施例的结构示意图；
图5为本发明提供的数字信号采集方法的一个实施例的流程示意图。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种数字信号采集器、方法及系统，具有至少3种协议的通信电路及至少2路采集通道的数字电平或脉冲电路，实现了2种以上协议的总线冗余传输，并且多个通道的数字信号的采集，提高了数据传输速率、可靠性。
为使本发明实施例的目的、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、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
请参阅图1，本发明实施例提供一种数字信号采集器，包括：
信号处理器电路101、至少3种协议的通信电路102及数字电平或脉冲电路103，数字电平或脉冲电路103包括至少2路采集通道104；
信号处理器电路101与至少3种协议的通信电路102及数字电平或脉冲电路103连接。
本发明实施例中，信号处理器电路101、至少3种协议的通信电路102及数字电平或脉冲电路103，数字电平或脉冲电路103包括至少2路采集通道104。需要说明的是，在图1中通信电路1、通信电路2、通信电路3、...、通信电路N表明了通信电路是具有3种或者3种以上的协议，同一种协议的通信电路可以是一个或者多个，具体的数量不做限定。在图1中采集通道1、采集通道2、...、采集通道N表明数字电平或脉冲电路103的采集通道具有2路或者2路以上，具体的数量不做限定。其中，信号处理器电路101与至少3种协议的通信电路102及数字电平或脉冲电路103连接。由于在现有的方式中，数字信号采集器只能够通过单独一种通信协议的总线传输来传输数据，那么通信网络出现故障时，无法保证数据的正常传输，而本发明实施例中，实现了2种以上协议的总线冗余传输，在其中某个协议的通信电路或与其连接的通信网络出现故障时，仍能通过其他协议的通信电路保证数据的正常传输，实现网络通信冗余，并且多个通道的数字信号的采集，因此，提高了数据传输速率、可靠性。
可选的，结合图1所示的实施例，对通信电路进行具体的说明，请参阅图2，本发明实施例提供一种数字信号采集器，包括：
至少3种协议的通信电路包括CAN总线通信电路201、EtherCAT通信电路202及RS-232通信电路203；
CAN总线通信电路201包括2路，EtherCAT通信电路202包括2路，RS-232通信电路203包括1路；
2个CAN通信接口204、2个EtherCAT通信接口205及1个RS-232通信接口206；
2个CAN通信接口204分别与2路CAN总线通信电路201连接；
2个EtherCAT通信接口202分别与2路EtherCAT通信电路205连接；
RS-232通信接口206与RS-232通信电路206连接；
至少2个数字信号输入接口207，每一个数字信号输入接口207分别与1路采集通道104连接。
本发明实施例中，根据已有协议的通信网络主要包括CAN、EtherCAT及RS-232；
其中，CAN属于总线式串行通信网络，由于采用了许多新技术和独特的设计思想，与同类产品相比，CAN总线在数据通信方面具有可靠、实时和灵活的优点，为使设计透明和执行灵活，遵循ISO/OSI标准模型，CAN总线结构包括逻辑链路控制(Logical LinkControl，LLC)子层和媒体访问控制(Media Access Control，MAC)子层，LLC子层为数据传递和远程数据请求提供服务，MAC子层的功能控制帧结构、执行仲裁、错误检验、出错标定和故障界定，因此，CAN总线通信电路201包括2路；
EtherCAT(以太网控制自动化技术)是一个开放架构，以以太网为基础的现场总线系统，EtherCAT使用全双工的以太网实体层，因此，EtherCAT通信电路202具有2路；
RS-232由电子工业协会(Electronic Industries Association，EIA)所制定的异步传输标准接口，通过1路RS-232通信电路203即可；
