CN210015234U - 激光波形数据采集装置及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种激光波形数据采集装置及系统，涉及激光数据采集领域。该激光波形数据采集装置包括：激光波形数据采集设备和单板计算设备，其中，激光波形数据采集设备包括：现场可编程门阵列FPGA、缓存芯片、存储芯片、高稳晶振。其中，缓存芯片、存储芯片、高稳晶振均与FPGA引脚连接。激光波形数据采集设备和单板计算设备通信连接，且单板计算设备控制激光波形数据采集设备采集波形数据信息。使用该激光波形数据采集装置，可获取准确的激光波形数据，且该装置具有体积小、功耗低、成本低等优点。

Description

激光波形数据采集装置及系统

技术领域

本实用新型涉及激光数据采集技术领域，特别涉及一种激光波形数据采集装置及系统。

背景技术

近年来，激光测距技术被广泛应用于各行各业。其原理是，比较发射激光波形与返回激光波形之间的延时或相位差来确定激光的飞行时间，进而换算成距离。

现有技术中，采用的激光波形采集记录设备主要包括：高速数据采集卡、工控计算机及磁盘阵列组成的计算机系统进行波形采集和存储，来满足一些测距精度要求高、测距频率要求高、多次回波测量和高实时性传输要求的领域。

上述方案虽可以满足激光波形数据采集、存储的功能需求，但具有系体积庞大、功耗大、成本高等缺点。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种激光波形数据采集装置及系统，该激光波形采集装置具有体积小、功耗小、成本低等优点。

为实现上述目的，本实用新型实施例所采用的技术方案如下：

第一方面，本实用新型实施例提供了一种激光波形数据采集装置，包括：激光波形数据采集设备和单板计算设备；所述激光波形数据采集设备和所述单板计算设备通信连接，所述单板计算设备用于控制所述激光波形数据采集设备采集波形数据信息；

所述激光波形数据采集设备用于将处理后的所述波形数据信息发送至所述单板计算设备，所述单板计算设备存储所述波形数据信息；

所述激光波形数据采集设备包括：现场可编程门阵列FPGA、缓存芯片、存储芯片、高稳晶振；所述缓存芯片、所述存储芯片、所述高稳晶振均与所述FPGA引脚连接。

进一步地，所述激光波形数据采集设备还包括：第一总线接口、第二总线接口、第一网络接口；

所述第一总线接口的一端与所述FPGA的输入引脚连接；所述第二总线接口的一端与所述FPGA的输出引脚连接、所述第二总线接口的另一端与所述单板计算设备的输入引脚相连；

所述第一网络接口的一端与所述FPGA的网络引脚连接，所述第一网络接口的另一端与所述单板计算设备网络引脚连接。

进一步地，所述单板计算设备包括：所述第二总线接口、所述第一网络接口、第二网络接口；

所述第二总线接口的一端与所述FPGA的输出引脚连接，所述第二总线接口的另一端与所述单板计算设备的输入引脚连接；所述第一网络接口的一端与所述FPGA的网络引脚连接，所述第一网络接口的另一端与所述单板计算设备网络引脚连接，所述第二网络接口一端与所述单板计算设备网络引脚连接，另一端与外部设备的网络引脚连接。

进一步地，还包括：硬件驱动器接口；

所述单板计算设备，还用于通过所述硬件驱动器接口将所述波形数据信息传输给固态硬盘。

进一步地，所述单板计算设备还包括：通用串行总线接口(USB)；

所述单板计算设备，还用于通过所述通用串行总线接口将所述波形数据信息导出至移动存储设备。

进一步地，所述激光波形数据采集设备，还包括：外扩接口；

所述外扩接口与所述单板计算设备的输出引脚连接。

进一步地，所述单板计算设备还包括：无线通信接口；

所述无线通信接口的一端与所述单板计算设备通信连接，所述无线通信接口的另一端与移动终端无线通信连接。

进一步地，所述无线通信接口的另一端通过Wi-Fi或蓝牙与移动终端无线通信连接。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种激光波形数据采集系统，包括：外部采集装置及如第一方面所述的激光波形数据采集装置；

