專利名稱：分布式網(wǎng)絡化數(shù)據(jù)采集裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于信息技術領域，特別涉及一種分布式網(wǎng)絡化數(shù)據(jù)采集裝置。
背景技術：
由于現(xiàn)場應用環(huán)境的復雜多樣，致使對數(shù)據(jù)采集裝置的要求也不盡相同，綜觀已知技術領域中的數(shù)據(jù)采集裝置，普遍存在著信號處理速度有限，集成化水平低，不能實現(xiàn)分布式數(shù)據(jù)采集和遠程數(shù)據(jù)綜合處理，不能滿足復雜工況要求，數(shù)據(jù)吞吐量有限等問題。例如名稱為“數(shù)據(jù)采集傳感器”，涉及一種新型的水表、電表、氣表等儀表數(shù)據(jù)采集及傳輸領域內(nèi)的無源遠傳數(shù)據(jù)采集器傳感器，主要適用于目前流行的各類計數(shù)直讀式儀表數(shù)據(jù)的采集、存儲和傳輸。該數(shù)據(jù)傳感器只能與直讀式儀表連接。又如名稱為“遠程數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)”，該遠程數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)包括一個數(shù)據(jù)采集終端，通過RS232串口/通用串行總線接口連接主處理器，該處理器連接、接收并對數(shù)據(jù)采集終端采集的數(shù)據(jù)進行壓縮處理，然后將處理的數(shù)據(jù)發(fā)送給傳輸模塊。其特點是實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸。但無線傳輸成本高，且因天氣等因素影響，數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性差。該專利產(chǎn)品有一個數(shù)據(jù)采集終端，所以不能實現(xiàn)長距離內(nèi)的多點數(shù)據(jù)采集。綜上所述，現(xiàn)有相關數(shù)據(jù)采集裝置的不足之處主要表現(xiàn)在1)采集信號種類單一，只能采集離散信號，不能處理連續(xù)信號，導致裝置通用性不強，應用領域有限。
2)采集點單一，無法滿足要求長距離多點數(shù)據(jù)采集、同步分析處理的復雜工況要求，對復雜工況的適應能力不強，且處理速度不高，可擴展性不強。
3)通信能力不強。由于單片機采用串行接口通過通訊發(fā)射裝備實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠傳，所以難以保證高速實時數(shù)據(jù)的傳輸，更難以實現(xiàn)網(wǎng)絡通信，或是現(xiàn)有系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集裝置及與通訊設備連接是“綁定的”，當現(xiàn)場環(huán)境改變或外部設備需要更新時，就必須調(diào)整接口設備并修改控制系統(tǒng)的源程序，從而導致系統(tǒng)維護相對困難。
4)數(shù)據(jù)處理速度有待提高。由于指令處理的復雜度和CPU與存儲器等外設通信時的速度瓶頸等原因?qū)е孪到y(tǒng)的數(shù)據(jù)處理速度不高，不能適應如圖像處理等對數(shù)據(jù)處理速度要求很高的場合。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明提供一種分布式網(wǎng)絡化數(shù)據(jù)采集裝置。
本發(fā)明涉及一種基于嵌入式Linux開發(fā)平臺、以ARM920T為內(nèi)核的ARM9CPU作為中央處理器的分布式網(wǎng)絡化數(shù)據(jù)采集裝置，適于在復雜的工業(yè)監(jiān)控中需要實時采集多點信號的領域推廣應用。
本發(fā)明的技術解決方案采用多個數(shù)據(jù)采集裝置與主控機組成系統(tǒng)，圖1為其連接示意圖。主控機可通過數(shù)據(jù)采集軟件來實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的動態(tài)顯示和多個采集裝置的協(xié)調(diào)控制。數(shù)據(jù)采集裝置通過傳輸介質(zhì)(如雙絞線、光纖等)與主控機或其它設備相連，采用分布式數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡，多卡組網(wǎng)操作，用集線器(HUB)組網(wǎng)(通道擴展16×卡數(shù))；實現(xiàn)多個數(shù)據(jù)采集裝置同時工作的多點數(shù)據(jù)采集，采用若干根雙絞線(或光纖)連接各個分布點的數(shù)據(jù)采集裝置，每臺數(shù)據(jù)采集裝置又可連接多路不同類型的傳感器(每個傳感器可以采集各種不同類型的連續(xù)信號)。