专利名称：一种数据采集及传输装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及数据采集系统领域，特别涉及一种数据采集及传输装置。
背景技术：
随着科学技术的发展，对于功耗的要求越来越高。数据采集系统中的低功耗要求也成为一项重要指标。通常，数据采集系统主芯片一般采用单片机或DSP(Digital SignalProcessing，数字信号处理)芯片，但是由于应用场合和技术条件的限制，无法满足严格的低功耗要求。数据传输通讯也是数据采集系统的重要功能之一，目前多数采用串口通讯方式。传统的单片机芯片时钟频率较低及外设速度慢，大大限制了数据传输的速度和性能，无法满足高速串口通讯的要求。综上所述，现阶段的数据采集系统对于高速串口通讯和低功耗都有要求，传统的数据采集系统或只能满足其中之一。
实用新型内容本实用新型的目的旨在至少解决上述技术问题之一。为此，本实用新型的目的在于提出一种数据传输速率高及系统功耗低的数据采集及传输装置。此外，该装置系统采样精度高、稳定可靠。为达到上述目的，本实用新型提出一种数据采集及传输装置，包括:采集模块，所述采集模块采集数据并生成模拟信号；处理模块，所述处理模块与所述采集模块相连，所述处理模块对所述模拟信号进行处理；A/D转换模块，所述A/D转换模块与所述处理模块相连，所述A/D转换模块将经所述处理模块处理过的所述模拟信号转换为数字信号；接口模块和与所述接口模块相连的光传输模块；以及控制器模块，所述控制器模块与所述A/D转换模块相连，所述控制器模块对所述A/D转换模块的采样速率进行设定，并通过所述接口模块及所述光传输模块发送所述数字信号。根据本实用新型提出的数据采集及传输装置具有数据传输速率高及系统功耗低的特点，且系统采样精度高、稳定可靠。其中，所述A/D转换模块具有SPI接口，所述控制器模块通过所述SPI接口对所述A/D转换模块的采样速率进行设定。进一步地，所述接口模块为高速串口模块，所述高速串口模块的传输速率大于IMbps0进一步地，所述控制器模块为FPGA。进一步地，所述处理模块包括阻抗匹配子模块和滤波子模块。数据采集及传输装置，还包括:晶振模块，所述晶振模块与所述控制器模块相连，所述晶振模块向所述控制器模块提供系统时钟。本实用新型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，或通过本实用新型的实践了解到。
本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从
以下结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:图1为根据本实用新型一个实施例的数据采集及传输装置的示意图；图2为根据本实用新型另一个实施例的数据采集及传输装置的示意图；以及图3为根据本实用新型实施例的数据采集及传输装置的定时采样的程序处理流程图。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，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，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本实用新型的不同结构。为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。此外，本实用新型可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本实用新型提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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的具体含义。参照下面的描述和附图，将清楚本实用新型的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本实用新型的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本实用新型的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本实用新型的实施例的范围不受此限制。相反，本实用新型的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。下面参照附图对本实用新型实施例提出的数据采集及传输装置进行描述。图1是根据本实用新型一个实施例的数据采集及传输装置的示意图。如图1所示，本实用新型实施例提出的数据采集及传输装置100，包括:采集模块110、处理模块120、A/D转换模块130、接口模块140、光传输模块150以及控制器模块160。其中，采集模块110采集数据并生成模拟信号。处理模块120与采集模块110相连，处理模块120对模拟信号进行处理。其中，处理模块120包括阻抗匹配子模块和滤波子模块。具体地，在本实用新型的一个示例中，选取低功耗运放ADA4841-1构成阻抗匹配子模块121和滤波子模块122。其中，ADA4841-1为低功耗、低噪声、低失真及轨到轨输出的放大器，最大静态电流为1.5mA。由此，通过运放跟随电路增大A/D转换模块130输入阻抗。A/D转换模块130与处理模块120相连，A/D转换模块130将经处理模块120处理过的模拟信号转换为数字信号。接口模块140为高速串口模块，其中，高速串口模块的传输速率大于1Mbps。具体地，高速串口模块的通信波特率可以为2Mbps，可自定义通讯协议，无编码方式直接将数据变为高低电平发送。由此，通过高速串口模块实现数据的高速传输。光传输模块150与接口模块140相连,用于传输光纤信号。其中，光传输模块150可以为光学发射器HFBR-1414T。控制器模块160与A/D转换模块130相连，控制器模块160对A/D转换模块130的采样速率进行设定，并通过接口模块140及光传输模块150发送数字信号。在本实用新型的一个示例中，增加反相器作为控制器模块160输出信号的驱动。