第一总线接口的一端与所述外部采集装置的输出引脚连接，所述第一总线接口的另一端与所述FPGA的输入引脚连接。

进一步地，还包括：外部移动终端；

所述外部移动终端通过无线通信接口与所述激光波形数据采集装置无线通信连接。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供一种激光波形数据采集装置及系统，该激光波形数据采集装置包括：激光波形数据采集设备和单板计算设备，其中，激光波形数据采集设备包括：现场可编程门阵列FPGA、缓存芯片、存储芯片、高稳晶振，缓存芯片、存储芯片、高稳晶振均与FPGA引脚连接。激光波形数据采集设备和单板计算设备通信连接，且单板计算设备控制激光波形数据采集设备采集波形数据信息。使用该激光波形数据采集装置，可获取准确的激光波形数据，且该装置具有体积小、功耗低、成本低等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本实用新型一实施例提供的一种激光波形数据采集装置结构示意图；

图2为本实用新型提供的一种激光波形数据采集装置架构示意图；

图3为本实用新型又一实施例提供的一种激光波形数据采集装置结构示意图；

图4为本实用新型另一实施例提供的一种激光波形数据采集装置结构示意图；

图5为本实用新型一实施例提供的一种激光波形数据采集系统示意图。

图标：100-激光波形数据采集设备；110-FPGA；120-缓存芯片；130-存储芯片；140-高稳晶振；150-第一总线接口；151-第二总线接口；160-第一网络接口；161-第二网络接口；170-硬件驱动器接口；171-通用串行总线接口；172-外扩接口；173-无线通信接口；200-单板计算设备；300-外部采集装置；400-外部移动终端。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

第一实施例

如图1、图2所示，图1为本实用新型提供的一种激光波形数据采集装置架构示意图，图2为本实用新型一实施例提供的一种激光波形数据采集装置结构示意图。

该激光波形数据采集装置包括：激光波形数据采集设备100和单板计算设备200。

其中，本实施例提供的激光波形数据采集装置，采用堆叠的形式实现的，顶层电路为激光波形数据采集设备100，底层电路为单板计算设备200，且激光波形数据采集设备100和单板计算设备200通过高速连接器进行信号连接及信号传输。

单板计算设备200用于控制激光波形数据采集设备100采集波形数据信息。激光波形数据采集设备100用于将处理后的波形数据信息发送至单板计算设备200，且单板计算设备200存储波形数据信息。

需要说明的是，本实施例提供的单板计算设备200上集成有COM(Computer onmodule)计算机模块，由处理器或者是微控制器、内存、存储、电源管理和电路板构成，内部需要嵌入操作系统，如Linux、WINCE、QNX等，构成了一个最小化的计算机系统。

进一步需要说明的是，单板计算设备200存储波形数据信息可将传输给具有存储功能的存储设备。相应地，该存储设备可以为内嵌的存储设备，也可以外部具有存储功能的存储设备，包括但不局限于：固态硬盘、USB闪存盘(USB flash disk，简称U盘)等。

进一步地，激光波形数据采集设备100包括：现场可编程门阵列FPGA110、缓存芯片120、存储芯片130、高稳晶振140；缓存芯片120、存储芯片130、高稳晶振140均与所述FPGA110引脚连接。

需要说明的是，FPGA110(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)的作用是，对输入的波形数据及采集到该波形数据信息的时间进行打包处理，将采集到的当前波形数据与当前采集时间一一对应。

缓存芯片120用于缓存处理后的波形数据，同时缓存芯片120还用于均衡输入至FPGA110波形数据的带宽及从FPGA110输出波形数据的带宽差，以避免出现将处理后的波形数据信息通过高速连接器传输至单板计算设备200时接收带宽受限和存储带宽受限的现象。

更进一步地，本实施例提供的缓存芯片120可以是大容量的第三代双倍数据率同步动态随机存取存储器(Double-Data-Rate Three Synchronous Dynamic Random AccessMemory，简称DDR3SDRAM)，其具有存储容量大、低功耗等优点。但本实施例提供的缓存芯片120并不以DDR3SDRAM为限制，其他具有相似存储功能的存储器均在本实施例保护范围。

存储芯片130的作用是保存FPGA110程序和采集参数，可方便相关研发人员对内部程序及参数的实时监测。

更进一步地，本实施例提供的存储芯片130可以为NAND闪存(NANDFLASH)，其具有读写速度快，且掉电内部程序不会丢失的优点。但本实施例提供的存储芯片130并不以NAND闪存为限制，具有形似功能特点的存储芯片130均在本实施例保护范围之内。