數(shù)據(jù)采集裝置個數(shù)(即采集點數(shù))視具體工況而定。主控機對數(shù)據(jù)采集裝置的控制包括系統(tǒng)啟動后，主控機通過一個選通信號決定具體選通哪路數(shù)據(jù)采集裝置采集數(shù)據(jù)，主控機等待數(shù)據(jù)采集裝置返回的成功啟動信號。數(shù)據(jù)采集裝置接收到選通信號后，系統(tǒng)啟動，由嵌入式系統(tǒng)程序完成數(shù)據(jù)采集裝置的初始化工作，并向主控機發(fā)回一個數(shù)據(jù)采集裝置成功啟動的信號。主控機若未接收到數(shù)據(jù)采集裝置返回的信號，則發(fā)出警告，指出有可能出現(xiàn)故障的數(shù)據(jù)采集裝置編號，工作人員可到現(xiàn)場勘查，進而排除故障。主控機同時完成采集數(shù)據(jù)的實時顯示。
本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集裝置，如圖2所示，包括基于ARM9內(nèi)核的嵌入式微控制器1，基于ARM9內(nèi)核的ARM芯片內(nèi)部的串行口2，GPS接收芯片9，復位芯片10，時鐘芯片11，ARM芯片內(nèi)部的IIC接口12，電源芯片13，F(xiàn)lash芯片14，SDRAM芯片21，LCD顯示器15，小型鍵盤16，，以太網(wǎng)控制器20，芯片內(nèi)部USB接口18，USB/串口轉(zhuǎn)換器19，高性能A/D轉(zhuǎn)換器3，集成化數(shù)字/模擬信號濾波電路6，ARM芯片內(nèi)部的計數(shù)器7，嵌入式操作系統(tǒng)調(diào)試接口電路JTAG接口8。
其連接是嵌入式微控制器S3C2410通過XCLK引腳連接時鐘晶振芯片OSC，時鐘晶振芯片OSC的VCC引腳外掛3.3V電源芯片LD1117525；復位芯片MAX811通過nRSET引腳連接到嵌入式微控制器S3C2410，并將VCC引腳外掛3.3V電源芯片LD1117525；Flash存儲器SST39LF160映射在嵌入式微控制器S3C2410的Bank0區(qū)域內(nèi)，并將嵌入式微控制器S3C2410的地址線“左移”一位，即嵌入式微控制器S3C2410的ADDR1連接Flash存儲器SST39LF160的A0，SDRAM存儲芯片IS42S16400的地址映射在嵌入式微控制器S3C2410的Bank6內(nèi)；A/D轉(zhuǎn)換器AC1568通過USB/串口轉(zhuǎn)換器連接到嵌入式微控制器S3C2410的USB接口；集成化數(shù)字/模擬濾波電路(如圖5(b))通過40PIN插槽連接A/D轉(zhuǎn)換器AC1568；集成化數(shù)字/模擬濾波電路通過數(shù)據(jù)線連接不同種類的傳感器，處理各種連續(xù)或離散信號；嵌入式微控制器S3C2410通過IIC口連接矩陣式鍵盤；嵌入式微控制器S3C2410通過IIC接口連接LCD顯示器SMG240128A，通過UART口(串口2)連接GPS接收芯片GSU-4的XDATA28和XDATA29管腳。集成化數(shù)字/模擬信號濾波電路送出的方波信號通過ARM芯片的EINT引腳線連接到ARM芯片內(nèi)部的外部中斷源，實現(xiàn)對數(shù)字信號的計數(shù)，如圖5(a)所示。
中央處理器采用基于ARM 920T的SOC高性能低功耗片上系統(tǒng)應用32位處理器，具有16K指令和16K數(shù)據(jù)的Cache，存貯器管理MMU，AHB總線接口和Thumb16指令系統(tǒng)，芯片處理速度為1.1MIPS/MHZ，時鐘頻率達200MHZ。
本發(fā)明裝置采用嵌入式Linux操作系統(tǒng)，采用匯編和C語言混合編程，匯編語言完成系統(tǒng)初始化、堆棧設置、中斷向量設置、開中斷等底層操作，C語言完成具體的過程代碼編寫?？商岣叱绦蛱幚硭俣?，利于今后擴展時的程序修改。
