本發(fā)明涉及光束線站控制，具體涉及一種光束線站同步數(shù)據(jù)采集裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、隨著同步輻射光源的質(zhì)量越來越高，為更好地探索物質(zhì)，各類實(shí)驗(yàn)方法對(duì)高精度同步、高效率的數(shù)據(jù)采集需求不斷增加，尤其是對(duì)多模態(tài)的探測實(shí)驗(yàn)，各探測器、能量掃描裝置之間的同步尤為關(guān)鍵。

2、現(xiàn)有的光束線站數(shù)據(jù)采集同步技術(shù)均基于硬件同步，涉及到各探測設(shè)備之間的硬線連接，然而在同步輻射的環(huán)境中，較差的電磁環(huán)境不可以避免會(huì)有出現(xiàn)誤觸發(fā)，導(dǎo)致設(shè)備之間的同步出現(xiàn)故障。為此，本發(fā)明提出了一種光束線站同步數(shù)據(jù)采集裝置及方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于：如何解決光束線站中多設(shè)備同步效率低、同步信號(hào)線易受干擾等問題，提供了一種光束線站同步數(shù)據(jù)采集裝置，將步掃、飛掃等實(shí)驗(yàn)所控實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)過程都抽象整合到軟件框架中，實(shí)現(xiàn)譜學(xué)、成像以及衍射實(shí)驗(yàn)流程控制和數(shù)據(jù)采集統(tǒng)一架構(gòu)。

2、本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題的，本發(fā)明包括設(shè)備控制層和應(yīng)用層；

3、所述設(shè)備控制層包括多只采集機(jī)箱、一臺(tái)上位機(jī)、一臺(tái)授時(shí)單元，多只所述采集機(jī)箱分別連接至上位機(jī)，授時(shí)單元分別與各采集機(jī)箱中的定時(shí)模塊連接；

4、所述應(yīng)用層包括設(shè)備抽象模塊、過程抽象模塊、隊(duì)列服務(wù)器模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊和數(shù)據(jù)可視化模塊；所述設(shè)備抽象模塊用于將實(shí)驗(yàn)設(shè)備的epics過程變量信息抽象為python對(duì)象，多個(gè)python對(duì)象信號(hào)形成設(shè)備，作為一個(gè)單元進(jìn)行配置和使用，為信號(hào)和設(shè)備分配名稱后，存入實(shí)驗(yàn)元數(shù)據(jù)中；所述過程抽象模塊用于將實(shí)驗(yàn)過程抽象為計(jì)劃；所述隊(duì)列服務(wù)器模塊用于供用戶創(chuàng)建和管理計(jì)劃隊(duì)列以及計(jì)劃執(zhí)行環(huán)境，按計(jì)劃隊(duì)列中的實(shí)驗(yàn)隊(duì)列順序自主執(zhí)行計(jì)劃；所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊用于運(yùn)行開始文檔中提取實(shí)驗(yàn)元數(shù)據(jù)，并緩存實(shí)驗(yàn)整個(gè)過程的事件文檔，即得到實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)，然后運(yùn)行結(jié)束文檔觸發(fā)數(shù)據(jù)導(dǎo)出與存儲(chǔ)功能；所述數(shù)據(jù)可視化模塊用于對(duì)隊(duì)列服務(wù)器模塊的運(yùn)行引擎環(huán)境進(jìn)行管理、對(duì)計(jì)劃隊(duì)列進(jìn)行管理、對(duì)epics過程變量信息進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控，并對(duì)數(shù)據(jù)曲線實(shí)時(shí)顯示；

5、所述設(shè)備控制層為基于epics的分布式體系結(jié)構(gòu)，采用以太網(wǎng)作為輸入/輸出控制器ioc與所控實(shí)驗(yàn)設(shè)備間的通信手段，根據(jù)epics提供的channel?access網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，按client/server模式進(jìn)行上位機(jī)和采集機(jī)箱內(nèi)的計(jì)算機(jī)模塊之間的通信，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備參數(shù)的控制和探測器實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的傳輸。