高稳晶振140用于给激光波形数据采集设备100收集到的时间信息进行高精度的分频操作，高精度的分屏时间可以精确标记每次测量波形数据的触发时间。

例如，之前采集到的为以秒为时间单位的波形数据信息，经高稳晶振140分频后收集到的是以毫秒或微妙为单位的波形数据信息，能够更精准记录的当前波形数据信息。

本实用新型提供一种激光波形数据采集装置，包括：激光波形数据采集设备100和单板计算设备200，其中，激光波形数据采集设备100包括：现场可编程门阵列FPGA110、缓存芯片120、存储芯片130、高稳晶振140。其中，缓存芯片120、存储芯片130、高稳晶振140均与FPGA110引脚连接。激光波形数据采集设备100和单板计算设备200通信连接，且单板计算设备200控制激光波形数据采集设备100采集波形数据信息。使用该激光波形数据采集装置，可获取准确的激光波形数据，且该装置具有体积小、功耗低、成本低等优点，同时可对波形数据进行管理和浏览。

请参照图3，图3为本实用新型又一实施例提供的一种激光波形数据采集装置结构示意图。

本实施例提供的激光波形数据采集装置还包括：第一总线接口150、第二总线接口151、第一网络接口160。

其中，第一总线接口150的一端与FPGA110的输入引脚连接。第一总线用于将外部采激光波形信息传输给本装置。

第二总线接口151的一端与FPGA110的输出引脚连接、第二总线接口151的另一端与单板计算设备200的输入引脚相连。第二总线的作用相当于连接起激光波形数据采集设备100和单板计算设备200的高速连接器。

需要说明的是，本实施例提供的第一总线接口150、第二总线接口151可以为SRIOGen2.0接口、或PCIE Gen2.0接口，上述接口传输波形数据信息，具有带宽大，传输速率快等优点。但本实施例提供的第一总线接口150、第二总线接口151并不以SRIO Gen2.0接口、或PCIE Gen2.0接口为限制。

第一网络接口160的一端与FPGA110的网络引脚连接，第一网络接口160的另一端与单板计算设备200网络引脚连接。

需要说明的是，本实施例应用到的网络接口为千兆以太网接口，千兆网具有高效、高性能等特点。

请参照图4，图4为本实用新型又一实施例提供的一种激光波形数据采集装置结构示意图。

进一步地，单板计算设备200上具有与激光波形数据采集设备100连接的相同的第二总线接口151、第一网络接口160外，还包括：第二网络接口161。

进一步地，第二网络接口161一端与单板计算设备200网络引脚连接，另一端与外部设备的网络引脚连接。

需要说明的是，单板计算设备200上的第二总线接口151和第一总线接口150的连接方式、功能及作用上述已经说明，在此不多加赘述。第二网络接口161与第一网络接口160的功能和作用相同，在此不多加赘述。

更进一步需要说明的是，外部设备包括但不局限于本地计算机，用户通过本地计算机的千兆网络接口连接本激光波形数据采集装置，进行系统设置、操控采集过程、检测设备运行状态、浏览本地波形数据存储状态和拷贝装置内部存放的波形数据。

请继续参照图4，本实施例提供的激光波形数据采集装置，还包括：硬件驱动器接口170。单板计算设备200还用于通过硬件驱动器接口170将波形数据信息传输给固态硬盘。

进一步地，单板计算设备200接收到激光波形数据采集设备100传输的波形数据，再通过硬件驱动器接口170经过总线接口传输给固态硬盘。

进一步需要说明的是，本实施例提供的固态硬盘包括但不局限于msata固态硬盘。

可选地，本实施例提供的激光波形数据采集装置，单板计算设备200还包括：通用串行总线接口171(USB)。单板计算设备200还用于通过通用串行总线接口171将波形数据信息导出至移动存储设备。

需要说明的是，移动存储设备包括但不局限于U盘。相应地，该USB接口可以为USB2.0、USB3.0。但本实施例提供的USB接口并不以USB2.0、USB3.0为限制具体以实际需求为准。

进一步地，本实施例提供的激光波形数据采集装置，激光波形数据采集设备100还包括：外扩接口172。外扩接口172与单板计算设备200的输出引脚连接。

可选地，本是实施例提供的激光波形数据采集装置，单板计算设备200还包括：无线通信接口173。无线通信接口173的一端与单板计算设备200通信连接，无线通信接口173的另一端与移动终端无线通信连接。

无线通信连接可以使用户近距离操控、管理及浏览采集得到的激光波形数据信息，也可进行实时监控，方便快捷。

可选地，无线通信接口173的另一端通过Wi-Fi或蓝牙与移动终端无线通信连接。

本实用新型提供的激光波形数据采集装置，具有小体积、低功耗、低成本、高数据带宽、高存储容量、易于集成、可进行时间同步、可对波形数据进行管理和浏览、可远程操控或近距离操控的特点。

