基于网络和分布式供电的级联式同步大规模数据采集系统的制作方法
【专利摘要】本发明提出了一种基于网络和分布式供电的级联式同步大规模数据采集系统，包括多个供电及数据采集子系统、工业以太网交换机和多台数据采集工作站，每个供电及数据采集子系统包括：主电源站，接入外部电源并对进行抗干扰及限流处理以对外供电及实现每个主电源站的时钟同步，提供以太网交换机接口和供电接口；从电源站接入外部电源并对进行抗干扰和限流处理及对外供电，提供以太网交换机接口；每个采集终端接收输入信号并对输入信号进行处理以生成处理后数据并保证各个采集终端的时钟同步；工业以太网交换机接收处理后数据并将发送至多台数据采集工作站；每台数据采集工作站接收处理后数据。本发明能够实现整个系统的级联通信和供电的同步数据采集。
【专利说明】基于网络和分布式供电的级联式同步大规模数据采集系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及通信和数据处理【技术领域】，特别涉及一种基于网络和分布式供电的级联式同步大规模数据采集系统。
【背景技术】
[0002]在隧道监控中，石油地震勘探信号采集系统通常线路非常长，因此会采用专有的网络技术，例如专业的令牌环网络，或者采用以太网及CAN (Controller Area Network,控制器局域网络)总线等。但是上述方式仅仅解决了通信问题，很难解决供电问题。虽然有POE (Power Over Ethernet,有源以太网)技术,但是其属于星形布线方式,其通信和供电距离仅100m，不能满足现场需要。由于其信号均为交流信号，频率在0.001HZ?1000HZ之间，对于信噪比要求很高，要求达到90DB以上。将信号引到中心集中采集的方式，将会带来信噪比的恶化，引入电网的干扰，技术上不可行。而且交流信号的采集必须同步进行，否则丢失相位息。
[0003]并且，由于现场条件非常恶劣，不便于安装且布线较复杂，而且现有技术尚不能实现同步的数据采集，也不能实现级联通信和供电的同步数据采集。
【发明内容】
[0004]本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
[0005]为此，本发明的目的在于提出一种基于网络和分布式供电的级联式同步大规模数据采集系统，该系统能够方便安装，布线简单，可以实现同步的数据采集，并且实现了能够进行级联通信和供电的同步数据采集方案。
[0006]为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种基于网络和分布式供电的级联式同步大规模数据采集系统，包括:多个供电及数据采集子系统、工业以太网交换机和多台数据采集工作站，其中，所述工业以太网交换机分别与每个所述供电及数据采集子系统和每个所述数据采集工作站进行通信，其中，每个所述供电及数据采集子系统用于生成供电电流以对外供电以及采集外部的输入信号并生成对应的处理数据，其中，每个所述供电及数据采集子系统包括:主电源站，所述主电源站通过光纤通信或无线通信方式与所述工业以太网交换机进行通信，其中，所述主电源站用于接入外部电源，并对所述外部电源进行抗干扰及限流处理，生成供电电流以对外供电，同时经过直流电源变换器对内供电，以及提供IEEE1588V2同步主钟并接收卫星导航系统的授时以实现每个所述主电源站间的时钟同步，以及提供以太网交换机接口和供电接口 ；从电源站，用于接入所述外部电源，并对所述外部电源进行抗干扰和限流处理，生成供电电流以对外供电，同时经过直流电源变换器对内供电，以及提供用于级联的以太网交换机接口 ；多个采集终端，所述多个采集终端通过连接电缆依次级联以实现供电级联且每个所述采集终端与主电源站进行通信，所述多个采集终端中的一部分通过所述连接电缆在所述主电源站输出的所述供电电流下工作，另一部分通过所述连接电缆在所述从电源站输出的所述供电电流下工作，其中，每个所述采集终端接收外部的输入信号，并对所述输入信号进行放大、滤波和分析处理以生成处理后数据，并将所述处理后数据发送至所述主电源站，并且每个所述采集终端还用于接收所述主电源站发送的IEEE1588V2报文，并根据IEEE1588V2协议，计算与所述主电源站的主钟的时间偏差和频率偏差，并调整所述时间偏差和频率偏差以将每个所述采集终端的时钟与主钟的时间误差小于预设值，再由所述采集终端的时钟触发采样输出以保证各个采集终端的采样时钟同步；所述工业以太网交换机用于接收来自所述主电源站的所述处理后数据，并将所述处理后数据发送至所述多台数据采集工作站；每个所述数据采集工作站用于接收所述处理后数据，并对所述处理后数据进行分析和存储。
[0007]在本发明的一个实施例中，每个所述主电源站包括:第一电源、第一以太网交换芯片组、第一处理器、以太网交换机接口和电源接口，其中，所述第一电源用于接入外部电源，并将所述外部电源经过直流电源变换器后生成供电电流以向所述第一以太网交换芯片组和所述第一处理器供电，并且所述外部电源接连接电缆中两对并联的芯线的一侧，所述采集终端通过所述电源接口接所述两对并联的双向芯线的另一侧以实现电源级联；第一以太网交换芯片组的其中一个接口与以太网变压器的初级相连，所述以太网变压器的次级接连接电缆中两对信号芯线的一侧，并且所述以太网交换机接口的另外一个与另一个以太网变压器的初级相连，所述另一个以太网变压器的次级接所述两对单向信号芯线的另一侧通过以太网交换芯片的报文交换以实现以太网通信信号的级联；第一处理器，所述第一处理器与所述第一以太网交换芯片组其中一个接口相连，用于供IEEE1588V2同步主钟并接收卫星导航系统的授时以实现每个所述主电源站间的时钟同步。
[0008]在本发明的一个实施例中，所述卫星导航系统为北斗导航系统或全球定位系统GPS接收机。
[0009]在本发明的又一个实施例中，所述工业以太网交换机与所述第一以太网交换机芯片组通过光纤或无线方式进行通信。
[0010]在本发明的另一个实施例中,所述主电源站还用于输出秒脉冲IPPS信号。
[0011]在本发明的一个实施例中，所述从电源站包括:第二电源、第二以太网交换芯片组和以太网交换机接口，其中，所述第二电源用于接入外部电源，并将所述外部电源经过直流电源变换器后生成供电电流以向所述第二以太网交换芯片组供电，并且所述外部电源接连接电缆中两对并联的芯线的一侧，所述采集终端通过所述电源接口接所述两对并联的双向芯线的另一侧以实现电源级联；所述第二以太网交换芯片组的其中一个接口与以太网变压器的初级相连，所述以太网变压器的次级接连接电缆中两对信号芯线的一侧，并且所述以太网交换机的另外一个接口与另一个以太网变压器的初级相连，所述另一个以太网变压器的次级接所述两对单向信号芯线的另一侧通过以太网交换芯片的报文交换以实现以太网通信信号的级联。
[0012]在本发明的又一个实施例中，每个所述采集终端包括多路信号处理单元和第二处理器，其中，所述第二处理器用于接收所述主电源站发送的IEEE1588V2报文，并根据IEEE1588V2协议，计算与所述主电源站的主钟的时间偏差和频率偏差，并调整所述时间偏差和频率偏差以将每个所述采集终端的时钟与主钟的时间误差小于预设值，再由所述采集终端的时钟触发采样输出以保证各个采集终端的采样时钟同步；所述多路信号处理单元与所述第二处理器相连，其中，每路所述信号处理单元与通过SPI总线与所述第二中央处理单元相连，每路信号处理单元用于接入所述外部的输入信号，并对所述输入信号进行放大、滤波和信号采集。
