一种基于以太网的车载数据同步采集系统的制作方法

本实用新型涉及数据采集技术领域，具体涉及分布式数据采集系统。

背景技术：

列车车辆上信号采集点数量多、分布广、间距长、采集器规格型号多样，因此采用分布式采集系统，多台设备同时进行采集数据，通过以太网方式相互通信，是目前最广泛的应用。以太网具有抗干扰能力强、传输距离远、通信速率高等优点，但以太网的CSMA/CD技术(Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection，载波监听多路访问/冲突检测)存在传输实时响应不确定。当设备各自采集数据后通过以太网发送至数据处理中心时，由于以太网传输实时响应时间不同，导致接收到的采集数据并非为同一时刻的采集数据，一些对时间精度要求高的领域，采集的数据不能同步是一件可怕的事情。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题就是提供一种基于以太网的车载数据同步采集系统，在多台设备同时采集数据时，能够避免因为以太网传输实时响应时间不同而导致的数据不同步，确保采集数据同步性和准确性。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种基于以太网的车载数据同步采集系统，包括至少两台数据采集设备，所述数据采集设备包括数据采集单元、CPU单元、时钟处理单元、交换单元、以太网接口单元，所述数据采集单元采集车载传感器数据，并将采集的数据送给CPU单元，所述时钟处理单元为CPU单元和以太网接口单元提供时钟，所述CPU单元根据时钟为数据加上时间戳，至少两台数据采集设备通过以太网接口单元实现以太网通信连接，所述交换单元与以太网接口单元配合将加上时间戳的数据在数据采集设备之间进行数据交换；至少两台数据采集设备中，设定其中一台数据采集设备为主设备，其他数据采集设备为从设备，主设备CPU向从设备CPU发送时间信息，以使至少两台数据采集设备的时间保持同步。

本实用新型采用上述技术方案，主设备CPU向从设备CPU发送时间信息，以使至少两台数据采集设备的时间保持同步，同时将采集的数据添加上时间戳，携带有时间戳信息的采集数据包含了时间信息，不再受以太网传输时延不确定影响，数据具有同步性和准确性。

本实用新型的具体技术方案及其有益效果将会在下面的具体实施方式中结合附图进行详细的说明。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步描述：

图1是本实用新型实现的2台设备的同步采集系统框图；

图2是本实用新型实现的N台设备的同步采集系统框图；

图3是本实用新型中数据采集单元系统框图；

图4是本实用新型中CPU单元系统框图；

图5是本实用新型中交换单元、以太网接口单元和时钟处理单元系统框图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供了一种基于以太网实现的分布式采集系统，由多台设备构成的同步采集系统，以满足实际应用中多台设备同时采集数据，采集的数据具有同步性和准确性。其包括至少两台数据采集设备，所述数据采集设备包括数据采集单元、CPU单元、时钟处理单元、交换单元、以太网接口单元，所述数据采集单元采集车载传感器数据，并将采集的数据送给CPU单元，所述时钟处理单元为CPU单元和以太网接口单元提供时钟，所述CPU单元根据时钟为数据加上时间戳，至少两台数据采集设备通过以太网接口单元实现以太网通信连接，所述交换单元与以太网接口配合将加上时间戳的数据在数据采集设备之间进行数据交换；至少两台数据采集设备中，设定其中一台数据采集设备为主设备，其他数据采集设备为从设备，主设备CPU向从设备CPU发送时间信息，以使至少两台数据采集设备的时间保持同步。由于从设备通过接收主设备的时间信息，保持与主设备时间同步，并将采集单元的数据增加时间戳，携带有时间戳信息的采集数据包含了时间信息，多设备相互通信时，该数据具有时间信息，能够确保该采集数据同步性和准确性。

实施例一，参考图1所示，由2台设备构成一套采集系统，其中一台为主设备1，另一台为从设备2。主设备1至少包含1个时钟处理T1单元、1个数据采集D1单元、1个CPU单元C1、1个交换单元S1、1个以太网接口单元P1。其中时钟处理T1单元通过锁相环和时钟综合，分别将时钟发送给CPU单元C1和以太网接口单元P1；CPU单元C1作为主设备1的中央处理器，接收数据采集单元D1的数据并加上时间戳功能，将数据D1变成D1’，D1’为包含时间信息的数据；交换单元S1主要实现交换功能；以太网接口单元P1与从设备2中的以太网接口单元P2用100M/1000M的以太网相连，实现物理层数据交互。从设备2至少包含1个时钟处理T2单元、1个数据采集D2单元、1个CPU单元C2、1个交换单元S2、1个以太网接口单元P2。设备2中的以太网接口单元P2通过100M/1000M以太网通讯获取主设备的时间，并将主设备的时间给时钟处理单元T2；时钟处理单元T2将以太网接口单元P2发送的时间发送给CPU单元C2；CPU单元C2作为从设备2的中央处理器，接收数据采集单元D2的数据并加上时间戳功能，将数据D2变成D2’，D2’为包含时间信息的数据；交换单元S2主要实现交换功能。

