CN110535468B - 一种调度管理数据采集方法与数据采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种调度管理数据采集方法与数据采集系统，采用自循环轮询转方式驱动多个数据采集模块实现实时数据过采样处理，在任何时刻检测到处理器发送的针对指定的数据采集模块的有效的同步采样中断信号时，立即中断并重新启动指定的数据采集模块的过采样处理，重新获取对应于指定的数据采集模块的实时数据，并将其作为同步采样数据进行锁存再发送至处理器，从而在处理器的中断信号下完成数据同步采样处理。本发明实现实时数据防冲突处理、精准模拟量同步采样以及系统级实时快速硬件保护功能，降低器件管脚资源负荷、减少硬件成本和控制系统的体积。

Description

一种调度管理数据采集方法与数据采集系统

技术领域

本发明涉及数据采集技术领域，具体地说，是涉及一种调度管理数据采集方法与数据采集系统。

背景技术

目前大多控制系统均采用处理器、可编程逻辑器件以及模数转换芯片协同控制架构，其中处理器用于算法控制，可编程逻辑器件用于芯片级驱动及数据流管理控制，模数转换芯片所在电路包括主电路中电流、电压模拟量以及用传感器采集(如温度)的其他非算法控制数据，可编程逻辑器件驱动模数转换芯片将采集的模拟量转成数字量传输给处理器，供处理器进行算法控制，并同时对过压过流等模拟量数据进行系统级硬件保护，确保在故障时能快速有效实现系统保护，避免故障扩散保证系统安全。

对于现有的较复杂的控制系统的同步采样而言，所需采集的模拟量数据较多，需要多个模数转换芯片进行数据采集，由于可编程逻辑器件的硬件管脚有限、电路板制版设计中布局布线等原因制约，因此，需要通过多片模数转换器件数据总线复用连接至可编程逻辑器件，以达到减少可编程逻辑器件的硬件管脚资源、简化硬件电路、降低电路板制版设计难度、减少硬件成本和控制系统体积尺寸的需求。另外，还需要准确实时获取控制算法当前时刻所需的系统传感器采集的同步采样数据，并保障对模拟量采集具有快速实时的系统级硬件保护。在现有控制系统中，较少涉及利用一套电路满足上述所有需求的控制系统。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种调度管理数据采集方法，包括：向多个数据采集模块发送启动信号，以启动所述数据采集模块进行实时数据过采样处理；给所述多个数据采集模块分配不同的优先等级；按照所述优先等级向所述多个数据采集模块分时发送读指示信号；获取数据总线上准备好的数据，并将该数据存储于当前所述数据采集模块对应的寄存器中；与处理器进行通信，接收所述处理器发送的数据读取指令，并将所述寄存器中的数据作为实时采样数据传输至所述处理器，其中，在任何时刻检测到所述处理器发送的针对指定的数据采集模块的有效的同步采样中断信号时，立即中断并重新启动所述指定的数据采集模块的过采样处理，重新获取对应于所述指定的数据采集模块的所述寄存器内的实时数据，并将其作为同步采样数据进行锁存再发送至所述处理器，从而在所述处理器的中断信号下完成数据同步采样处理。

优选地，在与所述处理器进行通信步骤中还包括：接收所述处理器发送的门槛阈值并更新。

优选地，在获取数据总线上准备好的数据，并将该数据存储于当前所述数据采集模块对应的寄存器中步骤中，进一步包括：将从所述处理器得到的所述门槛阈值分别与对应的所述寄存器内的实时数据进行比较；若所述实时数据超过所述门槛阈值，则生成过门槛保护信息并发送至被采集系统中的控制电路。

优选地，在给多个数据采集模块配置不同的优先等级步骤中，进一步包括：获取所述多个数据采集模块发送的有效的转换完成标志信号；根据各有效的所述转换完成标志信号的接收次序，给相应的数据采集模块分配相应的优先等级。

优选地，在立即中断并重新启动所述指定的数据采集模块的过采样处理步骤中，进一步包括：向所述指定的数据采集模块发送初始化指令，以驱动所述指定的数据采集模块内的所有寄存器复位并重新进行实时数据过采样处理，其中，所述初始化指令包括所述同步采样中断信号及所述启动信号。

