專利名稱：基于嵌入式的智能高速信號采集監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于一種計算機網絡中的監(jiān)控技術，具體地講是一種基于嵌入式智能高速信號采集監(jiān)控系統(tǒng)。
背景技術：
目前基于信號采集和處理的硬件體系架構方式基本采用的是“測控卡+工控機”的方案，即用現(xiàn)成的信號采集板卡插入工控機中。這種方式具有穩(wěn)定性好，通用性強等優(yōu)點。但是由于在高速采集中隨著采集和處理流量的加大，這種方案由于采用得是16位ISA總線，所以無法滿足要求。隨著網絡化的不斷發(fā)展和深入，需要將處理信息進行實時網絡監(jiān)控，而目前的方案僅僅通過添加網卡無法達到高速性能要求。另外信號采集板和工控機的總體成本較高，而資源利用率相對較低，所以不宜實現(xiàn)產業(yè)化發(fā)展。
Internet網絡基于TCP/IP的Internet網絡是目前國際主流的廣域網，政府、企業(yè)及個人信息流通、交換的主要網絡通道。同樣基于該協(xié)議的Intranet則是企業(yè)內部局域網的主要結構形式。企業(yè)的信息管理、電子商務、網絡制造等均依賴于該通道。該網絡底層協(xié)議采用IEEE802.3標準。
TCP/IP協(xié)議族TCP/IP是多臺相同或不同類型計算機進行信息交換的一套通信協(xié)議。TCP/IP協(xié)議組的準確名稱應該是internet協(xié)議族，TCP和IP是其中兩個協(xié)議。而internet協(xié)議族TCP/IP還包含了與這兩個協(xié)議有關的其它協(xié)議及網絡應用，如用戶數(shù)據報協(xié)議(UDP)、地址轉化協(xié)議(ARP)和互連網控制報文協(xié)議(ICMP)。由于TCP/IP是internet采用的協(xié)議組，所以將TCP/IP體系結構稱作internet體系結構。
CAN控制局域網絡(Control Area Network)CAN原先是由德國Bosch公司為汽車的監(jiān)控和控制方面而設計的，現(xiàn)已逐步發(fā)展到用于其它工業(yè)部門，且其總線規(guī)范被ISO制定為國際標準。在現(xiàn)場總線中，目前是唯一被批準為國際標準的現(xiàn)場總線。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種基于嵌入式的智能高速采集監(jiān)控系統(tǒng)采用的是“DSP+ARM”的方案，DSP進行高速信號采集和分析，ARM將分析數(shù)據進行網絡傳輸、動態(tài)顯示及存儲的基于嵌入式智能高速信號采集監(jiān)控系統(tǒng)，以克服上述的不足。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明由高速采集信號源，16位DA轉換的高精度函數(shù)發(fā)生器，傳感器系統(tǒng)保護及穩(wěn)定模塊，上位機通訊模塊、RS232/USB通訊模塊、LCD動態(tài)顯示模塊、10M/100M網絡通訊模塊、基于USB接口的信號存儲模塊等組成，其中高速采集信號源通過高速采集模塊和RS232/USB通訊模塊連接LCD動態(tài)顯示模塊、10M/100M網絡通訊模塊和基于USB接口的信號存儲模塊，傳感器系統(tǒng)保護及穩(wěn)定模塊提供系統(tǒng)各功能模塊的穩(wěn)定電壓，以及在系統(tǒng)處于過壓過流或傳感器超量程等異常工作狀態(tài)下，對傳感器系統(tǒng)提供穩(wěn)壓限流光電隔離保護和報警信號；16位DA轉換模塊產生標準高精度鋸齒波函數(shù)作為標準參考信號提供給高速采集信號源，其特點是在高速采集模塊和RS232/USB通訊模塊之間還連接有一個DSP信號采集及處理模塊，DSP信號采集及處理模塊的輸入端與高速采集模塊的輸出相連接，其輸出與RS232/USB通訊模塊相連接；上述RS232/USB通訊模塊連接LCD動態(tài)顯示模塊、10M/100M網絡通訊模塊和基于USB接口的信號存儲模塊之間還連接有一個ARM嵌入式監(jiān)控模塊，ARM嵌入式監(jiān)控模塊的輸入端連接RS232/USB通訊模塊和LCD動態(tài)顯示模塊，其輸出端連接10M/100M網絡通訊模塊和基于USB接口的信號存儲模塊；上述DSP信號采集及處理模塊的輸出還連接有CAN總線通訊模塊。
