RU151822U1 - SYNCHRONOUS MULTI-CHANNEL SYNCHRONIC DATA COLLECTION DEVICE - Google Patents

SYNCHRONOUS MULTI-CHANNEL SYNCHRONIC DATA COLLECTION DEVICE Download PDF

Info

Publication number
RU151822U1
RU151822U1 RU2014137061/08U RU2014137061U RU151822U1 RU 151822 U1 RU151822 U1 RU 151822U1 RU 2014137061/08 U RU2014137061/08 U RU 2014137061/08U RU 2014137061 U RU2014137061 U RU 2014137061U RU 151822 U1 RU151822 U1 RU 151822U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pulses
clock
data
counter
adc
Prior art date
Application number
RU2014137061/08U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Георгий Леонидович Козлов
Сергей Григорьевич Моложон
Нина Зиноновна Петрова
Владимир Юрьевич Севбо
Original Assignee
Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) filed Critical Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России)
Priority to RU2014137061/08U priority Critical patent/RU151822U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU151822U1 publication Critical patent/RU151822U1/en

Links

Images

Landscapes

  • Small-Scale Networks (AREA)

Abstract

Синхронный коммутатор устройства многоканального синхронного сбора данных, получаемых по стандартной сети Ethernet через блоки данных (БСД) с аналого-цифровыми преобразователями АЦП, характеризующийся наличием стандартного Ethernet коммутатора, устройством многоканального формирования набора последовательностей синхросигналов с широтно-кодироваными импульсами (ШКИ), к которым подключено устройство электропитания, при этом упомянутое устройство многоканального формирования набора последовательностей синхросигналов включает тактовый генератор, задающий основную частоту тактовых импульсов для обеспечения работы всех АЦП в каждом БСД, счетчик-делитель, предназначенный для выработки импульсов дискретизации АЦП, счетчик-делитель, предназначенный для выработки импульсов соответствующих моменту начала формирования очередной пачки заданного количества отсчетов АЦП, счетчик текущего номера пакета данных и схему формирования, предназначенную для формирования объединенной синхронизирующей последовательности широтно-кодированных импульсов (ШКИ), упомянутые тактовый генератор, счетчики-делители и счетчик текущего номера пакета данных подключены ко входу схемы формирования, выход схемы формирования подключен к входам преобразователей ШКИ в дифференциальные сигналы, обеспечивая передачу ШКИ через согласующие трансформаторы на соответствующие БСД.A synchronous switch of a device for multi-channel synchronous data collection, obtained over a standard Ethernet network through data units (BDS) with analog-to-digital ADC converters, characterized by the presence of a standard Ethernet switch, a multi-channel device for generating a set of sequences of clock signals with width-coded pulses (SCI), to which it is connected a power supply device, wherein said multi-channel device for generating a set of sequences of clock signals includes a clock a herator that sets the main frequency of clock pulses to ensure the operation of all ADCs in each BSD, a divider counter designed to generate ADC sampling pulses, a divider counter designed to generate pulses corresponding to the moment of the formation of the next packet of a given number of ADC readings, a counter of the current packet number data and a generating circuit designed to generate a combined synchronization sequence of pulse-width encoded pulses (SQI), the mentioned clock the converter, counters-dividers, and the counter of the current number of the data packet are connected to the input of the shaping circuit, the output of the shaping circuit is connected to the inputs of the SCI converters into differential signals, ensuring the transmission of the SCI through matching transformers to the corresponding BSD.

Description

Полезная модель относится к информационно-измерительной технике и может быть использована в распределенных многоканальных системах синхронного сбора данных от приемных элементов многоканальных гидроакустических антенных решеток, протяженных многоэлементных сейсмических антенн геологоразведки, распределенных датчиков вибрации и контроля напряженности в сложных конструкциях, контрольно-проверочной аппаратуре и т.п., обеспечивающая возможность построения распределенной системы синхронного сбора данных с использованием стандартных сетевых протоколов Ethernet, в которой узлы системы разнесены на расстояние до 160 метров и соединены с предлагаемым синхронным коммутатором только стандартным сетевым кабелем (например «UTP категории 5» состоящим из четырех витых пар проводов).The utility model relates to information-measuring equipment and can be used in distributed multichannel systems for synchronous data collection from receiving elements of multichannel hydroacoustic antenna arrays, long multi-element seismic exploration antennas, distributed vibration and tension sensors in complex structures, test equipment, etc. p., providing the ability to build a distributed system for synchronous data collection using standard Ethernet network protocols, in which the nodes of the system are spaced up to 160 meters away and connected to the proposed synchronous switch with only a standard network cable (for example, “UTP Category 5” consisting of four twisted pairs of wires).

Кроме того, предлагаемая полезная модель позволяет осуществить построение многоканальной системы сбора, в которой реализуется возможность произвольной коммутации и последовательности передачи пакетов данных по сети Ethernet с обеспечением дальнейшего восстановления синхронности (когерентности) данных от разных приемных элементов на любом этапе их дальнейшей обработки.In addition, the proposed utility model allows the construction of a multi-channel acquisition system, which implements the possibility of arbitrary switching and the sequence of data packets transmission over the Ethernet network, ensuring further restoration of the synchronism (coherence) of data from different receiving elements at any stage of their further processing.

