CN112859726B - 数据处理装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种数据处理装置和方法。数据处理装置包括多个传感器、第一现场可编程逻辑门阵列、工控机、微处理器和实时现场总线，本发明多个传感器分布在测量设备不同位置，并通过第一现场和第二现场可编程逻辑门阵列将物理分布独立的传感器原始数据上传到一定物理距离外的工控机进行计算，可以将各个传感器的数据进行综合分析，满足实时性要求。工控机与外界进行非实时的数据和指令交互，本发明将实时数据指令与非实时数据指令分开处理，在满足实时性要求的情况下也能够保证功能性和数据完整性要求。

Description

数据处理装置和方法

技术领域

本发明涉及数据处理技术领域，具体而言，涉及一种数据处理装置和方法。

背景技术

在针对同一检测标的物采用多传感器检测的设备中，针对物理上独立分布的传感器，将多传感器的信息进行实时综合分析是非常必要的。很多情况下，科学分析需要基于多传感器的原始数据，因此数据处理系统必须实现大容量原始信息的远程实时交互，如果检测标的物处于高速运动状态下，则对数据处理系统实时交互能力的要求就会大大提高，否则就无法将同一检测标的物在不同传感器所获取的物理特征信号进行综合分析处理。

采用嵌入式架构的工控机，由于其体积小和规格多的优点，在很多对空间、功率和重量敏感的场合得到广泛应用，但正是其体积小和规格多的特点，使得可以直接对接工控机内部总线的工业实时总线板卡相对较少，这导致嵌入式架构的工控机与各类实时工业总线的对接存在难度，需要根据具体情况制定技术方案，并且不同具体情况的兼容性较差。

发明内容

本发明旨在解决上述技术问题的至少之一。

为此，本发明的第一目的在于提供一种数据处理装置。

本发明的第二目的在于提供一种数据处理方法。

为实现本发明的第一目的，本发明的技术方案提供了一种数据处理装置，用于测量设备，测量设备中依次进入检测标的物，数据处理装置包括：多个传感器、第一现场可编程逻辑门阵列、工控机、微处理器和实时现场总线；传感器设于测量设备上，传感器包括物理探测器、模拟数字转换电路和第二现场可编程逻辑门阵列，第二现场可编程逻辑门阵列接收第一现场可编程逻辑门阵列输出的检测标的物位置信号和信号采集频率，根据检测标的物位置信号和信号采集频率控制物理探测器探测检测标的物，物理探测器采集检测标的物的模拟物理特征信号，模拟数字转换电路将模拟物理特征信号转换为数字物理特征信号，第二现场可编程逻辑门阵列得到每个检测标的物的数字物理特征信号，形成周期性数据，将周期性数据输出至第一现场可编程逻辑门阵列；第一现场可编程逻辑门阵列生成检测标的物位置信号和信号采集频率信号，输出至第二现场可编程逻辑门阵列，第一现场可编程逻辑门阵列将周期性数据进行第一处理，输出至工控机；工控机通过以太网与外界进行非实时的数据和指令交互，工控机对第一处理后的周期性数据进行计算和分析，得到实时检测结论，将实时检测结论反馈至第一现场可编程逻辑门阵列；第一现场可编程逻辑门阵列将实时检测结论输出至微处理器，微处理器与实时现场总线进行交互，将实时检测结论输出至实时现场总线；通过实时现场总线获取实时指令和数据，实时指令和数据通过实时现场总线，输出至第一现场可编程逻辑门阵列和工控机。

本技术方案中，多个传感器分布在测量设备不同位置，并通过第一现场和第二现场可编程逻辑门阵列将物理分布独立的传感器原始数据上传到一定物理距离外的工控机的中央处理器进行计算，可以将各个传感器的数据进行综合分析，满足实时性要求。