6、更進(jìn)一步地，輸入/輸出控制器ioc應(yīng)用包括探測器ioc應(yīng)用、電機(jī)ioc應(yīng)用和能量/波長-位置轉(zhuǎn)換ioc應(yīng)用。

7、更進(jìn)一步地，所述采集機(jī)箱內(nèi)設(shè)置有電源模塊、計(jì)算機(jī)模塊、定時(shí)模塊、數(shù)據(jù)采集模塊與接口模塊，所述電源模塊、計(jì)算機(jī)模塊、定時(shí)模塊、數(shù)據(jù)采集模塊與接口模塊均通過vpx插槽方式設(shè)置在3u機(jī)箱背板上，并通過背板總線互連。

8、更進(jìn)一步地，所述接口模塊包括第一電壓轉(zhuǎn)換電路、srio交換器、第一fpga控制器與第一flash存儲(chǔ)器；所述srio交換器、第一flash存儲(chǔ)器均與第一fpga控制器連接，所述第一電壓轉(zhuǎn)換電路用于為srio交換器、第一fpga控制器與第一flash存儲(chǔ)器供電。

9、更進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括第二電壓轉(zhuǎn)換電路、第二fpga控制器、第二flash存儲(chǔ)器、a/d轉(zhuǎn)換電路與脈沖采集單元；所述第二flash存儲(chǔ)器、a/d轉(zhuǎn)換電路均與第二fpga控制器連接，所述脈沖采集單元對(duì)外提供一個(gè)db15的公頭和一個(gè)db15的母頭，用于對(duì)外輸入、輸出5v?ttl信號(hào)，所述a/d轉(zhuǎn)換電路安裝在所述數(shù)據(jù)采集模塊上提供4路sma的輸入，所述第二電壓轉(zhuǎn)換電路用于為第二fpga控制器、第二flash存儲(chǔ)器、a/d轉(zhuǎn)換電路與脈沖采集單元供電。

10、更進(jìn)一步地，所述定時(shí)模塊包括第三電壓轉(zhuǎn)換電路、sfp光模塊、第三fpga控制器與第三flash存儲(chǔ)器；所述第三flash存儲(chǔ)器、sfp光模塊均與所述fpga控制器連接，所述第三電壓轉(zhuǎn)換電路用于為sfp光模塊、第三fpga控制器與第三flash存儲(chǔ)器供電。

11、更進(jìn)一步地，在所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中，實(shí)驗(yàn)元數(shù)據(jù)導(dǎo)出為json格式，實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)導(dǎo)出為hdf5和csv格式。

12、本發(fā)明還提供了一種光束線站同步數(shù)據(jù)采集方法，用于利用上述的光束線站同步數(shù)據(jù)采集裝置實(shí)現(xiàn)光束線站數(shù)據(jù)采集同步工作，包括以下步驟：

13、步驟s1：上電及對(duì)時(shí)

14、將各采集機(jī)箱的電源模塊上電，計(jì)算機(jī)模塊自檢后通過啟動(dòng)epics?ioc用來接收上位機(jī)的控制指令；定時(shí)模塊上電后跟授時(shí)單元進(jìn)行通信完成對(duì)時(shí)；

15、步驟s2：采集參數(shù)初始化

16、上位機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)下發(fā)采集控制參數(shù)到各個(gè)采集機(jī)箱中的計(jì)算機(jī)模塊，然后通過計(jì)算機(jī)模塊通過pcie總線發(fā)送至接口模塊后，再用srio交換器轉(zhuǎn)發(fā)給數(shù)據(jù)采集模塊中的fpga控制器，完成采集參數(shù)的初始化；

