一种高可靠数据采集卡及数据采集系统的制作方法

本申请属于数据采集领域，特别涉及一种高可靠数据采集卡及数据采集系统。

背景技术：

1、数据采集广泛应用于军事、航天、航空、机械、铁路等行业，可完成温度、水位、风速、压力等参数收集和处理等任务。随着武器系统的信息化发展，武器系统正朝着智能化、灵巧化发展，对于战场参数的捕捉和收集的需求量越来越大。与此同时，为了保证电子设备可以在恶劣的环境条件下工作，电子设备的小型化、高可靠性、强抗干扰能力等特点的设计就变得尤为重要。电子设备对各种恶劣环境的适应性，仍然是军工生产领域有待解决的技术问题，也是抗恶劣环境设计、结构、工艺设计人员一直关注和研究的课题。

2、数据采集系统的现场工作环境一般比较恶劣，混杂着来自系统内、外部的各种各样的干扰（通常称之为噪声），如果干扰不能很好的得到抑制与消除，那么系统将不能保持正常工作状态，对于数据采集系统而言，当输入的信号很小、很微弱时，数据就会被噪声所掩盖，信号的可靠性下降，对数据采集的准确度将会产生很大影响，测量的实际值与数据真实值将会产生不小的偏差，导致电路不能正常工作。

3、因此，需要一种抗干扰、高可靠的数据采集装置，能够适合在恶劣环境中使用。

技术实现思路

1、为了解决所述现有技术的不足，本申请提供了一种高可靠数据采集卡以及数据采集系统，以fpga模块为核心，能够适用于cpci总线架构，实现抗恶劣环境计算机的模块化设计，且能够提高扩展功能。

2、本申请所要达到的技术效果通过以下方案实现：

3、根据本申请的第一方面，提供一种高可靠数据采集卡，包括fpga模块，以及与所述fpga模块连接的输入模块和输出模块，还包括cpci接口模块，所述输入模块以及所述输出模块均通过cpci接口模块与外部连接，所述fpga模块依次通过pci接口以及cpci接口模块与主机端连接；其中，所述cpci接口模块用于进行功能扩展；所述fpga模块通过局部总线与所述pci接口连接，所述pci接口用于将cpci总线协议转换为局部总线协议，使主机端对fpga模块进行访问；所述fpga模块用于对采集到的数据进行数字滤波处理，所述cpci接口模块通过输入信号调理电路连接至所述输入模块，所述输入信号调理电路用于控制输入至所述输入模块中的模拟信号的电压，以及用于过滤有害高频噪声。

4、优选地，包括时钟电路，所述时钟电路为所述fpga模块以及所述pci接口提供33mhz晶振时钟。

5、优选地，所述输入模块为模数转换模块，所述输出模块为数模转换模块，所述模数转换模块以及所述数模转换模块分别连接至所述fpga模块的可编程管脚，并由所述fpga模块直接进行控制和发送时序信号。

6、优选地，所述输入模块包括两片4路输入的模数转换模块，两片所述模数转换模块通过共用的数据总线连接至所述fpga模块，所述fpga模块分别通过选片引脚连接至所述模数转换模块以进行选片读取。

7、优选地，所述fpga模块上连接有电源电路，由fpga模块对所述模数转换模块和所述数模转换模块供电，所述fpga模块通过电平转换模块连接至所述数模转换模块，所述电平转换模块用于将3.3v电信号转换为5v电信号。

8、优选地，所述输入信号调理电路包括电流/电压转换电路、信号隔离电路以及信号滤波电路，其中：

9、所述电流/电压转换电路用于将4-20ma电流转换为0~5v；

10、所述信号隔离电路采用线性光耦隔离电路，用于进行电气隔离；

11、所述信号滤波电路，用于对模拟信号进行光耦隔离以后，对采样后的电压信号进行一阶低通滤波和阻抗变换处理。

12、优选地，所述fpga模块中设置有双口ram存储器，所述双口ram存储器用于锁存所述fpga模块转换后的输出数据。

13、优选地，所述fpga模块中设置有fir数字滤波器，所述fir数字滤波器中设置有全串行的分布式计算模块。

14、根据本申请的第二方面，提供一种数据采集系统，采用上述高可靠数据采集卡。

15、本申请的一个技术效果在于，本高可靠数据采集卡采用fpga模块对输入模块采集到的数据进行数字滤波处理，以增强系统的抗干扰能力，提高系统精度；设置输入信号调理电路，能够对信号的高频噪声进行过滤以及对输入信号进行安全处理，以进一步提高抗干扰能力，以及提高本数据采集卡的安全性；采用两片模数转换模块，不仅能够提高本装置的可靠性，而且能够提高采样效率，节省硬件资源。