另外，本发明提供的技术方案还可以具有如下附加技术特征：

上述技术方案中，第一现场可编程逻辑门阵列与第二现场可编程逻辑门阵列之间通过同步串行总线进行通讯，采用高速差分协议，第二现场可编程逻辑门阵列将周期性数据转换为串行数据格式，输出至第一现场可编程逻辑门阵列。

本技术方案中，第一现场可编程逻辑门阵列与第二现场可编程逻辑门阵列之间通过同步串行接口进行通讯，使得通讯更加简易、方便、灵活，通讯协议采用高速差分协议，高速差分具有抗干扰能力强、有效抑制和时序定位精确的优点。

上述任一技术方案中，同步串行总线包括串行外设接口总线。

本技术方案中，同步串行总线通信原理简单，易于操作。

上述任一技术方案中，高速差分协议包括低电压差分信号协议。

本技术方案中，低电压差分信号协议以差分方式传送数据，所以不易受共模噪音影响，使得数据传输更加顺畅。

上述任一技术方案中，第一现场可编程逻辑门阵列根据检测需求和测量设备中的检测标的物运动状态，生成检测标的物位置信号和信号采集频率信号。

本技术方案中，根据检测需求和测量设备中的检测标的物运动状态，生成检测标的物位置信号和信号采集频率信号，进而控制物理探测器进行探测，可以精确的使得控制物理探测器探测到检测标的物的物理特征信号。

上述任一技术方案中，工控机与第一现场可编程逻辑门阵列通过计算机总线连接，工控机设有中央处理器，中央处理器对预处理后的传感器周期性数据进行数据计算和分析，得到实时检测结论。

本技术方案中，通过计算机总线，实现工控机与第一现场可编程逻辑门阵列之间工作速度上的匹配和同步。

上述任一技术方案中，第一现场可编程逻辑门阵列通过同步串行总线或异步串行总线与微处理器通信。

本技术方案中，通过采用同步串行总线或异步串行总线进行通讯，使得第一现场可编程逻辑门阵列与微处理器的通讯更加简易、方便、灵活。

上述任一技术方案中，异步串行总线包括串行通信接口总线。

本技术方案中，通过采用串行通信接口，使得本实施例应用范围更加广泛。

上述任一技术方案中，实时现场总线设有接口模块，通过接口模块，与微处理器通信。

本技术方案中，实时现场总线为模块化设计，通过更换模块，可以与多种类型的工业实时总线对接，使得本实施例的实时数据处理装置实现与不同工业实时总线对接，应用范围更广，通用性更强。

为实现本发明的第二目的，本发明的技术方案提供了一种数据处理方法，采用如本发明任一技术方案的数据处理装置，包括：第一现场可编程逻辑门阵列生成检测标的物位置信号和信号采集频率信号，发送至第二现场可编程逻辑门阵列；第二现场可编程逻辑门阵列接收第一现场可编程逻辑门阵列输出的检测标的物位置信号和信号采集频率，根据检测标的物位置信号和信号采集频率控制物理探测器探测检测标的物；物理探测器采集检测标的物的模拟物理特征信号，模拟数字转换电路将模拟物理特征信号转换为数字物理特征信号；第二现场可编程逻辑门阵列得到每个检测标的物的数字物理特征信号，形成周期性数据，将周期性数据输出至第一现场可编程逻辑门阵列；第一现场可编程逻辑门阵列将周期性数据进行第一处理，输出至工控机；工控机对第一处理后的周期性数据进行计算和分析，得到实时检测结论，将实时检测结论反馈至第一现场可编程逻辑门阵列，并且，工控机通过以太网与外界进行非实时的数据和指令交互；第一现场可编程逻辑门阵列将实时检测结论输出至微处理器，通过微处理器与实时现场总线进行交互，将实时检测结论输出至实时现场总线；通过实时现场总线获取实时指令和数据，实时指令和数据通过实时现场总线输出至第一现场可编程逻辑门阵列和工控机。

本技术方案中，实时数据方法能将实时数据指令与非实时数据指令分开处理，在满足实时性要求的情况下也能够保证功能性和数据完整性要求。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明一个实施例的数据处理装置示意图之一；