[0013]在本发明的再一个实施例中，每路所述信号处理单元包括:可编程增益放大器，用于接收所述外部的输入信号，并根据所述输入信号的强度调整所述可编程增益放大器的放大倍数；滤波器组，所述滤波器组与所述可编程增益放大器的输出端相连，用于对所述输入信号进行滤波；逐次逼近型模数转换器，所述逐次逼近型模数转换器的输入端与所述滤波器组的输出端相连，用于对滤波后的信号进行信号采集得到采集数据，并通过所述SPI总线将所述采集数据发送到所述第二中央处理单元，其中，所述第二中央处理单元还用于对所述采集数据进行分析处理并发送至所述主电源站。
[0014]根据本发明实施例的基于网络和分布式供电的级联式同步大规模数据采集系统，采用不同于POE方法的基于以太网连接电缆的级联式电源传输方法，基于以太网的系统架构和IEEE1588V2的时钟同步技术的大规模数据采集系统，提出基于网络和分布式供电的新的架构，能够在以太网连接电缆上，提供级联的通信和供电功能，解决了布线、供电和同步问题。并且，本发明的基于网络和分布式供电的级联式同步大规模数据采集系统能够方便安装，布线简单，可以实现同步的数据采集，并且实现了能够实现整个系统的级联通信和供电的同步数据采集方案。
[0015]本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:
[0017]图1为根据本发明实施例的基于网络和分布式供电的级联式同步大规模数据采集系统的不意图；
[0018]图2为根据本发明实施例的主电源站的示意图；
[0019]图3为根据本发明实施例的从电源站的示意图；
[0020]图4为根据本发明实施例的采集终端的示意图。
【具体实施方式】
[0021]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0022]在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0023]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0024]下面参考图1至图4对本发明实施例的基于网络和分布式供电的级联式同步大规模数据采集系统进行描述。本发明提出基于网络和分布式供电的新的架构，能够在以太网连接电缆上，提供级联的通信和供电功能，解决了布线、供电和同步问题。
[0025]如图1所示，本发明实施例提供的基于网络和分布式供电的级联式同步大规模数据采集系统，包括:多个供电及数据采集子系统1、工业以太网交换机2和多台数据采集工作站3。其中，工业以太网交换机2分别与每个供电及数据采集子系统I和每台数据采集工作站3进行通信。
[0026]具体地，每个供电及数据采集子系统I用于生成供电电流以对外供电以及采集外部的输入信号并生成对应的处理数据，其中，每个供电及数据采集子系统包括:主电源站
11、从电源站12和多个采集终端13。
[0027]其中，主电源站11可以完成对网路系统的供电和网络接口，提供IEEE1588同步主钟，接受卫星定位系统授时从而保证整个系统的时钟同步性。下面对主电源站11的上述功能进行详细描述。
[0028]具体地，主电源站11可以通过光纤通信或无线通信方式与工业以太网交换机2进行通信。其中，主电源站11可以用于接入外部电源，并对该外部电源进行抗干扰和限流处理，然后生产供电电流，并输出供电电流以对外进行供电，同时经过直流电源变换器对内供电。此外，主电源站11还用于提供IEEE1588V2同步主钟并接收卫星导航系统的授时以实现每个主电源站11间的时钟同步。并且，主电源站11还用于提供以太网交换机接口和供电接口。在本发明的一个实施例中，主电源站11可以提供2?4个以太网交换机接口。
[0029]如图2所示，每个主电源站11包括:第一电源111、第一以太网交换芯片组112、第一处理器113、以太网交换机接口和电源接口。其中，第一电源111用于接入外部电源，并将外部电源经过直流电源变换器(DC/DC)后生成供电电流，从而向第一以太网交换芯片组112和第一处理器113供电。