在本实用新型的一个示例中，如图2所示，数据采集及传输装置100还包括:晶振模块170。具体地，晶振模块170与控制器模块160相连，晶振模块170向控制器模块160提供系统时钟。其中，晶振模块170可以为由外部有源晶振构成的时钟晶振电路。经过线性电源和功耗分析，在本实用新型的一个示例中，数据采集及传输装置100的各个模块均使用3.3V的外部供电电源统一供电及提供参考电平。在本实用新型的一个示例中，A/D转换模块130具有SPI (SerialPeripheralInterface，串行外围设备接口)接口(图中未示出)，控制器模块160通过SPI接口对A/D转换模块130的采样速率进行设定。其中，A/D转换模块130可以由带SPI通讯接口的AD7685作为低功耗模数转换芯片构成。具体地，控制器模块160通过SPI接口以SPI通讯方式对模数转换芯片的采样速率进行设定，采样速率例如为100KSPS (kilo Samples perSecond，每秒采样千次)。在本实用新型的一个实施例中，控制器模块160为FPGA。其中，FPGA(Field-Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)芯片采用高速互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,简称 CMOS)工艺，功耗低。FPGA 主要由可编程输入输出单元、基本可编程逻辑单元、完整的时钟管理、嵌入块式RAM、丰富的布线资源、内嵌的底层功能单元和内嵌专用硬件模块等部分组成。进一步地，在本实用新型的一个示例中，FPGA由Actel公司的低功耗IGL00系列FPGA-AGL060V2构成，1.2V内核供电，3.3V外部10供电。具体地，FPGA通过SPI通讯，控制模拟数字转换芯片对信号进行数据采样，将转换得到的采集信号数字量处理，根据自定义通讯协议组帧，将数据经高速串口模块(接口模块140)和光传输模块150送出。进一步地，通过FPGA控制模数转换芯片采用定时采样方式进行数据采样。其中，在定时采样时间内完成信号采集、采集数据组帧、串口数据发送等任务。具体地，可以根据下式估算定时时间:t = t_v+tsaniple+tM+tuant，式中，t为单次采样定时时间，单位为微秒；tconv为模数芯片转换时间,单位为微秒;we为模数芯片数据传输时间,单位为微秒;t_为采样得到数据组帧时间，单位为微秒；tuart为串通讯时间，单位为微秒。下面结合图3对本实用新型提出的数据采集及传输装置100的定时采样过程进行描述。如图3所示，定时采样的程序处理过程包括如下步骤:[0036]步骤S301，开始。步骤S302，单次采样时间计数开始。步骤S303，AD转换以及SPI数传。步骤S304，根据自定义通讯协议数据组帧。步骤S305，高速串行数据发送。步骤S306，判断单次采样时间计数值是否到。如果计数值到，则返回步骤S302，否则执行步骤S307。步骤S307，等待。直到单次采样时间计数值到，返回执行步骤S302。根据本实用新型实施例的数据采集及传输装置，具有数据传输速率高及系统功耗低的特点，且系统采样精度高、稳定可靠。另外，本实用新型实施例的数据采集及传输装置，从器件选型、电路设计及软件设计等完全按照低功耗系统设计要求进行，不仅满足高速串口通讯的要求，而且能达到持续运行几十毫瓦的功耗水平，适用于对数据传输速率及系统功耗有较高要求的采集系统。该装置具有数据传输速率高及系统功耗低的特点，且系统采样精度高、稳定可靠。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实用新型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。尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同限定。
权利要求1.一种数据采集及传输装置，其特征在于，包括: 采集模块，所述采集模块采集数据并生成模拟信号； 处理模块，所述处理模块与所述采集模块相连，所述处理模块对所述模拟信号进行处理； A/D转换模块，所述A/D转换模块与所述处理模块相连，所述A/D转换模块将经所述处理模块处理过的所述模拟信号转换为数字信号； 接口模块和与所述接口模块相连的光传输模块；以及 控制器模块，所述控制器模块与所述A/D转换模块相连，所述控制器模块对所述A/D转换模块的采样速率进行设定，并通过所述接口模块及所述光传输模块发送所述数字信号。
2.如权利要求1所述的数据采集及传输装置，其特征在于，所述A/D转换模块具有SPI接口，所述控制器模块通过所述SPI接口对所述A/D转换模块的采样速率进行设定。
3.如权利要求1所述的数据采集及传输装置，其特征在于，所述接口模块为高速串口模块，所述高速串口模块的传输速率大于1Mbps。
4.如权利要求1所述的数据采集及传输装置，其特征在于，所述控制器模块为FPGA。
5.如权利要求1所述的数据采集及传输装置，其特征在于，所述处理模块包括阻抗匹配子模块和滤波子模块。
6.如权利要求1所述的数据采集及传输装置，其特征在于，还包括: 晶振模块，所述晶振模块与所述控制器模块相连，所述晶振模块向所述控制器模块提供系统时钟。
专利摘要本实用新型提出一种数据采集及传输装置，其包括采集模块，采集模块采集数据并生成模拟信号；处理模块，处理模块与采集模块相连，处理模块对模拟信号进行处理；A/D转换模块，A/D转换模块与处理模块相连，A/D转换模块将经处理模块处理过的模拟信号转换为数字信号；接口模块和与接口模块相连的光传输模块；以及控制器模块，控制器模块与A/D转换模块相连，控制器模块对A/D转换模块的采样速率进行设定，并通过接口模块及光传输模块发送数字信号。该数据采集及传输装置具有数据传输速率高及系统功耗低的特点，且系统采样精度高、稳定可靠。
文档编号G06F17/40GK203054841SQ20122071293
公开日2013年7月10日 申请日期2012年12月20日 优先权日2012年12月20日
发明者王晓辉 申请人:北汽福田汽车股份有限公司