17、步驟s3：運(yùn)行環(huán)境準(zhǔn)備

18、準(zhǔn)備上位機(jī)epics運(yùn)行環(huán)境，包括探測器ioc應(yīng)用、電機(jī)ioc應(yīng)用和能量/波長-位置轉(zhuǎn)換ioc應(yīng)用，在epics架構(gòu)下對(duì)光束線站實(shí)驗(yàn)所需探測器和電機(jī)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控；

19、步驟s4：運(yùn)行引擎管理服務(wù)啟動(dòng)

20、配置隊(duì)列服務(wù)器模塊運(yùn)行引擎啟動(dòng)腳本，啟動(dòng)運(yùn)行引擎管理服務(wù)；

21、步驟s5：用戶認(rèn)證

22、實(shí)驗(yàn)時(shí)用戶輸入卡號(hào)與姓名進(jìn)行身份認(rèn)證，通過卡號(hào)從用戶管理系統(tǒng)獲取用戶及實(shí)驗(yàn)提案信息，向?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)發(fā)送元數(shù)據(jù)請(qǐng)求，構(gòu)建用戶信息和角色；

23、步驟s6：數(shù)據(jù)可視化模塊執(zhí)行實(shí)驗(yàn)流程

24、通過用戶界面向隊(duì)列服務(wù)器模塊提交實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，各采集模塊開始工作，將采集的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和時(shí)間戳進(jìn)行打包，打包后的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)由一條數(shù)據(jù)流分支經(jīng)過抽取后通過zeromq發(fā)布到數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示回調(diào)函數(shù)，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示回調(diào)函數(shù)從中獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)觸發(fā)繪圖和進(jìn)度條刷新；另外一條數(shù)據(jù)流分支將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中的實(shí)驗(yàn)原始數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)緩存，運(yùn)行結(jié)束文檔觸發(fā)數(shù)據(jù)導(dǎo)出與存儲(chǔ)功能。

25、更進(jìn)一步地，在所述步驟s3中，根據(jù)能量/波長-位置對(duì)應(yīng)關(guān)系提供epics過程變量轉(zhuǎn)換，為能量/波長過程變量賦值時(shí)直接轉(zhuǎn)換為設(shè)定對(duì)應(yīng)電機(jī)位置過程變量，讀取電機(jī)位置過程變量時(shí)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)能量/波長過程變量。

26、更進(jìn)一步地，在所述步驟s4中，運(yùn)行引擎管理服務(wù)啟動(dòng)時(shí)加載設(shè)備抽象模塊提供的python對(duì)象信號(hào)和設(shè)備以及過程抽象模塊提供的計(jì)劃。

27、本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

28、1、解決光束線站中多設(shè)備同步效率低、同步信號(hào)線易受干擾等問題，避免在同步輻射較差的電磁環(huán)境中，出現(xiàn)誤觸發(fā)導(dǎo)致設(shè)備之間的同步出現(xiàn)故障；并且采集機(jī)箱采用模塊化設(shè)計(jì)，通用性強(qiáng)，易拓展。

29、2、對(duì)光束線站設(shè)備和實(shí)驗(yàn)過程統(tǒng)一抽象封裝，使同一套軟件框架在所有實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ胶头椒▽W(xué)通用，實(shí)現(xiàn)譜學(xué)、成像以及衍射實(shí)驗(yàn)流程控制統(tǒng)一架構(gòu)；可按隊(duì)列順序自主執(zhí)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)流程自動(dòng)化，提高數(shù)據(jù)采集效率。

30、3、實(shí)驗(yàn)元數(shù)據(jù)和原始數(shù)據(jù)分別形成標(biāo)準(zhǔn)的json、csv和hdf5格式存儲(chǔ)；在實(shí)驗(yàn)元數(shù)據(jù)中記錄詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)信息以及實(shí)驗(yàn)用戶等信息，不僅解釋了數(shù)據(jù)是如何產(chǎn)生的，而且能夠?yàn)橹赜谩⒆R(shí)別、追蹤和共享數(shù)據(jù)提供便利，將對(duì)下游的數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)分析起到重要作用。