嵌入式微控制器通過USB接口連接USB/串行口轉(zhuǎn)換器，將一個USB口擴展成兩個RS232串口和兩個RS485接口，RS232接口再與A/D轉(zhuǎn)換器連接，完成采集信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換。這種連接方式在擴充了裝置的接口數(shù)量的同時，在硬件方面充分利用了USB接口在速度和穩(wěn)定性方面的優(yōu)勢，在用戶角度仍然使用應用最為熟悉的串行口進行通信。嵌入式微控制器可通過串行接口與GPS接收芯片相連，完成數(shù)據(jù)采集裝置系統(tǒng)時鐘的初始化和各個采集裝置時鐘的統(tǒng)一校時功能。A/D轉(zhuǎn)換接口電路是數(shù)據(jù)采集裝置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)前向通道的重要環(huán)節(jié)，可完成一個或多個模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，以便系統(tǒng)作進一步處理。本系統(tǒng)采用16位A/D板AC1568，提供32路單端輸入和16路雙向差分輸入，范圍10伏(-5伏～+5伏)，輸入通道建立速度10微秒(放大倍率為4、8時為20微秒)，精度16位。AC1568可廣范應用于各種模擬量的測量，儀表的計算機接口及多路模擬信號的測量。嵌入式微控制器通過IIC 12接口電路與LCD顯示器和小型鍵盤相連，可在數(shù)據(jù)采集裝置上安裝LCD，實時顯示采集到的數(shù)據(jù)值，可通過小型鍵盤完成必要的輸入。嵌入式微控制器通過串行口與GPS接收芯片相連，完成GPS接收系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集裝置的初始化和采集系統(tǒng)時間的校正，并設置中斷向量，循環(huán)等待GPS中斷。嵌入式微控制器連接復位芯片(看門狗)，設置適當計數(shù)值，從而保證嵌入式微控制器正常運行。嵌入式微控制器自帶以太網(wǎng)控制器，可提供10M/100M以太網(wǎng)接口，支持媒體獨立接口和帶緩沖DMA接口，可在半雙工和全雙工模式下提供以太網(wǎng)接入。嵌入式微控制器外接16M Flash芯片SST39LF160和64M SDRAMIS42S16400，可滿足相對較復雜的工況要求。嵌入式微控制器通過內(nèi)部總線與集成化數(shù)字/模擬信號濾波電路相連，集成化數(shù)字/模擬信號濾波電路采用12路阻容濾波電路和6路光電隔離電路集成到一塊電路板上，從而提高了系統(tǒng)的可靠性和可擴展性，離散數(shù)據(jù)采用光電隔離技術，使離散信號與嵌入式微控制器完全隔離，具有較高的輸入阻抗和共模抑制比；連續(xù)信號采用一階低通阻容濾波電路及軟件的自適應濾波，濾除高頻成分，提高信噪比。多路離散輸入信號和多路連續(xù)輸入信號接受來自工業(yè)現(xiàn)場傳感器的檢測信號或其他符合工業(yè)標準的輸入信號，該輸入信號不局限于傳感器的類型及檢測信號的種類，只要是標準電器信號即可。
數(shù)據(jù)采集裝置軟件的執(zhí)行過程(軟件流程圖見圖3)步驟一、開始；步驟二、讀取裝置的配置文件INI；步驟三、定義程序的出口地址；步驟四、設置異常向量，設置中斷向量地址，開中斷；步驟五、初始化存貯系統(tǒng)，為采樣數(shù)據(jù)分配內(nèi)存；步驟六、網(wǎng)絡協(xié)議初始化及配置；步驟七、初始化I/O設備及看門狗電路；步驟八、啟動看門狗，讀取GPS校正系統(tǒng)時間；步驟九、設置采樣間隔及使能采樣通道；步驟十、等待中斷；步驟十一、若為采集連續(xù)信號中斷，則進行連續(xù)信號采集操作；
若為采集離散信號中斷，則進行離散信號采集操作；若為看門狗中斷，則重新啟動采樣，回到步驟二；若為GPS中斷，則校時重新設置時間，回到步驟二；若無中斷，則回到步驟十；步驟十二、將采集的數(shù)據(jù)信號進行軟件濾波；步驟十三、數(shù)據(jù)打包，發(fā)送數(shù)據(jù)報文并發(fā)送數(shù)據(jù)到下位機LCD；步驟十四、回到步驟十，繼續(xù)等待。
軟件濾波執(zhí)行過程(自適應濾波原理框圖見圖4)步驟一開始；步驟二產(chǎn)生估值信號，即濾波后信號Y(n)；步驟三計算濾波前后差值信號X(n)-Y(n)＝e(n)；步驟四利用差值信號修正估值信號；步驟五輸出濾波后采樣信號Y(n)。
本發(fā)明裝置的優(yōu)點1)網(wǎng)絡化數(shù)據(jù)采集，可實現(xiàn)多點實時高速數(shù)據(jù)采集，特別適用于要求長距離多點采集數(shù)據(jù)的工業(yè)控制場合和復雜工程項目的數(shù)據(jù)收集。
2)由于本發(fā)明裝置中嵌入式微控制器采用具有RISC架構(gòu)的ARM微處理器，從而構(gòu)成一種嵌入式的、優(yōu)化的計算機控制系統(tǒng)；特點是1體積小、低功耗、低成本、高性能；2支持Thumb(16位)/ARM(32位)雙指令集；3大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快；4大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成；5尋址方式靈活簡單，執(zhí)行效率高；6指令長度固定。