Уровень техникиState of the art

Известно устройство, имеющее две линии синхронизации (патент US 7792139, МПК H04L 12/66), содержащее несколько модулей аналого-цифрового преобразования, последовательно соединенных между собой кабелем типа «витая пара». Каждый модуль аналого-цифрового преобразования состоит из блока аналого-цифрового преобразования, блока цифровой обработки сигнала, контроллера интерфейса, контроллера шины Ethernet, блока восстановления синхронизации PLL из сигналов тактовой частоты, поступающей от отдельной витой пары и блока декодирования сигналов запуска измерения (дискретизации), также поступающего в устройство по отдельной витой паре, однако и в этом случае не решается задача синхронизации пакетов данных передаваемых по сети Ethernet, а при произвольном порядке включения БСД также происходит полная потеря взаимной синхронизации данных передаваемых по сети Ethernet между отдельными БСД.A device is known having two synchronization lines (US patent 7792139, IPC H04L 12/66), containing several analog-to-digital conversion modules connected in series with each other by a twisted-pair cable. Each analog-to-digital conversion module consists of an analog-to-digital conversion unit, a digital signal processing unit, an interface controller, an Ethernet bus controller, a PLL synchronization recovery unit from clock signals coming from a separate twisted pair cable and a measurement (sampling) signal decoding unit, also arriving at the device via a separate twisted pair cable, however, even in this case the task of synchronizing data packets transmitted over the Ethernet network is not solved, but with an arbitrary order of inclusion I BDS also occurs a complete loss of mutual synchronization of data transmitted over the Ethernet network between individual BDS.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату по отношению к описываемой полезной модели является устройство (патент РФ №2485582), содержащее блоки сбора данных (БСД), концентратор, накопитель и ПЭВМ, соединенных между собой по топологии типа «звезда» линиями информационного интерфейса.The closest in technical essence and technical result achieved with respect to the described utility model is a device (RF patent No. 2485582) containing data acquisition units (BSD), a concentrator, a storage device and a PC connected by a star topology with information interface lines .

Блоки сбора данных состоят из узла аналого-цифрового преобразования, выполненного на основе аналоговых фильтров и микросхем АЦП, узла цифровой обработки сигналов, узла управления, выполненных на базе микроконтроллеров и/или микросхем программируемой логики (ПЛИС), узла контроля занятости шины, контроллера шины, выполненного на базе микроконтроллера и/или микросхемы программируемой логики (ПЛИС), узла синхронизации, который может быть выполнен на базе счетчиков и микросхем генераторов с программируемой выходной частотой, памяти заданий, выполненной на основе микросхем флэш-памяти.The data acquisition units consist of an analog-to-digital conversion unit based on analog filters and ADC chips, a digital signal processing unit, a control unit based on microcontrollers and / or programmable logic chips (FPGAs), a bus occupancy monitoring unit, a bus controller, made on the basis of a microcontroller and / or programmable logic chip (FPGA), a synchronization unit, which can be performed on the basis of counters and microchips of generators with a programmable output frequency, task memory made on the basis of flash memory chips.

Данное устройство является наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели и принято за прототип.This device is the closest in technical essence to the proposed utility model and is taken as a prototype.

Недостаток устройства состоит, в наличии отдельной линии для передачи только простого синхросигнала, который лишь запускает внутренние тактовые генераторы БСД, не обеспечивая наличия других синхросигналов, в частности, сигналов обеспечивающих синхронность моментов выборки (дискретизации) АЦП, расположенных в разных БСД, синхросигнала, соответствующего одновременному моменту начала формирования пакетов данных для передачи по сети Ethernet, и синхронной информации о едином текущем номере пакетов данных, формируемых в разных БСД, обеспечивающей возможность гарантированной дальнейшей взаимной привязки пакетов данных, получаемых от разных БСД в процессе их коммуникаций и совместной, в том числе когерентной обработке. В случае неодновременного момента включения разных БСД или в случае, когда отдельные БСД в процессе работы могут выключаться или включаться в произвольные моменты времени, а при большом количестве БСД это очень вероятно, в прототипе происходит полная потеря взаимной синхронизации. Кроме того, для обеспечения синхронизации помимо кабеля Ethernet требуется введение дополнительной линии (кабеля) синхронизации, что значительно усложняет монтаж и эксплуатацию системы.The disadvantage of this device is the presence of a separate line for transmitting only a simple clock signal, which only starts the internal clocks of the BSD, without providing the presence of other clocks, in particular, signals ensuring the synchronization of the sampling times (sampling) of the ADCs located in different BSDs of the clock signal corresponding to the simultaneous the moment of the beginning of the formation of data packets for transmission over the Ethernet network, and synchronous information about a single current number of data packets generated in different BSDs, providing The possibility of guaranteed further mutual binding of data packets received from different BSDs in the process of their communication and joint, including coherent processing. In the case of a non-simultaneous moment of switching on different BSDs or in the case when individual BSDs during operation can turn off or turn on at arbitrary points in time, and with a large number of BSDs this is very likely, a complete loss of mutual synchronization occurs in the prototype. In addition, to ensure synchronization, in addition to the Ethernet cable, the introduction of an additional synchronization line (cable) is required, which greatly complicates the installation and operation of the system.

