一種電壓采集裝置制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種電壓采集裝置，采用AD7606?8作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器，采用以太網(wǎng)上位機(jī)通訊，采用ARM+FPGA的硬件架構(gòu)，由ARM完成協(xié)議處理、參數(shù)配置、濾波器系數(shù)生成、數(shù)據(jù)讀取、數(shù)據(jù)管理等工作，F(xiàn)PGA完成A/D轉(zhuǎn)換控制、FIR數(shù)字濾波、數(shù)據(jù)緩存等工作。設(shè)備接收上位機(jī)的命令消息，從消息提取采樣頻率、采樣模式、濾波器參數(shù)等參數(shù)并配置。數(shù)據(jù)采集由上位機(jī)控制，采集完成后，ARM通過FSMC總線讀取FPGA數(shù)據(jù)緩存區(qū)中的數(shù)據(jù)，并根據(jù)設(shè)置將數(shù)據(jù)發(fā)送給上位機(jī)或者直接存儲(chǔ)到SD卡中。FIR低通由ARM和FPGA配合實(shí)現(xiàn)，根據(jù)采樣頻率、截止頻率等濾波參數(shù)完成濾波器系數(shù)的計(jì)算、量化和濾波器結(jié)構(gòu)的調(diào)整。最終利用FPGA并行執(zhí)行的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)完成對(duì)8個(gè)通道電壓信號(hào)的采集和參數(shù)可變的FIR低通數(shù)字濾波。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種電壓采集裝置
本專利技術(shù)涉及數(shù)據(jù)采集
，具體的說是一種電壓采集裝置。
技術(shù)介紹
數(shù)據(jù)采集作為數(shù)據(jù)獲取的重要手段，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和各個(gè)行業(yè)的發(fā)展，得到了飛速的發(fā)展并在諸多行業(yè)或領(lǐng)域都有著重要的作用。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集模塊的作用是十分重要的，數(shù)據(jù)采集模塊的性能直接影響采樣系統(tǒng)的采樣性能。在目前眾多的采集模塊中，基于FPGA的數(shù)據(jù)采集模塊，具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、采集速率可靠、數(shù)據(jù)運(yùn)算速度快、多模塊并行運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)，尤其在多通道的數(shù)據(jù)采集中具有很大的優(yōu)勢(shì)，然而卻無法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的通訊交互以及對(duì)采樣數(shù)據(jù)和配置參數(shù)進(jìn)行高效的管理。采用MCU或者DSP為核心的數(shù)據(jù)采集模塊，一方面能夠以各種協(xié)議棧為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的通訊，另一方面能夠使用文件系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)和配置參數(shù)進(jìn)行高效的管理，但是在由于其指令串行執(zhí)行的特點(diǎn)，無法保證各個(gè)模塊之間的獨(dú)立性，數(shù)據(jù)的處理、傳輸?shù)炔僮鞫紩?huì)對(duì)數(shù)據(jù)采集進(jìn)行影響，難以保證數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性。為了消除采樣數(shù)據(jù)中的高頻噪聲，通常采用數(shù)字濾波的方式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。目前在嵌入式系統(tǒng)中，F(xiàn)IR濾波器通常采用MCU、DSP、FPGA進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。采用MCU或者DSP的濾波器能夠直接對(duì)浮點(diǎn)數(shù)形式的濾波器系數(shù)進(jìn)行運(yùn)算，但是運(yùn)算速度較慢，濾波運(yùn)算會(huì)影響其他模塊運(yùn)行；采用FPGA的濾波器具有運(yùn)算速度快的特點(diǎn)，能夠以獨(dú)立的模塊進(jìn)行濾波，但是在浮點(diǎn)數(shù)計(jì)算方面存在不足，需要對(duì)系數(shù)量化后，靈活性較低。電壓信號(hào)是傳感器輸出的非常重要的一個(gè)參數(shù)，對(duì)電壓的精確采集和分析是保證數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)獲得正確信息的關(guān)鍵因素之一。通過上述分析可知，現(xiàn)有技術(shù)中的數(shù)據(jù)采集模塊在應(yīng)用到電壓采集的時(shí)候存在許多不足。