CN115167215A - 一种基于龙芯处理器的智能数据采集系统及装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于龙芯处理器的智能数据采集系统，其包括模数采样模块、开关选择模块、隔离收发模块、龙芯处理器与多个接口模块；模数采样模块与待监测设备连接，其包括多路采样通道，用于采集待监测设备的第一采样数据；隔离收发模块与待监测设备连接，用于采集待监测设备的第二采样数据；龙芯处理器通过所述接口模块与所述模数采样模块连接，用于接收并处理所述模数采样模块采集的第一采样数据，龙芯处理器与隔离收发模块连接，用于接收并处理隔离收发模块采集的第二采样数据，第一采样数据与第二采样数据经处理后发送至上位机。本发明能够实时监测待监测设备的运行状态，并且实现了待监测设备与上位机的通信。

Description

一种基于龙芯处理器的智能数据采集系统及装置

技术领域

本申请涉及自动化控制领域，更具体地，涉及一种基于龙芯处理器的智能数据采集系统及装置。

背景技术

目前在自动化控制系统中，总是存在需要对系统中各子设备的工作状态进行监测和控制的问题，目前解决该问题较常用的方式是使用PLC控制系统，可应对大规模的工业生产现场控制，但国内PLC控制系统份额长期被诸如西门子、施耐德、欧姆龙等厂家占领，存在设备价格昂贵、控制软件受限、不透明等缺点；面对中小规模自动化控制系统，或者如终端系统等应用场景，仍然采用上述方式是不经济、不合适的做法。

发明内容

针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于龙芯处理器的智能数据采集系统，实时监测待监测设备的运行状态，并且实现了待监测设备与上位机的通信。

为实现上述目的，按照本发明的第一个方面，提供了一种基于龙芯处理器的智能数据采集系统，用于对待监测设备的运行状态进行监控，该系统包括模数采样模块、开关选择模块、隔离收发模块、龙芯处理器与多个接口模块；其中，

所述模数采样模块与待监测设备连接，其包括多路采样通道，用于采集待监测设备的第一采样数据；

所述开关选择模块与龙芯处理器连接，用于接收控制信号以选择所述模数采样模块中的采样通道，实现对第一采样数据的采集；

所述隔离收发模块与待监测设备连接，用于采集待监测设备的第二采样数据；

所述龙芯处理器通过所述接口模块与所述模数采样模块连接，用于接收并处理所述模数采样模块采集的第一采样数据，所述龙芯处理器与所述隔离收发模块连接，用于接收并处理所述隔离收发模块采集的第二采样数据，所述第一采样数据与第二采样数据经处理后发送至上位机，实现对待监测设备的监控。

进一步的，上述基于龙芯处理器的智能数据采集系统，其中，所述多个接口模块至少包括SPI接口，多路GPIO端口、多路CAN总线接口与多路RS422通信接口；所述隔离收发模块包括CAN隔离收发模块与RS422隔离收发模块；其中，

所述SPI接口与所述模数采集模块连接，用于将采集的第一采样数据输入至所述龙芯处理器；所述多路GPIO端口与所述开关选择模块连接，用于接收所述龙芯处理器下发的控制信号，选择所述模数采样模块中的采样通道的输出；所述多路CAN总线接口一端与所述CAN隔离收发模块连接，另一端与所述龙芯处理器连接，所述多路RS422通信接口一端与RS422隔离收发模块连接，另一端与所述龙芯处理器连接，用于将采集的第二采样数据传输至龙芯处理器。

进一步的，上述基于龙芯处理器的智能数据采集系统，其中，所述模数采样模块包括依次连接的多路采样通道、分压网络、多路选择开关、隔离运算放大器与模数转换器；其中，

所述多路采样通道通过多路模拟量输入端口与待监测设备连接，用于采集待监测设备的第一采样数据，具体包括模拟电压信号；所述分压网络用于降低所述多路模拟量输入端口采集的模拟电压信号的电压值；所述多路选择开关用于在所述分压网路输出的多路模拟电压信号中选择一路模拟电压信号并将其输送至所述隔离运算放大器；所述隔离运算放大器用于将接收的一路模拟电压信号隔离放大；所述模拟转换器与所述SPI接口连接，用于接收所述隔离运算放大器输出的模拟电压信号并转换为数字电压信号。

进一步的，上述基于龙芯处理器的智能数据采集系统，其中，所述多路GPIO端口至少包括第一路GPIO端口与第二路GPIO端口；其中，

所述第一路GPIO端口与所述开关选择模块连接，用于选择28V开关量输出端口或5V开关量输出端口输出28V电平IO信号或5V电平IO信号，给待监测设备供电；所述第二路GPIO端口一端与所述多路开关连接，另一端与所述龙芯处理器连接，用于接收所述龙芯处理器下发的控制信号，控制所述多路开关的选择性输出。