优选地，在按照所述优先等级向所述多个数据采集模块分时发送读指示信号步骤中，进一步包括：识别所述多个数据采集模块的读占用信号；根据所述读取占用信号的有效性，向已分配优先等级的所述多个数据采集模块发送相应的所述读指示信号。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种调度管理数据采集装置，该装置包括：复用信号调度管理模块，其给多个数据采集模块分配不同的优先等级，按照所述优先等级向所述多个数据采集模块分时发送读指示信号，并获取数据总线上准备好的数据；实时数据获取模块，其向所述多个数据采集模块发送启动信号，以启动所述数据采集模块进行实时数据过采样处理，以及将从所述复用信号调度管理模块中获取的数据存储于当前所述数据采集模块对应的寄存器中；数据通讯模块，其与处理器进行通信，接收所述处理器发送的数据读取指令，并将所述寄存器中的数据作为实时采样数据传输至所述处理器；同步采样中断及数据锁存模块，其在任何时刻检测到所述处理器发送的针对指定的数据采集模块的有效的同步采样中断信号时，立即中断并重新启动所述指定的数据采集模块的过采样处理，重新获取对应于所述指定的数据采集模块的所述寄存器内的实时数据，并将其作为同步采样数据进行锁存再发送至所述处理器，从而在所述处理器的中断信号下完成数据同步采样处理。

优选地，该装置进一步包括：数据保护模块，其将从所述处理器得到的门槛阈值分别与对应的所述寄存器内的实时数据进行比较，若所述实时数据超过所述门槛阈值，则生成过门槛保护信息并发送至被采集系统中的控制电路。

优选地，所述复用信号调度管理模块，其进一步获取所述多个数据采集模块发送的有效的转换完成标志信号，并根据各有效的所述转换完成标志信号的接收次序，给相应的数据采集模块分配相应的优先等级。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种数据采集系统，包括：处理器，其发送数据读取指令，并获取实时采样数据，以及在任何时刻发送有效的同步采样中断信号，并获取相应的同步采样数据；多个数据采集模块，其在接收到启动信号后进行实时数据过采样处理；如上述所述的调度管理数据采集装置，其位于所述处理器与多个数据采集模块之间，发送所述启动信号，以启动所述数据采集模块进行实时数据过采样处理，给所述多个数据采集模块分配不同的优先等级，按照所述优先等级向所述多个数据采集模块分时发送读指示信号，获取数据总线上准备好的数据，并将该数据存储于当前所述数据采集模块对应的寄存器中，以及与处理器进行通信，接收所述数据读取指令，并将所述寄存器中的数据作为实时采样数据传输至所述处理器，其中，在任何时刻检测到所述处理器发送的针对指定的数据采集模块的有效的同步采样中断信号时，立即中断并重新启动所述指定的数据采集模块的过采样处理，重新获取对应于所述指定的数据采集模块的所述寄存器内的实时数据，并将其作为同步采样数据进行锁存再发送至所述处理器，从而在所述处理器的中断信号下完成数据同步采样处理。

优选地，所述调度管理数据采集装置中的复用信号调度管理模块具备数据总线，所述数据总线与各个所述数据采集模块的输出数据总线连接，并且；所述复用信号调度管理模块具备读使能信号总线，所述读使能信号总线与各个所述数据采集模块的输入读信号总线连接。

与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

本发明采用协调多通道的数据采集模块的数据总线复用方法，对实时数据进行防冲突处理，实现实时精准模拟量同步采样，满足对数据采集模块所有采集通道数据实现系统级实时快速硬件保护功能，以解决可编程逻辑器件硬件管脚资源负荷的问题，实现了降低电路板制版设计难度、减少硬件成本和控制系统体积的功能。

本发明的其他优点、目标，和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书，权利要求书，以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本申请实施例的数据采集系统的结构示意图。

图2为本申请实施例的数据采集系统的采集原理框图。

图3为本申请实施例的数据采集系统中的调度管理数据采集装置12的结构及信号传输示意图。

图4为本申请实施例的调度管理数据采集装置12在发送初始化指令后的实时数据获取模块121中其中一个实时采集通道的工作流程图。

图5为本申请实施例的调度管理数据采集方法的步骤图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

为了降低控制系统硬件设计复杂性和难度，满足高性能实时同步数据采样控制要求，本发明专利提出了一种调度管理数据采集方法与数据采集系统，该方法将多通道的硬件读使能信号总线和数据总线复用，并通过增加数据保护模块，获取处理器的同步采样中断信号并驱动数据采集模块实现实时精准模拟量同步采样，并且在未获取处理器中断信号时采用自循环轮询驱动数据采样模块实现过采样处理，满足其他数据采集模块对应通道模拟量的实时采集，同时对所有数据采集模块的采集通道的数据实现系统级的实时快速硬件保护功能。

图1为本申请实施例的数据采集系统的结构示意图。如图1所示，该装置包括多个数据采集模块13、调度管理数据采集装置12、处理器11、模拟量采集调理模块(参考图2)和电源管理模块(参考图2)。其中，电源管理模块将该装置的输入电源进行转换，为各个数据采集模块13、调度管理数据采集装置12、模拟量采集调理模块等内部器件提供工作电源。模拟量采集调理模块将通过外部传感器采集到的被采集系统的控制电路的电压电流等模拟量进行合理的运放、滤波、保护等电路调理处理后，生成针对被测电路的若干个多路模拟量采集信号，分别输入至各数据采集模块13中。需要说明的是，数据采集系统与外部的被采集系统的控制电路中的各个被监测模块连接，能够采集各个被监测模块的被监测信息，被监测信息可以为电流、电压、或温度等不同类型数据，还能够将本发明数据采集系统得到的保护信息发送至相对应的被监测模块，以对各被监测模块进行系统级的保护控制，其中，保护信息可以为脉冲封锁信号、系统跳开关控制信号等，以对各个被监测模块的实时数据的异常进行系统级的控制保护。