图2为本发明一个实施例的数据处理装置与测量装置关系示意图；

图3为本发明一个实施例的传感器示意图；

图4为本发明一个实施例的实时现场总线示意图；

图5为本发明一个实施例的数据处理方法流程图；

图6为本发明一个实施例的数据处理装置示意图之二；

图7为本发明一个实施例的数据处理装置示意图之三。

其中，图1至图7中附图标记与部件名称之间的对应关系为：

100：数据处理装置，110：传感器，112：物理探测器，114：模拟数字转换电路，116：第二现场可编程逻辑门阵列，120：第一现场可编程逻辑门阵列，130：工控机，140：微处理器，150：实时现场总线，152：接口模块，160：PXIe机箱A，162：磁性传感器H，164：磁性传感器V，166：接口板卡A，168：FPGA适配卡A，170：EtherCAT总线，172：FPGA板卡A，174：PXle总线，176：第一CPU，1762：第一CPU CORE，1764：第二CPU CORE，1766：第三CPU CORE，1768：第四CPU CORE，1770：第一内存，178：PXle控制器A，180：千兆网交换机，182：PXIe机箱B，184：第一光学传感器，186：第二光学传感器，188：接口板卡B，190：FPGA适配卡B，192：FPGA板卡B，194：第二CPU，1942：第五CPU CORE，1944：第六CPU CORE，1946：第七CPU CORE，1948：第八CPU CORE，1950：第二内存，196：PXle控制器B，198：Labvicw平台，200：数据存储系统，202：PD信号，204：轴编码器信号，300：测量设备。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

下面参照图1至图7描述本发明一些实施例的数据处理装置100和方法。

实施例1：

如图1和图2所示，本实施例提供了一种数据处理装置100，用于测量设备300，测量设备300中依次进入检测标的物，数据处理装置100包括：多个传感器110、第一现场可编程逻辑门阵列120、工控机130、微处理器140和实时现场总线150；传感器110设于测量设备300上，如图3所示，传感器110包括物理探测器112、模拟数字转换电路114和第二现场可编程逻辑门阵列116，第二现场可编程逻辑门阵列116接收第一现场可编程逻辑门阵列120输出的检测标的物位置信号和信号采集频率，根据检测标的物位置信号和信号采集频率控制物理探测器112探测检测标的物，物理探测器112采集检测标的物的模拟物理特征信号，模拟数字转换电路114将模拟物理特征信号转换为数字物理特征信号，第二现场可编程逻辑门阵列116得到每个检测标的物的数字物理特征信号，形成周期性数据，将周期性数据输出至第一现场可编程逻辑门阵列120；第一现场可编程逻辑门阵列120生成检测标的物位置信号和信号采集频率信号，输出至第二现场可编程逻辑门阵列116，第一现场可编程逻辑门阵列120将周期性数据进行第一处理，输出至工控机130；工控机130通过以太网与外界进行非实时的数据和指令交互，工控机130对第一处理后的周期性数据进行计算和分析，得到实时检测结论，将实时检测结论反馈至第一现场可编程逻辑门阵列120；第一现场可编程逻辑门阵列120将实时检测结论输出至微处理器140，微处理器140与实时现场总线150进行交互，将实时检测结论输出至实时现场总线150；通过实时现场总线150获取实时指令和数据，实时指令和数据通过实时现场总线150，输出至第一现场可编程逻辑门阵列120和工控机130。

本实施例中，针对钞票高速清分设备，传感器110可以采用磁性传感器或光学传感器，通过选择传感器110的种类，使得本实施例应用范围更加广泛。第一现场可编程逻辑门阵列120对传感器110周期性数据进行预处理，将同一检测标的物的多个传感器110信息进行汇总，进行预处理(即第一处理，包括有效检测通道和有效区域的选择等)。