Задачей полезной модели является создание устройства многоканального синхронного сбора данных реализующего строгую синхронизацию работы и моментов выборки данных для множества, расположенных в разных БСД аналого-цифровых преобразователей (АЦП), синхронного формирования упорядоченных по времени пакетов отсчетов АЦП с обеспечением единой синхронной нумерации пакетов данных, передаваемых по сети Ethernet, формируемых в разнесенных БСД.The objective of the utility model is to create a device for multichannel synchronous data collection that implements strict synchronization of the work and moments of data sampling for a set of analog-to-digital converters (ADCs) located in different BDSs, synchronously generates time-ordered packets of ADC samples with a single synchronous numbering of data packets transmitted over the Ethernet network, formed in the diversity of the BSD.

Разработанное устройство обеспечивает организацию жесткой временной синхронизации отсчетов сигналов, передаваемых по сети Ethernet с оконечных устройств, в коммутатор Ethernet вводится устройство многоканального формирования набора последовательностей синхросигналов с широтно-импульсным кодированием, передаваемых по одной витой паре проводников стандартного кабеля Ethernet. Набор последовательностей синхросигналов включает:The developed device provides the organization of tight time synchronization of samples of signals transmitted over the Ethernet network from terminal devices; a multi-channel device for generating a set of sequences of pulse-width encoded clock signals transmitted over one twisted pair of conductors of a standard Ethernet cable is introduced into the Ethernet switch. The set of clock sequences includes:

основную тактовую частоту (ОТЧ) работы АЦП, в том числе для сигма-дельтаthe main clock frequency (OTF) of the ADC, including for the sigma-delta

АЦП работающих в режимах передискретизации;ADCs operating in resampling modes;

сигнал момента выборки (период дискретизации) АЦП;signal of the sampling moment (sampling period) of the ADC;

сигнал момента начала формирования очередного пакета данных;a signal of the moment of formation of the next data packet;

сигналов синхронной кодовой информации, в том числе, единой одновременной последовательной нумерации формируемых пакетов данных и иной кодовой информации, которая одновременно включается во все формируемые Ethernet пакеты данных в разных БСД.signals of synchronous code information, including a single simultaneous sequential numbering of generated data packets and other code information, which is simultaneously included in all generated Ethernet data packets in different BSDs.

Последовательность синхросигналов с широтно-импульсным кодированием передаются оконечным устройствам (узлам, БСД) по одной свободной паре проводов стандартного кабеля, используемого для подключения этих устройств по сети FastEthernet (100BASE-TX). По второй свободной паре стандартного кабеля передается электропитание для оконечных устройств (БСД), в том числе по стандартной Power over Ethernet (PoE) - технологии, позволяющей передавать удаленному устройству электрическую энергию вместе с данными, через стандартную витую пару по сети Ethernet (стандарт IEEE 882.3af).A sequence of clock signals with pulse-width coding is transmitted to terminal devices (nodes, BSD) via one free pair of wires of a standard cable used to connect these devices via FastEthernet (100BASE-TX). The second free pair of standard cable transfers power to terminal devices (BSD), including standard Power over Ethernet (PoE), a technology that allows electric power to be transmitted to a remote device with data through a standard twisted pair cable over Ethernet (IEEE 882.3 standard af).

Технический результат от использования полезной модели заключается в повышении надежности устройства за счет обеспечения жесткой синхронизации произвольно подключаемых устройств и потоков данных по сети.The technical result of using the utility model is to increase the reliability of the device by providing tight synchronization of arbitrarily connected devices and data streams over the network.

Важным преимуществом полезной модели является также возможность в произвольном порядке непосредственно в процессе работы подключать (отключать) БСД с сохранением сквозной синхронизации, что также обеспечивает надежность работы устройства.An important advantage of the utility model is also the ability to connect (disconnect) the DSS in random order directly during operation while maintaining end-to-end synchronization, which also ensures the reliability of the device.

Разработанное устройство также обеспечивает упрощение и существенное сокращения кабельных коммуникаций, снижение стоимости изготовления, а также обеспечение возможности дальнейших коммуникаций пакетов данных, в том числе их произвольную по времени обработку и сохранение, без дополнительных преобразований и привязки к единому моменту времени.The developed device also provides a simplification and a significant reduction in cable communications, lower manufacturing costs, as well as the possibility of further communication of data packets, including their arbitrary processing and storage time, without additional transformations and binding to a single point in time.

