多无线同步数采模块间的数据同步方法及装置、数采装置与流程

1.涉及数据采集技术领域，具体涉及多通道数据同步领域。


背景技术：

2.无线类同步采集系统包括两部分核心功能：无线数据传输功能与同步数据采集功能。这类系统主要是通过wifi等无线传输方式将模数转换子模块的转换结果在主控芯片的控制下传输到上位机。由于同步模数转换子模块通道数的限制因素，通常单个无线同步数据采集子模块无法满足对通道数量需求较多的应用场合，为应对这一状况，通常按图1方式设计同步采集器，即在一个无线同步数采模块中使用多个adc芯片级联，再将转换结果通过模块中的一个无线传输模块上传，以此来增加通道数量。
3.图1中的设计方式固然增加了通道数量，但一来也增加了采集器自身体积和成本，并且通道数量始终固定，缺乏使用的灵活性，二来处理器速率和无线传输速率具有一定限制，通道数的增加意味着其速率负荷变大，故无法无限制的在同一采集器中增加adc芯片。另一种思路是实现无线同步数采模块的拓展性，即解决多个无线同步数采模块之间的级联问题。而因为每个模块都在进行独立的无线传输且无线传输模块间网络状态无法实现一致，简单的级联也无法完成模块间的同步采集，因此，如何在上述情况下将多个无线同步采集模块级联并实现模块间采样数据同步成为目前无线类同步采集系统需要解决的问题。


技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的，将多个无线同步采集模块级联并实现模块间采样数据同步成为目前无线类同步采集系统需要解决的问题，本发明提供的技术方案为：
5.多无线同步数采模块间的数据同步方法，应用于至少两个无线同步数据采集子模块，所述模块包括数模转换子模块、fpga子模块、mcu模块和无线传输子模块，所述方法包括：
6.同步所有所述采集模块中fpga子模块的时钟数据的步骤；
7.采集所述fpga子模块接收到的数模转换子模块发送的数据，将所述数据加入帧头、预设的递加帧数和数据位，并将所述数据打包发送至所述mcu子模块的步骤；
8.采集所有所述采集模块的mcu子模块中的数据的步骤；
9.按照所述帧头和帧数，分别对应每个所述采集模块并对所述数据进行缓存并输出的步骤；
10.采集缓存的数据中帧数最高的数据作为标准，依次循环输出其余数据，当所有所述数据的帧数都达到所述标准后，继续输出所述数据的步骤。
11.进一步，提供一个优选实施方式，所述按照所述帧头和帧数，分别对应每个所述采集模块并对所述数据进行缓存并输出的步骤中，将所述数据发送至fifo缓存的步骤。
12.进一步，提供一个优选实施方式，所述方法还包括：将所述无线传输子模块调整为sta工作方式的步骤。
13.基于同一发明构思，本发明还提供了多无线同步数采模块间数据同步装置，所述装置包括：
14.用于同步所有所述采集模块中fpga子模块的时钟数据的模块；
15.用于采集所述fpga子模块接收到的数模转换子模块发送的数据，将所述数据加入帧头、预设的递加帧数和数据位，并将所述数据打包发送至所述mcu子模块的模块；
16.用于采集所有所述采集模块的mcu模块中的数据的模块；
17.用于按照所述帧头和帧数，分别对应每个所述采集模块并对所述数据进行缓存并输出的模块；
18.用于采集缓存的数据中帧数最高的数据作为标准，依次循环输出其余数据，当所有所述数据的帧数都达到所述标准后，继续输出所述数据的模块。
19.基于同一发明构思，本发明还提供了数采装置，基于所述的多无线同步数采模块间的数据同步方法，所述装置包括：
20.主模块、至少一个从模块、路由设备和上位机；
21.所述从模块与所述主模块相同，且所述从模块和主模块均分别包括数据采集子模块，所述主模块和从模块用于将所述数据采集子模块采集到的数据通过所述路由设备发送至所述上位机。
22.进一步，提供一个优选实施方式，所述主模块包括：数模转换子模块、fpga子模块、mcu模块和无线传输子模块；
