CN109445753B - 一种基于交互缓存技术的数据采集和主动同步组帧*** - Google Patents

一种基于交互缓存技术的数据采集和主动同步组帧*** Download PDF

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Abstract

一种基于交互缓存技术的数据采集和主动同步组帧***，涉及数据通讯领域；包括n个传感器、采集器和数据采集综合器；n为大于0的正整数；其中，采集器包括供电模块、第一数据缓冲区和第二数据缓冲区；本发明采用了乒乓交互式缓存技术，解决异源时钟采集数据与发送数据速率不一致而导致的数据缓存区指针偏置，避免出现数据覆盖或重复发送，实现了数据流无缝缓冲和实时存取的流水线式处理；通过数据同步信号主动消除异源时钟的时间误差积累，在每个缓存周期内对当前发送数据区和存储区的地址指针同步，避免了异步数据传输带来的缓存区指针偏置；避免出现数据覆盖或重复发送，实现了数据流无缝缓冲和实时存取的流水线式处理。

Description

一种基于交互缓存技术的数据采集和主动同步组帧***
技术领域
本发明涉及一种数据通讯领域，特别是一种基于交互缓存技术的数据采集和主动同步组帧***。
背景技术
在航天器、运载火箭等飞行器的研制和试飞中，数据采集及传输***用于获取飞行器内部各***的工作状态参数和环境数据，为评定飞行器的性能和进行故障分析提供依据。数据采集及传输***性能的优劣直接影响飞行器的研制过程及费用，影响飞行器性能的改进和提高。
在分布式的数据采集和发送架构中，采集器采集数据与数据采集综合器发送数据采用各自不同的时钟，异源时钟造成的误差积累在短时间内不会导致数据采集和发送错误，但在长时间的数据采集和发送过程中，异源时钟造成的误差积累会造成数据缓存区指针偏置，从而导致采集器输出数据被覆盖或重复发送；采集器与数据采集综合器之间距离过长也会导致数据采集综合器不能在采集器输出数据的最佳时刻进行采样，码元偏置提高了数据传输误码率。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种基于交互缓存技术的数据采集和主动同步组帧***，解决了异源时钟的采集数据与发送数据的缓存区指针偏置，避免出现数据覆盖或重复发送，实现了数据流无缝缓冲和实时存取的流水线式处理。
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
一种基于乒乓交互缓存技术的数据采集和主动同步组帧***，包括n个传感器、采集器和数据采集综合器；n为大于0的正整数；其中，采集器包括供电模块、第一数据缓冲区和第二数据缓冲区；
传感器：接收供电模块的供电；将测量得到的被测对象的物理参数转换成模拟电信号输出至第一数据缓冲区和第二数据缓冲区；
供电模块：对n个传感器供电；
第一数据缓冲区：接收数据采集综合器传来的数据同步指令，第一数据缓冲区的地址置零；在第i个周期，接收n个传感器传来的n个模拟电信号；对每个模拟电信号依次进行滤波、放大、A/D转换处理，生成n个数字量信号；按照预定逻辑对n个数字量信号进行时序控制，得到n个排序后的数字量信号；将n个排序后的数字量信号按照预先编排顺序进行存储；接收数据采集综合器传来的读数时钟，将存储的n个排序后的数字量信号发送至数据采集综合器；同时生成取数时钟；将取数时钟发送至数据采集综合器；i为大于等于1的奇数；
第二数据缓冲区：接收数据采集综合器传来的数据同步指令，第二数据缓冲区的地址置零；在第i+1个周期，接收n个传感器传来的n个模拟电信号；对每个模拟电信号依次进行滤波、放大、A/D转换处理，生成n个数字量信号；按照预定逻辑对n个数字量信号进行时序控制，得到n个排序后的数字量信号；将n个排序后的数字量信号按照预先编排顺序进行存储；接收数据采集综合器传来的读数时钟，将存储的n个排序后的数字量信号发送至数据采集综合器；同时生成取数时钟；将取数时钟发送至数据采集综合器；i为大于等于1的奇数；
数据采集综合器：发出数据同步指令至第一数据缓冲区和第二数据缓冲区；发送读数时钟至第一数据缓冲区和第二数据缓冲区；接收第一数据缓冲区和第二数据缓冲区传来的n个排序后的数字量信号；接收第一数据缓冲区和第二数据缓冲区传来的取数时钟；将取数时钟与读数时钟进行比较，生成锁存后的数字量信号；将锁存数字量信号转换为串行信号，并将串行信号发送至外部调制发射设备。