目前市場上主要是基于工控機的數(shù)字采集卡系統(tǒng)，但是成本較高，性能有限而且普通工控機通過總線方式根本達不到速度要求，國外的該項產品的價格較貴而且與國內產品接口也不十分兼容所以只能采用DSP的嵌入式開發(fā)方案。應用嵌入式開發(fā)方案，具有源代碼小執(zhí)行效率高等優(yōu)點。該方案基于現(xiàn)有的Vxworks和CCStudio(Code Composer Studio，譜碼工作室)嵌入式集成開發(fā)環(huán)境，重點實現(xiàn)對于不同型號信號源的兼容化和可視化工作，它包括全功能調試器(根據傳感器不同的工況選擇不同的采樣頻率和上位通訊接口)，采樣算法函數(shù)分析庫(根據傳感器不同的工況選擇不同的函數(shù)分析算法)，采樣輸出的動態(tài)可視化窗口，系統(tǒng)外設和控件驅動接口等等。


圖1為本發(fā)明的高速信號采集和處理系統(tǒng)結構框圖。
圖2為本發(fā)明的嵌入式網絡監(jiān)控系統(tǒng)結構框圖。
圖3為本發(fā)明的基于Internet的大規(guī)模分布式嵌入式的智能高速采集監(jiān)控系統(tǒng)示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明的實施例作進一步的說明，但該實施例不應理解為對本發(fā)明的限制。
如圖1所示，該硬件模塊主要由高速采集信號源，16位DA轉換的高精度函數(shù)發(fā)生器，DSP信號采集及處理模塊，傳感器系統(tǒng)保護及穩(wěn)定模塊，CAN總線通訊模塊，上位機通訊模塊等幾部分組成。本發(fā)明采用的DSP處理芯片為美國Ti公司的TMS320F2407或TMS320C5402專用信號處理模塊。首先，高速采集信號源可以把光纖光柵解調器中的光脈沖信號轉化為低頻模擬電脈沖信號，然后DSP信號采集及處理模塊將采集到的電壓信號進行采樣、加權量化、平滑去噪等，按照給定頻率進以電信號的形式將傳感器采集信號的光波頻率行帶通濾波，最后將得到有用濾波信號通過上位機通訊模塊接口傳遞到系統(tǒng)上位機進行數(shù)據庫管理。傳感器系統(tǒng)保護及穩(wěn)定模塊提供系統(tǒng)各功能模塊的穩(wěn)定電壓，以及在系統(tǒng)處于過壓過流或傳感器超量程等異常工作狀態(tài)下，對傳感器系統(tǒng)提供穩(wěn)壓限流光電隔離保護和報警信號。16位DA轉換模塊產生標準高精度鋸齒波函數(shù)作為標準參考信號提供給高速采集信號源。
如圖2所示，該硬件模塊主要由韓國三星公司的ARM處理芯片4510S3C4510B實現(xiàn)嵌入式監(jiān)控模塊、RS232/USB通訊模塊、LCD動態(tài)顯示模塊、10M/100M網絡通訊模塊、基于USB接口的信號存儲模塊等組成。ARM的RS232/USB通訊模塊將DSP采集和處理的多路數(shù)據進行收集和存儲。然后ARM將各路數(shù)據包進行分組整理通過LCD動態(tài)顯示模塊進行實時顯示。最后ARM通過RL8201(10M/100M)網絡通訊模塊將監(jiān)控所需的數(shù)據通過局域網/英特網傳送給中央監(jiān)控系統(tǒng)。而且在調試現(xiàn)場調試時系統(tǒng)也可以將一些重要數(shù)據存儲在ARM的固態(tài)硬盤中通過USB接口進行讀寫。
本發(fā)明高速信號采集的智能化識別與處理，采用多路信號并行處理技術提高處理性能降低成本。采用基于Internet的大規(guī)模分布式軟件支撐平臺，方便用戶二次開發(fā)基于Internet的遠程實時監(jiān)控系統(tǒng)本發(fā)明的軟件是DSP高速信號采集和處理系統(tǒng)采用的是CCS調試及編譯環(huán)境，通過JTAG通訊口編譯和下載程序。
該程序主要實現(xiàn)以下功能數(shù)據采樣及濾波、數(shù)據預測及分析、基于CAN總線數(shù)據的收發(fā)及處理、基于RS232/USB的數(shù)據發(fā)送等。數(shù)據采樣及濾波模塊采用定時器方式，在100HZ內采樣20K的12位數(shù)據點。再將數(shù)據進行加權濾波。根據不同的工況要求和性能指標可以采用不同的數(shù)據處理算法(插值、預測、擬合)等。如果是多臺系統(tǒng)并行工作，它們可以將處理好的數(shù)據通過CAN總線方式傳送到上位機。TMS320F2407支持CAN2.0B標準CAN總線接口及協(xié)議，具有很好的通用性?；赗S232/USB的上位機通訊負責將數(shù)據交給S3C4510B。
基于S3C4510B的嵌入式網絡監(jiān)控系統(tǒng)軟件采用的是Vxworks操作系統(tǒng)，通過JTAG通訊口編譯和下載程序。
該程序主要完成以下功能基于RS232/USB的數(shù)據接收、LCD數(shù)據動態(tài)顯示及查詢、基于10M/100M遠程監(jiān)控與診斷、基于USB接口的數(shù)據海量存儲等。S3C4510B通過RS232/USB接收DSP發(fā)送的數(shù)據，然后通過點陣式LCD將數(shù)據動態(tài)顯示。由于采用數(shù)據為多路，所以采用按鍵查詢方式將多路信號同時顯示。由于在工況現(xiàn)場需要對某些采樣數(shù)據進行永久性保留，所以通過海量固態(tài)硬盤方式進行存儲，然后可以PC機通過USB接口對其進行讀取。
