CN1617183A - 数据收集系统与数据传输方法 - Google Patents

Abstract

一种数据收集系统(100)，包括数据收集设备(2)和以级联连接方式连接到数据收集设备(2)的多个数据处理设备(10)。例如，每一个数据处理设备(10)单独执行A/D转换和其他数据处理，并且将通过数据处理获得的数据添加到数据传输信号上，以将它依次传输到后续级联连接数据处理设备(10)。位于级联连接首部的数据处理设备(10a)生成包括数据处理周期(Tp)和通信周期(Tdt)的数据传输信号，并且将它传输到后续数据处理设备(10b、10c)。每一个数据处理设备(10)在数据处理周期(Tp)中执行数据处理，并且在通信周期(Tdt)中根据数据传输信号将通过数据处理而获得的数据传输到后续数据处理设备(10)。

Description

数据收集系统与数据传输方法

技术领域

本发明涉及用于对从多个数据处理设备输出的数据进行收集的数据收集系统。

背景技术

一般地，当将多个传感器检测到的数据传输到数据分析设备以进行分析时，通过将用于对从传感器检测到的数据进行输出的多个数据输出设备和数据分析设备连接到共用总线，构成数据收集系统。在这种情况下，数据分析设备作为主机使用，并且通过地址等来指定每一个数据输出设备，从每一个数据输出设备单独获得数据。因此多个数据输出设备在数据分析设备的控制下，通过中断进程来传输数据，以便数据分析设备实时从多个数据输出设备获取数据。

因此，需要各个数据输出设备将从传感器检测到的数据提取出来，并且通过中断进程来传输检测到的数据。例如，当使用模拟传感器作为传感器时，由于数据输出设备必须对从传感器输出的模拟检测信号进行A/D转换和传输，因此各个数据输出设备所需的进程负载加大。另外，当一个数据输出设备在从另一个数据输出设备到数据分析设备的数据传输期间对来自传感器的模拟检测数据进行A/D转换时，由于另一个数据输出设备的数据传输所引起的噪声会使A/D转换的精度严重下降。

有一种通过所谓级联连接或菊花链连接而不是通过多个数据输出设备到共用总线的上述连接来传输数据的方法。日本专利申请公开2001-145093和2001-251609中公开了该方法。

发明内容

本发明的实现就是为了解决上述问题。本发明的目标是提出一种数据收集系统，它结构简单，能够有效地收集多个数据而不受因通信而引起的噪声的影响。

根据本发明的一个方面，提出的数据收集系统包括数据收集设备和以级联连接方式连接到数据收集设备的多个数据处理设备，每一个数据处理设备相互共享重复的数据处理周期和通信周期，在数据处理周期中独自执行数据处理，并且在通信周期中将通过数据处理而获得的数据添加到从之前的数据处理设备收到的数据传输信号，并把它传输到后续数据处理设备。

例如，每一个数据处理设备单独执行A/D转换和其他数据处理，并且将通过数据处理获得的数据添加到数据传输信号上，以将它依次传输到后续级联连接数据处理设备。更为具体地说，在级联连接首部的数据处理设备周期性地传输数据传输周期的开始信息和数据处理周期的开始信息，以便规定整个数据收集系统的数据处理周期和通信周期。

此时，数据传输信号包括数据处理周期和通信周期。在数据处理周期中，所有数据处理设备执行数据处理，并且从不将数据传输到后续数据处理设备。因此，可以防止在所有数据处理设备中由数据传输所引起的噪声对数据处理造成负面的影响。另一方面，在通信周期，各个数据处理设备依次传输通过数据处理而获得的数据。因此，各个数据处理设备可以执行数据处理，而不受噪声的影响，并且可以将其结果有效地传输到数据收集设备。

如果在数据传输信号中将数据处理周期设置为大于多个数据处理设备的最大数据处理时间，则所有数据处理设备在独自完成数据处理之后，都能在通信周期中开始传输数据。

另外，在数据传输信号中的通信周期可以包括被分配到多个数据处理设备中的每一个的单个通信周期。由于每一个数据处理设备是在分配给其数据处理设备的单个通信周期中传输数据，因此数据收集设备可以正确地区分出由多个数据处理设备传输来的数据。通过在通信周期中连续地分配单个通信周期，因此能够有效地使用通信周期。