第二实施例

请参照图5，图5为本实用新型一实施例提供的一种激光波形数据采集系统示意图。

该激光波形数据采集系统包括：外部采集装置300及上述的激光波形数据采集装置，激光波形数据信号经外部采集装置300采集，再通过第一总线将激光波形数据信号传输给激光波形数据采集装置。

其中，第一总线接口150的一端与外部采集装置300的输出引脚连接，第一总线接口150的另一端与FPGA110的输入引脚连接。

进一步地，在外部采集装置300上集成有高速ADC采集板卡、检波芯片。使用ADC采集板卡将最初采集到的激光波形数据信号数字化，再经过检波芯片检出回波信号后将激光波形数据通过第一总线接口150传输给激光波形数据采集装置。

进一步地，本实施例提供的激光波形数据采集系统，还包括：外部移动终端400。外部移动终端400通过无线通信接口173与激光波形数据采集装置无线通信连接。

需要说明的是，本实施例提供的外部移动终端400与上述说明书中提到的移动终端的功能、作用及连接方式相同，包括但不局限于手机、平板电脑、笔记本电脑等。

在外部移动终端400上下载相应的客户端，通过蓝牙或Wi-Fi的方式连接激光波形数据采集装置。可实时监测本装置的运行状态，浏览本地波形数据信息。

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

Claims (10)

1.一种激光波形数据采集装置，其特征在于，包括：激光波形数据采集设备和单板计算设备；所述激光波形数据采集设备和所述单板计算设备通信连接，所述单板计算设备用于控制所述激光波形数据采集设备采集波形数据信息；

所述激光波形数据采集设备用于将处理后的所述波形数据信息发送至所述单板计算设备，所述单板计算设备存储所述波形数据信息；

所述激光波形数据采集设备包括：现场可编程门阵列FPGA、缓存芯片、存储芯片、高稳晶振；所述缓存芯片、所述存储芯片、所述高稳晶振均与所述FPGA引脚连接。

2.根据权利要求1所述的激光波形数据采集装置，其特征在于，所述激光波形数据采集设备还包括：第一总线接口、第二总线接口、第一网络接口；

所述第一总线接口的一端与所述FPGA的输入引脚连接；所述第二总线接口的一端与所述FPGA的输出引脚连接、所述第二总线接口的另一端与所述单板计算设备的输入引脚相连；

所述第一网络接口的一端与所述FPGA的网络引脚连接，所述第一网络接口的另一端与所述单板计算设备网络引脚连接。

3.根据权利要求2所述的激光波形数据采集装置，其特征在于，所述单板计算设备包括：所述第二总线接口、所述第一网络接口、第二网络接口；

所述第二总线接口的一端与所述FPGA的输出引脚连接，所述第二总线接口的另一端与所述单板计算设备的输入引脚连接；所述第一网络接口的一端与所述FPGA的网络引脚连接，所述第一网络接口的另一端与所述单板计算设备网络引脚连接，所述第二网络接口一端与所述单板计算设备网络引脚连接，另一端与外部设备的网络引脚连接。

4.根据权利要求1所述的激光波形数据采集装置，其特征在于，还包括：硬件驱动器接口；

所述单板计算设备，还用于通过所述硬件驱动器接口将所述波形数据信息传输给固态硬盘。

5.根据权利要求1所述的激光波形数据采集装置，其特征在于，所述单板计算设备还包括：通用串行总线接口(USB)；

所述单板计算设备，还用于通过所述通用串行总线接口将所述波形数据信息导出至移动存储设备。

6.根据权利要求1所述的激光波形数据采集装置，其特征在于，所述激光波形数据采集设备，还包括：外扩接口；

所述外扩接口与所述单板计算设备的输出引脚连接。

7.根据权利要求1所述的激光波形数据采集装置，其特征在于，所述单板计算设备还包括：无线通信接口；

所述无线通信接口的一端与所述单板计算设备通信连接，所述无线通信接口的另一端与移动终端无线通信连接。

8.根据权利要求7所述的激光波形数据采集装置，其特征在于，所述无线通信接口的另一端通过Wi-Fi或蓝牙与移动终端无线通信连接。

9.一种激光波形数据采集系统，其特征在于，包括：外部采集装置及如权利要求1-8任一项所述的激光波形数据采集装置；

第一总线接口的一端与所述外部采集装置的输出引脚连接，所述第一总线接口的另一端与所述FPGA的输入引脚连接。

10.根据权利要求9所述的激光波形数据采集系统，其特征在于，还包括：外部移动终端；

所述外部移动终端通过无线通信接口与所述激光波形数据采集装置无线通信连接。

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