(一个实施例)数据采集模块13在接收到启动信号后，启动实时数据过采样处理，将实时获取到的上述模拟量采集信号，进行模数转换处理以生成相应的数字量输入数据，并将其作为实时数据，用以通过输出数据总线发送至调度管理数据采集装置12。处理器11发送数据读取指令，并获取相应的实时采样数据，以及根据用户需求可在任何时刻发送有效的同步采样中断信号，并获取相应的同步采样数据。调度管理数据采集装置12位于处理器11与多个数据采集模块13之间，发送启动信号，给多个数据采集模块13分配不同的优先等级，按照优先等级向多个数据采集模块13分时发送读指示信号，获取数据总线上准备好的数据，并将该数据存储于当前所述数据采集模块13对应的寄存器中，以及与处理器11进行通信，接收数据读取指令，并将寄存器中的数据作为实时采样数据传输至处理器11，其中，在任何时刻检测到处理器11发送的针对指定的数据采集模块13的有效的同步采样中断信号(也称“中断信号”)时，立即中断并重新启动指定的数据采集模块13的过采样处理，重新获取对应于指定的数据采集模块13的寄存器内的实时数据，并将其作为同步采样数据进行锁存再发送至处理器11，从而在处理器11的中断信号下完成数据同步采样处理。

需要说明的是，在数据采集系统中，调度管理数据采集装置12中的复用信号调度管理模块123具备数据总线和读使能信号总线，每个数据采集模块13均具备输出数据总线Data【15:0】(参考图2)和输入读信号总线RD(参考图2)。其中，数据总线分别与各个数据采集模块13的输出数据总线连接，并且上述读使能信号总线分别与各个数据采集模块13的输入读信号总线连接，以构建多通道的硬件读使能信号总线和数据总线复用的系统架构。

(一个实施例)图2为本申请实施例的数据采集系统的采集原理框图。下面结合图1和图2，以数据采集系统具备两个数据采集模块13、处理器11采用两片DSP处理芯片、以及调度管理数据采集装置12采用FPGA为例，对该系统各组成部分的结构及功能进行详细说明。

电源管理模块为将该系统的外部24V输入供电电源转换成装置内部各器件所需的±15V、5V、3.3V、1.2V等电源。由于上述模拟量采集调理模块与本例中的调理模块的功能相同，故在此不做赘述。

在本例中，(参考图2)每个数据采集模块13均采用16路ADC芯片(ADC1芯片和ADC2芯片)，在获取到调度管理数据采集装置12发送的针对每个数据采集模块13的启动信号CVT1、CVT2后，开始模数转换处理，以启动实时数据采样工作，在完成转换后，生成相应的转换完成标志信号Busy1、Busy2。其中，转换标志信号为忙信号，在转换完成后产生电平跳变，以提示调度管理数据采集装置12可以读取当前ADC芯片内的数字化的模拟数据。此时，各数据采集模块13获取到由调度管理数据采集装置12发送的读指示信号，数据采集模块13在检测到读指示信号有效时，在其输出数据总线上准备好需要发送的实时数据，用以通过调度管理数据采集装置12进行读取操作。需要说明的是，在本例中，读指示信号表示由数据采集模块13的输入读信号总线接收到的从调度管理数据采集装置12发送的读使能信号RD和当前数据采集模块13的片选信号CS1、CS2共同作用的结果。以ADC1芯片为例，当ADC1芯片检测到有效的读使能信号RD以及有效的片选信号CS1时，上述读指示信号有效，ADC1芯片通过输出数据总线输出相应的实时数据；当ADC1芯片检测到读使能信号RD和片选信号CS1其中一个信号无效或全部无效时，上述读指示信号无效，ADC1芯片通过输出数据总线中各路信号输出为高阻态。

需要说明的是，本申请对数据采集模块13的形式不作具体限定，本领域技术人员可根据实际情况进行选择。

另外，数据采集模块(ADC芯片)13获取调度管理数据采集装置12发送的初始化指令，当该指令有效时，对相应的数据采集模块(ADC芯片)13进行初始化处理，将其内部的所有寄存器复位，并重新开始实时数据转换的过采样处理。其中，ADC芯片各通道的实时更新时间由ADC器件自身采样周期决定。优选地，在本例中，初始化指令为启动信号和处理器11下发的同步采样中断信号。更进一步地说，数据采集模块(ADC1芯片、ADC2芯片)13在从调度管理数据采集装置12获取到相应的同步采集中断信号GPIO1、GPIO2后，复位各自内部所有寄存器，进一步在获取到有效的启动信号后，重新开始数据的模数转换处理以进行实时数据的过采样工作。