在优选的实施例中，每一个数据处理设备可以包括A/D转换器，它执行A/D转换等数据处理。更为确切地说，每一个数据处理设备可以连接到模拟传感器，并且可以对从模拟传感器输出的模拟检测信号进行A/D转换以作为数据处理。由于在每一个数据处理设备的A/D转换处理期间不进行数据传输，因此它能够防止A/D转换的精度会因数据传输所引起的噪声而下降。

另外，优选情况下，在级联连接首部的数据处理设备周期性地传输数据传输信号，传输周期大于数据处理周期和通信周期之和。因此，数据收集系统可以周期性地从每一个数据处理设备获得精确的数据。

根据本发明的另一方面，提出了一种数据传输方法，它是在多个级联连接数据处理设备中执行的，在级联连接首部的数据处理设备生成包括数据处理周期和通信周期的数据传输信号，并且将它传输到后续数据处理设备，并且每一个数据处理设备在数据处理周期中执行数据处理，并且在通信周期中根据数据传输信号将通过数据处理而获得的数据传输到后续数据处理设备。与上述的数据收集系统一样，通过数据传输周期，在每一个数据处理设备中可以精确地执行数据处理，并且数据能够被有效地传输到其他设备。

下面通过对本发明的优选实施例进行详细讲述并当结合下面简述的附图时，将更能够清楚地理解本发明的实质、用途和进一步特征。

附图说明

图1为框图，示出了应用了根据本发明实施例的数据收集系统的机器人臂控制系统的结构。

图2A和2B为框图，示出了如图1所示的数据处理设备的内部结构。

图3A～3E为时序图，示出了数据处理设备中的数据传输信号。

具体实施方式

下面参考附图来讲述本发明的优选实施例。图1示意性地示出了应用了根据本发明实施例的数据收集系统的机器人臂控制系统的结构。

在图1中，机器人臂控制系统100控制着多个机器人臂的位置，并且在本实施例中控制着三个机器人臂24a～24c。也就是说，如图1所示，机器人臂控制系统100包括数据处理设备10a～10c、传感器22a～22c、机器人臂24a～24c、执行器26a～26c、数据收集/分析设备2和控制器3。

例如，各个机器人臂24a～24c的位置受到使用了气压的执行器26a～26c的控制。每一个执行器26a～26c受到控制器3的控制。

机器人臂24a～24c的位置分别是由传感器22a～22c来控制的。在本实施例中，各个传感器22a～22c构造为模拟传感器，用于检测机器人臂24a～24c的位置，并且将用以指示所检测的机器人臂24a～24c位置的模拟检测信号输出到各个数据处理设备10a～10c。

数据处理设备10a～10c对由传感器22a～22c所提供的用以指示机器人臂24a～24c位置的模拟检测信号进行A/D转换，并且将其以数字检测信号来输出。

数据处理设备10a～10c通过一般被称为“级联连接”或“菊花链连接”的串联系统连接到数据收集/分析设备2。也就是说，位于级联连接首部的数据处理设备10a将数据传输信号Sa提供给后续数据处理设备10b，并且数据处理设备10b将数据传输信号Sb提供给更后续数据处理设备10c。数据处理设备10c将数据传输信号Sc提供给数据收集/分析设备2。

数据处理设备10a～10c将对应于传感器22a～22c的数字检测信号Da～Dc分别添加到数据传输信号Sa～Sc，并且将它们传输到后续数据处理设备10或数据收集/分析设备2，不过其细节要在后面说明。在这种方法中，对应于传感器22a～22c的数字检测信号Da～Dc被数据收集/分析设备2所收集和分析。在本实施例中，数据收集/分析设备2根据所收集的数字检测信号Da～Dc来分析各个传感器22a～22c的位置，并且根据结果将各个机器人臂24a～24c的位置控制量输出到控制器3。控制器3根据从数据收集/分析设备2所获得的各个传感器22a～22c的位置控制量来驱动各个执行器26a～26c，并且控制着各个机器人臂24a～24c的位置。在本实施例中，使用这种方法的机器人臂24a～24c的位置是反馈控制的。这种通过检测数字检测信号Da～Dc和收集数据对其进行分析的位置控制，是重复性地和周期性地执行的。

