CN202870525U

CN202870525U - 一种适合变动环境下的网络化数据采集装置

Info

Publication number: CN202870525U
Application number: CN 201220501966
Authority: CN
Inventors: 马胜前; 李小勇; 张维昭; 范满红; 周良元; 张亚辉
Original assignee: Northwest Normal University
Current assignee: Northwest Normal University
Priority date: 2012-09-28
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2022-09-28

Abstract

本实用新型提供了一种适合变动环境下的网络化数据采集装置，包括依次相连接的数据采集调理器、模数混合增强型单片机和网络通讯器；数据采集调理器包括多个传感器，每个传感器均连接有一个调理电路，多个调理电路均与模数混合增强型单片机相连接；模数混合增强型单片机包括依次相连接的模拟多路选择器、逐次逼近寄存器型的模拟数字转换器和单片机，单片机还分别与模拟多路选择器和网络通讯器相连接，模拟多路选择器与多个调理电路相连接；网络通讯器包括依次相连接的网络通信芯片和网络滤波器，网络通信芯片与单片机相连接。本采集装置在兼容传统网络化数据采集方式的同时，能够适应并实现在变动环境下对多路数据采集的高效和智能化。

Description

一种适合变动环境下的网络化数据采集装置

技术领域

本新型实用属于数据测量与控制技术领域。涉及一种网络化数据采集装置，具体涉及一种适合变动环境下的网络化数据采集装置，能在变动环境下对多路数据进行高效、智能采集。

背景技术

随着科技进步和网络环境改善，数据采集系统网络化是大势所趋。传统数据采集基本是在数据采集端采集所有通路的数据，再对采集数据进行分析和处理。在确定的可靠环境下，传统数据采集方式是合理的，但是考虑到现实环境的复杂性，尤其是在恶劣变动的环境下，数据采集通路变得不可靠，就会导致数据采集时间大幅度增加，而且数据采集规模越大耗费的采集时间就越多。如，需要采集数据的某台设备发生异常停止工作，并且其上有一到多路需要采集的数据，按照传统方式采集该设备上的数据，会耗费不必要的数据采集时间。另外，对于无法采集到的数据还会增加软件处理成本。总之，在不确定环境下采用传统数据采集方式采集数据，在软件实现上是繁琐的和低效的。

实用新型内容

为了克服传统数据采集方式中存在的问题，本实用新型的目的是提供一种适合变动环境下的网络化数据采集装置，在兼容传统网络化数据采集方式的同时，能够适应并实现在变动环境下对多路数据采集的高效和智能化。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种适合变动环境下的网络化数据采集装置，包括依次相连接的数据采集调理器、模数混合增强型单片机和网络通讯器；数据采集调理器包括多个传感器，每个传感器均连接有一个调理电路，该多个调理电路均与模数混合增强型单片机相连接；模数混合增强型单片机包括依次相连接的模拟多路选择器、逐次逼近寄存器型的模拟数字转换器和单片机，单片机还分别与模拟多路选择器和网络通讯器相连接，模拟多路选择器与多个调理电路相连接；网络通讯器包括依次相连接的网络通信芯片和网络滤波器，网络通信芯片与单片机相连接。

本实用新型网络化数据采集装置可以提高数据通道的采集效率。尤其是当要采集的数据通道数量多，采集环境变动大，导致数据采集通道故障率高的情况下，更能够显示出本实用新型的数据采集效率。在本实用新型同时将适应变动环境下的数据采集方式结合Web服务器功能，可以实现在变动环境下的网络化的数据采集，具有很好的应用前景。