此發(fā)明可用于大壩的動態(tài)監(jiān)測，橋梁的荷載監(jiān)測，涵洞的結構監(jiān)測、油井的溫度和壓力監(jiān)控、礦井的安全監(jiān)測、大型民用建筑結構的動態(tài)監(jiān)測等，另外此系統(tǒng)還可以用來對一些特殊的結構進行高分辨動態(tài)監(jiān)測，如各種航天器蒙皮的性能檢測等等。
附圖3給出了基于Internet的大規(guī)模分布式嵌入式的智能高速采集監(jiān)控系統(tǒng)示意圖，每個監(jiān)控子系統(tǒng)對一個具體的對象進行動態(tài)監(jiān)測，如大壩或橋梁等。這些子系統(tǒng)可以通過不同的接入方式連入Internet，如以太網、無線等，在監(jiān)控中心可以對監(jiān)測目標的具體狀態(tài)進行進一步的分析和管理。
權利要求
1.一種基于嵌入式智能高速信號采集監(jiān)控系統(tǒng)，由高速采集信號源，16位DA轉換的高精度函數(shù)發(fā)生器，傳感器系統(tǒng)保護及穩(wěn)定模塊，上位機通訊模塊、RS232/USB通訊模塊、LCD動態(tài)顯示模塊、10M/100M網絡通訊模塊、基于USB接口的信號存儲模塊等組成，其中高速采集信號源通過高速采集模塊和RS232/USB通訊模塊連接LCD動態(tài)顯示模塊、10M/100M網絡通訊模塊和基于USB接口的信號存儲模塊，傳感器系統(tǒng)保護及穩(wěn)定模塊提供系統(tǒng)各功能模塊的穩(wěn)定電壓，以及在系統(tǒng)處于過壓過流或傳感器超量程等異常工作狀態(tài)下，對傳感器系統(tǒng)提供穩(wěn)壓限流光電隔離保護和報警信號；16位DA轉換模塊產生標準高精度鋸齒波函數(shù)作為標準參考信號提供給高速采集信號源，其特征在于在高速采集模塊和RS232/USB通訊模塊之間還連接有一個DSP信號采集及處理模塊，DSP信號采集及處理模塊的輸入端與高速采集模塊的輸出相連接，其輸出與RS232/USB通訊模塊相連接。
2.如權利要求1所述的基于嵌入式智能高速信號采集監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于RS232/USB通訊模塊連接LCD動態(tài)顯示模塊、10M/100M網絡通訊模塊和基于USB接口的信號存儲模塊之間還連接有一個ARM嵌入式監(jiān)控模塊，ARM嵌入式監(jiān)控模塊的輸入端連接RS232/USB通訊模塊和LCD動態(tài)顯示模塊，其輸出端連接10M/100M網絡通訊模塊和基于USB接口的信號存儲模塊。
3.如權利要求1所述的基于嵌入式智能高速信號采集監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于DSP信號采集及處理模塊的輸出還連接有CAN總線通訊模塊。
4.如權利要求1所述的基于嵌入式智能高速信號采集監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于DSP信號采集及處理模塊采用美國Ti公司的TMS320F2407或TMS320C5402專用信號處理模塊。
5.如權利要求1所述的基于嵌入式智能高速信號采集監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于ARM嵌入式監(jiān)控模塊采用韓國三星公司的ARM處理芯片4510S3C4510B
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于嵌入式智能高速信號采集監(jiān)控系統(tǒng)，由高速采集信號源，16位DA轉換的高精度函數(shù)發(fā)生器，傳感器系統(tǒng)保護及穩(wěn)定模塊，上位機通訊模塊、RS232/USB通訊模塊、LCD動態(tài)顯示模塊、10M/100M網絡通訊模塊、基于USB接口的信號存儲模塊等組成，其特點是在高速采集模塊和RS232/USB通訊模塊之間還連接有一個DSP信號采集及處理模塊，DSP信號采集及處理模塊的輸入端與高速采集模塊的輸出相連接，其輸出與RS232/USB通訊模塊相連接；ARM嵌入式監(jiān)控模塊的輸入端連接RS232/USB通訊模塊和LCD動態(tài)顯示模塊，其輸出端連接10M/100M網絡通訊模塊和基于USB接口的信號存儲模塊。
文檔編號H04L12/28GK1492629SQ0312533
公開日2004年4月28日 申請日期2003年8月27日 優(yōu)先權日2003年8月27日
發(fā)明者周祖德, 李方敏, 劉泉, 叢力群, 徐成 申請人:武漢理工大學, 上海寶信軟件股份有限公司