接下来，讲述数据处理设备10a～10c的内部结构。图2A示出了位于级联连接首部的数据处理设备10a的内部结构，并且图2B示出了位于接着数据处理设备10a的位置的数据处理设备10b和10c的内部结构。

如图2A所示，数据处理设备10a包括A/D转换器16、通信单元14和用于控制的CPU 12。A/D转换器16对由传感器22a所提供的模拟检测信号进行A/D转换，并且生成数字检测信号Da。CPU 12生成数据传输信号，用于通过级联连接数据处理设备10a～10c来传输数字检测信号Da～Dc，并且根据需要，将数字检测信号Da添加到数据传输信号。通信单元14在CPU 12的控制下，将数据传输信号传输至后续数据处理设备10b。

另一方面，如图2B所示，每一个后续数据处理设备10b和10c包括CPU 12、通信单元14、通信单元15和A/D转换器16。也就是说，每一个数据处理设备10b和10c除了具有数据处理设备10a的结构以外，还包括通信单元15，用于执行与位于级联连接上游位置的数据处理设备10a或10b的通信。

与数据处理设备10a一样，A/D转换器16对由相应的传感器22b或22c所提供的模拟检测信号进行A/D转换，并且生成数字检测信号Db或Dc。通信单元15接收来自之前数据处理设备10a或10b的数据传输信号Sa或Sb。CPU 12将由A/D转换器16所生成的数字检测信号Db或Dc添加到数据传输信号Sa或Sb，并且将它提供给通信单元14。通信单元14输出数据传输信号Sb或Sc。注意，数据处理设备10b将数据传输信号Sb提供给后续的数据处理设备10c，并且数据处理设备10c将数据传输信号Sc提供给数据收集/分析设备2。

接下来，参考图3A～3E来讲述在多个级联连接数据处理设备10a～10c之间进行数据传输的方法细节。图3A～3E为时序图，示出了在数据处理设备10a～10c中进行通信的数据传输信号。与图1中所示的一样，在图3A～3E中，从数据处理设备10a、10b和10c输出的数据传输信号分别用Sa、Sb和Sc来表示。

在本实施例中，位于级联连接首部的数据处理设备10a生成数据传输信号。本发明的特点是，数据传输信号包括数据处理周期Tp和通信周期Tdt，如图3A至3E所示。在数据处理周期Tp中，各个数据处理设备10a～10c执行数据处理，但是并不进行数据通信(传输)。也就是说，数据处理周期Tp设定为各个数据处理设备仅执行数据处理的周期。在本实施例中，数据处理是由A/D转换器16对模拟检测信号进行A/D转换处理。这样，数据处理设备10a～10c共享数据处理周期Tp和通信周期Tdt，并且数据处理周期Tp和通信周期Tdt被周期地和重复地执行。

图3A示出了在数据处理周期Tp中由各个数据处理设备10a～10c所输出的数据传输信号的波形。由于在数据处理周期Tp中禁止将来自各个数据处理设备10a～10c的数据进行输出，因此在对应于通信周期Tdt的位置处不包括输出数据。

这样，通过提供专用于数据处理的数据处理周期Tp，在该周期中各个数据处理设备10a～10c并不传输数据并且只是单独地执行数据处理，则在数据传输信号S中，可以防止会因数据通信而发生的噪声影响各个数据处理设备中的数据处理。例如，对于本实施例中的A/D转换来说，如果某一数据处理设备在另一个数据处理设备的A/D转换处理期间执行数据通信，则由数据通信而引起的噪声影响会加到A/D转换处理中，并且A/D转换的精度有时候会下降。正像本实施例那样，当作为数据处理的A/D转换处理的对象为传感器22的模拟检测信号，则检测量会因受到由通信所引起噪声的影响而改变，并且会有负面影响加到整个系统的控制上。在这点上，如上所述，如果提供有数据处理周期Tp，并且在该周期中所有数据处理设备从不执行通信，则可以在各个数据处理设备中以高精度来执行数据处理。