本实施例中，多个传感器110分布在测量设备300不同位置，并通过第一现场可编程逻辑门阵列120将物理分布独立的传感器110原始数据上传到一定物理距离外的工控机130的中央处理器进行计算，可以将各个传感器110的数据进行综合分析，满足实时性要求。

本实施例中，物理探测器112探测检测标的物的物理特征信号，模拟数字转换电路114将模拟信号转换为数字信号，第二现场可编程逻辑门阵列116将数字信号转换为串行数据格式，输出至第一现场可编程逻辑门阵列120。第一现场可编程逻辑门阵列120与第二现场可编程逻辑门阵列116之间通信信号包括：检测标的物位置信号和信号采集频率信号；第一现场可编程逻辑门阵列120数据输入信号，即第二现场可编程逻辑门阵列116数据输出信号；第一现场可编程逻辑门阵列120数据输出信号，即第二现场可编程逻辑门阵列116数据输入信号。

本实施例中，通过设置第一现场可编程逻辑门阵列120、第二现场可编程逻辑门阵列116和工控机130，充分发挥现场可编程逻辑阵列处理器(FPGA)和中央处理器(CPU)等不同类型处理器的优势，其中，数据采集、传输、计算分析和总线通信都满足实时性的要求。

本实施例中，第一现场可编程逻辑门阵列120与微处理器140通信，微处理器140与实时现场总线150进行交互，将实时检测结果输出至实时现场总线150，并将实时现场总线150上的实时指令和数据输入至第一现场可编程逻辑门阵列120和工控机130的中央处理器，工控机130的CPU可以与利用千兆或万兆以太网外界进行非实时的数据和指令交互，本实施例中，将实时数据指令与非实时数据指令分开处理，在满足实时性要求的情况下也能够保证功能性和数据完整性要求。

实施例2：

除上述实施例的技术特征以外，本实施例进一步地包括了以下技术特征：

第一现场可编程逻辑门阵列120与第二现场可编程逻辑门阵列116之间通过同步串行总线进行通讯，采用高速差分协议，第二现场可编程逻辑门阵列116将周期性数据转换为串行数据格式，输出至第一现场可编程逻辑门阵列120。

本实施例中，第一现场可编程逻辑门阵列120与第二现场可编程逻辑门阵列116之间通过同步串行接口进行通讯，使得通讯更加简易、方便、灵活，通讯协议采用高速差分协议，高速差分具有抗干扰能力强、有效抑制和时序定位精确的优点。

实施例3：

除上述实施例的技术特征以外，本实施例进一步地包括了以下技术特征：

同步串行总线包括串行外设接口总线。

本实施例中，同步串行接口可以采用SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)总线，SPI总线通信原理简单，易于操作，而且，SPI总线是一种三线同步总线，因其硬件功能很强，所以，与SPI有关的软件就相对简单，使CPU有更多的时间处理其他事务。

实施例4：

除上述实施例的技术特征以外，本实施例进一步地包括了以下技术特征：

高速差分协议包括低电压差分信号协议。

本实施例中，高速差分协议可以采用LVDS(Low-Voltage DifferentialSignaling，低电压差分信号)协议。LVDS协议以差分方式传送数据，所以不易受共模噪音影响，使得数据传输更加顺畅。

实施例5：

除上述实施例的技术特征以外，本实施例进一步地包括了以下技术特征：

第一现场可编程逻辑门阵列120根据检测需求和测量设备300中的检测标的物运动状态，生成检测标的物位置信号和信号采集频率信号。

本实施例中，根据检测需求和测量设备300中的检测标的物运动状态，生成检测标的物位置信号和信号采集频率信号，然后，输出至第二现场可编程逻辑门阵列116，进而控制物理探测器112进行探测，可以精确的使得控制物理探测器112探测到检测标的物的物理特征信号。

实施例6：

除上述实施例的技术特征以外，本实施例进一步地包括了以下技术特征：

工控机130与第一现场可编程逻辑门阵列120通过计算机总线连接，工控机130设有中央处理器，中央处理器对预处理后的传感器周期性数据进行数据计算和分析，得到实时检测结论。