针对2路CAN总线通信电路201，2路EtherCAT通信电路202，1路RS-232通信电路203，需要设置对应的接口，从而实现数据传输，因此，数字信号采集器还包括2个CAN通信接口204、2个EtherCAT通信接口205及1个RS-232通信接口206；其中，2个CAN通信接口204分别与2路CAN总线通信电路201连接；2个EtherCAT通信接口202分别与2路EtherCAT通信电路205连接；RS-232通信接口206与RS-232通信电路206连接；
至少2个数字信号输入接口207，每一个数字信号输入接口207分别与1路采集通道104连接，如图2中所示，一个数字信号输入接口207需要对应一个采集通道104，为的是让一个采集通道104可以单独输出一个数字信号，从而避免数字信号之间的相互干扰。需要说明的是，在具体实施中，采集通道104和数字信号输入接口207一般设置为16个，除此之外，采集通道104和数字信号输入接口207还可以设置为其他数量，具体不做限定。
可选的，结合以上图2所示的实施例，数字电平或脉冲电路还包括：
光耦合隔离子电路、基准电压输出子电路及频率输出子电路；
光耦合隔离子电路设置于每一个数字信号输入接口和每一路采集通道之间；
基准电压输出子电路为每一路采集通道提供大于等于0伏特且小于等于36伏特的基准电压；
频率输出子电路为每一路采集通道提供大于等于0赫兹且小于等于10千赫兹的基准频率。
本发明实施例中，光耦合隔离子电路设置于每一个数字信号输入接口和每一路采集通道之间；基准电压输出子电路为每一路采集通道提供大于等于0V且小于等于36V的基准电压；频率输出子电路为每一路采集通道提供大于等于0且小于等于10KHz的基准频率。采集通道可以采集到电压范围0V—+36V、频率范围0-10KHz的数字信号。需要说明的是，以上的数值并非是唯一的，在具体实施时，还可以设定为其他值。
可选的，结合图2所示的实施例，如图3所示，数字信号采集器还包括：
电源电路301及电源接口302；
电源接口302与电源电路301连接。
本发明实施例中，电源电路301具体是直流/直流(DC/DC)式电源电路，为数字信号采集器中的电路进行供电。
请参阅图4，本发明实施例提供一种数字信号采集系统，包括：
至少3种协议的通信网络、数字信号输入网络及图1至图3所示的实施例中的数字信号采集器，数字信号采集器至少为一个；
数字信号采集器包括信号处理器电路、至少3种协议的通信电路及数字电平或脉冲电路，数字电平或脉冲电路包括至少2路采集通道，信号处理器电路与至少3种协议的通信电路及数字电平或脉冲电路连接；
每一种协议的通信电路与对应协议的通信网络连接；
数字电平或脉冲电路通过至少2路采集通道与数字信号输入网络连接。
本发明实施例中，至少3种协议的通信网络包括CAN总线通信网络、EtherCAT通信网络及RS-232通信网络，至少3种协议的通信电路包括CAN总线通信电路、EtherCAT通信电路及RS-232通信电路，两个以上数字信号采集器通过CAN总线通信电路并联接入CAN总线通信网络、通过EtherCAT通信电路串联接入EtherCAT通信网络、且通过RS-232通信电路并联接入RS-232通信网络。
请参阅图5，本发明实施例提供一种数字信号采集方法，包括：
501、信号处理器电路通过至少2路采集通道采集数字信号，得到采集电压信号；
502、信号处理器电路通过至少3种协议的通信电路向对应协议的通信网络传输采集电压信号。
本发明实施例中，结合图4所示的数字信号采集系统，信号处理器电路通过至少2路采集通道采集数字信号，得到采集电压信号。数字信号采集器可通过CAN总线、EtherCAT、RS-232总线同时传输采集电压信号。由于在现有的方式中，数字信号采集器只能够通过单独一种通信协议的总线传输来传输数据，那么通信网络出现故障时，无法保证数据的正常传输，而本发明实施例中，实现了2种以上协议的总线冗余传输，在其中某个协议的通信电路或与其连接的通信网络出现故障时，仍能通过其他协议的通信电路保证数据的正常传输，实现网络通信冗余，并且实现了多个通道的数字信号的采集。因此，提高了数据传输速率、可靠性。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
