CN114786074A - 一种风洞测压数据的传输方法及传输系统 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及风洞测压技术领域，公开了一种风洞测压数据的传输方法及传输系统，该方法包括：数采上位机采用串行轮询的方式向数字测压模块发送第一轮询指令；数字测压模块根据第一轮询指令进行应答，向数采上位机上传风洞测压数据；数据采集服务器采用串行轮询的方式向数采上位机发送第二轮询指令；数采上位机根据第二轮询指令进行应答，向数据采集服务器上传相应的数据。在该方法中，数采上位机和数字测压模块之间采用数据轮询传输机制，以及数据采集服务器和数采上位机之间采用数据轮询传输机制，这样的数据传输方式快速性和灵活性较强。

Description

一种风洞测压数据的传输方法及传输系统
技术领域
本发明涉及风洞测压技术领域，特别是涉及一种风洞测压数据的传输方法及传输系统。
背景技术
工业总线广泛应用于过程自动化、医药领域、加工制造、交通运输、国防、航天、农业和楼宇等领域。工业总线系统架构上进行分类，可归为四类：IO方式点对点系统架构、过渡性（HART）系统总线架构、现场总线系统架构和以太网系统架构。
在风洞测压技术领域，目前工业总线系统架构是在工业系统架构中非常流行，其特点是成本低廉和实施简单方便。在风洞型号试验现场，由IO方式点对点的方式，将测压设备和数采上位机进行连接。但在FL-13等大型风洞中，风洞现场测压设备至风洞测控室内的数据采集服务器数据线大约需要30米，在这种远距离现场测试环境下，每增加一套测压设备都需要再加一根较长的通讯线连接到数据采集服务器上，成本大幅增加。除此之外，由于是点对点直连的方式，整个测控系统的测压设备严重依赖数据采集服务器，在数据采集服务器出现问题后，会严重影响整个风洞测压系统。另外，在上述系统的数据传输由于系统的线路冗长，并且需要通过数据采集服务器进行数据采集和传输，导致了数据采集和传输的灵活性和即时性较差，可靠性不好。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种风洞测压数据的传输方法及传输系统，可以提高数据传输的快速性和灵活性。其具体方案如下：
一种风洞测压数据的传输方法，应用于风洞测压传输系统；所述风洞测压传输系统包括数据采集服务器、与所述数据采集服务器连接的多个数采上位机，以及与所述数采上位机连接的多个数字测压模块；所述风洞测压数据的传输方法，包括：
所述数采上位机采用串行轮询的方式向所述数字测压模块发送第一轮询指令；
所述数字测压模块根据所述第一轮询指令进行应答，向所述数采上位机上传风洞测压数据；
所述数据采集服务器采用串行轮询的方式向所述数采上位机发送第二轮询指令；
所述数采上位机根据所述第二轮询指令进行应答，向所述数据采集服务器上传相应的数据。
优选地，在本发明实施例提供的上述风洞测压数据的传输方法中，向所述数据采集服务器上传相应的数据，包括：
所述数采上位机对接收的风洞测压数据进行处理，并加入所述数采上位机的端口号和时间戳；
所述数采上位机向所述数据采集服务器上传处理后的数据。
优选地，在本发明实施例提供的上述风洞测压数据的传输方法中，所述数字测压模块每次上传的数据信息帧结构包括帧头、地址、数据以及校验码；其中，所述帧头用于区分不同作用的信息帧。
优选地，在本发明实施例提供的上述风洞测压数据的传输方法中，所述数采上位机对接收的风洞测压数据进行处理，包括：
所述数采上位机将接收的风洞测压数据去掉帧头和校验码并进行封装处理，得到载荷数据；
在所述载荷数据上依次增加TCP部首、IP部首、以太网首部和以太网尾部，封装成以太网帧。
优选地，在本发明实施例提供的上述风洞测压数据的传输方法中，所述数采上位机向所述数据采集服务器上传处理后的数据，包括：
所述数采上位机采用应用层协议向所述数据采集服务器上传处理后的数据。
优选地，在本发明实施例提供的上述风洞测压数据的传输方法中，向所述数采上位机上传风洞测压数据，包括：
所述数字测压模块采用TCP协议向所述数采上位机上传风洞测压数据。
优选地，在本发明实施例提供的上述风洞测压数据的传输方法中，所述数采上位机通过以太网总线与所述数据采集服务器连接。
优选地，在本发明实施例提供的上述风洞测压数据的传输方法中，所述数字测压模块通过RS485总线与所述数采上位机连接。
本发明实施例还提供了一种采用本发明实施例提供的上述风洞测压数据的传输方法进行数据传输的风洞测压传输系统，包括：
