一种分布式数据同步采集装置及方法
【专利摘要】本发明涉及数据采集技术，具体是一种分布式数据同步采集装置及方法。本发明解决了现有数据采集装置无法实现分布式数据同步采集的问题。一种分布式数据同步采集装置，包括上位机、总控制单元、RS485总线、分布式数据采集单元；所述总控制单元包括一个FPGA、一个FLASH存储器、一个电源转换器、一个RS485接口；所述分布式数据采集单元的数目为n个；每个分布式数据采集单元均包括一个CPLD、一个A/D转换器、一个电源转换器、一个RS485接口。本发明适用于各种工业生产和科学研究领域。
【专利说明】一种分布式数据同步采集装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及数据采集技术，具体是一种分布式数据同步采集装置及方法。
【背景技术】
[0002]在生产实践过程中，为了得到需要的数据，通常需要将一些由传感器输出的模拟信号转换成数字信号，再通过计算机或者处理系统进行相应的数据处理，最终得到实际的处理后的数据信息，这种过程即被称为数据采集。随着工业技术的不断发展，数据采集装置具有越来越广泛的应用前景。在工业生产过程中，受产品质量、生产成本等多方面因素的影响，通常需要对工业生产现场的一些参数进行实时监控，数据采集装置便是解决这一问题的有效手段。在科学研宄过程中，应用数据采集装置可获得被测对象的瞬时动态信息，是研宄瞬间物理过程的有力工具，也是获取科学奥秘的重要手段之一。数据采集装置在各个领域被广泛应用，已渗透到了工业现场、地震勘测、医疗机械、电子通信、航空航天等各个领域，为人类更好地获取各种有效信息提供了便利条件。然而，传统的数据采集装置由于自身结构和原理所限，普遍无法实现分布式数据同步采集(分布式数据同步采集是指在较大的范围内同步采集多个待测点或大面积的数据)，由此导致其适用范围较小。为此有必要发明一种全新的数据采集装置，以解决现有数据采集装置无法实现分布式数据同步采集的问题。
【发明内容】
[0003]本发明为了解决现有数据采集装置无法实现分布式数据同步采集的问题，提供了一种分布式数据同步采集装置及方法。
[0004]本发明是采用如下技术方案实现的:一种分布式数据同步采集装置，包括上位机、总控制单元、RS485总线、分布式数据采集单元；
所述总控制单元包括一个FPGA、一个FLASH存储器、一个电源转换器、一个RS485接
P ;
所述分布式数据采集单元的数目为η个；每个分布式数据采集单元均包括一个CPLD、一个A/D转换器、一个电源转换器、一个RS485接口 ；
其中，FPGA的输出端与上位机的输入端连接；FLASH存储器与FPGA双向连接；总控制单元的电源转换器的输出端与FPGA的输入端连接；总控制单元的RS485接口与FPGA双向连接；nfA/D转换器与η个CPLD—一对应双向连接；η个分布式数据采集单元的电源转换器的输出端与η个CPLD的输入端一一对应双向连接；η个分布式数据采集单元的RS485接口与η个CPLD——对应双向连接；η个分布式数据采集单元的RS485接口与总控制单元的RS485接口通过RS485总线双向连接；η为正整数。
[0005]一种分布式数据同步采集方法(该方法在本发明所述的一种分布式数据同步采集装置中实现)，该方法是采用如下步骤实现的:
(I)FPGA对η个CPLD进行编址，并通过RS485总线向η个CPLD同步发送数据采集命令；nfCPLD根据接收到的数据采集命令同步控制η个A/D转换器进行启动；nfA/D转换器开始对η个待测点同步进行数据采集，并将采集到的数据同步发送至η个CPLD ;η个CPLD根据接收到的数据同步判断η个A/D转换器是否采集完毕；
(2)待η个A/D转换器均采集完毕后，FPGA通过RS485总线向η个CPLD同步发送选址命令；η个CPLD根据接收到的选址命令同步进行地址匹配；地址匹配成功的CPLD将接收到的数据通过RS485总线发送至FPGA ； FPGA将接收到的数据同步发送至FLASH存储器和上位机；FLASH存储器对接收到的数据进行存储；上位机对接收到的数据进行显示。