3)由于采用多路的光電隔離電路和阻容濾波電路，從而可以直接接收現(xiàn)場的各種離散和連續(xù)的信號，不受現(xiàn)場傳感器型號的限制。離散信號通過光電隔離通道進行數(shù)據(jù)處理，使信號與嵌入式微控制器完全隔離。阻容濾波電路及軟件的二次自適應濾波可以去除高頻干擾信號成分，使采集的數(shù)據(jù)更加準確，精度更高。
4)裝置采用GPS系統(tǒng)，可以保證多點采集的同步性，為數(shù)據(jù)的高精度處理提供了可靠的保證。
5)裝置可通過以太網(wǎng)連接起來完成多點的數(shù)據(jù)采集，同時可通過網(wǎng)絡完成數(shù)據(jù)的上傳處理；另外，裝置據(jù)有多協(xié)議的修改和加載功能，適合各種場合，各種協(xié)議下的網(wǎng)絡通信。
6)裝置具有良好的可擴充性，通過擴展相應的模板，不僅可以擴充通道數(shù)，而且可以增加采集點數(shù)。單個采集點可實現(xiàn)最高32路的模擬信號/數(shù)字信號轉(zhuǎn)換?？蓾M足復雜工況的要求。


圖1本發(fā)明裝置連接示意圖；圖2本發(fā)明裝置組成結(jié)構(gòu)框圖；圖3數(shù)據(jù)采集裝置軟件流程圖；圖4自適應濾波原理框圖；圖5(a)為數(shù)據(jù)采集裝置電路原理圖，(b)為集成化數(shù)字/模擬濾波電路原理圖；
圖6污水處理加料控制與濁度監(jiān)控系統(tǒng)簡圖。
具體實施例方式
實施例1本發(fā)明應用于油田輸油管道泄漏故障診斷與定位系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集裝置該系統(tǒng)應用本裝置從管道兩端傳感器采集得到的壓力、溫度和流量信號，通過主控機軟件實現(xiàn)泄漏的檢測與定位。本發(fā)明的高速性、實時性和采集的同步性，可以為系統(tǒng)提高泄漏檢測的快速性及定位的準確性提供可靠保障。
其電路連接是嵌入式微控制器S3C2410通過XCLK引腳連接時鐘晶振芯片OSC，時鐘晶振芯片OSC的VCC引腳外掛3.3V電源芯片LD1117525；復位芯片MAX811通過nRSET引腳連接到嵌入式微控制器S3C2410，并將VCC引腳外掛3.3V電源芯片LD1117525；Flash存儲器SST39LF160映射在嵌入式微控制器S3C2410的Bank0區(qū)域內(nèi)，SDRAM存儲芯片IS42S16400的地址映射在嵌入式微控制器S3C2410的Bank6內(nèi)；A/D轉(zhuǎn)換器AC1568通過USB/串口轉(zhuǎn)換器連接到嵌入式微控制器S3C2410的USB接口；集成化數(shù)字/模擬濾波電路通過40PIN插槽連接A/D轉(zhuǎn)換器AC1568；集成化數(shù)字/模擬濾波電路通過數(shù)據(jù)線連接壓力、溫度傳感器，處理采集的壓力、溫度信號；采集流量信號的流量傳感器送出的方波信號連接到微控制器S3C2410的EINT端口；嵌入式微控制器S3C2410通過IIC口連接矩陣式鍵盤；通過UART口(串口2)連接GPS接收芯片GSU-4的XDATA28和XDATA29管腳。嵌入式微控制器控制整個采樣裝置的工作狀態(tài)，嵌入式微控制器通過串行接口與GPS接收系統(tǒng)相連，嵌入式微控制器通過網(wǎng)卡與其它裝置實現(xiàn)通信。
系統(tǒng)運行過程在本應用實例當中，中央處理器采用基于ARM 920T的SOC高性能低功耗片上系統(tǒng)應用32位處理器，具有16K指令和16K數(shù)據(jù)的Cache，存貯器管理MMU，AHB總線接口和Thumb16指令系統(tǒng)，芯片處理速度為1.1MIPS/MHZ，時鐘頻率達200MHZ?，F(xiàn)場采用壓力、溫度傳感器采集6路壓力、6路溫度模擬信號(最多可為32路，因數(shù)模轉(zhuǎn)換可以轉(zhuǎn)換32路)，以標準信號通過接口送入本發(fā)明裝置內(nèi)部的集成化數(shù)字/模擬信號濾波電路中進行低通濾波，去除高頻成分，再通過A/D板AC1568轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，6路流量脈沖信號通過接口送到光電隔離電路中進行降噪濾波，在經(jīng)過嵌入式微控制器內(nèi)部的計數(shù)板產(chǎn)生數(shù)字信號，3種類型的數(shù)字信號進行數(shù)據(jù)打包后，利用網(wǎng)卡通過以太網(wǎng)傳送到裝置主控機的數(shù)據(jù)庫中，以備分析。同時，嵌入式微控制器通過串口接收GPS來的信息，確保主機接收到的管道兩端的裝置上傳來的數(shù)據(jù)是同一時刻采樣的，從而保證準確的泄漏檢測和高精度定位。