然后，对处理器11进行说明。处理器11能够根据用户需求在任何时刻向调度管理数据采集装置(FPGA)12发送针对所有数据采集模块13中的任意个指定的数据采集模块13的同步采样中断信号，而后，获得针对这些数据采集模块13的同步采样数据。例如：若数据采集系统具备三个数据采集模块13，当用户需要第一数据采集模块13和第二数据采集模块13的同步数据时，此时，处理器11分别下发针对这两个数据采集模块13的同步采样中断信号GPIO1、GPIO2，调度管理数据采集装置12在获取到所有的同步采样中断信号后，将用户所需的针对这两个数据转换模块13的同步采样数据发送至处理器11。另外，处理器11还能够根据用户需求向调度管理数据采集装置12发送数据读取指令，进一步，从调度管理数据采集装置12中获取实时采样数据。

此外，处理器11中存储有针对所有数据采集模块13的数字化模拟量数据所对应的门槛阈值，该门槛阈值由用户进行设定。处理器11需要先向调度管理数据采集装置12写入针对各个数据采集模块13的门槛阈值，所述门槛阈值是指针对各数据采集模块13采集到的数字量输入数据(实时数据)的安全阈值。进一步，当处理器11中的门槛阈值发生变化时(例如：用户进行安全阈值的重新设定)，处理器11向调度管理数据采集装置12发送写信号，并发送相应的发生变化的门槛阈值，使得调度管理数据采集装置12中存储的门槛阈值进行更新，以将其作为系统级硬件保护时的对比数据的数据基础。

接下来，对上述调度管理数据采集装置12的组成和实施流程进行详细说明。

图3为本申请实施例的数据采集系统中的调度管理数据采集装置12的结构及信号传输示意图。如图3所示，该装置包括复用信号调度管理模块123、实时数据获取模块121、同步采样中断及数据锁存模块122、数据保护模块124以及数据通讯模块125。

在本例中，为了达到降低控制系统硬件设计复杂性和难度的需求，将各ADC芯片与调度管理数据采集装置12的相互连接的输出数据总线Date[15:0]以及读使能信号总线RD进行复用。具体地，复用信号调度管理模块123接收各个数据采集模块13在完成模数转换处理后生成的转换完成标志信号Busy1、Busy2，然后，根据各有效的转换完成标志信号的接收次序，给各数据采集模块13分配不同的优先等级。接着，按照优先等级向各个数据采集模块13分时发送表示读取优先级别的读指示信号，并获取数据总线上准备好的数据。其中，读指示信号利用读使能信号RD进行标记并通过片选信号CS1、CS2进行配合控制。例如，若该模块检测到第一数据采集模块13发送的转换完成标志信号Busy1为有效且第二数据采集模块13发送的转换完成标志信号Busy2为无效，则先向第一数据采集模块13发送有效的读指示信号，同时向第二数据采集模块13发送无效的读指示信号，即(复用的)读使能信号RD且片选信号CS1有效且片选信号CS2无效。此时，获取ADC1芯片内各路数据在其输出数据总线上准备好的实时采样数据，同时禁用读取ADC2的数据总线，使得ADC2芯片的输出数据总线为高阻态，从而完成对ADC1的读取调度工作。而后，按照同样的方式对第二数据采集模块13的实时数据进行获取，从而实现输出数据总线Date[15:0]以及读使能信号总线RD复用下的自循环轮询实时数据过采样。

更进一步地说，上述复用信号调度管理模块123在给各数据采集模块13分配不同的优先等级之后，还需要接收并识别各数据采集模块13的读占用信号ADC1_RD_ST、ADC2_RD_ST(参考图4)的有效性，根据各读占用信号的有效性为已分配读取优先等级的多个数据采集模块13发送相应的片选信号CS1、CS2，进一步生成针对多个数据采集模块13的读指示信号。进一步，使得各数据采集模块13获取到有效的读指示信号，以向复用调度管理模块123发送相应的实时数据。具体地，若复用信号调度管理模块123识别出除已分配最高读取级别数据采集模块13外中的某一数据采集模块13发送的读占用信号为有效，则向这一已分配最高级别的数据采集模块13发送无效的片选信号，待其他数据采集模块13所发送的读占用信号均无效后，向这一已分配最高级别的数据采集模块13发送有效的片选信号。其中，读占用信号表示复用信号调度管理模块123正在读取当前数据采集模块13的实时数据，输出数据总线Date[15:0]被占用中。