附图说明

图1是本实用新型网络化数据采集装置的结构示意图。

图2是本实用新型模块网络化数据采集装置中单片机的结构示意图。

图3是本实用新型网络数据采集装置中事件管理模块的结构示意图。

图4是本实用新型网络数据采集装置中有限状态机多路数据采集模块的结构示意图。

图5是本实用新型Web服务器模块的结构示意图。

图中：1.数据采集调理器，2.模数混合增强型单片机，3.网络通讯器，4.传感器，5.调理电路，6.模拟多路选择器，7.逐次逼近寄存器型的模拟数字转换器，8.单片机，9.网络通信芯片，10.网络滤波器，11.Web服务器模块，12.uIP协议栈模块，13.通信模块，14.网络芯片驱动模块，15.有限状态机多路数据采集模块，16.采集模块，17.事件管理模块，18.设置中断优先级模块，19.事件生成模块，20.检测网络通信事件集模块，21.检测数据采集事件集模块，22.数据采集模块，23.状态查询模块，24.数据采集处理通道，25.关键状态判断通道，26.获取并处理TCP数据模块，27.判断HTTP协议模块，28.判断请求模块，29.处理GET请求模块，30.发送HTTP协议数据模块，31.处理POST请求模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

如图1所示，本实用新型网络化数据采集装置，包括依次相连接的数据采集调理器1、模数混合增强型单片机2和网络通讯器3；数据采集调理器1包括多个传感器4，每个传感器4均连接有一个调理电路5，该多个调理电路5均与模数混合增强型单片机2相连接；模数混合增强型单片机2包括依次相连接的模拟多路选择器6、逐次逼近寄存器型的模拟数字转换器7和单片机8，单片机8还分别与模拟多路选择器6和网络通讯器3相连接，模拟多路选择器6与多个调理电路5相连接；网络通讯器3包括依次相连接的网络通信芯片9和网络滤波器10，网络通信芯片9与单片机8相连接。

本实用新型网络化数据采集装置中单片机8的结构，如图2所示，包括Web服务器模块11和事件管理模块17，Web服务器模块11分别与采集模块16和通信模块13相连接，采集模块16包括有限状态机多路数据采集模块15，有限状态机多路数据采集模块15与Web服务器模块11相连接；通信模块13包括依次相连接的uIP协议栈模块12和网络芯片驱动模块14，网络芯片驱动模块14与网络通信芯片9相连接。

图3是本网络数据采集装置中的事件管理模块17，包括依次相连接的设置中断优先级模块18、事件生成模块19、检测网络通信事件集模块20、检测数据采集事件集模块21，检测数据采集事件集模块21还分别与事件生成模块19、采集模块16和通信模块13相连接；采集模块16与事件生成模块19相连接。

本实用新型网络数据采集装置中有限状态机多路数据采集模块15，如图4所示，包括数据采集模块22和状态查询模块23；数据采集模块22包括多个数据采集处理通道24；状态查询模块23包括数量与数据采集处理通道24相同的关键状态判断通道25，关键状态判断通道25与数据采集处理通道24形成一一对应，一个关键状态判断通道25与一个数据采集处理通道24相连接，所有的关键状态判断通道25依次相连接，形成环形。

图5是本实用新型网络数据采集装置中Web服务器模块11的结构示意图，包括依次相连接的获取并处理TCP数据模块26、判断HTTP协议模块27和判断请求模块28，判断请求模块28分别与处理GET请求模块29和处理POST请求模块31相连接，处理GET请求模块29和处理POST请求模块31分别与发送HTTP协议数据模块30相连接，发送HTTP协议数据模块30与通信模块13相连接。

单片机8采用silicon公司的8位模数混合型单片机C8051F340；网络通信芯片9采用silicon公司的网络通信芯片CP2200；网络滤波器10采用HanRun公司的HR911170A网络滤波器。

C8051F340单片机通过部分I/O端口与数据采集调理器1相连，该单片机的部分I/O端口被设置为模拟输入方式映射到模拟多路选择器6。

网络芯片驱动模块14采用CP2200网络芯片驱动模块，完成对CP2200网络通信芯片的初始化，并提供对CP2200网络通信芯片的读/写接口；uIP网络协议栈通过CP2200网络通信芯片的读/写接口与网络通信芯片9通信；无操作系统Web服务器模块11通过uIP网络协议栈读/写接口与uIP网络协议栈通信；无操作系统Web服务器模块11通过HTTP1.1协议与客户端通信。