本实施例中，工控机130与第一现场可编程逻辑门阵列120通过计算机总线连接，通过计算机总线，实现工控机130的高速CPU与低速外设第一现场可编程逻辑门阵列120之间工作速度上的匹配和同步，完成工控机130与第一现场可编程逻辑门阵列120之间的数据传输和控制。

本实施例中，工控机130设有中央处理器，中央处理器具备实时操作系统，通过实时操作系统，中央处理器对预处理后的传感器110周期性数据进行数据计算和分析，将实时检测结果反馈至第一现场可编程逻辑门阵列120，具有实时性的优点。

实施例7：

除上述实施例的技术特征以外，本实施例进一步地包括了以下技术特征：

第一现场可编程逻辑门阵列120通过同步串行总线或异步串行总线与微处理器140通信。

本实施例中，通过采用同步串行总线或异步串行总线进行通讯，使得第一现场可编程逻辑门阵列120与微处理器140的通讯更加简易、方便、灵活。

实施例8：

除上述实施例的技术特征以外，本实施例进一步地包括了以下技术特征：

异步串行总线包括串行通信接口总线。

本实施例中，异步串行总线可以采用SCI(Serial Communication Inte rface，串行通信接口)总线，通过采用SCI总线，使得本实施例应用范围更加广泛。

实施例9：

如图4所示，除上述实施例的技术特征以外，本实施例进一步地包括了以下技术特征：

实时现场总线150设有接口模块152，通过接口模块152，与微处理器140通信。

本实施例中，接口模块152与微处理器140通信，实现数据处理装置100与实时现场总线150的对接，实时现场总线150为模块化设计，通过更换模块，可以与多种类型的工业实时总线对接，使得本实施例的实时数据处理装置100实现与不同工业实时总线对接，应用范围更广，通用性更强。

实施例10：

如图5所示，本实施例提供了一种数据处理方法，采用如本发明任一实施例的数据处理装置100，包括以下步骤：

步骤S102，第一现场可编程逻辑门阵列生成检测标的物位置信号和信号采集频率信号，发送至第二现场可编程逻辑门阵列；

步骤S104，第二现场可编程逻辑门阵列接收第一现场可编程逻辑门阵列输出的检测标的物位置信号和信号采集频率，根据检测标的物位置信号和信号采集频率控制物理探测器探测检测标的物；

步骤S106，物理探测器采集检测标的物的模拟物理特征信号，模拟数字转换电路将模拟物理特征信号转换为数字物理特征信号；

步骤S108，第二现场可编程逻辑门阵列得到每个检测标的物的数字物理特征信号，形成周期性数据，将周期性数据输出至第一现场可编程逻辑门阵列；

步骤S110，第一现场可编程逻辑门阵列将周期性数据进行第一处理，输出至工控机；

步骤S112，工控机对第一处理后的周期性数据进行计算和分析，得到实时检测结论，将实时检测结论反馈至第一现场可编程逻辑门阵列，并且，工控机通过以太网与外界进行非实时的数据和指令交互；

步骤S114，第一现场可编程逻辑门阵列将实时检测结论输出至微处理器，通过微处理器与实时现场总线进行交互，将实时检测结论输出至实时现场总线；

步骤S116，通过实时现场总线获取实时指令和数据，实时指令和数据通过实时现场总线输出至第一现场可编程逻辑门阵列和工控机。

本实施例中，多个传感器110分布在测量设备300不同位置，并通过第一现场可编程逻辑门阵列120将物理分布独立的传感器110原始数据上传到一定物理距离外的工控机130的中央处理器进行计算，可以将各个传感器110的数据进行综合分析，满足实时性要求。第一现场可编程逻辑门阵列120与微处理器140通信，微处理器140与实时现场总线150进行交互，将实时检测结果输出至实时现场总线150，并将实时现场总线150上的实时指令和数据输入至第一现场可编程逻辑门阵列120和工控机130的中央处理器，工控机130的CPU可以与利用千兆或万兆以太网外界进行非实时的数据和指令交互，本实施例中，将实时数据指令与非实时数据指令分开处理，在满足实时性要求的情况下也能够保证功能性和数据完整性要求。