例如，ADC1芯片的读取优先级别高，先判断数据总线是否被其他ADC芯片占用，即其他ADC芯片的读占用信号是否有效，若ADC2芯片的读占用信号有效，则此时向ADC1芯片发送无效的片选信号。而后，在对ADC2芯片的数据读取完成后，ADC2芯片的读占用信号无效，此时，向ADC1芯片发送有效的片选信号，并且ADC1向复用信号调度管理模块123发送有效的读占用信号，使得实时数据获取模块121开始接收ADC1芯片的实时数据。

实时数据获取模块121在未获得有效的同步采样中断信号时，根据上述复用信号调度管理模块123发送的表示读取优先级别的读指示信号(读使能信号以及片选信号)，采用自循环轮询转换过采样方式，将从上述复用信号调度管理模块123获取到的实时数据存储于与当前数据采集模块13对应的实时采集通道内的寄存器中，来更新实时采样数据。具体地，实时数据获取模块121具备针对与各个数据采集模块13对应的实时数据寄存器，各实时数据寄存器位于相应的实时采集通道内。各实时数据寄存器接收从数据总线获取到的针对相应数据采集模块13的实时数据，针对同一实时数据寄存器内的数据，在下个轮询周期后，将采集自同一数据采集模块13的实时数据进行更新。另外，实时数据获取模块121在尚未获得有效的针对指定的数据采集模块13的同步采样中断指令时，产生启动信号CVT1、CVT2，并分别向各数据采集模块13发送，以启动数据采集模块13进行实时数据过采样处理。更进一步地说，实时数据获取模块121在获得由同步采样中断及数据锁存模块122发送的针对指定的数据采集模块13的同步采样中断指令时，立即向各指定的数据采集模块13发送同步采样中断信号以及启动信号，对相应的数据采集模块(ADC芯片)13进行初始化处理，将其内部的所有寄存器复位，并重新开始实时数据转换的过采样处理。

需要说明的是，上述初始化指令可以为其他类型的指令信号，本申请对此不作具体限定，但为了充分利用ADC芯片本身具有的中断功能，达到精简线路的目的，在本例中，初始化指令为同步采样中断信号以及启动信号。同步中断信号GPIO来之后，首先，复位对应ADC内部寄存器，再进行ADC过采样实时采集，同步采样数据为这一次采集的过采样实时数据。

接着，对同步采样中断及数据锁存模块122进行说明。同步采样中断及数据锁存模块122能够在任何时刻接收处理器11发送的指定的数据采集模块13的同步采样中断信号，并检测其有效性。在检测到处理器11发送的针对指定的数据采集模块13的有效的同步采样中断信号时，立即中断并重新启动指定的数据采集模块13的过采样处理，重新获取对应于指定的数据采集模块13的寄存器内的实时数据，并将其作为同步采样数据进行锁存再发送至处理器11，从而在处理器11的中断信号下完成数据同步采样处理。

具体地，若用户需要ADC1芯片和ADC2芯片的同步数据时，为满足精准算法控制需求，处理器11为获取精准的每个计算周期内当前时刻所需的被测电路的电流电压等数据，在读取同步采样数据之前，处理器11需要发送针对被指定的这两个ADC通道(数据采集模块13)的同步采样中断信号。调度管理数据采集装置12立即中断并且重新启动实时数据获取模块121中针对这两个数据采集模块13正在进行的实时数据接收工作，并获取该时刻后的与这两个数据采集模块13对应的实时数据寄存器内的重新采集到的完整数据，并将其锁存至同步采样中断及数据锁存模块122，并将锁存数据作为同步采样数据通过下述数据通讯模块125发送至处理器11中，由此获得用户所需的同步采样数据。另外，当本模块122接收到处理器11再次发送指定的同一数据采集模块的GPIO信号时，同步采样中断及数据锁存模块122中的同步采样数据才进行更新。

更进一步地说，(参考图4)在调度管理数据采集装置12接收到指定的有效的同步采样中断信号时刻下，当与被指定的数据采集模块13的数据采集通道内的实时数据寄存器处于本次轮询周期内未开始获取新的实时数据，或者正在接收实时数据且未完成接收过程(未接收到完整的实时数据)时，按照上述方式，相应的数据采集模块13的内部所有寄存器进行初始化复位，重新进行数据转换处理，以将新的实时数据发送至实时数据采集模块13中对应的寄存器内，并进行实时数据的更新，将当前更新后的数据作为同步数据。

接着，对调度管理数据采集装置12中的数据通讯模块125进行说明。数据通讯模块125与处理器11进行通信，接收处理器11发送的数据读取指令，并将上述实时数据获取模块121内的寄存器中的数据作为实时采样数据传输至处理器11。具体地，数据通讯模块125在接收到针对指定的数据采集模块13的数据读取指令后，从实时数据获取模块121内的实时数据寄存器中调取所需的实时数据，并将其发送至处理器11中，使得处理器11能够根据用户需求得到相应的实时数据。需要说明的是，若数据通讯模块125接收到从实时数据获取模块121发送的最新的实时数据，则直接将当前实时数据写入处理器11中，完成处理器11的数据更新。