Задача решается, а технический результат достигается за счет того, что устройство, характеризующееся наличием блоков сбора данных (БСД), дополнительно включает синхронный коммутатор соединенные между собой стандартными Ethernet кабелями, синхронный коммутатор подключен по стандартной сети Ethernet к необходимым вычислительным средствам обработки и сохранения данных. В состав синхронного коммутатора включен стандартный Ethernet коммутатор, с необходимым числом портов и устройство многоканального формирования набора последовательностей синхросигналов с широтно-импульсным кодированием, а также устройство электропитания, обеспечивающее электропитание всех БСД.The problem is solved, and the technical result is achieved due to the fact that the device, characterized by the presence of data acquisition units (BSD), additionally includes a synchronous switch interconnected by standard Ethernet cables, a synchronous switch connected via a standard Ethernet network to the necessary computing means for processing and storing data. The synchronous switch includes a standard Ethernet switch, with the required number of ports, and a multi-channel device for generating a set of clock sequences with pulse-width coding, as well as a power supply device that provides power to all BSDs.

Устройство многоканального формирования набора последовательностей синхросигналов с широтно-импульсным кодированием включает тактовый генератор, подключенный к схеме формирования. Тактовый генератор задает основную частоту тактовых импульсов ОТЧ для обеспечения работы всех АЦП в каждом БСД. Устройство включает счетчик-делитель, предназначенный для выработки импульсов дискретизации АЦП, счетчик-делитель, предназначенный для выработки импульсов, соответствующих моменту начала формирования очередной пачки заданного количества отсчетов АЦП, объединяемых в одном пакете для передачи по сети Ethernet, счетчик текущего номера пакета данных и схемы формирования, предназначенной для формирования объединенной синхронизирующей последовательности широтно-кодированных импульсов (ШКИ). Упомянутые счетчики-делители и счетчик текущего номера пакета данных подключены ко входу схемы формирования, выход схемы формирования подключен к входам преобразователей ШКИ в дифференциальные сигналы для передачи ШКИ через согласующие трансформаторы по свободной витой паре проводов каждого кабеля Ethernet синхронного коммутатора на соответствующие БСД.The multi-channel device for generating a set of pulse width coding clock sequences includes a clock connected to a generating circuit. The clock generator sets the main frequency of the OTF clock pulses to ensure the operation of all ADCs in each BSD. The device includes a counter-divider designed to generate ADC sampling pulses, a counter-divider designed to generate pulses corresponding to the moment of the beginning of the formation of the next packet of a given number of ADC samples combined in one packet for transmission over the Ethernet network, a counter of the current data packet number and circuit formation, intended for the formation of the integrated synchronization sequence of pulse-width encoded pulses (SQI). The mentioned counter-dividers and the counter of the current number of the data packet are connected to the input of the formation circuit, the output of the formation circuit is connected to the inputs of the SCI converters into differential signals for transmission of the SCI through matching transformers via a free twisted pair of wires of each Ethernet cable of the synchronous switch to the corresponding BSD.

Каждый блок сбора данных БСД состоит из АЦП, выполненных на основе аналоговых фильтров и микросхем АЦП, преобразователя электропитания, а также узла цифровой обработки и формирования Ethernet пакетов данных и узла декодирования широтно-кодированных импульсных сигналов синхронизации, выполненных на базе микроконтроллеров и/или микросхем программируемой логики (ПЛИС).Each BSD data acquisition unit consists of ADCs made on the basis of analog filters and ADC microchips, a power converter, as well as a digital processing unit and Ethernet data packets and a decoding unit for pulse-width synchronized synchronization signals based on microcontrollers and / or programmable microcircuits logic (FPGA).

Устройство синхронного сбора данных, как показано на рис. 1, состоит из множества блоков сбора данных (БСД) 1, на которые поступают аналоговые сигналы (данные) от приемных элементов, и синхронного коммутатора 2, соединенных между собой только стандартными Ethernet разъемами и кабелями (например, «UTP категории 5» состоящим из четырех витых пар проводов). Для дальнейшей обработки данных синхронный коммутатор 2 подключается по стандартной сети Ethernet к необходимым вычислительным средствам обработки и сохранения данных.Synchronous data acquisition device, as shown in fig. 1, consists of many data acquisition blocks (BSS) 1, to which analog signals (data) are received from the receiving elements, and a synchronous switch 2, interconnected only by standard Ethernet connectors and cables (for example, “UTP category 5” consisting of four twisted pairs of wires). For further data processing, the synchronous switch 2 is connected via a standard Ethernet network to the necessary computing means for processing and storing data.

В состав синхронного коммутатора 2 помимо стандартного Ethernet коммутатора 3, с необходимым числом портов (не менее числа подключаемых БСД и портов для выдачи данных в вычислительные средства для дальнейшей обработки и регистрации), вводится устройство многоканального формирования набора последовательностей синхросигналов с широтно-кодироваными импульсами 4, а также устройство электропитания 5, обеспечивающее электропитание всех БСД (1), подключаемых к системе.In addition to the standard Ethernet switch 3, the structure of synchronous switch 2, with the required number of ports (not less than the number of connected BSDs and ports for data output to computing means for further processing and registration), introduces a multi-channel device for generating a set of sequences of clock signals with width-coded pulses 4, as well as a power supply device 5, providing power to all BSD (1) connected to the system.