数采上位机，用于采用串行轮询的方式向数字测压模块发送第一轮询指令；
所述数字测压模块，用于根据所述第一轮询指令进行应答，向所述数采上位机上传风洞测压数据；
数据采集服务器，用于采用串行轮询的方式向所述数采上位机发送第二轮询指令；
所述数采上位机，还用于根据所述第二轮询指令进行应答，向所述数据采集服务器上传相应的数据。
优选地，在本发明实施例提供的上述风洞测压传输系统中，所述数采上位机，具体用于对接收的风洞测压数据进行处理，并加入所述数采上位机的端口号和时间戳后，向所述数据采集服务器上传处理后的数据。
从上述技术方案可以看出，本发明所提供的一种风洞测压数据的传输方法，应用于风洞测压传输系统；风洞测压传输系统包括数据采集服务器、与数据采集服务器连接的多个数采上位机，以及与数采上位机连接的多个数字测压模块；该风洞测压数据的传输方法，包括：数采上位机采用串行轮询的方式向数字测压模块发送第一轮询指令；数字测压模块根据第一轮询指令进行应答，向数采上位机上传风洞测压数据；数据采集服务器采用串行轮询的方式向数采上位机发送第二轮询指令；数采上位机根据第二轮询指令进行应答，向数据采集服务器上传相应的数据。
本发明提供的上述风洞测压数据的传输方法中，数采上位机和数字测压模块之间采用数据轮询传输机制，以及数据采集服务器和数采上位机之间采用数据轮询传输机制，这样的数据传输方式快速性和灵活性较强。此外，本发明还针对风洞测压数据的传输方法提供了相应的系统，进一步使得上述方法更具有实用性，该系统具有相应的优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的风洞测压数据的传输方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的轮询机制流程图；
图3为本发明实施例提供的节点示意图；
图4为本发明实施例提供的数字测压模块上传的数据信息帧结构示意图；
图5为本发明实施例提供的数采上位机上传到的数据格式示意图；
图6为本发明实施例提供的数据载荷组织结构示意图。
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。
本发明提供一种风洞测压数据的传输方法，应用于风洞测压传输系统；风洞测压传输系统包括数据采集服务器、与数据采集服务器连接的多个数采上位机，以及与数采上位机连接的多个数字测压模块；该风洞测压数据的传输方法，如图1所示，包括以下步骤：
S101、数采上位机采用串行轮询的方式向数字测压模块发送第一轮询指令；
具体地，由于数字测压模块数量较多，为了降低同步延迟、支撑大量数字测压模块同时确保不会出现数据被覆盖的情况，在该架构中，数据传输采用轮询机制。数采上位机按照串行通信的方式轮流呼叫各个数字测压模块进行通信，采用串行轮询的方式。
S102、数字测压模块根据第一轮询指令进行应答，向数采上位机上传风洞测压数据；
具体地，数采主机向总线上的数字测压模块发送轮询指令，数字测压模块按照指令应答，其轮询机制流程框图如图2所示，轮询次数不能超过设定的最大轮询次数，否则轮询失败。
S103、数据采集服务器采用串行轮询的方式向数采上位机发送第二轮询指令；
具体地，数据采集服务器可以与多个（如15个）数采上位机相连，为了避免因发生数据碰撞而导致的系统整体的采集时延增加，在该架构中，数据传输也采用轮询机制。数据采集服务器按照串行通信的方式轮流呼叫数采上位机进行通信，采用串行轮询的方式。
S104、数采上位机根据第二轮询指令进行应答，向数据采集服务器上传相应的数据。
具体地，数据采集服务器向数采主机发送轮询指令，数采主机接收到数据采集服务器发送的轮询指令后进行应答。当轮询次数超过设定的最大轮询次数时，轮询失败。
在本发明实施例提供的上述风洞测压数据的传输方法中，数采上位机和数字测压模块之间采用数据轮询传输机制，以及数据采集服务器和数采上位机之间采用数据轮询传输机制，这样的数据传输方式快速性和灵活性较强。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述风洞测压数据的传输方法中，数采上位机可以通过以太网总线与数据采集服务器连接；数字测压模块可以通过RS485总线与数采上位机连接。相关设备可以直接挂在相应的总线上，这样只通过通讯总线就可以实现全部设备的通讯相连，使用时互换性好，不但可以减少现场布线或现场工作安装的工作量，而且还可以提高试验效率。