进一步的，上述基于龙芯处理器的智能数据采集系统，还包括电源模块，所述电源模块与所述龙芯处理器连接，用于为该系统提供电能。

进一步的，上述基于龙芯处理器的智能数据采集系统，还包括多个以太网口，所述多个以太网口与上位机相连，用于将所述第一采样数据与第二采样数据发送至上位机，以及将上位机的指令通过所述龙芯处理器输送至待监测设备。

进一步的，上述基于龙芯处理器的智能数据采集系统，还包括内存模块，用于程序存储以及数据存储。

进一步的，上述基于龙芯处理器的智能数据采集系统，其中，所述龙芯处理器还包括设置在内部的显示控制器，所述内部显示控制器与显示电路接口连接，所述显示电路接口与显示设备连接，所述显示设备用于显示采集的待监测设备的数据。

按照本发明的第二个方面，还提供了一种基于龙芯处理器的智能数据采集装置，该装置包括上述基于龙芯处理器的智能数据采集系统，还包括盒体。

进一步的，上述基于龙芯处理器的智能数据采集装置，所述盒体包括设置在印制板上的插座，以及多个对外接插件，所述接插件与所述插座连接，实现信号的通路。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

(1)本发明提供的基于龙芯处理器的智能数据采集系统，该系统采用龙芯处理器作为主控芯片，提高了集成度，减少设备体积；该系统通过模数采样模块采集待监测设备的第一采样数据，通过隔离收发模块采集待监测设备的第二采样数据，第一采样数据与第二采样数据由龙芯处理器处理后发送至上位机，实时监测待监测设备的运行状态，并且实现了待监测设备与上位机的通信。

(2)采用本发明提供的基于龙芯处理器的智能数据采集系统，该系统通过龙芯处理器的内部显示控制器连接与显示电路接口连接，显示电路接口与显示设备连接显示采集的待监测设备的数据，不需要专用hmi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，下面将对实施例中所需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申请的一些实施例，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为本申请实施例提供的基于龙芯处理器的智能数据采集系统结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

一方面，本申请提供了一种基于龙芯处理器的智能数据采集系统，用于对待监测设备的运行状态进行监控，图1为本申请实施例提供的基于龙芯处理器的智能数据采集系统结构示意图，请参阅图1，该系统包括模数采样模块、开关选择模块、隔离收发模块、龙芯处理器与多个接口模块。其中，模数采样模块与待监测设备连接，其包括多路采样通道，用于采集待监测设备的第一采样数据；开关选择模块与龙芯处理器连接，用于接收控制信号以选择所述模数采样模块中的采样通道，实现对第一采样数据的采集；隔离收发模块与待监测设备连接，用于采集待监测设备的第二采样数据；龙芯处理器通过所述接口模块与模数采样模块连接，用于接收并处理模数采样模块采集的第一采样数据，龙芯处理器与所述隔离收发模块连接，用于接收并处理所述隔离收发模块采集的第二采样数据，第一采样数据与第二采样数据经处理后发送至上位机，实现对待监测设备的监控。其中，龙芯处理器选用龙芯中科研发的2K1000型处理器。

在一个具体的实施例中，多个接口模块至少包括SPI接口，多路GPIO端口、多路CAN总线接口与多路RS422通信接口；隔离收发模块包括CAN隔离收发模块与RS422隔离收发模块；其中，SPI接口与模数采集模块连接，用于将采集的第一采样数据输入至龙芯处理器；多路GPIO端口与开关选择模块连接，用于接收龙芯处理器下发的控制信号，选择所述模数采样模块中的采样通道的输出；龙芯处理器内部集成UART控制器，CAN隔离收发模块接口一端与多路CAN总线连接，另一端与UART控制器连接，RS422隔离收发模块一端与多路RS422通信接口连接，另一端与UART控制器连接，用于采集第二采样数据传输至龙芯处理器。具体的，第二采样数据至少包括待机测设备的电压、电流、温度、速度、流量、压力以及振动等等。其中，CAN隔离收发模块选用中科格励微的隔离收发器Glb1050c，RS422隔离收发模块选用中科格励微的隔离收发器GLb2490c。