Устройство многоканального формирования набора последовательностей синхросигналов с широтно-импульсным кодированием 4, в свою очередь, как показано на рис.2, состоит из тактового генератора 7, подключенного к схеме формирования 11 и задающего основную частоту тактовых импульсов для обеспечения работы всех аналого-цифровых преобразователей (АЦП) 6, счетчика-делителя 8, предназначенного для выработки импульсов дискретизации АЦП, соответствующих необходимому моменту начала очередного цикла измерения (получения очередного отсчета АЦП), счетчика-делителя 9, предназначенного для выработки импульсов соответствующих моменту начала формирования очередной пачки заданного количества отсчетов АЦП, объединяемых в одном пакете для передачи по сети Ethernet, счетчика текущего номера пакета данных 10. Схема формирования 11 предназначена для формирования объединенной синхронизирующей последовательности широтно-кодированных импульсов (ШКИ).The multi-channel device for generating a set of sequences of clock signals with pulse-width encoding 4, in turn, as shown in Fig. 2, consists of a clock generator 7 connected to the formation circuit 11 and setting the main frequency of the clock pulses to ensure the operation of all analog-to-digital converters ( ADC) 6, counter-divider 8, designed to generate ADC sampling pulses corresponding to the necessary moment of the beginning of the next measurement cycle (receiving the next ADC readout), Chick-divider 9, designed to generate pulses corresponding to the moment of the beginning of the formation of the next packet of a given number of ADC samples, combined in one packet for Ethernet transmission, the counter of the current data packet number 10. Generation circuit 11 is designed to generate a combined synchronizing sequence of width-coded pulses (SCI).

Счетчик-делитель 8, счетчик-делитель 9 и счетчик текущего номера пакета данных 10 подключены ко входам схемы формирования 11, выход схемы формирования 11 подключен к входам преобразователей ШКИ в дифференциальные сигналы 12 для передачи ШКИ через согласующие трансформаторы 13 по свободной витой паре проводов каждого кабеля Ethernet синхронного коммутатора 2 на соответствующие БСД 1.The counter-divider 8, the counter-divider 9 and the counter of the current number of the data packet 10 are connected to the inputs of the forming circuit 11, the output of the forming circuit 11 is connected to the inputs of the SCI converters into differential signals 12 for transmitting the SCI through matching transformers 13 via a free twisted pair of wires of each cable Ethernet synchronous switch 2 to the corresponding BSD 1.

Каждый блок сбора данных БСД 1 (Рис. 1) состоит из АЦП 6, выполненных на основе аналоговых фильтров и микросхем АЦП, преобразователя электропитания 14, а также устройства цифровой обработки и формирования Ethernet пакетов данных 15 и устройства декодирования широтно-кодированных импульсных сигналов синхронизации 16, выполненных на базе микроконтроллеров и/или микросхем программируемой логики (ПЛИС).Each BSD 1 data acquisition unit (Fig. 1) consists of ADC 6 based on analog filters and ADC microchips, a power converter 14, and a digital processing unit and Ethernet data packets 15 and a decoding device for pulse-width synchronized pulse signals 16 made on the basis of microcontrollers and / or chip programmable logic (FPGA).

Устройство декодирования широтно-кодированных импульсных (ШКИ) сигналов синхронизации 16 выделяет из ШКИ сигнал тактовой синхронизации АЦП, поступающий на все АЦП 6, а также выделяет из ШКИ информацию о моменте начала формирования очередного пакета данных и код его текущего номера, и передает их устройству цифровой обработки и формирования Ethernet пакетов данных 15, на вход которого также поступают данные от АЦП 6. Преобразователь электропитания 14 соединен со всеми устройствами входящими в БСД (1) и обеспечивает преобразование напряжения питания поступающего от устройства электропитания 5, входящего в состав синхронного коммутатора 2, в номенклатуру напряжений необходимую для работы устройств.The decoder for the width-coded pulse (SHKI) synchronization signals 16 extracts from the SHKI the ADC clock synchronization signal supplied to all ADCs 6, and also selects from the SHKI information about the moment of the formation of the next data packet and the code of its current number, and transmits them to the digital device processing and forming Ethernet data packets 15, the input of which also receives data from the ADC 6. The power converter 14 is connected to all devices included in the BSD (1) and provides conversion of the pit voltage Ia supplied from the power unit 5 constituting the synchronous switch 2 in the range of voltages required for operation of the devices.

Устройство синхронного сбора данных работает следующим образом.A synchronous data acquisition device operates as follows.