嵌入式微控制器可連接鍵盤和顯示器進行程序調(diào)試或修改。存儲介質(zhì)中存儲操作系統(tǒng)、開發(fā)工具系統(tǒng)、網(wǎng)絡通信協(xié)議等內(nèi)容。該檢測定位系統(tǒng)能對最長100千米的流體輸送管線進行檢測，可以在100秒內(nèi)采樣到30L/min左右的泄漏量的報警，定位精度為全管長的2％。
實施例2本發(fā)明應用于污水處理加料控制與濁度監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集裝置如圖6所示，該系統(tǒng)通過本發(fā)明采樣得到的濁度信號，通過上位PLC控制加料系統(tǒng)的給料的增減，同時，通過采樣裝置采集的配料溶液濃度信號，保證配料溶液濃度的恒定。本發(fā)明的高速性、實時性和同步性同樣可以為處理過程的快速性、穩(wěn)定性提供保證。
其電路連接是嵌入式微控制器S3C2410通過XCLK引腳連接時鐘晶振芯片OSC，時鐘晶振芯片OSC的VCC引腳外掛3.3V電源芯片LD1117525；復位芯片MAX811通過nRSET引腳連接到嵌入式微控制器S3C2410，并將VCC引腳外掛3.3V電源芯片LD1117525；Flash存儲器SST39LF160映射在嵌入式微控制器S3C2410的Bank0區(qū)域內(nèi)，SDRAM存儲芯片IS42S16400的地址映射在嵌入式微控制器S3C2410的Bank6內(nèi)；A/D轉(zhuǎn)換器AC1568通過USB/串口轉(zhuǎn)換器連接到嵌入式微控制器S3C2410的USB接口；集成化數(shù)字/模擬濾波電路通過40PIN插槽連接A/D轉(zhuǎn)換器AC1568；集成化數(shù)字/模擬濾波電路通過數(shù)據(jù)線連接流量、液位傳感器，嵌入式微控制器S3C2410通過雙絞線連接PLC，PLC控制整個系統(tǒng)的正常工作，將各個采樣點的采樣數(shù)據(jù)進行處理完成整個污水處理的加料控制，保證處理過程的正常進行。采樣裝置內(nèi)部由嵌入式微控制器控制，完成對濁度、液位等信號的采集、濾波處理。整個裝置的高速高效、智能和實時性，充分保證了污水處理過程的穩(wěn)定進行。
系統(tǒng)運行過程在本應用實例當中，現(xiàn)場的流量計和液位計采集的6路流量、6路液位模擬信號通過數(shù)據(jù)采集裝置的標準接口送入裝置內(nèi)部的集成化數(shù)字/模擬信號濾波電路6，進行阻容濾波，濾掉干擾信號，再通過A/D板AC1568，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，WT-OT2在線濁度儀反饋處理后的水池的濁度信號，多路信號通過數(shù)據(jù)總線送入嵌入式微處理器1進行數(shù)據(jù)打包，利用網(wǎng)卡通過網(wǎng)線上傳到主控機PLC當中，由主控機PLC進行處理，主控機利用軟件分析反饋的濁度信號，根據(jù)需要進行加料溶液的流量增減，完成加料控制。同時，主控機根據(jù)現(xiàn)場采樣的液位信號保證加料溶液的充足和處理水池的液位。采樣裝置中的GPS完成采樣裝置的系統(tǒng)校時，保證采樣的同時性，從而確保處理過程的高精度和可靠性。
采樣裝置還可以連接鍵盤、顯示器等輸入輸出設備，進行程序的調(diào)試和修改，存儲在存儲介質(zhì)當中，存儲介質(zhì)中還存儲操作系統(tǒng)、開發(fā)工具系統(tǒng)、網(wǎng)絡通信協(xié)議等內(nèi)容，裝置可根據(jù)通信的實際需要，更改通信的網(wǎng)絡協(xié)議。
實施例3本發(fā)明應用于糧庫溫度濕度監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集裝置該系統(tǒng)采用主從式結(jié)構(gòu)，主控機負責數(shù)據(jù)的處理與系統(tǒng)的控制；本裝置應用于數(shù)據(jù)采集裝置各采樣點的數(shù)據(jù)采集和上傳。由于糧庫溫度測量的特殊性，需要多點的采樣測量。本裝置的網(wǎng)絡互聯(lián)性恰好適合于這種應用場合，裝置的高速性、網(wǎng)絡互聯(lián)性和實時性，充分保證糧庫溫度濕度監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