其中，在处理器11需要指定的数据采集模块13的同步数据时，会向数据通讯模块125发送相应的同步采样中断信号以及数据读取指令。数据通讯模块125能够将接收到的同步采样中断信号转发至上述同步采样中断及数据锁存模块122中，并将从同步采样中断及数据锁存模块122获得的同步采样数据通过数据通讯模块125发送至处理器11中。

另外，处理器11能够通过不同的ADC通道获得被采集系统的不同类型的数据，例如：若本发明的数据采集系统与变流器控制系统的主电路连接，则处理器11可通过各个ADC通道获得相应的针对上述主电路的电压、电流或温度等类型的数据，实现对主电路的实时监测。当用户通过处理器11对针对各ADC通道的各类数据设置相应的门槛阈值(即安全阈值)或者对指定通道的门槛阈值进行变更时，处理器11向调度管理数据采集装置12中的数据通讯模块125发送相应的写指令以及需要写入的指定通道的门槛阈值。数据通讯模块125接收处理器11发送的门槛阈值，并转发至数据保护模块124进行对应位置的更新。

最后，对数据保护模块124进行说明。数据保护模块124能够获取到从实时数据获取模块121发送的寄存器内的实时数据和从上述数据通讯模块125发送的门槛阈值，将预设的实时数据与阈值映射关系网络中相应位置的数据进行更新，其中，实时数据与阈值映射关系网络包括与每个数据采集模块13对应的多个网络通道，每个通道都具备相应的实时数据和门槛阈值。进一步，数据保护模块124将本模块124内存储的各个门槛阈值(从处理器11处得到的门槛阈值)分别与对应的数据采集模块通道的实时数据(实时数据采集模块中对应的寄存器内的数据)进行比较，若实时数据超过门槛阈值，则生成过门槛保护信息并发送至被采集系统的控制电路，对整个被采集系统的安全进行快速有效保护控制，进一步，向处理器11发送故障代码，用以显示并告知用户故障信息故障定位及故障排查。

需要说明的是，数据保护模块124存储有针对每个数据采集模块13通道的模拟量输入数据所预设的过门槛保护信息。实时数据与阈值映射关系网络中各通道分别与外部的被采集系统的控制电路中的各个被监测模块连接，当任一数据采集模块13的实时数据异常时，则自动调取相应的过门槛保护信息，发送至被采集系统的对应的监测模块中，以进行如封锁主电路开关器件(IGBT、晶闸管、IGCT等)脉冲、跳系统对应器件开关(如跳闸)，达到避免系统二次伤害，快速保护系统安全的目的。其中，门槛保护信息包括保护驱动指令信号、故障代码等。

在一个实施例中，调度管理数据采集装置(FPGA)12与ADC芯片13相互连接时的信号定义如下所示：

CS1、CS2：ADC片选信号，低电平有效；

CVT1、CVT2：ADC启动信号；

Busy1、Busy2：ADC转换完成标志信号，高电平表示ADC正在转换，低电平表示ADC内部数据转换成功，低电平时FPGA可读取ADC各通道数据，获取数字化的模拟数据；

RD：ADC芯片的读使能信号(复用)，低电平有效；

Date[15:0]：ADC芯片的输出16位总线数据(复用)；

GPIO1、GPIO2：处理器通过FPGA下发至ADC芯片的同步采样中断信号。

图4为本申请实施例的调度管理数据采集装置12在发送初始化指令后的实时数据获取模块121中其中一个实时采集通道的工作流程图。如图4所示，以当前数据采集系统具备两个分别采用ADC芯片的数据采集模块为例，说明与第一数据采集模块(ADC1芯片)13的对应的实时采集通道的工作流程。调度管理数据采集装置12首先发送初始化指令，使得ADC1内部所有寄存器复位。而后，发送针对ADC1芯片的启动信号CVT1，此时，检测到ADC1的读占用信号ADC1_RD_ST为无效，以启动ADC1内部寄存器模数转换，由复用信号调度管理模块123识别从ADC1芯片发送的转换完成标志信号的有效性(若未收到有效的转换完成标志信号，则需要继续检测)，直至从ADC1处获取到有效的转换完成标志信号。此时，将ADC1分配最高读取优先等级，并判断数据总线是否有其他ADC占用，即检测ADC2_RD_ST是否有效，若有效，则待检测到ADC2的读占用信号为无效(ADC2数据读取完成)时，向ADC1发送有效的片选信号，进一步对第一数据采集模块(ADC1)13发送表示优先读取的读使能信号和片选信号(即读指示信号)，读取ADC1的实时数据，此时，ADC1正在数据总线读取状态(ADC1_RD_ST信号置为1)；若无效，则直接向ADC1发送有效的片选信号，并直接读取ADC的实时数据。最终，以自循环轮询转换方式，完成针对所有ADC芯片的过采样操作。更进一步地说，若针对ADC1的实时采集通道在本次轮询周期内，未接收到最新的实时数据，就获取到从同步采样中断及数据锁存模块122发送的针对该通道内的实时数据接收工作的中断信号时，调度管理数据采集装置12向ADC1发送相应的初始化指令，以复位ADC1内部所有寄存器并重新开始转换工作，并将重新采集到的实时数据作为同步数据进行锁存。若针对ADC1的实时采集通道在本次轮询周期内，完成最新的实时数据的接收工作后，获取到从同步采样中断及数据锁存模块122发送的针对该通道内的实时数据接收工作的中断信号时，调度管理数据采集装置12向ADC1发送相应的启动信号，使ADC1重新开始转换，并将重新采集到的实时数据作为同步数据进行锁存。