23.所述数模转换子模块与所述fpga子模块进行数据交互，所述fpga子模块与所述mcu子模块进行数据交互，所述mcu子模块与所述无线传输子模块进行数据交互；
24.所有所述fpga子模块之间依次连接，且首尾相连。
25.进一步，提供一个优选实施方式，所述上位机基于labview软件开发平台开发，且与所述主模块和所述从模块建立tcp连接。
26.进一步，提供一个优选实施方式，所述主模块还包括：fifo缓存子模块，所述fifo缓存子模块用于储存缓存数据，所述缓存数据即为：按照所述帧头和帧数，分别对应每个所述采集模块的数据。
27.基于同一发明构思，本发明还提供了计算机储存介质，用于储存计算机程序，当计算机的处理器处理所述计算机储存介质中的计算机程序时，所述计算机执行所述的多无线同步数采模块间的数据同步方法。
28.基于同一发明构思，本发明还提供了计算机，包括处理器和储存介质，所述储存介质用于储存计算机程序，当所述处理器处理所述储存介质中的计算机程序时，所述计算机执行所述的多无线同步数采模块间的数据同步方法。
29.本发明的有益之处在于：
30.本发明提供的数采模块，在labview软件中利用多线程机制，配合内存缓存对齐了各线程中各独立无线传输模块之间的数据帧。
31.本发明提供的数采模块，基于fpga硬件平台实现了多个无线同步采集模块的级联，使用硬件描述语言设计了可随无线同步采集器主从属性变化的时钟源和触发信号的输入输接口，提高了使用的灵活性。
32.本发明提供的数采模块，通过采集模块级连的时钟源和触发信号输入输出接口实
现了不同模块之间的同步数据采集。
33.本发明提供的数采模块，避免了单个无线同步采集器通道短缺或冗余的情况，避免了成本浪费同时提高了无线同步采集器的可应用范围。
34.本发明提供的数采模块，解决了因单个无线同步采集器的无线传输速率限制而导致的无法在采集器上级联太多adc芯片以拓展通道的问题。
35.适合应用于多无线同步采集模块间测量数据的同步中。
附图说明
36.图1为背景技术中提到的多adc级联设计方式；
37.图2为实施方式五提到的数采模块的系统级联硬件框图；
38.图3为实施方式五中提到的fpga子模块与adc子模块连接方式
39.其中的adc子模块即为模数转换子模块；
40.图4为实施方式五中提到的数据帧格式的示意图；
41.图5为实施方式五中提到的上位机同步对其过程示意图；
42.图6为实施方式五中提到的同步方法流程示意图。
具体实施方式
43.为使本发明提供的技术方案的优点和有益之处体现得更清楚，现结合附图对本发明提供的技术方案进行进一步详细地描述，具体的：
44.实施方式一、本实施方式提供了多无线同步数采模块间的数据同步方法，应用于至少两个无线同步数据采集子模块，所述模块包括数模转换子模块、fpga子模块、mcu模块和无线传输子模块，所述方法包括：
45.同步所有所述采集模块中fpga子模块的时钟数据的步骤；
46.采集所述fpga子模块接收到的数模转换子模块发送的数据，将所述数据加入帧头、预设的递加帧数和数据位，并将所述数据打包发送至所述mcu子模块的步骤；
47.采集所有所述采集模块的mcu子模块中的数据的步骤；
48.按照所述帧头和帧数，分别对应每个所述采集模块并对所述数据进行缓存并输出的步骤；
49.采集缓存的数据中帧数最高的数据作为标准，依次循环输出其余数据，当所有所述数据的帧数都达到所述标准后，继续输出所述数据的步骤。
50.实施方式二、本实施方式是对实施方式一提供的多无线同步数采模块间的数据同步方法的进一步限定，所述按照所述帧头和帧数，分别对应每个所述采集模块并对所述数据进行缓存并输出的步骤中，将所述数据发送至fifo缓存的步骤。
51.实施方式三、本实施方式是对实施方式一提供的多无线同步数采模块间的数据同步方法的进一步限定，所述方法还包括：将所述无线传输子模块调整为sta工作方式的步骤。