連接方式為嵌入式微控制器S3C2410通過XCLK引腳連接時鐘晶振芯片OSC，時鐘晶振OSC芯片的VCC引腳外掛3.3V電源芯片LD1117525；復位芯片MAX811通過nRSET引腳連接到嵌入式微控制器S3C2410，并將VCC引腳外掛3.3V電源芯片LD1117525；Flash存儲器SST39LF160映射在嵌入式微控制器S3C2410的Bank0區(qū)域內(nèi)，SDRAM存儲芯片IS42S16400的地址映射在嵌入式微控制器S3C2410的Bank6內(nèi)；A/D轉(zhuǎn)換器AC1568通過USB/串口轉(zhuǎn)換器連接到嵌入式微控制器S3C2410的USB接口；集成化數(shù)字/模擬濾波電路通過40PIN插槽連接A/D轉(zhuǎn)換器AC1568；集成化數(shù)字/模擬濾波電路通過數(shù)據(jù)線連接溫度、濕度傳感器，嵌入式微控制器通過IIC口連接矩陣式鍵盤；嵌入式微控制器S3C2410通過IIC接口連接LCD顯示器SMG240128A，通過UART口(串口)連接GPS接收芯片GSU-4的XDATA28和XDATA29管腳。
系統(tǒng)運行過程在本應用實例當中，每個裝置首先把采樣點的溫度、濕度傳感器采集的溫度信號、濕度信號送入內(nèi)部集成化數(shù)字/模擬信號濾波電路進行濾波處理，再通過數(shù)據(jù)采集裝置的A/D板AC1568將信號進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，各采樣點轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號經(jīng)過數(shù)據(jù)打包通過網(wǎng)絡上傳到主控機當中，通過主控機的軟件進行分析、處理，完成整個系統(tǒng)的監(jiān)控。采樣裝置中的GPS可以保證各個采樣點的采集同步，從而保證采集數(shù)據(jù)的準確性和下一步監(jiān)控動作的正確性。
系統(tǒng)可連接鍵盤、顯示器等輸入輸出設備進行系統(tǒng)程序的修改和調(diào)試，系統(tǒng)中的存儲介質(zhì)可以存儲操作系統(tǒng)、開發(fā)工具系統(tǒng)、網(wǎng)絡通信協(xié)議等，本發(fā)明的網(wǎng)絡通用性在很大程度上表現(xiàn)出其優(yōu)勢，其通信協(xié)議的修改和加載功能非常好的滿足了實際當中對于網(wǎng)絡方面的要求，充分的顯示了裝置于本例當中的優(yōu)勢。
權(quán)利要求
1.一種分布式網(wǎng)絡化數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于基于嵌入式Linux開發(fā)平臺、以ARM920T為內(nèi)核的ARM9CPU作為中央處理器，采用多個數(shù)據(jù)采集裝置與主控機組成系統(tǒng)，主控機實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的動態(tài)顯示和多個采集裝置的協(xié)調(diào)控制，數(shù)據(jù)采集裝置通過傳輸介質(zhì)與主控機或其它設備相連，采用分布式數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡，多卡組網(wǎng)操作，用集線器組網(wǎng)，采用若干根雙絞線或光纖連接各個分布點的數(shù)據(jù)采集裝置，每臺數(shù)據(jù)采集裝置連接多路不同類型的傳感器，傳感器采集各種不同類型的連續(xù)信號，整個裝置在主控機的控制下，實現(xiàn)多個數(shù)據(jù)采集裝置同時工作的多點數(shù)據(jù)采集。
2.如權(quán)利要求1所述的分布式網(wǎng)絡化數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于所述數(shù)據(jù)采集裝置包括基于ARM9內(nèi)核的嵌入式微控制器1，基于ARM9內(nèi)核的ARM芯片內(nèi)部的串行口2，GPS接收芯片9，復位芯片10，時鐘芯片11，ARM芯片內(nèi)部的IIC接口12，電源芯片13，F(xiàn)lash芯片14，SDRAM芯片21，LCD顯示器15，小型鍵盤16，，以太網(wǎng)控制器20，芯片內(nèi)部USB接口18，USB/串口轉(zhuǎn)換器19，高性能A/D轉(zhuǎn)換器3，集成化數(shù)字/模擬信號濾波電路6，ARM芯片內(nèi)部的計數(shù)器7，嵌入式操作系統(tǒng)調(diào)試接口電路JTAG接口8；其連接是嵌入式微控制器S3C2410通過XCLK引腳連接時鐘晶振芯片OSC，時鐘晶振芯片OSC的VCC引腳外掛3.3V電源芯片LD1117525；復位芯片MAX811通過nRSET引腳連接到嵌入式微控制器S3C2410，并將VCC引腳外掛3.3V電源芯片LD1117525；Flash存儲器SST39LF160映射在嵌入式微控制器S3C2410的Bank0區(qū)域內(nèi)，并將嵌入式微控制器S3C2410的地址線“左移”一位，即嵌入式微控制器S3C2410的ADDR1連接Flash存儲器SST39LF160的A0，SDRAM存儲芯片IS42S16400的地址映射在嵌入式微控制器S3C2410的Bank6內(nèi)；A/D轉(zhuǎn)換器AC1568通過USB/串口轉(zhuǎn)換器連接到嵌入式微控制器S3C2410的USB接口；集成化數(shù)字/模擬濾波電路通過40PIN插槽連接A/D轉(zhuǎn)換器AC1568；集成化數(shù)字/模擬濾波電路通過數(shù)據(jù)線連接不同種類的傳感器，處理各種連續(xù)或離散信號；嵌入式微控制器S3C2410通過IIC口連接矩陣式鍵盤；嵌入式微控制器S3C2410通過IIC接口連接LCD顯示器SMG240128A，通過UART口(串口2)連接GPS接收芯片GSU-4的XDATA28和XDATA29管腳，集成化數(shù)字/模擬信號濾波電路送出的方波信號通過ARM芯片的EINT引腳線連接到ARM芯片內(nèi)部的外部中斷源，實現(xiàn)對數(shù)字信號的計數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的分布式網(wǎng)絡化數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于應用于油田輸油管道泄漏故障診斷與定位系統(tǒng)時，其電路連接是嵌入式微控制器S3C2410通過XCLK引腳連接時鐘晶振芯片OSC，時鐘晶振芯片OSC的VCC引腳外掛3.3V電源芯片LD1117525；復位芯片MAX811通過nRSET引腳連接到嵌入式微控制器S3C2410，并將VCC引腳外掛3.3V電源芯片LD1117525；Flash存儲器SST39LF160映射在嵌入式微控制器S3C2410的Bank0區(qū)域內(nèi)，SDRAM存儲芯片IS42S16400的地址映射在嵌入式微控制器S3C2410的Bank6內(nèi)；A/D轉(zhuǎn)換器AC1568通過USB/串口轉(zhuǎn)換器連接到嵌入式微控制器S3C2410的USB接口；集成化數(shù)字/模擬濾波電路通過40PIN插槽連接A/D轉(zhuǎn)換器AC1568；集成化數(shù)字/模擬濾波電路通過數(shù)據(jù)線連接壓力、溫度傳感器，處理采集的壓力、溫度信號；采集流量信號的流量傳感器送出的方波信號連接到微控制器S3C2410的EINT端口；嵌入式微控制器S3C2410通過IIC口連接矩陣式鍵盤；通過UART口(串口2)連接GPS接收芯片GSU-4的XDATA28和XDATA29管腳，嵌入式微控制器控制整個采樣裝置的工作狀態(tài)，嵌入式微控制器通過串行接口與GPS接收系統(tǒng)相連，嵌入式微控制器通過網(wǎng)卡與其它裝置實現(xiàn)通信。
4.如權(quán)利要求1所述的分布式網(wǎng)絡化數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于應用于污水處理加料控制與濁度監(jiān)控時，其電路連接是嵌入式微控制器S3C2410通過XCLK引腳連接時鐘晶振芯片OSC，時鐘晶振芯片OSC的VCC引腳外掛3.3V電源芯片LD1117525；復位芯片MAX811通過nRSET引腳連接到嵌入式微控制器S3C2410，并將VCC引腳外掛3.3V電源芯片LD1117525；Flash存儲器SST39LF160映射在嵌入式微控制器S3C2410的Bank0區(qū)域內(nèi)，SDRAM存儲芯片IS42S16400的地址映射在嵌入式微控制器S3C2410的Bank6內(nèi)；A/D轉(zhuǎn)換器AC1568通過USB/串口轉(zhuǎn)換器連接到嵌入式微控制器S3C2410的USB接口；集成化數(shù)字/模擬濾波電路通過40PIN插槽連接A/D轉(zhuǎn)換器AC1568；集成化數(shù)字/模擬濾波電路通過數(shù)據(jù)線連接流量、液位傳感器，嵌入式微控制器S3C2410通過雙絞線連接PLC，PLC控制整個系統(tǒng)的正常工作，將各個采樣點的采樣數(shù)據(jù)進行處理完成整個污水處理的加料控制，保證處理過程的正常進行，采樣裝置內(nèi)部由嵌入式微控制器控制，完成對濁度、液位等信號的采集、濾波處理，整個裝置的高速高效、智能和實時性，充分保證了污水處理過程的穩(wěn)定進行。
