用于擴展基本數據采集設備通道數的多通道分組切換裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術涉及用于擴展基本數據采集設備通道數時多通道分組切換裝置，提出了該多通道分組切換裝置的兩種技術方案。在兩種方案中，切換裝置都包括輸入端口、輸出端口、單元切換器件陣列、譯碼器；在第１種方案中，還包括有控制端口，以連接外部控制設備，接受外部控制設備發出的切換控制指令；在第２種方案中，切換裝置包含有下位機，其通過通信接口電路從外部上位機接收源頭切換控制指令；都根據控制指令選通相應的切換單元以實現一組輸入通道與輸出通道的導通。現有的用于擴展基本數據采集設備通道數的多通道分組切換裝置方案，都是針對單通道基本數據采集設備的擴展方案，而本發明專利技術兩種方案都是主要針對多通道基本數據采集設備的擴展方案。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及用于擴展基本數據采集設備通道數的多通道分組切換裝置。數據采集(DataAcquisition)的基本意思是指，通過模數(A/D)轉換實現數據的數字化， 并對數字進行存儲。很多儀器設備，都包含了數據采集環節，它們都可以看成一個數據采集 設備。比如， 一個手持式的聲發射探傷儀，只要外掛相應的探頭就可以使用，它是包含了聲 發射信號采集模塊的嵌入式儀器，可以看成是一個數據采集設備。再如，經常看到的更為通 用的數據采集設備是 一臺通用計算機，其機內擴展總線(如PCI插槽等)上插上數據采集 板卡，或者其外部擴展接口 (如RS232 口、 USB 口等)上外掛一個數據采集模塊，來實現數 據采集。這里，將以上這些直接連上傳感器(或者傳感器之變送器)便可以實現數據采集的 設備，稱為基本數據采集設備。某些基本數據采集設備的成本很高。原因是，這些設備可能是成熟的高度集成化的數采 設備，其包括傳感器電源、程控放大、程控濾波、AD轉換、實時處理等完備的功能模塊， 開發不易。例如，美國NI公司的一塊4通道的振動加速度信號釆集卡(或模塊)約2萬元人 民幣，美國PAC公司一塊8通道的聲發射信號采集卡約10萬元人民幣，美國PAC公司一臺 手持式的2通道聲發射檢測儀達15萬元人民幣。然而，實際中，有時需要采集的信號通道數 遠遠超過基本數據采集設備提供的通道數，如果這時靠增加昂貴的采集板卡或采集模塊或者 嵌入式采集儀器的數量來解決問題，則在經濟上難以承受。不過，對實際中雖然要采集很多路信號但這些路信號采集的同步性要求不高的場合，可 以利用一個多通道分組切換(Switch)裝置來切換，通過多通道分時分組輸入來共享一臺基 本數據采集設備，從而達到大大節省數據采集成本的目的。即，將待測的所有通道按基本數 采設備通道數進行分組，在計算機的控制下分時地實現各組通道信號與基本數采設備的導通， 起到擴展基本數據采集設備通道數的作用。
技術介紹
在中國專利局網站上，以Data acquisition和Switch為主題詞，搜索國外的相關專利， 未找到關于多通道分組切換裝置的專利技術案例；同樣，以Data acquisition和Switch為主題詞， 在國際權威文獻數據庫中也沒有發現關于多通道分組切換裝置的文獻。在國內部分，査到一件己公開的涉及多通道分組切換裝置的專利技術專利申請。專利技術人為"伍 敏"和"伍德常"，專利技術名稱為"多通道切換卡"，申請號為200610132471.3。該多通道切換 卡，解決的技術問題，實質是如何擴展單通道的嵌入式儀表以實現多通道信號的采集和顯示。 該多通道切換卡采取的技術方案是輸出通道為1個通道——接儀表，輸入通道為多個通道——接多路傳感器，中間為執行多進單出選通切換的模塊，由二級繼電器或模擬開關來實現， 切換模塊由主控芯片(下位機)控制，主控芯片還可通過RS232連至上位機，接受上位機的 最終控制。在國內部分，査到的涉及多通道分組切換裝置的文獻是"超聲檢測中單通道變多通道信 號切換控制"(作者為"寧彩林"、"張吉堂"、"王彪"，期刊名稱為"微計算機信息"，刊出時 間2007年，V23(3-l)， p61-62)。該文獻提出的方案，解決的技術問題實質上也是如何擴展 單通道的嵌入式儀器來實現多通道傳感器信號的采集，方案中也采用了上位機、下位機，執 行器件為固態繼電器。現有專利技術和文獻涉及的多通道分組切換裝置，都旨在共享一個單通道的基本數據采集設 備，共同的特點是只有一個輸出通道。