在上述的一种基于乒乓交互缓存技术的数据采集和主动同步组帧***，所述的n个传感器包括温度传感器、冲击传感器、振动传感器和压力传感器四种类型；其中，温度传感器测量得到被测物体的温度；冲击传感器测量得到被测物体的冲击加速度；振动传感器测量得到被测物体的振动加速度；压力传感器测量得到被测物体的压力。
在上述的一种基于乒乓交互缓存技术的数据采集和主动同步组帧***，所述传感器生成的模拟电信号的电压大于0V，且小于等于5V。
在上述的一种基于乒乓交互缓存技术的数据采集和主动同步组帧***，所述预定逻辑为依次按照温度数字量信号、冲击加速度数字量信号、振动加速度数字量信号和压力数字量信号顺序进行排序。
在上述的一种基于乒乓交互缓存技术的数据采集和主动同步组帧***，所述预先编排顺序为依次按照排序后的温度数字量信号、排序后的冲击加速度数字量信号、排序后的振动加速度数字量信号和排序后的压力数字量信号的顺序。
在上述的一种基于乒乓交互缓存技术的数据采集和主动同步组帧***，所述取数时钟的频率与读数时钟的频率相同。
在上述的一种基于乒乓交互缓存技术的数据采集和主动同步组帧***，所述第一数据缓冲区和第一数据缓冲区发送数据地址置零，实现了第一数据缓冲区和第二数据缓冲区在同一时刻同一地址进行接收或发送数据。
在上述的一种基于乒乓交互缓存技术的数据采集和主动同步组帧***，所述数据采集综合器对读数时钟和取数时钟进行比较的方法为：当读数时钟和取数时钟的相位一致时，以读数时钟的下降沿锁存排序后的数字量信号，生成锁存后的数字量信号；当读数时钟和取数时钟的相位不一致时，以取数时钟脉冲的下降沿锁存排序后的数字量信号。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明采用了乒乓交互式缓存技术，解决异源时钟采集数据与发送数据速率不一致而导致的数据缓存区指针偏置，避免出现数据覆盖或重复发送，实现了数据流无缝缓冲和实时存取的流水线式处理；
(2)本发明通过数据同步信号主动消除异源时钟的时间误差积累，在每个缓存周期内对当前发送数据区和存储区的地址指针同步，避免了异步数据传输带来的缓存区指针偏置；
(3)本发明设计了消除时钟相位翻转模块来进行数据锁存，解决数据采集***距离过长而导致的读数时钟相位翻转的问题，避免了数据传输带来的码元偏置，降低了数据传输误码率；
(4)本发明在数据帧格式中加入预设***字，通过对指定位置的预设***字检测，强化了数据完整性判断准则，避免了数据比较不充分而未发现异常现象，提高了对数据完整性判断的准确率。
附图说明
图1为本发明数据采集和主动同步组帧***示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
本发明采用乒乓交互式缓存技术，主动消除异源时钟的时间误差积累，设计了取数时钟来进行数据锁存，解决异源时钟采集数据与发送数据速率不一致而导致的数据缓存区指针偏置，实现了数据流无缝缓冲和实时存取的流水线式处理，降低了数据传输误码率。
如图1所示为数据采集和主动同步组帧***示意图，由图可知，一种基于乒乓交互缓存技术的数据采集和主动同步组帧***，包括n个传感器、采集器和数据采集综合器；n为大于0的正整数；其中，采集器包括供电模块、第一数据缓冲区和第二数据缓冲区；n个传感器包括温度传感器、冲击传感器、振动传感器和压力传感器四种类型；其中，温度传感器测量得到被测物体的温度；冲击传感器测量得到被测物体的冲击加速度；振动传感器测量得到被测物体的振动加速度；压力传感器测量得到被测物体的压力。
传感器：接收供电模块的供电；将测量得到的被测对象的物理参数转换成模拟电信号输出至第一数据缓冲区和第二数据缓冲区；模拟电信号的电压大于0V，且小于等于5V。
供电模块：对n个传感器供电。
采集器内部配置了互相独立的第一数据缓存区、第二数据缓存区，在第一个缓存周期，将输入的数据流缓存至第一数据缓存区中；在第二个缓存周期，通过输入数据选择单元的切换，将输入的数据流缓存至第二数据缓存区中，同时将先前存入第一数据缓存区的数据通过输出数据选择单元送至后续模块进行处理；在第三个缓存周期，重新切换数据输入输出数据选择单元，将输入数据流缓存至第一数据缓存区，同时将先前存入第二数据缓存区的数据通过输出数据选择单元送至后续模块进行处理；之后按照所述流程反复进行交替切换操作。