还需要说明的是，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，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种数字信号采集器，其特征在于，包括：
信号处理器电路、至少3种协议的通信电路及数字电平或脉冲电路，所述数字电平或脉冲电路包括至少2路采集通道；
所述信号处理器电路与所述至少3种协议的通信电路及所述数字电平或脉冲电路连接。
2.根据权利要求1所述的数字信号采集器，其特征在于，
所述至少3种协议的通信电路包括CAN总线通信电路、EtherCAT通信电路及RS-232通信电路。
3.根据权利要求2所述的数字信号采集器，其特征在于，
所述CAN总线通信电路包括2路，所述EtherCAT通信电路包括2路，所述RS-232通信电路包括1路。
4.根据权利要求3所述的数字信号采集器，其特征在于，所述数字信号采集器还包括：
2个CAN通信接口、2个EtherCAT通信接口及1个RS-232通信接口；
所述2个CAN通信接口分别与2路所述CAN总线通信电路连接；
所述2个EtherCAT通信接口分别与2路所述EtherCAT通信电路连接；
所述RS-232通信接口与所述RS-232通信电路连接。
5.根据权利要求1所述的数字信号采集器，其特征在于，所述数字信号采集器还包括：
至少2个数字信号输入接口，每一个数字信号输入接口分别与1路采集通道连接。
6.根据权利要求5所述的数字信号采集器，其特征在于，所述数字电平或脉冲电路还包括：
光耦合隔离子电路、基准电压输出子电路及频率输出子电路；
所述光耦合隔离子电路设置于每一个数字信号输入接口和每一路采集通道之间；
所述基准电压输出子电路为每一路采集通道提供大于等于0伏特且小于等于36伏特的基准电压；
所述频率输出子电路为每一路采集通道提供大于等于0赫兹且小于等于10千赫兹的基准频率。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的数字信号采集器，其特征在于，所述数字信号采集器还包括：
电源电路及电源接口；
所述电源接口与所述电源电路连接。
8.一种数字信号采集系统，其特征在于，包括：
至少3种协议的通信网络、数字信号输入网络及权利要求1-7中所述数字信号采集器，所述数字信号采集器至少为一个；
所述数字信号采集器包括信号处理器电路、至少3种协议的通信电路及数字电平或脉冲电路，所述数字电平或脉冲电路包括至少2路采集通道，所述信号处理器电路与所述至少3种协议的通信电路及所述数字电平或脉冲电路连接；
每一种协议的通信电路与对应协议的通信网络连接；
所述数字电平或脉冲电路通过所述至少2路采集通道与所述数字信号输入网络连接。
9.根据权利要求8所述的数字信号采集系统，其特征在于，
所述至少3种协议的通信网络包括CAN总线通信网络、EtherCAT通信网络及RS-232通信网络；
所述至少3种协议的通信电路包括CAN总线通信电路、EtherCAT通信电路及RS-232通信电路；
两个以上所述数字信号采集器通过所述CAN总线通信电路并联接入所述CAN总线通信网络、通过所述EtherCAT通信电路串联接入所述EtherCAT通信网络、且通过RS-232通信电路并联接入所述RS-232通信网络。
10.一种数字信号采集方法，其特征在于，应用于数字信号采集系统，所述数字信号采集系统包括至少3种协议的通信网络、数字信号输入网络及权利要求1-7中所述数字信号采集器，所述数字信号采集器至少为一个，所述数字信号采集器包括信号处理器电路、至少3种协议的通信电路及数字电平或脉冲电路，所述数字电平或脉冲电路包括至少2路采集通道，所述信号处理器电路与所述至少3种协议的通信电路及所述数字电平或脉冲电路连接，
所述数字信号采集方法包括：
所述信号处理器电路通过所述至少2路采集通道采集数字信号，得到采集电压信号；
所述信号处理器电路通过所述至少3种协议的通信电路向对应协议的通信网络传输所述采集电压信号。
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