[0006]本发明所述的一种分布式数据同步采集装置及方法基于全新的结构和原理，实现了在较大的范围内同步采集多个待测点或大面积的数据，由此实现了分布式数据同步采集，从而有效扩大了适用范围。
[0007]本发明有效解决了现有数据采集装置无法实现分布式数据同步采集的问题，其具有系统配置简单、性能稳定、可靠性强、易于扩充待测点数等优点，适用于各种工业生产和科学研宄领域。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是本发明的一种分布式数据同步采集装置的第一种结构示意图。
[0009]图2是本发明的一种分布式数据同步采集装置的第二种结构示意图。
【具体实施方式】
[0010]实施例一
一种分布式数据同步采集装置，包括上位机、总控制单元、RS485总线、分布式数据采集单元;
所述总控制单元包括一个FPGA、一个FLASH存储器、一个电源转换器、一个RS485接
P ;
所述分布式数据采集单元的数目为η个；每个分布式数据采集单元均包括一个CPLD、一个A/D转换器、一个电源转换器、一个RS485接口 ；
其中，FPGA的输出端与上位机的输入端连接；FLASH存储器与FPGA双向连接；总控制单元的电源转换器的输出端与FPGA的输入端连接；总控制单元的RS485接口与FPGA双向连接；nfA/D转换器与η个CPLD—一对应双向连接；η个分布式数据采集单元的电源转换器的输出端与η个CPLD的输入端一一对应双向连接；η个分布式数据采集单元的RS485接口与η个CPLD——对应双向连接；η个分布式数据采集单元的RS485接口与总控制单元的RS485接口通过RS485总线双向连接；η为正整数。
[0011]在本实施例中，如图1所示，η个分布式数据采集单元的RS485接口与总控制单元的RS485接口通过RS485总线双向连接构成菊花链式拓扑结构。
[0012]一种分布式数据同步采集方法(该方法在本发明所述的一种分布式数据同步采集装置中实现)，该方法是采用如下步骤实现的:
(I)FPGA对η个CPLD进行编址，并通过RS485总线向η个CPLD同步发送数据采集命令；nfCPLD根据接收到的数据采集命令同步控制η个A/D转换器进行启动；nfA/D转换器开始对η个待测点同步进行数据采集，并将采集到的数据同步发送至η个CPLD ;η个CPLD根据接收到的数据同步判断η个A/D转换器是否采集完毕；
(2)待η个A/D转换器均采集完毕后，FPGA通过RS485总线向η个CPLD同步发送选址命令；η个CPLD根据接收到的选址命令同步进行地址匹配；地址匹配成功的CPLD将接收到的数据通过RS485总线发送至FPGA ； FPGA将接收到的数据同步发送至FLASH存储器和上位机；FLASH存储器对接收到的数据进行存储；上位机对接收到的数据进行显示。
[0013]具体实施时，η个分布式数据采集单元的RS485接口、总控制单元的RS485接口均采用全双工接口或者均采用半双工接口。所述步骤(2)中，待η个A/D转换器均采集完毕后，FPGA也可以通过设置采样频率，实现对η个CPLD接收到的数据进行同步采集循环存储。
[0014]实施例二
一种分布式数据同步采集装置，包括上位机、总控制单元、RS485总线、分布式数据采集单元;
所述总控制单元包括一个FPGA、一个FLASH存储器、一个电源转换器、一个RS485接
P ;
所述分布式数据采集单元的数目为η个；每个分布式数据采集单元均包括一个CPLD、一个A/D转换器、一个电源转换器、一个RS485接口 ；
其中，FPGA的输出端与上位机的输入端连接；FLASH存储器与FPGA双向连接；总控制单元的电源转换器的输出端与FPGA的输入端连接；总控制单元的RS485接口与FPGA双向连接；nfA/D转换器与η个CPLD—一对应双向连接；η个分布式数据采集单元的电源转换器的输出端与η个CPLD的输入端一一对应双向连接；η个分布式数据采集单元的RS485接口与η个CPLD——对应双向连接；η个分布式数据采集单元的RS485接口与总控制单元的RS485接口通过RS485总线双向连接；η为正整数。