因此，数据处理周期Tp设置为要比在多个数据处理设备10a～10c中执行数据处理的最长所需时间长。因此，可以防止在所有数据处理设备都独自完成数据处理之前开始进行数据通信。

另一方面，通信周期Tdt设置为各个数据处理设备10a～10c依次传输数据的周期。通信周期Tdt包括被分配到各个数据处理设备10a～10c的单个的通信周期Ta～Tc以及边沿周期Tm。尽管通信周期Tdt专用于数据传输，但是如果各个数据处理设备10a～10c不按照次序来传输数据，则数据收集/分析设备2不能够识别出所接收的数据是从哪个数据处理设备传输来的。因此，在通信周期Tdt中设定了单个的通信周期Ta～Tc。也就是说，规定数据处理设备10a～10c分别在单个的通信周期Ta～Tc期间传输数据。因此，数据收集/分析设备2可以把在每一个单个的通信周期中传输的数据看作为从对应于单个的通信周期的数据处理设备10传输来的数据。

图3B～3D示意性地示出了在通信周期Tdt中从各个数据处理设备10a～10c输出的数据传输信号Sa～Sc的数据内容。从数据处理设备10a输出的数据传输信号Sa包括数字检测信号Da，并且数字检测信号Db被添加到从数据处理设备10b输出的数据传输信号Sb。数字检测信号Dc被进一步添加到从数据处理设备10c输出的数据传输信号Sc。另外，图3E示出了如图3D所示的数据传输信号Sc的波形例子。

各个单个的通信周期Ta～Tc的长度(时间跨度)是根据由各个数据处理设备输出的数据量来决定的。也就是说，将长的单个通信周期提供给具有较大输出数据量的数据处理设备，并且将短的单个通信周期提供给具有较小输出数据量的数据处理设备。当数据传输速度一定时，单个通信周期的长度(时间跨度)是由待传输的数据量来规定的。

作为设置单个通信周期的一种方法，首先，相应的单个通信周期设备的时间跨度(传输数据量)可以根据来自每一个数据处理的输出数据量来决定，并且可以在通信周期Tdt中依次设定。例如，如果假定来自数据处理设备10a和10b的输出数据量分别为12比特位，并且来自数据处理设备10c的输出数据量为16比特位，则从通信周期Tdt的开始时刻t1到对应于数据量12比特位的时间也就是时刻t2的这段时间，可以被设为单个通信周期Ta，并且从开始时刻t2到对应于数据量12比特位的时间也就是时刻t3的这段时间，可以被设为单个通信周期Tb。而且，从时刻t3到对应于数据量16比特位的时间也就是时刻t4的这段时间，可以被设为单个通信周期Tc。这样，通过设定每一个单个通信周期，每一个数据处理设备10a～10c将其在数据传输信号S的通信周期Tdt中的相应单个通信周期中的输出数据(每一个数字检测信号Da～Dc)依次相加起来，并且将该数据传输到位于下游位置的数据处理设备。最后，来自所有数据处理设备的输出数据通过级联连接被传输到数据收集/分析设备2。边沿周期Tm的设定是用于稳定地执行数据传输处理的目的。

优选情况下，将多个单个通信周期连续地设置在时间轴上(即，没有时间间隔)。更为具体地说，例如，在图3A～3E的例子中，设定的每一个单个通信周期使得在单个通信周期Ta结束之后马上开始下一个单个通信周期Tb。因此，使有效的通信成为可能。

