專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于硬件交替技術(shù)的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集方法和系統(tǒng)，特別是涉及一種基于硬件交替技術(shù)的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
衡量計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)效率的主要參數(shù)主要包括通道采樣率(KS/S)、連續(xù)采集時(shí)長(zhǎng)(S)和數(shù)據(jù)采集精度(BIT)。目前通用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)多采用板載高速緩存方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)。采用這種方式，采集過(guò)程中數(shù)據(jù)直接保存在采集卡本身的高速緩存中，可以實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)采集過(guò)程。但是由于板載緩存容量和硬件成本的限制，使用這種方式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，如果需要進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)據(jù)采集，只能以損失通道采樣速度為代價(jià)。因此，其應(yīng)用也受到了很大的限制。
利用多采集模塊進(jìn)行交替式數(shù)據(jù)采集是解決長(zhǎng)時(shí)間實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集的一種通用的方法?！癱yclic processing”這個(gè)概念最早是由在日本的Eriko Jotaki的研究人員于1994年提出來(lái)的，并且這種采集模式在一些核實(shí)驗(yàn)裝置如TRIAM-1M上曾經(jīng)得到過(guò)試驗(yàn)，但是這種交替式數(shù)據(jù)采集是基于計(jì)算機(jī)軟件拼接方式的數(shù)據(jù)采集，其在交替點(diǎn)處數(shù)據(jù)拼接的正確性不能得到保證。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出了一種一種基于硬件交替技術(shù)的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集方法和系統(tǒng)，目的在于解決由板載緩存容量限制所帶來(lái)的局限性和基于軟件交替方式的正確性問(wèn)題。
本發(fā)明的具體方案是一種基于硬件交替技術(shù)的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集方法，其特征在于采用兩個(gè)數(shù)據(jù)采集卡，每個(gè)數(shù)據(jù)采集卡至少有CH1、CH2、CH3三個(gè)A/D轉(zhuǎn)換通道，需要采集的每路原始信號(hào)分成兩路，分別送到兩個(gè)數(shù)據(jù)采集卡的CH1 A/D轉(zhuǎn)換通道，兩個(gè)數(shù)據(jù)采集卡的CH2 A/D轉(zhuǎn)換通道分別接不同的外部觸發(fā)信號(hào)T1和T2，另外，由外部觸發(fā)和時(shí)序系統(tǒng)產(chǎn)生的定位脈沖信號(hào)D分成兩路輸入到兩個(gè)數(shù)據(jù)采集卡的CH3 A/D轉(zhuǎn)換通道；觸發(fā)信號(hào)T1、T2交替觸發(fā)兩個(gè)采集卡，相應(yīng)的各采集卡的CH1 A/D轉(zhuǎn)換通道交替工作一個(gè)設(shè)定的采集時(shí)長(zhǎng)，并將采集數(shù)據(jù)保存到板載高速緩存，各采集卡的CH1 A/D轉(zhuǎn)換通道交替工作的相鄰的采集時(shí)長(zhǎng)有部分重合，得到的數(shù)據(jù)也有一定的重合區(qū)域Ts，所述的定位脈沖信號(hào)D具有清晰的上升沿和下降沿，其上升沿工作時(shí)段與時(shí)長(zhǎng)恰好與兩個(gè)采集卡交替工作的相鄰的采集時(shí)長(zhǎng)重合部分相同；在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行拼接的過(guò)程中，根據(jù)兩個(gè)采集卡采集到的定位脈沖信號(hào)，從而確定各采集卡在交替采集過(guò)程中的重合部分，并進(jìn)行正確的數(shù)據(jù)拼接。
一種基于硬件交替技術(shù)的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于采用兩個(gè)數(shù)據(jù)采集卡，每個(gè)數(shù)據(jù)采集卡至少有CH1、CH2、CH3三個(gè)A/D轉(zhuǎn)換通道，需要采集的每路原始信號(hào)分成兩路，分別接入到兩個(gè)數(shù)據(jù)采集卡的CH1 A/D轉(zhuǎn)換通道，兩個(gè)數(shù)據(jù)采集卡的CH2 A/D轉(zhuǎn)換通道分別接不同的外部觸發(fā)信號(hào)T1和T2；另外，由外部觸發(fā)和時(shí)序系統(tǒng)產(chǎn)生的定位脈沖信號(hào)D分成兩路接入兩個(gè)數(shù)據(jù)采集卡的CH3 A/D轉(zhuǎn)換通道。