第一数据缓冲区：接收数据采集综合器传来的数据同步指令，第一数据缓冲区的地址置零；在第i个周期，接收n个传感器传来的n个模拟电信号；对每个模拟电信号依次进行滤波、放大、A/D转换处理，生成n个数字量信号；按照预定逻辑对n个数字量信号进行时序控制，得到n个排序后的数字量信号；预定逻辑为依次按照温度数字量信号、冲击加速度数字量信号、振动加速度数字量信号和压力数字量信号顺序进行排序。将n个排序后的数字量信号按照预先编排顺序进行存储；预先编排顺序为依次按照排序后的温度数字量信号、排序后的冲击加速度数字量信号、排序后的振动加速度数字量信号和排序后的压力数字量信号的顺序。接收数据采集综合器传来的读数时钟，将存储的n个排序后的数字量信号发送至数据采集综合器；同时生成取数时钟；将取数时钟发送至数据采集综合器；i为大于等于1的奇数。
第二数据缓冲区：接收数据采集综合器传来的数据同步指令，第二数据缓冲区的地址置零；所述第一数据缓冲区和第一数据缓冲区发送数据地址置零，实现了第一数据缓冲区和第二数据缓冲区在同一时刻同一地址进行接收或发送数据。在第i+1个周期，接收n个传感器传来的n个模拟电信号；对每个模拟电信号依次进行滤波、放大、A/D转换处理，生成n个数字量信号；按照预定逻辑对n个数字量信号进行时序控制，得到n个排序后的数字量信号；将n个排序后的数字量信号按照预先编排顺序进行存储；接收数据采集综合器传来的读数时钟，将存储的n个排序后的数字量信号发送至数据采集综合器；同时生成取数时钟；取数时钟的频率与读数时钟的频率相同。将取数时钟发送至数据采集综合器；i为大于等于1的奇数。
采集器依据接收到的数据同步信号来消除数据采集综合器晶振、采集器晶振的时间误差积累，检测到数据同步信号的上升沿之后，对第一数据缓存区、第二数据缓存区的地址指针一并进行重置和清零，在每个缓存周期内对当前发送数据区和存储区的地址指针同步，选择合适的第一数据缓存区、第二数据缓存区作为当前采集数据的存储区和发送区，数据发送缓存区的数据在发送完毕后清空；采集器在输出数据时，同时输出与数据的相位同步、码率相同的取数时钟，取数时钟与读数时钟频率相同。
采集器利用数据同步指令来主动定时消除异源时钟的时间误差积累，在每个缓存周期内对当前发送数据区和存储区的地址指针重置和清零，其具体工作流程如下：
第一步，数据采集综合器在每个工作周期内，根据自身晶振时钟定时向采集器发送数据同步信号；
第二步，采集器判断是否是第一个缓存周期，如果是第一个缓存周期，采集器依据接收到的数据同步信号来消除数据采集综合器晶振、采集器晶振的时间误差积累，采集器检测到数据同步信号的上升沿之后，对第一数据缓存区、第二数据缓存区的地址指针一并进行重置和清零，此时第一数据缓存区作为当前采集数据的存储区，采集器不输出数据；
第三步，从第二个缓存周期以后的每个缓存周期内，采集器依据接收到的数据同步信号来消除数据采集综合器晶振、采集器晶振的时间误差积累，检测到数据同步信号的上升沿之后，对第一数据缓存区、第二数据缓存区的地址指针一并进行重置和清零，同时对第一数据缓存区、第二数据缓存区的数据容量进行判断，若数据缓存器1中有数据、第二数据缓存区中无数据，此时选择第一数据缓存区作为当前数据的发送区，选择第二数据缓存区作为当前采集数据的存储区，第一数据缓存区的数据发送完毕后清空；若数据缓存器1中无数据、第二数据缓存区中有数据，此时选择第二数据缓存区作为当前数据的发送区，选择第一数据缓存区作为当前采集数据的存储区，第二数据缓存区的数据发送完毕后清空。
数据采集综合器：发出数据同步指令至第一数据缓冲区和第二数据缓冲区；发送读数时钟至第一数据缓冲区和第二数据缓冲区；接收第一数据缓冲区和第二数据缓冲区传来的n个排序后的数字量信号；接收第一数据缓冲区和第二数据缓冲区传来的取数时钟；将取数时钟与读数时钟进行比较，当读数时钟和取数时钟的相位一致时，以读数时钟的下降沿锁存排序后的数字量信号，生成锁存后的数字量信号；当读数时钟和取数时钟的相位不一致时，以取数时钟脉冲的下降沿锁存排序后的数字量信号；生成锁存后的数字量信号；将锁存数字量信号转换为串行信号，并将串行信号发送至外部调制发射设备。
数据采集综合器通过控制总线对采集器进行时序控制，在接收到取数时钟后，对自身晶振产生的读数时钟和取数时钟进行相位比对，选择读数时钟或取数时钟脉冲的下降沿锁存数据，读取此时刻的采集器输出数据按规定格式对数据组帧，然后将并行信号转换为串行信号输出给调制和发射设备，消除时钟相位翻转模块。