具体实施例：

如图6所示，本实施例提供了一种数据处理装置100，为一种分布式传感器数据处理系统，包括传感器110、第一现场可编程逻辑门阵列120、工控机130、微处理器140、实时现场总线150。

数据处理装置100内包括若干传感器110，传感器110位于测量设备300中的不同位置，对测量设备300中的依次进入的检测标的物行物理量检测。

每个传感器110依据位置信号(Position Signal)和信号采集频率信号(SampleFrequecy Signal)进行信号采集，针对每个运动检测标的物形成周期性数据，这两个信号由处理核心中的第一现场可编程逻辑门阵列120(FPGA Master)根据检测需求和设备中的检测标的物运动状态计算生成。

每个传感器110内部具有物理探测器112(Sensor)、模拟数字转换电路114(A/D)、第二现场可编程逻辑门阵列116(FPGA Slave)，传感器内物理探测器112实现物理特征信号探测，模拟数字转换电路114实现模拟信号与数字信号转换，FPGA Slave将数据转换为串行格式。

FPGA Master与FPGA Slave之间通过同步串行接口(如SPI)进行通讯，采用高速差分协议(如LVDS)，将各个传感器周期性数据汇总于处理核心(工控机130的CPU)。FPGAMaster与FPGA Slave之间的通信信号包括：通信同步信号，Master数据输入(Slave输出)，Master数据输出(Slave输入)，数据采集同步信号。

FPGA Master将各个传感器周期性数据进行预处理，将同一检测标的物的多个传感器信息进行汇总，再通过计算机总线传入工控机130，由具备实时操作系统的工控机CPU进行数据计算和分析，将实时检测结果反馈给FPGA Master。

FPGA Master通过同步总线SPI或异步串行总线SCI，与处理核心外的微处理器140(MCU)通信，MCU能够与实时现场总线150(Real Time Field Bus)(如EtherCAT总线)进行交互，将实时检测结果送入实时现场总线150，并将实时现场总线150上的实时指令和数据送入FPGA Master和CPU。

处理核心(工控机130)的CPU利用千兆或万兆以太网(LAN)与外界进行非实时的数据和指令交互。

本实施例将物理分布独立的传感器原始数据上传到一定物理距离外的处理核心进行计算，可以将各个传感器的数据进行综合分析。

本实施例充分发挥FPGA和CPU等不同类型处理器的优势，数据采集、传输、计算分析和总线通信都满足实时性的要求。

本实施例的实时总线接口为模块化设计，通过更换模块，可以与多种类型的工业实时总线对接。

本实施例将实时数据指令与非实时数据指令分开处理，在满足实时性要求的情况下也能够保证功能性和数据完整性要求。

如图7所示，在钞票高速清分设备上应用上述数据处理装置100对传感器信息进行处理，并实时计算分析出每张钞票的检测结果，其中：

处理核心中，机箱采用NI PXIe1070，CPU采用NI PXIe 8840，FPGA Master采用NIPXIe 7972，LVDS接口卡采用NI 6585B。MCU采用TI DSP TMS320LF2812。Real Time FieldBus采用赫优讯总线接口模块EtherCAT COMX51。FPGA Slave采用Altera Cyclone。

针对第一个PXIe机箱A160，处理磁性传感器H162与磁性传感器V164的磁图像数据，磁性传感器H162与磁性传感器V164通过接口板卡A166与FPGA适配卡A168(NI 6585B)NI6585B通信，接口板卡A166与EtherCAT总线170通信，FPGA适配卡A168(NI 6585B)的LVDS接口采用NI 6585B，FPGA适配卡A168与FPGA板卡A172(NI 7972)通信，FPGA板卡A172通过PXle总线174与工控机A的第一CPU176通信，第一CPU176包括四个CPU内核和第一内存1770，第一CPU176通过PXle控制器A178(NI 8840)与千兆网交换机180通信。其中，四个CPU内核包括：第一CPU CORE1762，第二CPU CORE1764，第三CPU CORE1766和第四CPU CORE1768。