技术特征：

1.一种高可靠数据采集卡，包括fpga模块，以及与所述fpga模块连接的输入模块和输出模块，其特征在于，还包括cpci接口模块，所述输入模块以及所述输出模块均通过cpci接口模块与外部连接，所述fpga模块依次通过pci接口以及cpci接口模块与主机端连接；其中，所述cpci接口模块用于进行功能扩展；所述fpga模块通过局部总线与所述pci接口连接，所述pci接口用于将cpci总线协议转换为局部总线协议，使主机端对fpga模块进行访问；所述fpga模块用于对采集到的数据进行数字滤波处理，所述cpci接口模块通过输入信号调理电路连接至所述输入模块，所述输入信号调理电路用于控制输入至所述输入模块中的模拟信号的电压，以及用于过滤有害高频噪声。

2.根据权利要求1所述的高可靠数据采集卡，其特征在于，包括时钟电路，所述时钟电路为所述fpga模块以及所述pci接口提供33mhz晶振时钟。

3.根据权利要求1所述的高可靠数据采集卡，其特征在于，所述输入模块为模数转换模块，所述输出模块为数模转换模块，所述模数转换模块以及所述数模转换模块分别连接至所述fpga模块的可编程管脚，并由所述fpga模块直接进行控制和发送时序信号。

4.根据权利要求3所述的高可靠数据采集卡，其特征在于，所述输入模块包括两片4路输入的模数转换模块，两片所述模数转换模块通过共用的数据总线连接至所述fpga模块，所述fpga模块分别通过选片引脚连接至所述模数转换模块以进行选片读取。

5.根据权利要求3所述的高可靠数据采集卡，其特征在于，所述fpga模块上连接有电源电路，由fpga模块对所述模数转换模块和所述数模转换模块供电，所述fpga模块通过电平转换模块连接至所述数模转换模块，所述电平转换模块用于将3.3v电信号转换为5v电信号。

6.根据权利要求1所述的高可靠数据采集卡，其特征在于，所述输入信号调理电路包括电流/电压转换电路、信号隔离电路以及信号滤波电路，其中：

7.根据权利要求1所述的高可靠数据采集卡，其特征在于，所述fpga模块中设置有双口ram存储器，所述双口ram存储器用于锁存所述fpga模块转换后的输出数据。

8.根据权利要求1所述的高可靠数据采集卡，其特征在于，所述fpga模块中设置有fir数字滤波器，所述fir数字滤波器中设置有全串行的分布式计算模块。

9.一种数据采集系统，其特征在于，采用权利要求1至8任一项所述的高可靠数据采集卡。

技术总结
本申请公开了一种高可靠数据采集卡及数据采集系统，包括FPGA模块，以及与所述FPGA模块连接的输入模块和输出模块，还包括CPCI接口模块，所述输入模块以及所述输出模块均通过CPCI接口模块与外部连接，所述FPGA模块依次通过PCI接口以及CPCI接口模块与主机端连接；其中，所述CPCI接口模块用于进行功能扩展；所述FPGA模块通过局部总线与所述PCI接口连接，所述PCI接口用于将CPCI总线协议转换为局部总线协议，使主机端对FPGA模块进行访问；所述FPGA模块用于对采集到的数据进行数字滤波处理。采用FPGA模块对输入模块采集到的数据进行数字滤波处理，以增强系统的抗干扰能力，提高系统精度。

技术研发人员：李剑平,崔乐,刘野,陈康,徐立颖,杨春峰,李风新,刘大亮,马东英,王璐,窦泽平,夏清发,李俊兰
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第十五研究所
技术研发日：20230629
技术公布日：2024/1/13