После подачи внешнего электропитания на устройство электропитания 5 синхронного коммутатора 2, формирует необходимый набор напряжений питания для работы его устройств 3 и 5, а также через кабель Ethernet подает электропитание на источники питания 14 каждого из БСД 1 которые, в свою очередь, формируют необходимый набор напряжений питания для работы всех устройств, входящих в БСД (6, 15, 16). Тактовый генератор 7 устройства формирования набора последовательностей синхросигналов с широтно-импульсным кодированием 4, формирует основную частоту тактовых импульсов со скважностью 4, которые подаются на формирователь 11 и последовательно включенные: счетчик-делитель 8, который вырабатывает импульсы соответствующих необходимому моменту начала очередного цикла измерения АЦП, счетчик-делитель 9 который вырабатывает импульсы соответствующих моменту начала формирования очередного пакета заданного количества отсчетов АЦП, объединяемых в одном пакете для передачи по сети Ethernet, и счетчика текущего номера пакета данных 10, формирующего код номера пакета. Импульсы двойной длительности, по сравнению с импульсами тактового генератора 7, формируемые счетчиками-делителями 8 и 9 поступают в формирователь 11, где объединяются с тактовыми импульсами генератора 7. Импульсы начала формирования очередного пакета данных, формируемые счетчиком-делителем 9, используются как стартовые при формировании очередного номера пакета данных. Код текущего номера из счетчика 10 поступают в формирователь И, где преобразуются в кодовую последовательность импульсов с длительностями обозначения единичных битов (сигнал «1») равной двойной длительности, по сравнению с импульсами тактового генератора 7 и длительностями обозначения нулевых битов (сигнал «0»), соответствующих длительности импульсов тактового генератора 7.After external power is supplied to the power supply device 5 of the synchronous switch 2, it generates the necessary set of supply voltages for the operation of its devices 3 and 5, and also through the Ethernet cable supplies power to the power sources 14 of each of the BSD 1 which, in turn, form the necessary set of voltages power supply for operation of all devices included in the BSD (6, 15, 16). The clock generator 7 of the device for generating a set of sequences of clock signals with pulse-width encoding 4 generates the main frequency of the clock pulses with a duty cycle of 4, which are supplied to the shaper 11 and connected in series: a counter-divider 8, which generates pulses corresponding to the required moment of the start of the next ADC measurement cycle, counter-divider 9 which generates pulses corresponding to the moment of the beginning of the formation of the next packet of a given number of ADC samples, combining mn in one packet for transmission over the Ethernet network, and a counter of the current number of the data packet 10, forming the code of the packet number. Pulses of double duration, in comparison with the pulses of the clock generator 7, formed by the counter-dividers 8 and 9 are supplied to the former 11, where they are combined with the clock pulses of the generator 7. The pulses of the beginning of the formation of the next data packet, formed by the counter-divider 9, are used as the starting pulses during the formation the next data packet number. The code of the current number from counter 10 is sent to the And generator, where it is converted into a code sequence of pulses with unit bit durations (signal "1") of equal double duration, compared to clock pulses 7 and zero bit designations (signal "0") corresponding to the pulse width of the clock 7.

Временные диаграммы, формируемые устройством формирования сигналов 4 показаны на рис. 3.The timing diagrams generated by the signal conditioning apparatus 4 are shown in Fig. 3.

На Диаграмме I (рис. 3) укрупнено показана общая синхропоследовательность ШКИ. В составе синхропоследовательности используются два вида импульсов: со скважностью, равной четырем и со скважностью равной двум. Импульсы со скважностью 4 используются как импульсы с рабочей частотой АЦП и как обозначения нулевых битов при считывании информационной посылки. Импульсы со скважностью 2 используются как маркеры начала измерений (показан на Диаграмме 2), начала пакета данных и информационной последовательности (показан на диаграмме 3) и как обозначения единичных битов (сигнал «1» показан на диаграмме 3) при считывании кодовой информации о текущем номере пакета данных.Diagram I (Fig. 3) shows the enlarged general synchro sequence of the ShKI. The synchronization sequence uses two types of pulses: with a duty cycle equal to four and with a duty cycle equal to two. Pulses with a duty cycle of 4 are used as pulses with an operating frequency of the ADC and as a designation of zero bits when reading an information package. Pulses with duty cycle 2 are used as markers for the start of measurements (shown in Diagram 2), the beginning of a data packet and information sequence (shown in Diagram 3), and as designations of single bits (signal “1” is shown in Diagram 3) when reading code information about the current number data packet.

Информационная последовательность начинается с импульса со скважностью 2 и может быть двух видов. Если за импульсом со скважностью 2 следуют импульсы со скважностью 4 (диаграмма II), то данная последовательность должна восприниматься только как команда начала очередного цикла измерения (сигнал начала выборки или дискретизации АЦП). Если за импульсом со скважностью 2 следует еще два импульса со скважностью 2 (диаграмма III), то такая последовательность импульсов должна восприниматься еще и как начало очередного пакета отсчетов формируемая для сети Ethernet. Вслед за тремя импульсами со скважностью 2 следуют последовательность импульсов «1» и «0», соответствующих, например, 16-ти разрядному коду текущего номера пакета для сети Ethernet.The information sequence begins with an impulse with a duty cycle of 2 and can be of two types. If a pulse with duty cycle 2 is followed by pulses with duty cycle 4 (diagram II), then this sequence should be perceived only as a command to start the next measurement cycle (signal to start sampling or sampling of the ADC). If an impulse with duty cycle 2 is followed by two more pulses with duty cycle 2 (diagram III), then such a sequence of pulses should also be perceived as the beginning of the next packet of samples generated for the Ethernet network. Following three pulses with a duty cycle of 2 are followed by a sequence of pulses “1” and “0”, corresponding, for example, to a 16-bit code of the current packet number for the Ethernet network.