但是，實際中，有的嵌入式儀器是多個通道，如前面 提到的PAC公司的手持式的2通道聲發射檢測設備；對于基于通用計算機和采集板卡(或模 塊)的基本數據采集設備，往往提供的通道數更多，如前面提到的NI公司4通道板卡(或模 塊)，PAC公司8通道板卡等。目前，尚沒有發現用于擴展多通道基本數據采集設備通道數的 多通道分組切換裝置方案。需要說明的是，很多文獻和專利資料提到的數據采集裝置，雖然其內部有通道切換的部 分，但是它們在裝置內都包含了模數(AD)轉換部分，它們不屬于本專利技術所涉及的多通道分組 切換裝置，而是屬于上面提到的基本數據采集設備的范疇。比如，專利申請"姜秀杰，汪大 星，陳小敏，孫輝先 一種適用于微重力流體實驗的多通道溫度采集系統，專利技術專利說明書 (申請號200410103546.6)"，文獻"張慶榮，張鵬波，李成貴高精度氣敏傳感器測試系統 的研制，微計算機信息(測控自動化)，2006年，V22(9-l)， pl52-153"，等。
技術實現思路
要解決的技術問題。現有的多通道分組切換裝置的方案，都是擴展單通道基本數據采集 設備通道數的方案，本專利技術旨在提出可用于擴展多通道基本數據采集設備通道數的多通道分 組切換裝置方案。技術方案。提出的第1種多通道分組切換裝置的方案是，它包括輸出端口、輸入端口、單元切換器 件陣列、控制端口、譯碼器。輸出端口是使用時與基本數據采集設備輸入通道相連的端口， 輸入端口是使用時與傳感器組(或其變送器組)相連的端口，控制端口是使用時與提供數字 I/O控制信號的外部控制設備相連的端口 。該切換裝置控制端口接收的數字I/O控制信號經譯 碼器譯碼后送給單元切換器件陣列，控制單元切換器件陣列選通相應若干單元，從而實現一組輸入通道與輸出通道的導通。見附圖1。輸出端口可有多個通道，其通道數al,由與其相連的基本數據采集設備的輸入通道數決定，輸入端口的通道數w,"由輸出端口通道數w。w、選 取的單元切換器件邏輯功能、輸入的傳感器信號通道數三因素共同決定。提出的第2種多通道分組切換裝置的方案是，它包括輸出端口、輸入端口、單元切換器件陣列、通信接口電路、下位機、譯碼器。與上面第一種方案比較，該方案輸出端口、輸入 端口、單元切換器件陣列及譯碼器的作用與第一種方案相同；不同點有，該方案在切換裝置 內納入了下位機，下位機通過譯碼器對單元切換器件陣列進行直接控制，而不是由外部控制 設備提供的數字I/O控制信號經譯碼器后進行相應的控制；另外，下位機通過通信接口電路 從上位機獲取最源頭的切換控制命令。見附圖2。同樣，輸出端口可有多個通道，其通道數JV。w 由與其相連的基本數據采集設備的輸入通道數決定，輸入端口的通道數iV,"由輸出端口通道數 A^,、選取的單元切換器件邏輯功能、輸入的傳感器信號通道數三因素共同決定。關于提出的以上兩種切換裝置方案中的輸出端口的通道數。不管哪種切換裝置方案，切 換裝置輸出端口提供的通道數iV。w取與之相連的外部基本數據采集設備的輸入通道數。關于提出的以上兩種切換裝置方案中的單元切換器件。單元切換器件，是一個執行電路 切換的基本開關單元。單元切換器件從實現上說可分為兩類 一類是繼電器單元， 一類是模 擬開關單元。繼電器單元一般支持大工作電流和工作電壓，但它支持的通道數一般只有兩個， 是一個可控的雙擲開關，實現2選1的邏輯；模擬開關單元一般不支持大工作電壓和電流，但支持的通道數可較多，如4選1、 8選1、 16選1的模擬開關等。對大規模的通道切換裝置宜盡量選用通道數多的單元切換器件以簡化陣列電路，而對較小規模的通道切換裝置宜盡量 選用通道數少的單元切換器件以方便整個切換邏輯的實現。關于提出的以上兩種切換裝置方案中的輸入端口的通本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于擴展基本數據采集設備通道數的多通道分組切換裝置，包括輸出端口、輸入端口、單元切換器件陣列、控制端口、譯碼器，其特征在于，輸出端口可有多個通道，其通道數Ｎ↓［ｏｕｔ］由與其相連的基本數據采集設備的輸入通道數決定，輸入端口在使用時與傳感器組（或變送器組）相連，其通道數Ｎ↓［ｉｎ］由輸出端口通道數Ｎ↓［ｏｕｔ］、選取的單元切換器件邏輯功能、輸入的傳感器信號通道數三因素共同決定，控制端口從外部控制設備處獲取控制信息，通過譯碼器對單元切換器件陣列進行控制，從而在多輸入通道中選通一組輸入通道與輸出通道導通。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉紅星，王潛，肇瑩，陳晗霄，鄭威，
申請(專利權)人：南京大學，
類型：發明
國別省市：84[中國|南京]