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本專利技術(shù)提供一種電壓采集裝置，能夠高效并且靈活地采集電壓信號(hào)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用的具體方案為：一種電壓采集裝置，包括依次電性連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)處理單元、采集控制單元和以太網(wǎng)模塊；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器與信號(hào)源電性連接；所述數(shù)據(jù)處理單元包括A/D控制模塊、低通濾波模塊、數(shù)據(jù)緩存模塊、采集管理模塊和第一通信模塊，其中A/D控制模塊與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器電性連接，數(shù)據(jù)緩存模塊與A/D控制模塊和數(shù)據(jù)緩存模塊均通信連接，采集管理模塊與A/D控制模塊、低通濾波模塊和數(shù)據(jù)緩存模塊均通信連接，第一通信模塊與采集管理模塊和數(shù)據(jù)緩存模塊均通信連接；所述采集控制單元包括協(xié)議處理模塊、控制信號(hào)生成模塊、數(shù)據(jù)管理模塊和第二通信模塊，其中協(xié)議處理模塊通過所述以太網(wǎng)模塊與上位機(jī)相連接，第二通信模塊與所述第一通信模塊通信連接，控制信號(hào)生成模塊、協(xié)議處理模塊和數(shù)據(jù)管理模塊均與第一通信模塊通信連接，協(xié)議處理模塊與控制信號(hào)生成模塊和數(shù)據(jù)管理模塊均通信連接。作為上述電壓采集裝置的進(jìn)一步優(yōu)化：所述數(shù)據(jù)處理單元還包括信號(hào)分支模塊和信號(hào)選擇模塊，其中信號(hào)分支模塊與所述A/D控制模塊、所述采集管理模塊、所述低通濾波模塊和信號(hào)選擇模塊均通信連接，信號(hào)選擇模塊還與低通濾波模塊和所述數(shù)據(jù)緩存模塊通信連接。作為上述電壓采集裝置的進(jìn)一步優(yōu)化：所述第一通信模塊和所述第二通信模塊均設(shè)置為FSMC總線模塊。作為上述電壓采集裝置的進(jìn)一步優(yōu)化：所述控制信號(hào)生成模塊包括參數(shù)配置子模塊、狀態(tài)獲取子模塊和濾波系數(shù)生成子模塊。作為上述電壓采集裝置的進(jìn)一步優(yōu)化：所述采集控制單元還包括數(shù)據(jù)讀取模塊，所述數(shù)據(jù)讀取模塊與所述第二通信模塊、所述協(xié)議處理模塊和所述數(shù)據(jù)管理模塊均通信連接。作為上述電壓采集裝置的進(jìn)一步優(yōu)化：所述裝置還包括存儲(chǔ)模塊，存儲(chǔ)模塊與所述數(shù)據(jù)管理模塊通信連接。基于上述電壓采集裝置，本專利技術(shù)還提供一種電壓采集方法，包括如下步驟：S1、所述上位機(jī)通過所述以太網(wǎng)模塊和所述協(xié)議處理模塊向所述控制信號(hào)生成模塊發(fā)送采集指令；S2、控制信號(hào)生成模塊根據(jù)采集指令生成控制信號(hào)，并且將控制信號(hào)通過所述第二通信模塊和所述第一通信模塊發(fā)送給所述采集管理模塊；S3、采集管理模塊根據(jù)控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述A/D控制模塊從所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器獲取來自于所述信號(hào)源的原始電信號(hào)；S4、采集管理模塊驅(qū)動(dòng)所述低通濾波模塊對(duì)原始電信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行FIR低通數(shù)字濾波；S5、低通濾波模塊將濾波后數(shù)據(jù)發(fā)送給所述數(shù)據(jù)緩存模塊進(jìn)行存儲(chǔ)；S6、采集管理模塊驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)緩存模塊將濾波后數(shù)據(jù)通過第一通信模塊和第二通信模塊發(fā)送給協(xié)議處理模塊和所述數(shù)據(jù)管理模塊；S7、濾波后數(shù)據(jù)由協(xié)議處理模塊通過以太網(wǎng)模塊發(fā)送給上位機(jī)或數(shù)據(jù)管理保存至SD卡。有益效果：本專利技術(shù)利用采集控制單元完成對(duì)外通信、協(xié)議處理、數(shù)據(jù)管理和參數(shù)處理等操作，利用數(shù)據(jù)處理單元完成數(shù)據(jù)采集過程，兩個(gè)單元分別完成不同的功能，采集效率更高，并且能夠?qū)崟r(shí)地根據(jù)上位機(jī)的采集需求對(duì)采集過程進(jìn)行控制，更加靈活，適用范圍廣泛。附圖說明圖1是本專利技術(shù)采集裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是數(shù)據(jù)處理單元的FSMC總線復(fù)用模式讀寫時(shí)序圖；圖3是FIR低通濾波器的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合本專利技術(shù)實(shí)施例中的附圖，對(duì)本專利技術(shù)實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本專利技術(shù)一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本專利技術(shù)中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本專利技術(shù)保護(hù)的范圍。請(qǐng)參閱圖1至3，一種電壓采集裝置，包括依次電性連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)處理單元、采集控制單元和以太網(wǎng)模塊。模數(shù)轉(zhuǎn)換器與信號(hào)源電性連接。模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于將信號(hào)源的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。數(shù)據(jù)處理單元包括A/D控制模塊、低通濾波模塊、數(shù)據(jù)緩存模塊、采集管理模塊和第一通信模塊，其中A/D控制模塊與模數(shù)轉(zhuǎn)換器電性連接，數(shù)據(jù)緩存模塊與A/D控制模塊和數(shù)據(jù)緩存模塊均通信連接，采集管理模塊與A/D控制模塊、低通濾波模塊和數(shù)據(jù)緩存模塊均通信連接，第一通信模塊與采集管理模塊和數(shù)據(jù)緩存模塊均通信連接。