[0015]在本实施例中，如图2所示，η个分布式数据采集单元的RS485接口与总控制单元的RS485接口通过RS485总线双向连接构成星型拓扑结构。
[0016]一种分布式数据同步采集方法(该方法在本发明所述的一种分布式数据同步采集装置中实现)，该方法是采用如下步骤实现的:
(1)FPGA对η个CPLD进行编址，并通过RS485总线向η个CPLD同步发送数据采集命令；nfCPLD根据接收到的数据采集命令同步控制η个A/D转换器进行启动；nfA/D转换器开始对η个待测点同步进行数据采集，并将采集到的数据同步发送至η个CPLD ;η个CPLD根据接收到的数据同步判断η个A/D转换器是否采集完毕；
(2)待η个A/D转换器均采集完毕后，FPGA通过RS485总线向η个CPLD同步发送选址命令；η个CPLD根据接收到的选址命令同步进行地址匹配；地址匹配成功的CPLD将接收到的数据通过RS485总线发送至FPGA ； FPGA将接收到的数据同步发送至FLASH存储器和上位机；FLASH存储器对接收到的数据进行存储；上位机对接收到的数据进行显示。
[0017]具体实施时，η个分布式数据采集单元的RS485接口、总控制单元的RS485接口均采用全双工接口或者均采用半双工接口。所述步骤(2)中，待η个A/D转换器均采集完毕后，FPGA也可以通过设置采样频率，实现对η个CPLD接收到的数据进行同步采集循环存储。
【权利要求】
1.一种分布式数据同步采集装置，其特征在于:包括上位机、总控制单元、RS485总线、分布式数据采集单元； 所述总控制单元包括一个FPGA、一个FLASH存储器、一个电源转换器、一个RS485接P ; 所述分布式数据采集单元的数目为η个；每个分布式数据采集单元均包括一个CPLD、一个A/D转换器、一个电源转换器、一个RS485接口 ； 其中，FPGA的输出端与上位机的输入端连接；FLASH存储器与FPGA双向连接；总控制单元的电源转换器的输出端与FPGA的输入端连接；总控制单元的RS485接口与FPGA双向连接；nfA/D转换器与η个CPLD—一对应双向连接；η个分布式数据采集单元的电源转换器的输出端与η个CPLD的输入端一一对应双向连接；η个分布式数据采集单元的RS485接口与η个CPLD——对应双向连接；η个分布式数据采集单元的RS485接口与总控制单元的RS485接口通过RS485总线双向连接；η为正整数。
2.根据权利要求1所述的一种分布式数据同步采集装置，其特征在于:η个分布式数据采集单元的RS485接口与总控制单元的RS485接口通过RS485总线双向连接构成菊花链式拓扑结构。
3.根据权利要求1所述的一种分布式数据同步采集装置，其特征在于:η个分布式数据采集单元的RS485接口与总控制单元的RS485接口通过RS485总线双向连接构成星型拓扑结构。
4.一种分布式数据同步采集方法，该方法在如权利要求1所述的一种分布式数据同步采集装置中实现，其特征在于:该方法是采用如下步骤实现的: (1)FPGA对η个CPLD进行编址，并通过RS485总线向η个CPLD同步发送数据采集命令；nfCPLD根据接收到的数据采集命令同步控制η个A/D转换器进行启动；nfA/D转换器开始对η个待测点同步进行数据采集，并将采集到的数据同步发送至η个CPLD ;η个CPLD根据接收到的数据同步判断η个A/D转换器是否采集完毕； (2)待η个A/D转换器均采集完毕后，FPGA通过RS485总线向η个CPLD同步发送选址命令；η个CPLD根据接收到的选址命令同步进行地址匹配；地址匹配成功的CPLD将接收到的数据通过RS485总线发送至FPGA ； FPGA将接收到的数据同步发送至FLASH存储器和上位机；FLASH存储器对接收到的数据进行存储；上位机对接收到的数据进行显示。
【文档编号】G08C19/00GK104464254SQ201410739316
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年12月8日 优先权日:2014年12月8日
【发明者】马游春, 李锦明, 张文栋, 熊继军, 刘俊, 谭秋林, 丁宁, 李鹏, 韩帅, 王悦凯 申请人:中北大学