针对第二个PXIe机箱B182，处理第一光学传感器184和第二光学传感器186的图像数据，第一光学传感器184和第二光学传感器186通过接口板卡B188与FPGA适配卡B190(NI6585B)通信，接口板卡B188与EtherCAT总线170通信，FPGA适配卡B190(NI 6585B)的LVDS接口采用NI 6585B，FPGA适配卡B190与FPGA板卡B192(NI 7972)通信，FPGA板卡B192通过PXle总线174与工控机B的第二CPU194通信，第二CPU194包括四个CPU内核和第二内存1950，第二CPU194通过PXle控制器B196(NI 8840)与千兆网交换机180通信。其中，四个CPU内核包括：第五CPU CORE1942，第六CPU CORE1944，第七CPU CORE1946和第八CPU CORE1948。

PD信号202是钞票高速清分设备中钞票运动路径上的光电传感器信号，产生钞票到达位置的信号，轴编码器信号204是传感器采集的行频信号，PD信号202和轴编码器信号204通过接口板卡A166和接口板卡B188，输入到FPGA适配卡A168和FPGA板卡A172，FPGA适配卡B 190和FPGA板卡B192。

千兆网交换机180是非实时部分的数据节点，建立PXIe机箱A160，PXIe机箱B182，Labview平台198，数据存储系统200之间的通信。

Labview平台198是系统的调试平台，用于调试和更新PXIe机箱A160，PXIe机箱B182的CPU和FPGA程序。

数据存储系统200是存储传感器原始数据和检测过程数据的服务器。

综上，本发明实施例的有益效果为：

1.本实施例中，多个传感器110分布在测量设备300不同位置，并通过第一现场可编程逻辑门阵列120将物理分布独立的传感器110原始数据上传到一定物理距离外的工控机130的中央处理器进行计算，可以将各个传感器110的数据进行综合分析，满足实时性要求。

2.本实施例中，通过设置第一现场可编程逻辑门阵列120和工控机130，充分发挥现场可编程逻辑阵列处理器(FPGA)和中央处理器(CPU)等不同类型处理器的优势，使得数据处理装置100满足实时性要求。

在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种数据处理装置(100)，用于测量设备(300)，其特征在于，所述测量设备(300)中依次进入检测标的物，所述数据处理装置(100)包括：

多个传感器(110)，所述传感器(110)设于所述测量设备(300)上，所述传感器(110)包括物理探测器(112)、模拟数字转换电路(114)和第二现场可编程逻辑门阵列(116)，所述第二现场可编程逻辑门阵列(116)接收第一现场可编程逻辑门阵列(120)输出的检测标的物位置信号和信号采集频率，根据所述检测标的物位置信号和所述信号采集频率控制所述物理探测器(112)探测所述检测标的物，所述物理探测器(112)采集所述检测标的物的模拟物理特征信号，所述模拟数字转换电路(114)将所述模拟物理特征信号转换为数字物理特征信号，所述第二现场可编程逻辑门阵列(116)得到每个所述检测标的物的所述数字物理特征信号，形成周期性数据，将所述周期性数据输出至所述第一现场可编程逻辑门阵列(120)；

所述第一现场可编程逻辑门阵列(120)，所述第一现场可编程逻辑门阵列(120)生成所述检测标的物位置信号和所述信号采集频率信号，输出至所述第二现场可编程逻辑门阵列(116)，所述第一现场可编程逻辑门阵列(120)将所述周期性数据进行第一处理，输出至工控机(130)；