[0030]在本发明的一个实施例中，外部电源取48V或者60V，最大电流限流为2A，将该电源接入以太网线的4，5，7，8线对中，对外供电。具体地，外部电源接类线中两对并联的芯线的一侧，采集终端13通过电源接口接所述上述两对并联的双向芯线的另一侧以实现电源级联以及主电源站11向采集终端13的供电。其中5类线的4和5为一组，7和8为一组，两组线对通过内部并联实现电源的级联。
[0031 ] 在本发明的实施例中，接插件选用重载连接器，从而保证恶劣现场的可靠连接。
[0032]在本发明的一个示例中，第一以太网交换芯片组112的其中一个接口与以太网变压器的初级相连，以太网变压器的次级接连接电缆中两对信号芯线的一侧，并且以太网交换机的另外一个接口与另一个以太网变压器的初级相连，该另一个以太网变压器的次级接两对单向信号芯线的另一侧通过以太网交换芯片的报文交换以实现以太网通信信号的级联。其中，以太网通信信号级联是通过在每个单元上提供I个双口以太网交换机实现的。其中，连接电缆的两对单向信号芯线分别为的1，2，3，6线对，即以太网变压器的次级接连接电缆的1，2，3，6线对实现以太网信号的级联。其中，连接电缆例如为五类线。需要说明的是，五类线仅是对连接电缆出于示例的目的，而不是为了限制本发明。本发明的连接电缆还可以为其他形式，在此不再赘述。
[0033]在本发明的一个实施例中，第一以太网交换芯片组112可以选用DAVIC0M的DM8806C, 一共提供6个以太网交换口，实际使用4个。
[0034]工业以太网交换机与第一以太网交换机芯片组通过光纤或无线方式进行通信。其中，光纤通信方式采用外置式的电口光口转换器，将来可以方便更换为3G或者4G路由器。
[0035]第一处理器113与以太网交换芯片组112其中一个接口相连，用于供KEE1588V2同步主钟并接收卫星导航系统的授时以实现每个主电源站11间的时钟同步。
[0036]在本发明的另一个不例中，第一处理器113选用型号为STM32F417的支持M4内核的一体化CPU，其具有支持IEEE1588V2的硬件设施，可以方便的支持IEEE1588V2时钟同步协议，能够保证各个采集终端的时钟同步精度，时间相差小于2 μ S。其中，第一处理器113接收外部电池的供电、恒温晶振的校准和RTC时钟的定时。
[0037]在本发明的一个实施例中，卫星导航系统114可以为北斗导航系统或全球定位系统GPS接收机。
[0038]北斗/GPS接收机接受到卫星的时间信号，精度最高，优于100NS，其信号可以用于同步主电源站11的IEEE1588V2的主钟信号。
[0039]在本发明的又一个实施例中，主电源站11还用于输出秒脉冲IPPS信号。
[0040]北斗或者GPS通过串口给系统授时，产生年月日时分秒时间信号，其中精确的授时靠IPPS信号，能够提供优于100NS的时间精度，保证不同的主电源站下面的时钟同步精度。
[0041]从电源站12主要完成以太网交换机功能和限流供电的功能。具体地，从电源站12可以接入外部电源，并对该外部电源进行抗干扰和限流处理，生产供电电流，并输出该供电电流以对外供电，同时经过直流电源变换器对内供电，以及提供用于级联的以太网交换机接口。需要说明的是，如果通信距离不足或者供电不足，可以靠增加从电源站的方式解决。在本发明的实施例中，从电源站12可以提供2个以太网交换机接口。
[0042]如图3所示，从电源站12包括第二电源121、第二以太网交换芯片组122和以太网接口。具体地，第二电源121用于接入外部电源，并将外部电源经过直流电源变换器后生成供电电流以向第二以太网交换芯片组122供电。
[0043]在本发明的一个实施例中，外部电源取48V或者60V，最大电流限流为2Α，将该电源接入以太网线的4，5，7，8线对中，对外供电。具体地，外部电源接类线中两对并联的芯线的一侧，采集终端13通过电源接口接所述上述两对并联的双向芯线的另一侧以实现电源级联以及主电源站11向采集终端13的供电。其中5类线的4和5为一组，7和8为一组，两组线对通过内部并联实现电源的级联。