采集控制單元包括協(xié)議處理模塊、控制信號(hào)生成模塊、數(shù)據(jù)管理模塊和第二通信模塊，其中協(xié)議處理模塊通過以太網(wǎng)模塊與上位機(jī)相連接，第二通信模塊與第一通信模塊通信連接，控制信號(hào)生成模塊、協(xié)議處理模塊和數(shù)據(jù)管理模塊均與第一通信模塊通信連接，協(xié)議處理模塊與控制信號(hào)生成模塊和數(shù)據(jù)管理模塊均通信連接。在使用時(shí)，本專利技術(shù)從上位機(jī)接收控制命令，并且從控制命令中提取出采樣頻率、采樣通道、采樣深度和濾波器指標(biāo)等采樣參數(shù)，然后根據(jù)采樣參數(shù)生成濾波系數(shù)，并且根據(jù)濾波系數(shù)完成電壓信號(hào)的采集和緩存。具體地說，首先以太網(wǎng)模塊和協(xié)議處理模塊配合使控制信號(hào)生成模塊從上位機(jī)獲取到控制命令，然后控制信號(hào)生成模塊從控制命令中解析出采樣參數(shù)，并且根據(jù)采樣參數(shù)生成濾波系數(shù)，隨后控制信號(hào)生成模塊通過第二通信模塊、第一通信模塊和采集管理模塊將濾波系數(shù)傳輸給濾波器模塊，接著A/D控制模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊配合從數(shù)據(jù)源獲取到模擬信號(hào)并且轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后傳輸給低通濾波模塊，之后低通濾波模塊根據(jù)濾波系數(shù)對(duì)接收到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行低通濾波處理，得到濾波后數(shù)據(jù)，再通過第一通信模塊和本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種電壓采集裝置，其特征在于：包括依次電性連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)處理單元、采集控制單元和以太網(wǎng)模塊；/n所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器與信號(hào)源電性連接；/n所述數(shù)據(jù)處理單元包括A/D控制模塊、低通濾波模塊、數(shù)據(jù)緩存模塊、采集管理模塊和第一通信模塊，其中A/D控制模塊與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器電性連接，數(shù)據(jù)緩存模塊與A/D控制模塊和數(shù)據(jù)緩存模塊均通信連接，采集管理模塊與A/D控制模塊、低通濾波模塊和數(shù)據(jù)緩存模塊均通信連接，第一通信模塊與采集管理模塊和數(shù)據(jù)緩存模塊均通信連接；/n所述采集控制單元包括協(xié)議處理模塊、控制信號(hào)生成模塊、數(shù)據(jù)管理模塊和第二通信模塊，其中協(xié)議處理模塊通過所述以太網(wǎng)模塊與上位機(jī)相連接，第二通信模塊與所述第一通信模塊通信連接，控制信號(hào)生成模塊、協(xié)議處理模塊和數(shù)據(jù)管理模塊均與第一通信模塊通信連接，協(xié)議處理模塊與控制信號(hào)生成模塊和數(shù)據(jù)管理模塊均通信連接。/n

【技術(shù)特征摘要】
1.一種電壓采集裝置，其特征在于：包括依次電性連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)處理單元、采集控制單元和以太網(wǎng)模塊；
所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器與信號(hào)源電性連接；
所述數(shù)據(jù)處理單元包括A/D控制模塊、低通濾波模塊、數(shù)據(jù)緩存模塊、采集管理模塊和第一通信模塊，其中A/D控制模塊與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器電性連接，數(shù)據(jù)緩存模塊與A/D控制模塊和數(shù)據(jù)緩存模塊均通信連接，采集管理模塊與A/D控制模塊、低通濾波模塊和數(shù)據(jù)緩存模塊均通信連接，第一通信模塊與采集管理模塊和數(shù)據(jù)緩存模塊均通信連接；
所述采集控制單元包括協(xié)議處理模塊、控制信號(hào)生成模塊、數(shù)據(jù)管理模塊和第二通信模塊，其中協(xié)議處理模塊通過所述以太網(wǎng)模塊與上位機(jī)相連接，第二通信模塊與所述第一通信模塊通信連接，控制信號(hào)生成模塊、協(xié)議處理模塊和數(shù)據(jù)管理模塊均與第一通信模塊通信連接，協(xié)議處理模塊與控制信號(hào)生成模塊和數(shù)據(jù)管理模塊均通信連接。


2.如權(quán)利要求1所述的一種電壓采集裝置，其特征在于：所述數(shù)據(jù)處理單元還包括信號(hào)分支模塊和信號(hào)選擇模塊，其中信號(hào)分支模塊與所述A/D控制模塊、所述采集管理模塊、所述低通濾波模塊和信號(hào)選擇模塊均通信連接，信號(hào)選擇模塊還與低通濾波模塊和所述數(shù)據(jù)緩存模塊通信連接。


3.如權(quán)利要求2所述的一種電壓采集裝置，其特征在于：所述第一通信模塊和所述第二通信模塊均設(shè)置為FSMC總線模塊。


4.如權(quán)利要求3所述的一種電...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：徐巧玉，楊旭，王軍委，張正，朱哲，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：洛陽(yáng)銀杏科技有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：河南;41