這種基于硬件交替式的數(shù)據(jù)采集方式，采用外部獨(dú)立的觸發(fā)和時(shí)序模塊，結(jié)合采集系統(tǒng)軟件，實(shí)現(xiàn)了在不降低數(shù)據(jù)采集通道采樣率的同時(shí)，完成長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的數(shù)據(jù)采集，同時(shí)，采用基于硬件時(shí)序產(chǎn)生的定位脈沖來(lái)輔助采集系統(tǒng)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)拼接，從而保證數(shù)據(jù)拼接的正確性和完整性。


圖1為交替式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖。
圖2為交替式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)觸發(fā)和時(shí)序圖。
圖3為交替式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)拼接示意圖。
圖4為HT-7裝置上CAMAC交替式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
圖5為CAMAC交替采集系統(tǒng)典型信號(hào)波形。
具體實(shí)施例如圖1所示，需要采集的每路原始信號(hào)分成兩路，分別送到兩個(gè)采集卡的CH1通道，兩個(gè)采集卡的CH2通道分別接不同的外部觸發(fā)邏輯T1和T2。當(dāng)T1觸發(fā)時(shí)，一個(gè)CH1通道進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并將數(shù)據(jù)保存到板載高速緩存；同樣，當(dāng)T2觸發(fā)時(shí)，信號(hào)進(jìn)入另一個(gè)CH1通道進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)。兩個(gè)采集卡上的CH1 A/D通道在每次觸發(fā)到來(lái)后的采集時(shí)間長(zhǎng)度Ta由板載緩存容量和通道采樣頻率決定，并且在兩個(gè)CH1通道進(jìn)行交替觸發(fā)采集過(guò)程中，需要控制T1和T2兩個(gè)觸發(fā)信號(hào)的時(shí)序邏輯，保證兩個(gè)通道交替采集得到的數(shù)據(jù)有一定的重合區(qū)域Ts。T1和T2兩個(gè)采集觸發(fā)信號(hào)的時(shí)序由外部的觸發(fā)和時(shí)序系統(tǒng)控制，實(shí)現(xiàn)交替的觸發(fā)時(shí)序信號(hào)，從而控制不同采集模塊的兩個(gè)采集通道按照指定的邏輯進(jìn)行數(shù)據(jù)采集過(guò)程。
采用兩個(gè)模塊中的兩個(gè)不同的采集通道交替進(jìn)行同一輸入信號(hào)的數(shù)據(jù)采集，需要在采集過(guò)程中或采集結(jié)束以后將各通道在不同時(shí)間段所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接，從而恢復(fù)該信號(hào)的完整性，為了保證數(shù)據(jù)拼接的正確性和完整性，我們提出了一種新的基于硬件定位信號(hào)的數(shù)據(jù)拼接方法。在兩個(gè)采集模塊中，各抽出一個(gè)采集通道CH3共同采集來(lái)自外部觸發(fā)和時(shí)序系統(tǒng)產(chǎn)生的定位脈沖信號(hào)D，該脈沖信號(hào)具有清晰的上升沿和下降沿，方便計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行識(shí)別。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行拼接的過(guò)程中，根據(jù)兩個(gè)模塊采集到的定位脈沖信號(hào)，找到定位信號(hào)的上升沿或下降沿，從而確定各模塊在交替采集過(guò)程中的重合部分，并進(jìn)行正確的數(shù)據(jù)拼接。
根據(jù)以上設(shè)計(jì)思想，在等離子體物理研究所的HT-7托卡馬克裝置數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中進(jìn)行了硬件交替式數(shù)據(jù)采集的實(shí)際應(yīng)用。采集設(shè)備為美國(guó)Kinetic System公司研制的4022系列采集模件，該模件為12-bit采樣精度，8通道，最高采樣率可達(dá)32KS/s，采集計(jì)算機(jī)為一臺(tái)PentiumIII-866MHz/512M RAM的工控機(jī)。外部觸發(fā)和時(shí)序系統(tǒng)采用可編程邏輯器件(CPLD)開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)，其定標(biāo)精度達(dá)到0.5微秒，完全滿(mǎn)足該系統(tǒng)的精度要求。在HT-7裝置320s的放電實(shí)驗(yàn)中，交替式數(shù)據(jù)采集的采樣率設(shè)為10KHz，觸發(fā)周期為3.2s，總交替次數(shù)為100次。