[0044]在本发明的实施例中，接插件选用重载连接器，从而保证恶劣现场的可靠连接。第二以太网交换芯片组122的其中一个接口与以太网变压器的初级相连，以太网变压器的次级接连接电缆中两对信号芯线的一侧，并且以太网交换机的另外一个接口与另一个以太网变压器的初级相连，另一个以太网变压器的次级接所述两对单向信号芯线的另一侧通过以太网交换芯片的报文交换以实现以太网通信信号的级联。其中，以太网通信信号级联是通过在每个单元上提供I个双口以太网交换机实现的。其中，连接电缆的两对单向信号芯线分别为的1，2，3，6线对，即以太网变压器的次级接连接电缆的1，2，3，6线对实现以太网信号的级联。
[0045]在本发明的一个示例中，第二以太网交换芯片组122选用型号为DAVIC0M的DM8803，一共提供3个以太网交换口，实际使用3个。
[0046]采集终端13为用电设备，可以完成数据采集、提供网路接口，以及为外部传感器供电。
[0047]多个采集终端13通过连接电缆依次级联以实现供电级联，并且每个采集终端13与主电源站11进行通信。具体地，多个采集终端13中的一部分通过连接电缆在主电源站11输出的供电电流的供电下工作，另一部分采集终端13通过连接电缆在从电源站12输出的供电电流的供电下工作。其中，每个采集终端13接收外部的输入信号，并对该输入信号进行放大、滤波和分析处理以生成处理后数据，并将处理后数据发送至主电源站11，并且每个采集终端13还用于接收主电源站11发送的IEEE1588V2报文，并根据IEEE1588V2协议，计算与主电源站11的主钟的时间偏差和频率偏差，并调整时间偏差和频率偏差以将每个采集终端13的时钟与主钟的时间误差小于预设值，再由采集终端13的时钟触发采样输出以保证各个采集终端的采样时钟同步。
[0048]在本发明的一个实施例中，每个采集终端13均引出IPPS信号输出，方便进行实验和测量。
[0049]如图4所示，每个采集终端13包括:第二处理器131和多路信号处理单元132。其中，第二处理器131用于接收由主电源站11发送的IEEE1588V2报文，并根据IEEE1588V2协议，计算与主电源站11的主钟的时间偏差和频率偏差，并调整时间偏差和频率偏差以将每个采集终端13的时钟与主钟的时间误差小于预设值，再由采集终端13的时钟触发采样输出以保证各个采集终端的采样时钟同步。即，采集终端13通过1588V2协议与主钟同步，从而保证整个系统的同步性。
[0050]在本发明的一个示例中，第二处理器131采用STM32F417，这是一个32位COTEX M4的ARM处理器，其本身硬件支持IEEE1588V2协议，支持以太网接口。
[0051]每路信号处理单元132与通过SPI总线与第二处理器131相连，每路信号处理单元132用于接入外部的输入信号，并对输入信号进行放大、滤波和信号采集。
[0052]在本发明的一个实施例中，每路信号处理单元132包括:可编程增益放大器PGA1341、滤波器组和逐次逼近型模数转换器1342。
[0053]具体地，可编程增益放大器1341可以接收外部的输入信号，并根据输入信号的强度调整所述可编程增益放大器的放大倍数。滤波器组与可编程增益放大器1341的输出端相连，可以对输入信号进行滤波。其中，滤波器组包括二阶低通滤波器(LPF，Low PassFilter)和二阶高通滤波器(HPF, High Pass Filter)。
[0054]逐次逼近型模数转换器(SAR ADC) 1342的输入端与滤波器组的输出端相连，用于对滤波后的信号进行信号采集得到采集数据，并通过SPI总线将采集数据发送到第二处理器131。其中，第二处理器131还用于对采集数据进行分析处理并发送至主电源站11。gp，输入信号经过可编程增益放大器1341放大后经过滤波器组滤波后，发送至16位逐次逼近型模数转换器(SAR ADC) 1342进行信号采集，通过SPI总采集数据传输到第二处理器131中，