为了方便描述，如图3所示，将数字测压模块通过RS485总线与数采上位机相连的这部分成为一个节点。在该节点中，可以采用交换机实现系统采集数据的通讯。通讯采用RS485的通讯方式，可设置通讯地址，采用IP协议，在数据包中以一个字节的长度作为IP地址段，并且一条RS485总线能并联多少台设备要看接口驱动芯片的选取，最多可支持400个节点。支持RS485总线能并联256台设备的接口驱动芯片有MAX1482，MAX1483，MAX3080～MAX3089，使得每个节点可容纳256个数字测压模块。每个数字测压模块可以有8个压力采集通道，除去本身地址与上位机地址，一个节点的最大通道容量为2032。
将数采上位机通过工业以太网与数据采集服务器相连，假设存在约15个数采上位机通过交换机与数据采集服务器相连，可实现30000点大规模气动压力传感器测量。
进一步地，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述风洞测压数据的传输方法中，在执行步骤S102时，如图4所示，数字测压模块每次上传的数据信息帧结构可以主要包括帧头、地址、数据以及校验码；其中，帧头用于区分不同作用的信息帧，长度为1Bytes。数据每个通道每帧8Bytes，每个数字测压模块8通道，共64Bytes。另外，为了提高信号传输的有效性，在信息帧尾部添加校验码以增强信息传输的可靠性，长度为2个字节。则数字测压模块每次发送的数据信息帧为68Bytes。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述风洞测压数据的传输方法中，步骤S104向数据采集服务器上传相应的数据，具体可以包括：数采上位机对接收的风洞测压数据进行处理，并加入数采上位机的端口号和时间戳；之后，数采上位机向数据采集服务器上传处理后的数据。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述风洞测压数据的传输方法中，上述步骤中数采上位机对接收的风洞测压数据进行处理，具体可以包括：数采上位机将接收的风洞测压数据去掉帧头和校验码并进行封装处理，得到载荷数据；在载荷数据上依次增加TCP部首、IP部首、以太网首部和以太网尾部，封装成以太网帧。这样之后通过以太网传至数据采集服务器。
需要说明的是，数采上位机到数据采集服务器是采用IP包进行传输，其数据格式如图5所示，以太网帧最大承载1518Bytes，减去帧头和帧尾共计18Bytes，实际能载的IP数据报为1500Bytes。由于IP数据报有20Bytes报头，TCP有20Bytes报头，故实际载荷为1460Bytes，也就是说IP数据报的实际有效数据≤1460Bytes的情况下，TCP数据进行传输时不需要分段处理。数采上位机传给数据采集服务器的IP包中的数据载荷部分，是由数采上位机将测压数据包进行封装处理的，结合上文中数字测压模块每次发送的数据帧格式，数采上位机组织数据载荷的结构示意图如图6所示。
由于IP包的实际有效载荷为1460Bytes，每个数字测压模块的数据帧为68Bytes，去掉帧头和校验位后为65Bytes。为避免数据分段，在上位机中将数字测压模块数据帧去掉帧头和校验位后，将每22个该数据封装成一帧载荷数据，共1430Bytes，然后在载荷数据的基础上，依次增加TCP部首、IP部首、以太网部首和以太网部位，其数据长度分别为20Bytes、20Bytes、14Bytes和4Bytes，最终封装成1488Bytes的以太网帧，小于以太网帧最大承载1518Bytes，以此完成数采上位机对数据采集服务器的数据传输。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述风洞测压数据的传输方法中，上述步骤中数采上位机向数据采集服务器上传处理后的数据，具体可以包括：数采上位机采用应用层协议向数据采集服务器上传处理后的数据。这样进一步提高数据传输应答的快速性和灵活性。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述风洞测压数据的传输方法中，步骤S102向数采上位机上传风洞测压数据，具体可以包括：数字测压模块采用TCP协议向数采上位机上传风洞测压数据。这样采用TCP协议可以保证数据的可靠性。
下面针对本发明实施例提供的上述风洞测压数据的传输方法进行采集传输周期的分析：
在下式（1）中，n 1代表测压模块数量，n 2代表测压模块通道数量，f代表每通道的数据回读率，l代表每通道的数据长度，则每个节点的数据量