数据采集调理器1与模数混合增强型单片机2相连，如果采集通道的信号为模拟信号，则模数混合增强型单片机2与网络通讯器3之间的信号为模拟信号，如果采集通道的信号为数字信号则模数混合增强型单片机2与网络通讯器3之间的信号为数字信号，视具体情况而定。在模数混合增强型单片机2内部完成的功能包括应用有限状态机多路数据采集模块15实现在变动环境下多路数据的高效采集。模数混合增强型单片机2输出三种信号与网络通讯器3进行通信，这三种信号分别为地址信号、数据信号和控制信号；网络通讯器3实现物理上的网络通信功能。

多路的数据采集调理器1采集多路通道的信号，并将采集的信号传递给单片机8，由单片机8中的采集模块16采集，具体的采集工作由采集模块16中的有限状态机多路数据采集模块15处理。采集模块16与Web服务器模块11相连。Web服务器模块11与通信模块13进行通信。通信模块13处理以太网数据。通信模块13包含uIP协议栈模块12和网络芯片驱动模块14， uIP协议栈模块12和网络芯片驱动模块实际完成以太网数据的处理。事件管理模块17负责采集模块16、Web服务器模块11及通信模块13这三大模块之间的总体调度，构成一个大的事件驱动模型。

设置中断优先级模块18完成事件发生事优先级设定，该事件指本实用新型涉及到的以太网帧达到事件、TCP数据重传事件、TCP连接断开事件、ARP更新事件和多路数据采集事件的优先级安排，事件优先级安排由高到低遵从如下顺序：以太网帧达到事件、TCP数据重传事件、TCP连接断开事件、ARP更新事件、多路数据采集事件。设置中断优先级模块18完成后调用执行检测网络通信事件集模块20，检测网络通信事件集模块20负责检测上述事件集中的太网帧达到事件、TCP数据重传事件、TCP连接断开事件和ARP更新事件。如检测到所说的事件，则执行到通信模块13。当检测网络通信事件集模块20未检测到所说事件集或者通信模块13执行完成后，接着执行检测数据采集事件集模块21，检测数据采集事件集模块21负责检测多路数据采集事件。如检测到，则执行到采集模块16。当检测数据采集事件集模块21未检测到所说的事件集或者采集模块16执行完成后，重复调用事件生成模块19，如此周而复始，形成一个完整的事件驱动机制。

在恶劣环境下，会发生数据采集通道不畅通的情况，通过有限状态机多路数据采集模块15对关键数据采集通道做判断的方式，提高多通道数据采集效率。状态查询模块23负责从数据采集调理器1获取特定通道数据上的数据生成关键状态集（关键状态1，关键状态2，...，关键状态n），关键状态的生成需满足下列条件：1）数据的采集来源为对多路数据采集中的某一路数据的采集；2）数据与多路数据中其它数据通道的数据具有数据相关性或者没有数据相关性；如具有相关性，可通过此路数据判断与其相关的数据通路处于有效数据状态或无效数据状态。关键状态如果是有效数据状态则根据有效状态采集与其相关的数据通路；关键状态如果是无效数据状态则根据无效状态不采集与其相关的数据通路，同时状态迁移到下一个关键状态。如没有相关性，则单独采集，此时相当于传统的多路数据采集。

数据采集模块22根据状态查询模块23生成的关键状态集中的有效状态调用数据采集处理模块集合（数据采集处理1，数据采集处理2，...，数据采集处理n）。

每当发生网络通信事件集中的以太网帧达到事件，通过获取并处理TCP模块26判断为TCP数据，然后驱动Web服务器模块11对网络数据做出处理；通过判断HTTP协议模块27判断网络数据包类型是HTTP协议类型数据包，与判断请求模块28相连接。判断请求模块28判断HTTP请求的类型；若是GET请求，则执行处理GET请求模块29，接下来调用执行发送HTTP协议数据模块30将HTTP响应数据包通过通信模块13发送给网络客户端；若是POST请求，则执行处理POST请求模块31，接下来调用执行发送HTTP协议数据模块30将HTTP响应数据包通过通信模块13发送给网络客户端；若是无效的请求，则丢弃数据包。网络客户端指浏览器或者其他网络通信程序。