5.如權(quán)利要求1所述的分布式網(wǎng)絡化數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于應用于大型的糧庫溫度濕度監(jiān)控系統(tǒng)中，其電路連接是嵌入式微控制器S3C2410通過XCLK引腳連接時鐘晶振芯片OSC，時鐘晶振芯片OSC的VCC引腳外掛3.3V電源芯片LD1117525；復位芯片MAX811通過nRSET引腳連接到嵌入式微控制器S3C2410，并將VCC引腳外掛3.3V電源芯片LD1117525；Flash存儲器SST39LF160映射在嵌入式微控制器S3C2410的Bank0區(qū)域內(nèi)，SDRAM存儲芯片IS42S16400的地址映射在嵌入式微控制器S3C2410的Bank6內(nèi)；A/D轉(zhuǎn)換器AC1568通過USB/串口轉(zhuǎn)換器連接到嵌入式微控制器S3C2410的USB接口；集成化數(shù)字/模擬濾波電路通過40PIN插槽連接A/D轉(zhuǎn)換器AC1568；集成化數(shù)字/模擬濾波電路通過數(shù)據(jù)線連接溫度、濕度傳感器，嵌入式微控制器通過IIC口連接矩陣式鍵盤；嵌入式微控制器S3C2410通過IIC接口連接LCD顯示器SMG240128A，通過UART口(串口)連接GPS接收芯片GSU-4的XDATA28和XDATA29管腳。
6.權(quán)利要求1所述的分布式網(wǎng)絡化數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于其采集數(shù)據(jù)的過程包括以下步驟步驟一、開始；步驟二、讀取裝置的配置文件INI；步驟三、定義程序的出口地址；步驟四、設置異常向量，設置中斷向量地址，開中斷；步驟五、初始化存貯系統(tǒng)，為采樣數(shù)據(jù)分配內(nèi)存；步驟六、網(wǎng)絡協(xié)議初始化及配置；步驟七、初始化I/O設備及看門狗電路；步驟八、啟動看門狗，讀取GPS校正系統(tǒng)時間；步驟九、設置采樣間隔及使能采樣通道；步驟十、等待中斷；步驟十一、若為采集連續(xù)信號中斷，則進行連續(xù)信號采集操作；若為采集離散信號中斷，則進行離散信號采集操作；若為看門狗中斷，則重新啟動采樣，回到步驟二；若為GPS中斷，則校時重新設置時間，回到步驟二；若無中斷，則回到步驟十；步驟十二、將采集的數(shù)據(jù)信號進行軟件濾波；步驟十三、數(shù)據(jù)打包，發(fā)送數(shù)據(jù)報文并發(fā)送數(shù)據(jù)到下位機LCD；步驟十四、回到步驟十，繼續(xù)等待。
7.權(quán)利要求6所述的采集數(shù)據(jù)的過程，其特征在于步驟十二中的軟件濾波包括以下步驟；步驟一開始；步驟二產(chǎn)生估值信號，即濾波后信號Y(n)；步驟三計算濾波前后差值信號X(n)-Y(n)＝e(n)；步驟四利用差值信號修正估值信號；步驟五輸出濾波后采樣信號Y(n)。
全文摘要
一種分布式網(wǎng)絡化數(shù)據(jù)采集裝置，基于嵌入式Linux開發(fā)平臺、以ARM920T為內(nèi)核的ARM9CPU作為中央處理器，采用多個數(shù)據(jù)采集裝置與主控機組成系統(tǒng)，主控機實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的動態(tài)顯示和多個采集裝置的協(xié)調(diào)控制，數(shù)據(jù)采集裝置通過傳輸介質(zhì)與主控機或其它設備相連，采用分布式數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡，多卡組網(wǎng)操作，用集線器組網(wǎng)，采用若干根雙絞線連接各個分布點的數(shù)據(jù)采集裝置，每臺數(shù)據(jù)采集裝置連接多路不同類型的傳感器，傳感器采集各種不同類型的連續(xù)信號，整個裝置在主控機的各種控制下，實現(xiàn)多個數(shù)據(jù)采集裝置同時工作的多點數(shù)據(jù)采集。本發(fā)明裝置實現(xiàn)多點實時高速數(shù)據(jù)采集，采集的數(shù)據(jù)更加準確，精度更高，適合各種場合，各種協(xié)議下的網(wǎng)絡通信，具有良好的可擴充性。
文檔編號G08C23/06GK1804921SQ200610045690
公開日2006年7月19日 申請日期2006年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月20日
發(fā)明者張化光, 馮健, 楊東升, 孫秋野, 宋崇輝, 劉金海, 劉秀翀, 王智良, 孫凱, 任河 申請人:東北大學