模数采样模块包括依次连接的多路采样通道、分压网络、多路选择开关、隔离运算放大器与模数转换器；其中，多路采样通道通过多路模拟量输入端口与待监测设备连接，用于采集待监测设备的第一采样数据，具体包括模拟电压信号；分压网络用于降低多路模拟量输入端口采集的模拟电压信号的电压值；多路选择开关用于在分压网路输出的多路模拟电压信号中选择一路模拟电压信号并将其输送至隔离运算放大器；隔离运算放大器用于将接收的一路模拟电压信号隔离放大；模数转换器与SPI接口连接，用于接收隔离运算放大器输出的模拟电压信号并转换为数字电压信号后通过SPI接口输送至龙芯处理器。其中，多路选择开关选用八选一开关CC405，隔离运算放大器选用TH3656，模数转换器选用国产AD芯片AD7656。

多路GPIO端口至少包括第一路GPIO端口与第二路GPIO端口；其中，第一路GPIO端口与所述开关选择模块连接，用于选择28V开关量输出端口或5V开关量输出端口输出28V电平IO信号或5V电平IO信号，给待监测设备供电；第二路GPIO端口一端与所述多路开关连接，另一端与所述龙芯处理器连接，用于接收所述龙芯处理器下发的控制信号，控制多路开关的选择性输出。其中，开关选择模块选用固态继电器JGC-17M。

作为一个优选的实施例，基于龙芯处理器的智能数据采集系统还包括电源模块，所述电源模块与所述龙芯处理器连接，用于为该系统提供电能。电源模块还包括电源滤波器，该电源模块采用宽输入电压电源，与电源滤波器配合使用，能够适应DC 12V～40V的电源输入，具有良好电磁兼容性。其中，电源选用西安伟京的WK442805S系列直流电源模块，电源滤波器选用WKF2803M系列滤波器。

龙芯处理器内部集成GMAC控制器，GMAC控制器与网络PHY芯片连接，形成10M/100M/1000M自适应以太网。作为一个优选的实施例，基于龙芯处理器的智能数据采集系统还包括多个以太网口，多个以太网口与上位机相连，用于将龙芯处理器处理的第一采样数据与第二采样数据发送至上位机，实时监测待监测设备数据，并且将上位机的指令通过龙芯处理器进行协议转换后输送至待监测设备。

作为一个优选的实施例，基于龙芯处理器的智能数据采集系统还包括内存模块，内存模块GMAC控制器连接，用于龙芯处理器的程序存储以及数据存储，包括第一采样数据、第二采样数据通信接口数据等。具体的，内存模块选用DDR3SDRAM芯片，使用两片DDR3SDRAM芯片至少可以提供1GB容量的内存。龙芯处理器通过SDIO接口连接SD card，用于数据的存储。龙芯处理器通过特定程序智能判断待监测设备的工作状态，通过特定开关量的输出去切断特定待监测设备的电源，避免事故的发生，并将故障前的各项数据保留在SD卡中，留做事后分析。

作为一个优选的实施例，龙芯处理器还包括设置在内部的显示控制器，内部显示控制器与显示电路接口连接，显示电路接口与显示设备连接，显示电路接口将DVO信号转换为LVDS信号，，液晶显示屏等显示设备用于显示采集的待监测设备的第一采样数据与第二采样数据。

另一方面，本申请提供了一种基于龙芯处理器的智能数据采集装置，该装置包括上述基于龙芯处理器的智能数据采集系统，还包括盒体。其中，盒体选用铝合金材质，具有强度高、质量轻、耐腐蚀的优点。盒体包括设置在印制板上的微矩形插座，以及多个对外接插件，从对外接插件焊线出来后焊接微矩形插头，接插件与插座连接，实现信号的通路，这种连接方式可使装置本身故障时，方便对故障进行定位和模块更换。其中，对外接插件选用中航158的XC158系列连接器。

本申请的创新在与采用龙芯处理器作为主控芯片，即保证了硬件平台的国产自主可控，并且相对于PLC控制系统，具有体积小，集成度高，成本低的优点，在硬件层面，可根据需求进行功能定制，将各项功能集成在一个或若干印制板中，提高集成度，降低了功耗，减小了设备体积，增强了设备在各种场合的适用性，另外现场采集数据可通过龙芯处理自带VGA或HDMI等显示接口连接外部显示设备进行显示，不需要专用hmi设备，龙芯处理自带的丰富的通用外设接口如usb，232串口等可更方便的与通用设备进行连接，而不必如plc控制系统需使用专用总线设备，在软件平台上可支持linux,vxworks等操作系统，应用软件开发和移植更方便。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些服务接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上所述者，仅为本公开的示例性实施例，不能以此限定本公开的范围。即但凡依本公开教导所作的等效变化与修饰，皆仍属本公开涵盖的范围内。本领域技术人员在考虑说明书及实践这里的公开后，将容易想到本公开的其实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未记载的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的范围和精神由权利要求限定。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于龙芯处理器的智能数据采集系统，用于对待监测设备的运行状态进行监控，其特征在于，包括模数采样模块、开关选择模块、隔离收发模块、龙芯处理器与多个接口模块；其中，