本实用新型网络数据采集装置的工作过程：

本装置通过通信模块13与网络客户端通信，网络客户端指浏览器或者其他网络通信程序。

当客户端向本装置发出HTTP1.1 GET请求来获取多通道数据时，运行的事件管理模块17通过检测网络通信事件集模块20检测到以太网帧达到事件发生，通过获取并处理TCP数据模块26判断为TCP协议，调用Web服务器模块11发生。在Web服务器模块11中通过，判断请求模块28判断GET请求的发生，通过处理GET请求模块29获取采集模块16采集到的多通道数据值，最终通过发送HTTP协议数据模块30把多通道数据值发送给客户端。

当客户端向本装置发出HTTP1.1 POST请求来获取多通道数据时，运行的事件管理模块17通过检测网络通信事件集模块20检测到以太网帧达到事件发生，通过获取并处理TCP数据模块26判断为TCP协议，调用Web服务器模块11发生。在Web服务器模块11中通过，判断请求模块28判断POST请求的发生，通过处理POST请求模块29，获取从客户端发给Web服务器模块11的POST请求数据，通过对POST请求数据的处理，实现对Web服务器模块11的基本设置。完成处理POST请求模块29后，最终将设置后的Web服务器模块11的状态数据通过发送HTTP协议数据模块30发送给客户端。

在事件管理模块17通过检测网络通信事件集模块20未检测到事件发生时，事件管理器模块17接下来进行检测数据采集事件集模块的处理。通过调用采集模块16进行有限状态机多路数据采集实现。首先，通过有限状态机多路数据采集模块15对多路数据通道做判断确定关键数据通道。状态查询模块23负责从数据采集调理器1获取关键通道数据上的数据生成关键状态集。关键状态如果是有效数据状态则根据有效状态采集与其相关的数据通路；关键状态如果是无效数据状态则根据无效状态不采集与其相关的数据通路，同时状态迁移到下一个关键状态。如没有相关性，则单独采集，此时相当于传统的多路数据采集。当完成对所有关键状态判断和状态迁移后，多通道数据采集有限状态机便完整的执行了一次，并最终回到初始状态。多通道数据采集有限状态机执行后，最后保存采集到的多通道数据值，作为Web服务器模块11使用的数据。

Claims

1.一种适合变动环境下的网络化数据采集装置，其特征在于，包括依次相连接的数据采集调理器（1）、模数混合增强型单片机（2）和网络通讯器（3）；数据采集调理器（1）包括多个传感器（4），每个传感器（4）均连接有一个调理电路（5），该多个调理电路（5）均与模数混合增强型单片机（2）相连接；模数混合增强型单片机（2）包括依次相连接的模拟多路选择器（6）、逐次逼近寄存器型的模拟数字转换器（7）和单片机（8），单片机（8）还分别与模拟多路选择器（6）和网络通讯器（3）相连接，模拟多路选择器（6）与多个调理电路（5）相连接；网络通讯器（3）包括依次相连接的网络通信芯片（9）和网络滤波器（10），网络通信芯片（9）与单片机（8）相连接。

2.如权利要求1所述的适合变动环境下的网络化数据采集装置，其特征在于，所述的单片机（8）包括Web服务器模块（11），Web服务器模块（11）分别与采集模块（16）和通信模块（13）相连接，采集模块（16）包括有限状态机多路数据采集模块（15），有限状态机多路数据采集模块（15）与Web服务器模块（11）相连接；通信模块（13）包括网络芯片驱动模块（14），网络芯片驱动模块（14）与网络通信芯片（9）相连接。