另外，本发明还提出了一种调度管理数据采集方法，该方法利用上述调度管理数据采集装置12进行实时数据和指定的同步数据的采集工作。图5为本申请实施例的调度管理数据采集方法的步骤图。如图5所示，在步骤S510中，通过实时数据获取模块121向多个数据采集模块13发送启动信号，以启动数据采集模块13进行实时数据过采样处理。(步骤S520)然后，复用信号调度管理模块123获取多个数据采集模块13发送的有效的转换完成标志信号，并根据各有效的转换完成标志信号的接收次序，给多个数据采集模块13分配不同的优先等级，从而进入到步骤S530中。复用信号调度管理模块123先识别多个数据采集模块13发送的读占用信号，根据所述读取占用信号的有效性，按照上述分配完成的优先等级向多个数据采集模块13分时发送相应的读指示信号。接着，复用信号调度管理模块123内的数据总线获取此时数据总线准备好的实时数据，实时数据获取模块121通过再复用信号调度管理模块123内的数据总线进行读取并存储在当前数据采集模块13对应的寄存器中，完成读取后以获得对应通道的实时数据，从而完成步骤S540。

最后，(步骤550)数据通讯模块125与处理器11进行通信，接收处理器11发送的数据读取指令，并将实时数据获取模块121中相应寄存器中的数据作为处理器11所需的实时采样数据传输至处理器11，从而完成实时数据采集过程。其中，在实时数据采集过程中，同步采样中断及数据锁存模块122若在任何时刻检测到处理器11发送的针对指定的数据采集模块13的有效的同步采样中断信号时，立即中断并重新启动指定的数据采集模块13的过采样处理，重新获取对应于指定的数据采集模块13的寄存器内的实时数据，并将其作为同步采样数据进行锁存再发送至处理器11，从而在处理器11的中断信号下完成数据同步采样处理。与此同时，实时数据获取模块121向指定的数据采集模块13发送初始化指令，以驱动指定的数据采集模块13内的所有寄存器复位并重新进行实时数据过采样处理，其中，初始化指令包括同步采样中断信号及启动信号。

另外，当用户通过处理器为指定的数据采集模块13设置了新的门槛阈值，处理器11会将相应的门槛阈值和写指令发送至数据通讯模块125中。数据通讯模块125接收处理器11发送的门槛阈值并转发至上述数据保护模块124，将数据保护模块124内存储的门槛阈值进行对应通道的更新。进一步，当数据保护模块124有门槛数据或者实时数据进行更新时，将相关通道的门槛阈值分别与从实时数据获取模块121中获取到的相关通道的寄存器内的实时数据进行比较，若实时数据超过门槛阈值，则生成过门槛保护信息并发送至被采集系统中的控制电路以及处理器11中。处理器11进一步进行故障显示及参与系统故障保护策略(如封锁脉冲、跳系统开关)，以最大限度保护系统免受二次伤害。

本发明提出了一种基于可编程逻辑器件集实时数据采集、同步采样以及实时系统级硬件保护功能于一体的调度管理数据采集方法与数据采集系统，采用自循环轮询实时数据过采样及中断同步数据采样两种方式，通过多通道数据传输总线和读使能硬线管脚信号的复用，减少FPGA管脚连线，降低单板设计难度，协调管理数据转换器、同步数据精准采集，对数据进行防冲突处理，极大降低系统输入输出电压电流谐波，数据过采样有效保证数据实时响应性及系统级硬件保护实时性，提高系统控制精度、可靠性和稳定性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种调度管理数据采集方法，包括：