Figure 281582DEST_PATH_IMAGE001
为：
Figure 120094DEST_PATH_IMAGE002
（1）
该节点的总线传输速率为S，则在该节点数据量为S的传输时间T为：
Figure 929525DEST_PATH_IMAGE003
（2）
根据风洞试验要求，数据采集频率为100Hz时，可满足风洞测压试验要求。由于采用轮询机制，会存在响应延迟，在采集传输周期的计算中应该考虑进去。但针对第一层以太网架构中，所有的数采上位机和数据采集服务器安置在一个测控间内，相互间的连接线很短，此时的响应延迟传输可以忽略不计。针对第二层架构中，由于RS485总线上的数字测压模块是串联安置在风洞型号模型内部，相互间的连接线极短，此时的响应延迟传输也可忽略不计。
接下来，对本发明实施例提供的上述风洞测压数据的传输方法进行数据通讯率方面的考虑：
针对图3的节点处，每个数字测压模块有8个通道，8个通道并行传输，每个通道100Hz回读率，24位ADC，因此单通道单次采样的数据至少24bit，考虑到其他信息的传输，按一个数据包32bit计算，一个数字测压模块8通道每个节点有256个数字测压模块，根据公式（1）可得此节点的数据量为6.4Mbps，RS485传输速率为10Mbps，大于节点数据率。根据公式（2），在RS485总线上传输时间
Figure 918209DEST_PATH_IMAGE004
为0.64s。轮询指令一般在7Bytes以内，为56bit，根据公式（2），轮询指令的传输1次时间约为5.4
Figure 201423DEST_PATH_IMAGE005
。
Figure 617361DEST_PATH_IMAGE006
为轮询256次的时间，约为0.0014s此节点的传输周期为0.6414s。
针对数采上位机到数据采集服务器的架构，采用通信速率为1000Mbps的工业以太网，15个节点的数据量为6.4Mbps
Figure 353236DEST_PATH_IMAGE007
15=96Mbps，小于1000Mbps工业以太网的通信速率。根据公式（2），在以太网中的传输时间约
Figure 880032DEST_PATH_IMAGE008
为0.96s。轮询指令传输1次的时间约为0.05
Figure 112693DEST_PATH_IMAGE009
。
Figure 699532DEST_PATH_IMAGE010
为轮询15次的传输时间，约为0.75
Figure 922703DEST_PATH_IMAGE009
，此处不足1
Figure 253190DEST_PATH_IMAGE009
，可忽略不计。则在该架构中传输的周期约为0.9600s。
则整个系统的周期约为
Figure 245417DEST_PATH_IMAGE011
。
由此，数据传输应答的快速性和灵活性得到满足。
基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种采用前述风洞测压数据的传输方法进行数据传输的风洞测压传输系统，由于该系统解决问题的原理与风洞测压数据的传输方法相似，因此该系统的实施可以参见风洞测压数据的传输方法的实施，重复之处不再赘述。
在具体实施时，本发明实施例提供的风洞测压传输系统，具体包括：
数采上位机，用于采用串行轮询的方式向数字测压模块发送第一轮询指令；
数字测压模块，用于根据第一轮询指令进行应答，向数采上位机上传风洞测压数据；
数据采集服务器，用于采用串行轮询的方式向数采上位机发送第二轮询指令；
数采上位机，还用于根据第二轮询指令进行应答，向数据采集服务器上传相应的数据。
在本发明实施例提供的上述风洞测压传输系统中，可以通过上述数采上位机、数字测压模块和数据采集服务器的相互作用，提高数据传输的快速性和灵活性。
在具体实施时，在本发明实施例提供的上述风洞测压传输系统中，数采上位机，具体可以用于对接收的风洞测压数据进行处理，并加入数采上位机的端口号和时间戳后，向数据采集服务器上传处理后的数据。
关于上述各个模块更加具体的工作过程可以参考前述实施例公开的相应内容，在此不再进行赘述。
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它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，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。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器（RAM）、内存、只读存储器（ROM）、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