所述工控机(130)，所述工控机(130)通过以太网与外界进行非实时的数据和指令交互，所述工控机(130)对第一处理后的所述周期性数据进行计算和分析，得到实时检测结论，将所述实时检测结论反馈至所述第一现场可编程逻辑门阵列(120)；

微处理器(140)，所述第一现场可编程逻辑门阵列(120)将所述实时检测结论输出至所述微处理器(140)，所述微处理器(140)与实时现场总线(150)进行交互，将所述实时检测结论输出至实时现场总线(150)；

实时现场总线(150)，通过所述实时现场总线(150)获取实时指令和数据，所述实时指令和数据通过所述实时现场总线(150)，输出至所述第一现场可编程逻辑门阵列(120)和所述工控机(130)。

2.根据权利要求1所述的数据处理装置(100)，其特征在于，所述第一现场可编程逻辑门阵列(120)与所述第二现场可编程逻辑门阵列(116)之间通过同步串行总线进行通讯，采用高速差分协议，所述第二现场可编程逻辑门阵列(116)将所述周期性数据转换为串行数据格式，输出至所述第一现场可编程逻辑门阵列(120)。

3.根据权利要求2所述的数据处理装置(100)，其特征在于，所述同步串行总线包括串行外设接口总线。

4.根据权利要求2所述的数据处理装置(100)，其特征在于，所述高速差分协议包括低电压差分信号低电压差分信号协议。

5.根据权利要求1所述的数据处理装置(100)，其特征在于，所述第一现场可编程逻辑门阵列(120)根据检测需求和所述测量设备(300)中的检测标的物运动状态，生成所述检测标的物位置信号和所述信号采集频率信号。

6.根据权利要求1所述的数据处理装置(100)，其特征在于，所述工控机(130)与所述第一现场可编程逻辑门阵列(120)通过计算机总线连接，所述工控机(130)设有中央处理器，所述中央处理器对预处理后的传感器周期性数据进行数据计算和分析，得到实时检测结论。

7.根据权利要求1所述的数据处理装置(100)，其特征在于，所述第一现场可编程逻辑门阵列(120)通过同步串行总线或异步串行总线与所述微处理器(140)通信。

8.根据权利要求7所述的数据处理装置(100)，其特征在于，所述异步串行总线包括串行通信接口总线。

9.根据权利要求1所述的数据处理装置(100)，其特征在于，所述实时现场总线(150)设有接口模块(152)，通过所述接口模块(152)，与所述微处理器(140)通信。

10.一种数据处理方法，采用如权利要求1至9中任一项所述的数据处理装置(100)，其特征在于，包括：

第一现场可编程逻辑门阵列生成检测标的物位置信号和信号采集频率信号，发送至第二现场可编程逻辑门阵列；

所述第二现场可编程逻辑门阵列接收第一现场可编程逻辑门阵列输出的检测标的物位置信号和信号采集频率，根据所述检测标的物位置信号和所述信号采集频率控制物理探测器探测检测标的物；

所述物理探测器采集所述检测标的物的模拟物理特征信号，所述模拟数字转换电路将所述模拟物理特征信号转换为数字物理特征信号；

所述第二现场可编程逻辑门阵列得到每个所述检测标的物的所述数字物理特征信号，形成周期性数据，将所述周期性数据输出至所述第一现场可编程逻辑门阵列；

所述第一现场可编程逻辑门阵列将所述周期性数据进行第一处理，输出至工控机；

所述工控机对第一处理后的所述周期性数据进行计算和分析，得到实时检测结论，将所述实时检测结论反馈至所述第一现场可编程逻辑门阵列，并且，所述工控机通过以太网与外界进行非实时的数据和指令交互；

所述第一现场可编程逻辑门阵列将所述实时检测结论输出至所述微处理器，通过所述微处理器与实时现场总线进行交互，将所述实时检测结论输出至实时现场总线；

通过所述实时现场总线获取实时指令和数据，所述实时指令和数据通过所述实时现场总线输出至所述第一现场可编程逻辑门阵列和所述工控机。

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