向多个数据采集模块发送启动信号，以启动所述数据采集模块进行实时数据过采样处理；

给所述多个数据采集模块分配不同的优先等级；

按照所述优先等级向所述多个数据采集模块分时发送读指示信号；

获取数据总线上准备好的数据，并将该数据存储于当前所述数据采集模块对应的寄存器中；

与处理器进行通信，接收所述处理器发送的数据读取指令，并将所述寄存器中的数据作为实时采样数据传输至所述处理器，其中，

在任何时刻检测到所述处理器发送的针对指定的数据采集模块的有效的同步采样中断信号时，立即中断并重新启动所述指定的数据采集模块的过采样处理，重新获取对应于所述指定的数据采集模块的所述寄存器内的实时数据，并将其作为同步采样数据进行锁存再发送至所述处理器，从而在所述处理器的中断信号下完成数据同步采样处理。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在与所述处理器进行通信步骤中还包括：接收所述处理器发送的门槛阈值并更新。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在获取数据总线上准备好的数据，并将该数据存储于当前所述数据采集模块对应的寄存器中步骤中，进一步包括：

将从所述处理器得到的所述门槛阈值分别与对应的所述寄存器内的实时数据进行比较；

若所述实时数据超过所述门槛阈值，则生成过门槛保护信息并发送至被采集系统中的控制电路。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征在于，在给多个数据采集模块配置不同的优先等级步骤中，进一步包括：

获取所述多个数据采集模块发送的有效的转换完成标志信号；

根据各有效的所述转换完成标志信号的接收次序，给相应的数据采集模块分配相应的优先等级。

5.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征在于，在立即中断并重新启动所述指定的数据采集模块的过采样处理步骤中，进一步包括：

向所述指定的数据采集模块发送初始化指令，以驱动所述指定的数据采集模块内的所有寄存器复位并重新进行实时数据过采样处理，其中，

所述初始化指令包括所述同步采样中断信号及所述启动信号。

6.根据权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征在于，在按照所述优先等级向所述多个数据采集模块分时发送读指示信号步骤中，进一步包括：

识别所述多个数据采集模块的读占用信号；

根据所述读占用信号的有效性，向已分配优先等级的所述多个数据采集模块发送相应的所述读指示信号。

7.一种调度管理数据采集装置，其特征在于，该装置包括：

复用信号调度管理模块，其给多个数据采集模块分配不同的优先等级，按照所述优先等级向所述多个数据采集模块分时发送读指示信号，并获取数据总线上准备好的数据；

实时数据获取模块，其向所述多个数据采集模块发送启动信号，以启动所述数据采集模块进行实时数据过采样处理，以及将从所述复用信号调度管理模块中获取的数据存储于当前所述数据采集模块对应的寄存器中；

数据通讯模块，其与处理器进行通信，接收所述处理器发送的数据读取指令，并将所述寄存器中的数据作为实时采样数据传输至所述处理器；

同步采样中断及数据锁存模块，其在任何时刻检测到所述处理器发送的针对指定的数据采集模块的有效的同步采样中断信号时，立即中断并重新启动所述指定的数据采集模块的过采样处理，重新获取对应于所述指定的数据采集模块的所述寄存器内的实时数据，并将其作为同步采样数据进行锁存再发送至所述处理器，从而在所述处理器的中断信号下完成数据同步采样处理。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，该装置进一步包括：

数据保护模块，其将从所述处理器得到的门槛阈值分别与对应的所述寄存器内的实时数据进行比较，若所述实时数据超过所述门槛阈值，则生成过门槛保护信息并发送至被采集系统中的控制电路。

9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，

所述复用信号调度管理模块，其进一步获取所述多个数据采集模块发送的有效的转换完成标志信号，并根据各有效的所述转换完成标志信号的接收次序，给相应的数据采集模块分配相应的优先等级。

10.一种数据采集系统，包括：

处理器，其发送数据读取指令，并获取实时采样数据，以及在任何时刻发送有效的同步采样中断信号，并获取相应的同步采样数据；

多个数据采集模块，其在接收到启动信号后进行实时数据过采样处理；

如权利要求7～9中任一项所述的调度管理数据采集装置，其位于所述处理器与多个数据采集模块之间，发送所述启动信号，以启动所述数据采集模块进行实时数据过采样处理，给所述多个数据采集模块分配不同的优先等级，按照所述优先等级向所述多个数据采集模块分时发送读指示信号，获取数据总线上准备好的数据，并将该数据存储于当前所述数据采集模块对应的寄存器中，以及与处理器进行通信，接收所述数据读取指令，并将所述寄存器中的数据作为实时采样数据传输至所述处理器，其中，在任何时刻检测到所述处理器发送的针对指定的数据采集模块的有效的同步采样中断信号时，立即中断并重新启动所述指定的数据采集模块的过采样处理，重新获取对应于所述指定的数据采集模块的所述寄存器内的实时数据，并将其作为同步采样数据进行锁存再发送至所述处理器，从而在所述处理器的中断信号下完成数据同步采样处理。

11.根据权利要求10所述的数据采集系统，其特征在于，所述调度管理数据采集装置中的复用信号调度管理模块具备数据总线，所述数据总线与各个所述数据采集模块的输出数据总线连接，并且；

所述复用信号调度管理模块具备读使能信号总线，所述读使能信号总线与各个所述数据采集模块的输入读信号总线连接。

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