实施例二，由N台设备构成一套采集系统。其中一台为主设备3，其他N-1台都为从设备。主设备3至少包含1个时钟处理T3单元、1个数据采集D3单元、1个CPU单元C3、1个交换单元S3、1个以太网接口单元P3。其中时钟处理T3单元通过锁相环和时钟综合，分别将时钟发送给CPU单元C3和以太网接口单元P3；CPU单元C3作为主设备3的中央处理器，接收数据采集单元D3的数据并加上时间戳功能，将数据D3变成D3’，D3’为包含时间信息的数据；交换单元S3主要实现交换功能；以太网接口单元P3与从设备4中的以太网接口单元P42用100M/1000M的以太网相连，实现物理层数据交互。从设备4至少包含1个时钟处理T4单元、1个数据采集D4单元、1个CPU单元C4、1个交换单元S4、2个以太网接口单元P41和P42。设备4中的以太网接口单元P42通过100M/1000M以太网通讯获取主设备的时间，并将主设备的时间给时钟处理单元T4；时钟处理单元T4将以太网接口单元P42发送的时间发送给CPU单元C4和另一个以太网接口单元P41，以太网接口单元P41与下一个从设备m中的以太网接口单元Pm2用100M/1000M的以太网相连，实现物理层数据交互；CPU单元C4作为从设备4的中央处理器，接收数据采集单元D4的数据并加上时间戳功能，将数据D4变成D4’，D4’为包含时间信息的数据；交换单元S4主要实现交换功能。从设备M至少包含1个时钟处理Tm单元、1个数据采集Dm单元、1个CPU单元Cm、1个交换单元Sm、2个以太网接口单元Pm1和Pm2。从设备M中的以太网接口单元Pm2通过100M/1000M以太网通讯获取主设备的时间，并将主设备的时间给时钟处理单元Tm；时钟处理单元Tm将以太网接口单元Pm2发送的时间发送给CPU单元Cm和另一个以太网接口单元Pm1，以太网接口单元Pm1与下一个从设备N中的以太网接口单元Pn用100M/1000M的以太网相连，实现物理层数据交互；CPU单元Cn作为从设备n的中央处理器，接收数据采集单元Dn的数据并加上时间戳功能，将数据Dn变成Dn’，Dn’为包含时间信息的数据；交换单元Sn主要实现交换功能。从设备N至少包含1个时钟处理Tn单元、1个数据采集Dn单元、1个CPU单元Cn、1个交换单元Sn、1个以太网接口单元Pn。设备n中的以太网接口单元Pn通过100M/1000M以太网通讯获取主设备的时间，并将主设备的时间给时钟处理单元Tn；时钟处理单元Tn将以太网接口单元Pn发送的时间发送给CPU单元Cn；CPU单元C2作为从设备n的中央处理器，接收数据采集单元Dn的数据并加上时间戳功能，将数据Dn变成Dn’，Dn’为包含时间信息的数据；交换单元Sn主要实现交换功能。

在上述实施例中，参考图3所示，数据采集单元包含模拟信号调理单元和AD模数转换单元，传感器信号首先进入模拟信号调理单元，根据不同的传感器，选择相应的调理电路，经过调理处理的模拟信号送入AD模数转换单元，经过AD转换的结果送至CPU单元。参考图4所示，CPU单元采用Freescale公司PowerPC芯片MPC8314作为处理器，DDR为MICRON的MT47H64M16HR，容量为1*2＝2Gbits；FLASH为Spansion的S29GL512P11TFI020，容量为512*2＝1024Mbits，16位数据总线。CPU模块中还包括了晶振电路、Jtag电路和调试的UART电路，CPU通过PCIe总线与交换单元的芯片进行通讯，提供数据高速访问和处理。交换单元采用Broadcom公司以太网交换机BCM56134，芯片提供了24个百兆网和4个千兆网的核心交换能力，芯片还提供了IEEE 1588时钟处理功能，因此不需要再外接IEEE 1588时钟模块。BCM565134通过PCIe接口与CPU单元进行通信。BCM56134作为PCIe接口的Slave端，接受CPU单元的管理、配置和控制。BCM565134通过RGMII接口与以太网接口单元相连。以太网接口单元包括以太网接口芯片、网络变压器和M12接口。本实用新型的以太网接口芯片采用Broadcom公司的BCM54810，该芯片接口支持1000BASE-T IEEE 802.3ab、100BASE-TX IEEE 802.3u、100BASE-FX，支持Switch/Mac端的SGMII接口、RGMII接口。网络变压器采用PULSE的HX5008NLT，该变压器为1000BASE-T的单端口表面贴型器件，其共模隔离电压达1500V，发送和接收端的变压器比为1：1，1MHZ-100MHZ频率下工作时，插入损耗为1db。

除上述优选实施例外，本实用新型还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本实用新型作出各种改变和变形，只要不脱离本实用新型的精神，均应属于本实用新型权利要求书中所定义的范围。