HT-7裝置上的實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果證明基于硬件交替式的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)很好的解決了現(xiàn)有的基于板載緩存數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的存儲(chǔ)空間容量限制，理論上可以實(shí)現(xiàn)無(wú)限長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)采集，足一種擴(kuò)展通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的高可行性方案。
權(quán)利要求
1.一種基于硬件交替技術(shù)的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集方法，其特征在于采用兩個(gè)數(shù)據(jù)采集卡，每個(gè)數(shù)據(jù)采集卡至少有CH1、CH2、CH3三個(gè)A/D轉(zhuǎn)換通道，需要采集的每路原始信號(hào)分成兩路，分別送到兩個(gè)數(shù)據(jù)采集卡的CH1 A/D轉(zhuǎn)換通道，兩個(gè)數(shù)據(jù)采集卡的CH2 A/D轉(zhuǎn)換通道分別接不同的外部觸發(fā)信號(hào)T1和T2，另外，由外部觸發(fā)和時(shí)序系統(tǒng)產(chǎn)生的定位脈沖信號(hào)D分成兩路輸入到兩個(gè)數(shù)據(jù)采集卡的CH3 A/D轉(zhuǎn)換通道；觸發(fā)信號(hào)T1、T2交替觸發(fā)兩個(gè)采集卡，相應(yīng)的各采集卡的CH1 A/D轉(zhuǎn)換通道交替工作一個(gè)設(shè)定的采集時(shí)長(zhǎng)，并將采集數(shù)據(jù)保存到板載高速緩存，各采集卡的CH1 A/D轉(zhuǎn)換通道交替工作的相鄰的采集時(shí)長(zhǎng)有部分重合，得到的數(shù)據(jù)也有一定的重合區(qū)域Ts，所述的定位脈沖信號(hào)D具有清晰的上升沿和下降沿，其上升沿工作時(shí)段與時(shí)長(zhǎng)恰好與兩個(gè)采集卡交替工作的相鄰的采集時(shí)長(zhǎng)重合部分相同；在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行拼接的過(guò)程中，根據(jù)兩個(gè)采集卡采集到的定位脈沖信號(hào)，從而確定各采集卡在交替采集過(guò)程中的重合部分，并進(jìn)行正確的數(shù)據(jù)拼接。
2.一種基于硬件交替技術(shù)的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于采用兩個(gè)數(shù)據(jù)采集卡，每個(gè)數(shù)據(jù)采集卡至少有CH1、CH2、CH3三個(gè)A/D轉(zhuǎn)換通道，需要采集的每路原始信號(hào)分成兩路，分別接入到兩個(gè)數(shù)據(jù)采集卡的CH1 A/D轉(zhuǎn)換通道，兩個(gè)數(shù)據(jù)采集卡的CH2 A/D轉(zhuǎn)換通道分別接不同的外部觸發(fā)信號(hào)T1和T2；另外，由外部觸發(fā)和時(shí)序系統(tǒng)產(chǎn)生的定位脈沖信號(hào)D分成兩路接入兩個(gè)數(shù)據(jù)采集卡的CH3 A/D轉(zhuǎn)換通道。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于硬件交替技術(shù)的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集方法和系統(tǒng)，采用兩個(gè)數(shù)據(jù)采集卡，每個(gè)數(shù)據(jù)采集卡至少有CH1、CH2、CH3三個(gè)A/D轉(zhuǎn)換通道，需采集的每路原始信號(hào)分兩路，分別送到兩個(gè)數(shù)據(jù)采集卡的CH1 A/D轉(zhuǎn)換通道，兩個(gè)數(shù)據(jù)采集卡的CH2 A/D轉(zhuǎn)換通道分別接不同的外部觸發(fā)信號(hào)T1、T2，另外，由外部觸發(fā)和時(shí)序系統(tǒng)產(chǎn)生的定位脈沖信號(hào)D分兩路輸入兩個(gè)數(shù)據(jù)采集卡的CH3 A/D轉(zhuǎn)換通道。本發(fā)明采用外部獨(dú)立的觸發(fā)和時(shí)序模塊，結(jié)合采集系統(tǒng)軟件，實(shí)現(xiàn)在不降低數(shù)據(jù)采集通道采樣率的同時(shí)，完成長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定的數(shù)據(jù)采集，同時(shí)，采用基于硬件時(shí)序產(chǎn)生的定位脈沖來(lái)輔助采集系統(tǒng)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)拼接，從而保證數(shù)據(jù)拼接的正確性和完整性；是一種擴(kuò)展通用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的高可行性方案。
文檔編號(hào)G06F3/05GK1908883SQ20061004093
公開(kāi)日2007年2月7日 申請(qǐng)日期2006年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月11日
發(fā)明者李貴明, 羅家融, 魏沛杰 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院等離子體物理研究所