本发明的数据采集综合器设计了取数时钟来进行数据锁存，所述的消除时钟相位翻转模块的具体过程为：
数据采集综合器在接收到取数时钟后，对自身晶振产生的读数时钟和取数时钟进行相位比对，若读数时钟和取数时钟的相位一致，则在读数时钟脉冲的下降沿锁存数据，读取此时刻的采集器输出数据，8位比特数据合成1个字节，在传输时先传输字节的高位、最后再传输字节的低位，再将连续的字节按规定格式对数据组帧；若读数时钟和取数时钟的相位不一致，则在取数时钟脉冲的下降沿锁存数据，读取此时刻的采集器输出数据，8位比特数据合成1个字节，在传输时先传输字节的高位、最后再传输字节的低位，再将连续的字节按规定格式对数据组帧按规定格式对数据组帧。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (5)

1.一种基于乒乓交互缓存技术的数据采集和主动同步组帧***，其特征在于：包括n个传感器、采集器和数据采集综合器；n为大于等于4的正整数；其中，采集器包括供电模块、第一数据缓冲区和第二数据缓冲区；
传感器：接收供电模块的供电；将测量得到的被测对象的物理参数转换成模拟电信号输出至第一数据缓冲区和第二数据缓冲区；
供电模块：对n个传感器供电；
第一数据缓冲区：接收数据采集综合器传来的数据同步指令，第一数据缓冲区的地址置零；在第i个周期，接收n个传感器传来的n个模拟电信号；对每个模拟电信号依次进行滤波、放大、A/D转换处理，生成n个数字量信号；按照预定逻辑对n个数字量信号进行时序控制，得到n个排序后的数字量信号；将n个排序后的数字量信号按照预先编排顺序进行存储；接收数据采集综合器传来的读数时钟，将存储的n个排序后的数字量信号发送至数据采集综合器；同时生成取数时钟；将取数时钟发送至数据采集综合器；i为大于等于1的奇数；
第二数据缓冲区：接收数据采集综合器传来的数据同步指令，第二数据缓冲区的地址置零；在第i+1个周期，接收n个传感器传来的n个模拟电信号；对每个模拟电信号依次进行滤波、放大、A/D转换处理，生成n个数字量信号；按照预定逻辑对n个数字量信号进行时序控制，得到n个排序后的数字量信号；将n个排序后的数字量信号按照预先编排顺序进行存储；接收数据采集综合器传来的读数时钟，将存储的n个排序后的数字量信号发送至数据采集综合器；同时生成取数时钟；将取数时钟发送至数据采集综合器；i为大于等于1的奇数；
数据采集综合器：发出数据同步指令至第一数据缓冲区和第二数据缓冲区；发送读数时钟至第一数据缓冲区和第二数据缓冲区；接收第一数据缓冲区和第二数据缓冲区传来的n个排序后的数字量信号；接收第一数据缓冲区和第二数据缓冲区传来的取数时钟；将取数时钟与读数时钟进行比较，生成锁存后的数字量信号；将锁存数字量信号转换为串行信号，并将串行信号发送至外部调制发射设备；
所述的n个传感器包括温度传感器、冲击传感器、振动传感器和压力传感器四种类型；其中，温度传感器测量得到被测物体的温度；冲击传感器测量得到被测物体的冲击加速度；振动传感器测量得到被测物体的振动加速度；压力传感器测量得到被测物体的压力；
所述预定逻辑为依次按照温度数字量信号、冲击加速度数字量信号、振动加速度数字量信号和压力数字量信号顺序进行排序；
所述预先编排顺序为依次按照排序后的温度数字量信号、排序后的冲击加速度数字量信号、排序后的振动加速度数字量信号和排序后的压力数字量信号的顺序。
2.根据权利要求1所述的一种基于乒乓交互缓存技术的数据采集和主动同步组帧***，其特征在于：所述传感器生成的模拟电信号的电压大于0V，且小于等于5V。
3.根据权利要求2所述的一种基于乒乓交互缓存技术的数据采集和主动同步组帧***，其特征在于：所述取数时钟的频率与读数时钟的频率相同。
4.根据权利要求3所述的一种基于乒乓交互缓存技术的数据采集和主动同步组帧***，其特征在于：所述第一数据缓冲区和第一数据缓冲区发送数据地址置零，实现了第一数据缓冲区和第二数据缓冲区在同一时刻同一地址进行接收或发送数据。
5.根据权利要求4所述的一种基于乒乓交互缓存技术的数据采集和主动同步组帧***，其特征在于：所述数据采集综合器对读数时钟和取数时钟进行比较的方法为：当读数时钟和取数时钟的相位一致时，以读数时钟的下降沿锁存排序后的数字量信号，生成锁存后的数字量信号；当读数时钟和取数时钟的相位不一致时，以取数时钟脉冲的下降沿锁存排序后的数字量信号。
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