所述模数采样模块与待监测设备连接，其包括多路采样通道，用于采集待监测设备的第一采样数据；

所述开关选择模块与龙芯处理器连接，用于接收控制信号以选择所述模数采样模块中的采样通道，实现对第一采样数据的采集；

所述隔离收发模块与待监测设备连接，用于采集待监测设备的第二采样数据；

所述龙芯处理器通过所述接口模块与所述模数采样模块连接，用于接收并处理所述模数采样模块采集的第一采样数据，所述龙芯处理器与所述隔离收发模块连接，用于接收并处理所述隔离收发模块采集的第二采样数据，所述第一采样数据与第二采样数据经处理后发送至上位机，实现对待监测设备的监控。

2.如权利要求1所述的基于龙芯处理器的智能数据采集系统，其中，所述多个接口模块至少包括SPI接口，多路GPIO端口、多路CAN总线接口与多路RS422通信接口；所述隔离收发模块包括CAN隔离收发模块与RS422隔离收发模块；其中，

所述SPI接口与所述模数采集模块连接，用于将采集的第一采样数据输入至所述龙芯处理器；所述多路GPIO端口与所述开关选择模块连接，用于接收所述龙芯处理器下发的控制信号，选择所述模数采样模块中的采样通道的输出；所述多路CAN总线接口一端与所述CAN隔离收发模块连接，另一端与所述龙芯处理器连接，所述多路RS422通信接口一端与RS422隔离收发模块连接，另一端与所述龙芯处理器连接，用于将采集的第二采样数据传输至龙芯处理器。

3.如权利要求2所述的基于龙芯处理器的智能数据采集系统，其中，所述模数采样模块包括依次连接的多路采样通道、分压网络、多路选择开关、隔离运算放大器与模数转换器；其中，

所述多路采样通道通过多路模拟量输入端口与待监测设备连接，用于采集待监测设备的第一采样数据，具体包括模拟电压信号；所述分压网络用于降低所述多路模拟量输入端口采集的模拟电压信号的电压值；所述多路选择开关用于在所述分压网路输出的多路模拟电压信号中选择一路模拟电压信号并将其输送至所述隔离运算放大器；所述隔离运算放大器用于将接收的一路模拟电压信号隔离放大；所述模拟转换器与所述SPI接口连接，用于接收所述隔离运算放大器输出的模拟电压信号并转换为数字电压信号。

4.如权利要求3所述的基于龙芯处理器的智能数据采集系统，其中，所述多路GPIO端口至少包括第一路GPIO端口与第二路GPIO端口；其中，

所述第一路GPIO端口与所述开关选择模块连接，用于选择28V开关量输出端口或5V开关量输出端口输出28V电平IO信号或5V电平IO信号，给待监测设备供电；所述第二路GPIO端口一端与所述多路开关连接，另一端与所述龙芯处理器连接，用于接收所述龙芯处理器下发的控制信号，控制所述多路开关的选择性输出。

5.如权利要求1所述的基于龙芯处理器的智能数据采集系统，还包括电源模块，所述电源模块与所述龙芯处理器连接，用于为该系统提供电能。

6.如权利要求1所述的基于龙芯处理器的智能数据采集系统，还包括多个以太网口，所述多个以太网口与上位机相连，用于将所述第一采样数据与第二采样数据发送至上位机，以及将上位机的指令通过所述龙芯处理器输送至待监测设备。

7.如权利要求1所述的基于龙芯处理器的智能数据采集系统，还包括内存模块，用于程序存储以及数据存储。

8.如权利要求1所述的基于龙芯处理器的智能数据采集系统，其中，所述龙芯处理器还包括设置在内部的显示控制器，所述内部显示控制器与显示电路接口连接，所述显示电路接口与显示设备连接，所述显示设备用于显示采集的待监测设备的数据。

9.一种基于龙芯处理器的智能数据采集装置，其特征在于，包括上述权利要求1～8所述的基于龙芯处理器的智能数据采集系统，还包括盒体。

10.如权利要求9所述的基于龙芯处理器的智能数据采集装置，所述盒体包括设置在印制板上的插座，以及多个对外接插件，所述接插件与所述插座连接，实现信号的通路。

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