Сформированный сигнал через преобразователи 12 и трансформаторы 13 подается на все подключенные БСД 1. Устройство декодирования широтно-кодированных импульсных (ШКИ) сигналов синхронизации 16 выделяет из ШКИ сигнал тактовой синхронизации АЦП, поступающий на все АЦП 6, а также выделяет из ШКИ информацию о моменте начала формирования очередного пакета данных и код его текущего номера, и передает их устройству цифровой обработки и формирования Ethernet пакетов данных 15, на вход которого также поступают данные от АЦП 6.The generated signal through the converters 12 and transformers 13 is supplied to all connected BSDs 1. The decoding device for the pulse-width pulse-encoded (SHKI) synchronization signals 16 extracts the ADC clock synchronization signal from the SHKI, which is supplied to all ADCs 6, and also extracts information about the start moment from the SHKI the formation of the next data packet and the code of its current number, and transmits them to the digital processing device and the formation of Ethernet data packets 15, the input of which also receives data from the ADC 6.

Основной тактовый сигнал используется как синхросигнал для работы сигма-дельта (последовательного) АЦП, установленных в БСД 1. Импульсы запуска преобразования используются для начала формирования очередного отсчета в сигма-дельта АЦП и как тактовый сигнал для параллельных АЦП. Данные вырабатываемые в АЦП 6 Импульсы номера пакета используются как стартовые при формировании очередного пакета данных для передачи по сети Ethernet. Данные вырабатываемые в АЦП 6 и код текущего номера пакета включается в состав UDP/IP-пакетов в устройстве цифровой обработки и формирования Ethernet пакетов данных 15. Сформирования Ethernet пакеты данных од всех БСД поступают на коммутатор 3 синхронного коммутатора 2 откуда передаются к внешним вычислительным средствам для дальнейшей обработки и регистрации.The main clock signal is used as a clock signal for the operation of the sigma-delta (serial) ADC installed in the BSD 1. Conversion triggering pulses are used to start generating the next sample in the sigma-delta ADC and as a clock signal for parallel ADCs. Data generated in the ADC 6 Pulses of the packet number are used as the start when forming the next data packet for transmission over the Ethernet network. The data generated in the ADC 6 and the current packet number code is included in the UDP / IP packets in the digital processing and Ethernet data packet generation device 15. The Ethernet data packets are formed and all the DSSs are sent to switch 3 of synchronous switch 2, from where they are transferred to external computing means for further processing and registration.

Предлагаемая архитектура устройства сбора данных позволяет осуществлять подключение, отключение и замену оконечных модулей без дополнительного реконфигурирования системы в целом. При выходе из строя одного или нескольких оконечных устройств исправные устройства продолжают передачу оцифрованных сигналов. Введение устройства синхронизации с ШКИ, позволяет осуществлять жесткую групповую фазовую и пакетную синхронизацию в многоканальной распределенной системе сбора данных с использованием только стандартных кабелей, предназначенных для передачи данных по сети Ethernet. Использование стандартных кабелей, принципов формирования дифференциальных сигналов ШКИ идентичных сигналам, предназначенным для передачи данных по сети Ethernet, позволяет обеспечить возможность разнесения отдельных БСД 1 на расстояние более 100 метров от синхронного коммутатора 2.The proposed architecture of the data acquisition device allows connecting, disconnecting and replacing terminal modules without additional reconfiguration of the system as a whole. If one or more terminal devices fails, serviceable devices continue to transmit digital signals. The introduction of a synchronization device with a ShKI allows for rigid group phase and packet synchronization in a multichannel distributed data acquisition system using only standard cables designed for data transmission via Ethernet. The use of standard cables, the principles of generating differential ShKI differential signals identical to signals intended for data transmission over an Ethernet network, makes it possible to separate individual BSDs 1 over a distance of more than 100 meters from synchronous switch 2.