[0055]经过数据处理后进行暂存，通过网络传输给数据采集工作站3。[0056]工业以太网交换机2可以接收来自主电源站11的由每个采集终端13发送的处理后数据，并将上述处理后的数据发送至多台数据采集工作站3。
[0057]每台数据采集工作站3可以接收处理后的数据，并对处理后的数据进行分析和存储。
[0058]在本发明的一个实施例中，单个供电站通过级联可以完成500米距离，最多支持25台设备，采集终端的功率总消耗不大于50瓦，多个供电站仅解决供电功率和距离问题。
[0059]根据本发明实施例的基于网络和分布式供电的级联式同步大规模数据采集系统，采用不同于POE方法的基于以太网连接电缆的级联式电源传输方法，基于以太网的系统架构和IEEE1588V2的时钟同步技术的大规模数据采集系统，提出基于网络和分布式供电的新的架构，能够在以太网连接电缆上，提供级联的通信和供电功能，解决了布线、供电和同步问题。并且，本发明的基于网络和分布式供电的级联式同步大规模数据采集系统能够方便安装，布线简单，可以实现同步的数据采集，并且实现了能够实现整个系统的级联通信和供电的同步数据采集方案。
[0060]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0061]尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求极其等同限定。
【权利要求】
1.一种基于网络和分布式供电的级联式同步大规模数据采集系统，其特征在于，包括:多个供电及数据采集子系统、工业以太网交换机和多台数据采集工作站，其中，所述工业以太网交换机分别与每个所述供电及数据采集子系统和每个所述数据采集工作站进行通信，其中， 每个所述供电及数据采集子系统用于生成供电电流以对外供电以及采集外部的输入信号并生成对应的处理数据，其中，每个所述供电及数据采集子系统包括: 主电源站，所述主电源站通过光纤通信或无线通信方式与所述工业以太网交换机进行通信，其中，所述主电源站用于接入外部电源，并对所述外部电源进行抗干扰及限流处理，生成供电电流以对外供电，同时经过直流电源变换器对内供电，以及提供IEEE1588V2同步主钟并接收卫星导航系统的授时以实现每个所述主电源站间的时钟同步，以及提供以太网交换机接口和供电接口； 从电源站，用于接入所述外部电源，并对所述外部电源进行抗干扰和限流处理，生成供电电流以对外供电，同时经过直流电源变换器对内供电，以及提供用于级联的以太网交换机接口 ； 多个采集终端，所述多个采集终端通过连接电缆依次级联以实现供电级联且每个所述采集终端与主电源站进行通信，所述多个采集终端中的一部分通过所述连接电缆在所述主电源站输出的所述供电电流下工作，另一部分通过所述连接电缆在所述从电源站输出的所述供电电流下工作，其中，每个所述采集终端接收外部的输入信号，并对所述输入信号进行放大、滤波和分析处理以生成处理后数据，并将所述处理后数据发送至所述主电源站，并且每个所述采集终端还用于接收所述主电源站发送的IEEE1588V2报文，并根据IEEE1588V2协议，计算与所述主电 终端的时钟与主钟的时间误差小于预设值，再由所述采集终端的时钟触发采样输出以保证各个采集终端的时钟同步；所述工业以太网交换机用于接收来自所述主电源站的所述处理后数据，并将所述处理后数据发送至所述多台数据采集工作站； 每个所述数据采集工作站用于接收所述处理后数据，并对所述处理后数据进行分析和存储。