注意，位于级联连接首部的数据处理设备10a周期性地生成并传输数据传输信号，周期大于数据处理周期Tp和通信周期Tdt之和。也就是说，为了规定整个机器人臂控制系统100的数据处理周期Tp和通信周期Tdt，数据处理设备10a周期性地传输数据处理周期Tp的开始信息以及数据通信周期Tdt的开始信息。传输开始信息的定时是根据在数据处理设备10a中包括的单个定时器来设计的。

在图3A～3E的例子中，在数据传输信号的通信周期Tdt中，单个通信周期被依次分布在从位于级联连接上游位置的数据处理设备10a至位于下游位置的数据处理设备10c。不过，这种分布不是必不可少的。也就是说，在通信周期Tdt中，如果多个单个通信周期以在时间轴上不相互重叠的顺序来设定，则这个顺序可以不是从位于级联连接上游位置的数据处理设备至位于下游位置的数据处理设备。

在上述实施例中，讲述中使用了将本发明的数据收集系统应用到机器人臂控制系统的例子。不过，本发明的应用并不限于机器人臂控制系统。也就是说，本发明能够应用于通过级联连接将来自多个数据处理设备和数据输出设备的输出数据提供给预定设备的各种系统和环境。

另外，在上述实施例中，示出了来自传感器的模拟输出信号的A/D转换处理，以作为在每一个数据处理设备中执行的数据处理的例子。不过，本发明的应用并不限于这种情况，并且本发明可以被应用于执行各种数据处理的数据处理设备。在本发明中，由于设定了数据处理周期，并且在该周期中禁止了数据传输，因此将本发明应用于执行对噪声相对敏感的数据处理的数据处理设备是特别有效的。

Claims (9)

1.一种数据收集系统(100)，包括：

数据收集设备(2)；以及

多个数据处理设备(10)，其以级联连接方式连接到数据收集设备(2)，

每一个数据处理设备(10)相互共享重复的数据处理周期(Tp)和通信周期(Tdt)，其在数据处理周期(Tp)中独自执行数据处理，并且在通信周期(Tdt)中将通过数据处理而获得的数据(D)添加到从之前的数据处理设备(10)收到的数据传输信号(S)，并把它传输到后续数据处理设备(10)。

2.如权利要求1所述的数据收集系统(100)，其中位于级联连接首部的数据处理设备(10a)周期性地传输数据传输周期的开始信息和数据处理周期的开始信息，以便定义整个数据收集系统(100)的数据处理周期(Tp)和通信周期(Tdt)。

3.如权利要求1或2所述的数据收集系统(100)，其中数据处理周期(Tp)大于每一个数据处理设备(10)中的最大数据处理时间。

4.如权利要求1至3中的任何一个所述的数据收集系统(100)，其中通信周期(Tdt)包括被分配到多个数据处理设备(10)的每个的单个通信周期(Ta～Tc)。

5.如权利要求4所述的数据收集系统(100)，其中在通信周期(Tdt)中连续地分配单个通信周期(Ta～Tc)。

6.如权利要求1至5中的任何一个所述的数据收集系统(100)，其中每一个数据处理设备(10)包括A/D转换器(16)，它执行A/D转换作为数据处理。

7.如权利要求6所述的数据收集系统(100)，其中每一个数据处理设备(10)连接到模拟传感器(22)，并且对从模拟传感器输出的模拟检测信号进行A/D转换以作为数据处理。

8.如权利要求1至7中的任何一个所述的数据收集系统(100)，其中位于级联连接首部的数据处理设备(10a)周期性地传输数据传输信号，其传输周期大于数据处理周期(Tp)和通信周期(Tdt)之和。

9.在多个级联连接数据处理设备(10)中执行的一种数据传输方法，

位于级联连接首部的数据处理设备(10a)生成包括数据处理周期(Tp)和通信周期(Tdt)的数据传输信号，并且将它传输到后续数据处理设备(10)，并且

每一个数据处理设备(10)在数据处理周期(Tp)中执行数据处理，并且在通信周期(Tdt)中根据数据传输信号将通过数据处理而获得的数据传输到后续数据处理设备(10)。

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