Claims (1)

Синхронный коммутатор устройства многоканального синхронного сбора данных, получаемых по стандартной сети Ethernet через блоки данных (БСД) с аналого-цифровыми преобразователями АЦП, характеризующийся наличием стандартного Ethernet коммутатора, устройством многоканального формирования набора последовательностей синхросигналов с широтно-кодироваными импульсами (ШКИ), к которым подключено устройство электропитания, при этом упомянутое устройство многоканального формирования набора последовательностей синхросигналов включает тактовый генератор, задающий основную частоту тактовых импульсов для обеспечения работы всех АЦП в каждом БСД, счетчик-делитель, предназначенный для выработки импульсов дискретизации АЦП, счетчик-делитель, предназначенный для выработки импульсов соответствующих моменту начала формирования очередной пачки заданного количества отсчетов АЦП, счетчик текущего номера пакета данных и схему формирования, предназначенную для формирования объединенной синхронизирующей последовательности широтно-кодированных импульсов (ШКИ), упомянутые тактовый генератор, счетчики-делители и счетчик текущего номера пакета данных подключены ко входу схемы формирования, выход схемы формирования подключен к входам преобразователей ШКИ в дифференциальные сигналы, обеспечивая передачу ШКИ через согласующие трансформаторы на соответствующие БСД.
Figure 00000001
A synchronous switch of a device for multi-channel synchronous data collection, obtained over a standard Ethernet network through data units (BDS) with analog-to-digital ADC converters, characterized by the presence of a standard Ethernet switch, a multi-channel device for generating a set of sequences of clock signals with width-coded pulses (SCI), to which it is connected a power supply device, wherein said multi-channel device for generating a set of sequences of clock signals includes a clock a herator that sets the main frequency of clock pulses to ensure the operation of all ADCs in each BSD, a divider counter designed to generate ADC sampling pulses, a divider counter designed to generate pulses corresponding to the moment of the formation of the next packet of a given number of ADC readings, a counter of the current packet number data and a generating circuit designed to generate a combined synchronization sequence of pulse-width encoded pulses (SQI), the mentioned clock the converter, counters-dividers, and the counter of the current number of the data packet are connected to the input of the shaping circuit, the output of the shaping circuit is connected to the inputs of the SCI converters into differential signals, ensuring the transmission of the SCI through matching transformers to the corresponding BSD.
Figure 00000001
RU2014137061/08U 2014-09-15 2014-09-15 SYNCHRONOUS MULTI-CHANNEL SYNCHRONIC DATA COLLECTION DEVICE RU151822U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014137061/08U RU151822U1 (en) 2014-09-15 2014-09-15 SYNCHRONOUS MULTI-CHANNEL SYNCHRONIC DATA COLLECTION DEVICE

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014137061/08U RU151822U1 (en) 2014-09-15 2014-09-15 SYNCHRONOUS MULTI-CHANNEL SYNCHRONIC DATA COLLECTION DEVICE

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU151822U1 true RU151822U1 (en) 2015-04-20

Family

ID=53297221

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014137061/08U RU151822U1 (en) 2014-09-15 2014-09-15 SYNCHRONOUS MULTI-CHANNEL SYNCHRONIC DATA COLLECTION DEVICE

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU151822U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2620729C1 (en) * 2016-04-06 2017-05-29 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Digital data collection system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2620729C1 (en) * 2016-04-06 2017-05-29 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук Digital data collection system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104063342B (en) IP core based on JESD 204 protocol
WO2008014023A3 (en) Analog to digital conversion using recurrent neural networks
CN106664006B (en) For running the power electronic system loaded and the method synchronous for power module
CN109995378A (en) Signal edge placement coding
CN104883037A (en) Multi-machine system and synchronization method
US9949154B2 (en) Test system and method for testing multiple devices under test simultaneously
RU151822U1 (en) SYNCHRONOUS MULTI-CHANNEL SYNCHRONIC DATA COLLECTION DEVICE
CN103983878A (en) Relay protection synchronization performance testing system and method based on random discrete time domain
CN112671598B (en) Special algorithm hardware module for electric power suitable for electric power system control protection device
CN103067148B (en) A kind of can the method for hardware synchronization between cascade instrument
CN110519034B (en) High-precision time synchronization technology of wired telemetry digital seismograph
EP3958464A3 (en) Phase synchronized lo generation
Toh et al. FPGA implementation of slave communication controller for Modular Multilevel Converter
RU147247U1 (en) MEASUREMENT DIGITAL FLOWS UNIT OF MEASUREMENT DATA
CN112929121B (en) Clock synchronization network, clock trigger network and real-time trigger processing method
CN105610749B (en) A kind of Fast synchronization adaptive equalization demodulating equipment based on Selecting phasing
RU2485582C1 (en) Data collection system
NL8003101A (en) SIMULATOR FOR TESTING PERIPHERAL EQUIPMENT OF A DATA COMMUNICATION NETWORK.
CN209387803U (en) A kind of partial discharge monitoring system with self-checking function
CN109274607B (en) Hundred/giga self-adaptive Ethernet-over-Ethernet physical layer implementation circuit
Tu et al. A hybrid communication topology for modular multilevel converter
CN109696481B (en) Acoustic sensor array control circuit for acoustic camera and control method thereof
CN202455336U (en) Optical serial port self-adaptive decoding circuit
RU186034U1 (en) DEVICE FOR MODELING THE SIGNAL DETECTION SIGNAL SYSTEM FOR PERSONNEL SYNCHRONIZATION
RU169776U1 (en) Sensor network node for monitoring current and voltage

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20150916

NF9K Utility model reinstated

Effective date: 20190219