2.如权利要求1所述的基于网络和分布式供电的级联式同步大规模数据采集系统，其特征在于，每个所述主电源站包括:第一电源、第一以太网交换芯片组、第一处理器、以太网交换机接口和电源接口，其中， 所述第一电源用于接入外部电源，并将所述外部电源经过直流电源变换器后生成供电电流以向所述第一以太网交换芯片组和所述第一处理器供电，并且所述外部电源接连接电缆中两对并联的芯线的一侧，所述采集终端通过所述电源接口接所述两对并联的双向芯线的另一侧以实现电源级联； 第一以太网交换芯片组的其中一个接口与以太网变压器的初级相连，所述以太网变压器的次级接连接电缆中两对信号芯线的一侧，并且所述以太网交换机的另外一个接口与另一个以太网变压器的初级相连，所述另一个以太网变压器的次级接所述两对单向信号芯线的另一侧通过以太网交换芯片的报文交换以实现以太网通信信号的级联； 第一处理器，所述第一处理器与所述第一以太网交换芯片组的其中一个接口相连，用于供IEEE1588V2同步主钟并接收卫星导航系统的授时以实现每个所述主电源站间的时钟同步。
3.如权利要求2所述的基于网络和分布式供电的级联式同步大规模数据采集系统，其特征在于，所述卫星导航系统为北斗导航系统或全球定位系统GPS接收机。
4.如权利要求2所述的基于网络和分布式供电的级联式同步大规模数据采集系统，其特征在于，所述工业以太网交换机与所述第一以太网交换机芯片组通过光纤或无线方式进行通信。
5.如权利要求1所述的基于网络和分布式供电的级联式同步大规模数据采集系统，其特征在于，所述主电源站还用于输出秒脉冲IPPS信号。
6.如权利要求1所述的基于网络和分布式供电的级联式同步大规模数据采集系统，其特征在于，所述从电源站包括:第二电源、第二以太网交换芯片组和以太网交换机接口，其中， 所述第二电源用于接入外部电源，并将所述外部电源经过直流电源变换器后生成供电电流以向所述第二以太网交换芯片组供电，并且所述外部电源接连接电缆中两对并联的芯线的一侧，所述采集终端通过所述电源接口接所述两对并联的双向芯线的另一侧以实现电源级联； 所述第二以太网交换芯片组的其中一个接口与以太网变压器的初级相连，所述以太网变压器的次级接连接电缆中两对信号芯线的一侧，并且所述以太网交换机的另外一个接口与另一个以太网变压器的初级相连，所述另一个以太网变压器的次级接所述两对单向信号芯线的另一侧通过以太网交换芯片的报文交换以实现以太网通信信号的级联。
7.如权利要求1所述的基于网络和分布式供电的级联式同步大规模数据采集系统，其特征在于，每个所述采集终端包括:多路信号处理单元和第二处理器，其中，` 所述第二处理器用于接收所述主电源站发送的IEEE1588V2报文，并根据IEEE1588V2协议，计算与所述主电源站的主钟的时间偏差和频率偏差，并调整所述时间偏差和频率偏差以将每个所述采集终端的时钟与主钟的时间误差小于预设值，再由所述采集终端的时钟触发采样输出以保证各个采集终端的采样时钟同步； 所述多路信号处理单元与所述第二处理器相连，其中，每路所述信号处理单元与通过SPI总线与所述第二中央处理单元相连，每路信号处理单元用于接入所述外部的输入信号，并对所述输入信号进行放大、滤波和信号采集。
8.如权利要求1所述的基于网络和分布式供电的级联式同步大规模数据采集系统，其特征在于，每路所述信号处理单元包括: 可编程增益放大器，用于接收所述外部的输入信号，并根据所述输入信号的幅值大小调整所述可编程增益放大器的放大倍数； 滤波器组，所述滤波器组与所述可编程增益放大器的输出端相连，用于对所述输入信号进行滤波； 逐次逼近型模数转换器，所述逐次逼近型模数转换器的输入端与所述滤波器组的输出端相连，用于对滤波后的信号进行信号采集得到采集数据，并通过所述SPI总线将所述采集数据发送到所述第二中央处理单元，其中，所述第二中央处理单元还用于对所述采集数据进行分析处理并发送至所述主电源站。
【文档编号】H04L12/10GK103825749SQ201410073276
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2014年2月28日 优先权日:2014年2月28日
【发明者】王铁钢 申请人:北京腾控科技有限公司