综上，本发明实施例提供的一种风洞测压数据的传输方法，应用于风洞测压传输系统；风洞测压传输系统包括数据采集服务器、与数据采集服务器连接的多个数采上位机，以及与数采上位机连接的多个数字测压模块；该风洞测压数据的传输方法，包括：数采上位机采用串行轮询的方式向数字测压模块发送第一轮询指令；数字测压模块根据第一轮询指令进行应答，向数采上位机上传风洞测压数据；数据采集服务器采用串行轮询的方式向数采上位机发送第二轮询指令；数采上位机根据第二轮询指令进行应答，向数据采集服务器上传相应的数据。在该风洞测压数据的传输方法中，数采上位机和数字测压模块之间采用数据轮询传输机制，以及数据采集服务器和数采上位机之间采用数据轮询传输机制，这样的数据传输方式快速性和灵活性较强。此外，本发明还针对风洞测压数据的传输方法提供了相应的系统，进一步使得上述方法更具有实用性，该系统具有相应的优点。
最后，还需要说明的是，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。
以上对本发明所提供的风洞测压数据的传输方法及传输系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种风洞测压数据的传输方法，其特征在于，应用于风洞测压传输系统；所述风洞测压传输系统包括数据采集服务器、与所述数据采集服务器连接的多个数采上位机，以及与所述数采上位机连接的多个数字测压模块；所述风洞测压数据的传输方法，包括：
所述数采上位机采用串行轮询的方式向所述数字测压模块发送第一轮询指令；
所述数字测压模块根据所述第一轮询指令进行应答，向所述数采上位机上传风洞测压数据；
所述数据采集服务器采用串行轮询的方式向所述数采上位机发送第二轮询指令；
所述数采上位机根据所述第二轮询指令进行应答，向所述数据采集服务器上传相应的数据。
2.根据权利要求1所述的风洞测压数据的传输方法，其特征在于，向所述数据采集服务器上传相应的数据，包括：
所述数采上位机对接收的风洞测压数据进行处理，并加入所述数采上位机的端口号和时间戳；
所述数采上位机向所述数据采集服务器上传处理后的数据。
3.根据权利要求2所述的风洞测压数据的传输方法，其特征在于，所述数字测压模块每次上传的数据信息帧结构包括帧头、地址、数据以及校验码；其中，所述帧头用于区分不同作用的信息帧。
4.根据权利要求3所述的风洞测压数据的传输方法，其特征在于，所述数采上位机对接收的风洞测压数据进行处理，包括：
所述数采上位机将接收的风洞测压数据去掉帧头和校验码并进行封装处理，得到载荷数据；
在所述载荷数据上依次增加TCP部首、IP部首、以太网首部和以太网尾部，封装成以太网帧。
5.根据权利要求4所述的风洞测压数据的传输方法，其特征在于，所述数采上位机向所述数据采集服务器上传处理后的数据，包括：
所述数采上位机采用应用层协议向所述数据采集服务器上传处理后的数据。
6.根据权利要求5所述的风洞测压数据的传输方法，其特征在于，向所述数采上位机上传风洞测压数据，包括：
所述数字测压模块采用TCP协议向所述数采上位机上传风洞测压数据。
7.根据权利要求1所述的风洞测压数据的传输方法，其特征在于，所述数采上位机通过以太网总线与所述数据采集服务器连接。
8.根据权利要求1所述的风洞测压数据的传输方法，其特征在于，所述数字测压模块通过RS485总线与所述数采上位机连接。
9.一种采用如权利要求1至8任一项所述风洞测压数据的传输方法进行数据传输的风洞测压传输系统，其特征在于，包括：
数采上位机，用于采用串行轮询的方式向数字测压模块发送第一轮询指令；
所述数字测压模块，用于根据所述第一轮询指令进行应答，向所述数采上位机上传风洞测压数据；
数据采集服务器，用于采用串行轮询的方式向所述数采上位机发送第二轮询指令；
所述数采上位机，还用于根据所述第二轮询指令进行应答，向所述数据采集服务器上传相应的数据。
10.根据权利要求9所述的风洞测压传输系统，其特征在于，所述数采上位机，具体用于对接收的风洞测压数据进行处理，并加入所述数采上位机的端口号和时间戳后，向所述数据采集服务器上传处理后的数据。
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