52.实施方式四、本实施方式提供了多无线同步数采模块间数据同步装置，所述装置包括：
53.用于同步所有所述采集模块中fpga子模块的时钟数据的模块；
54.用于采集所述fpga子模块接收到的数模转换子模块发送的数据，将所述数据加入帧头、预设的递加帧数和数据位，并将所述数据打包发送至所述mcu子模块的模块；
55.用于采集所有所述采集模块的mcu模块中的数据的模块；
56.用于按照所述帧头和帧数，分别对应每个所述采集模块并对所述数据进行缓存并输出的模块；
57.用于采集缓存的数据中帧数最高的数据作为标准，依次循环输出其余数据，当所有所述数据的帧数都达到所述标准后，继续输出所述数据的模块。
58.实施方式五、结合图2-6说明本实施方式，本实施方式提供了数采装置，基于实施方式一提供的多无线同步数采模块间的数据同步方法，所述装置包括：
59.主模块、至少一个从模块、路由设备和上位机；
60.所述从模块与所述主模块相同，且所述从模块和主模块均分别包括数据采集子模块，所述主模块和从模块用于将所述数据采集子模块采集到的数据通过所述路由设备发送至所述上位机。
61.数采模块硬件框图如图2所示。其中的模数转换模块即为模数转换子模块、无线传输模块即为无线传输子模块。每个采集模块由模数转换子模块，fpga子模块，mcu子模块，无线传输子模块构成。其中模数转换子模块负责模拟信号到数字信号的转换，fpga子模块除完成采集信号一级缓存和采样控制外，还为模数转换子模块提供采样时钟和同步触发信号，mcu子模块控制无线传输模块与上位机建立连接并保持通信。
62.多个采集模块级联时，其中一个模块作为主模块，剩余模块为从模块。上位机控制主模块为所有从模块提供adc芯片的时钟，以保证各模块的采样时钟来自同一时钟源，此外还提供同步触发脉冲，以保证各模块同时刻采集。具体实现方式如下：
63.对图2系统中fpga子模块与模数转换子模块，按图2所示连接，clk和sync_in为fpga对adc提供的时钟和同步触发信号。clk_inout和sync_inout是fpga为其他模块提供的或从其他模块接收的时钟和同步信号，具体取决于模块的主从属性。使用硬件描述语言编程，使得各模块时钟引脚和触发引脚可根据主从属性进行发送或接收。
64.图3为fpga子模块与adc子模块连接方式。
65.其中的adc子模块即为模数转换子模块。
66.fpga子模块在接收到采集数据后，将采集到的数据打包成帧，在数据位前添加aaaa作为帧头、然后添加递加的帧数，最后是数据位，打包编号完成后进入fifo缓存，并发送给mcu子模块。
67.图4为数据帧格式示意图。
68.将各个无线同步采集模块上的无线传输模块配置为sta工作方式，并连接到路由器设备，pc端连接路由器，实现上位机同时对多个无线同步采集模块的控制。
69.上位机基于labview软件开发平台，分别与各个采集模块建立tcp连接，同时接收各模块数据帧，并将数据帧按不同模块分别缓存下来，即每个模块对应一个缓存队列。
70.比较缓存队列当前输出的数据帧帧数。以所有队列中最大帧数nmax为标准，当前拥有最大帧数数据帧的队列暂停输出，其余帧数较小的队列均循环输出nmax-n个数据帧且不做处理，直到所有缓存队列输出的数据帧帧数相等(等于nmax)，所有队列才可继续输出数据帧并进行后续处理，此时各模块数据是同步对齐的。
71.其中，本实施方式的有益之处在于：
72.本实施方式提供的数采模块，在labview软件中利用多线程机制，配合内存缓存对齐了各线程中各独立无线传输模块之间的数据帧。基于fpga硬件平台实现了多个无线同步采集模块的级联，使用硬件描述语言设计了可随无线同步采集器主从属性变化的时钟源和触发信号的输入输接口，提高了使用的灵活性。通过采集模块级连的时钟源和触发信号输入输出接口实现了不同模块之间的同步数据采集。避免了单个无线同步采集器通道短缺或冗余的情况，避免了成本浪费同时提高了无线同步采集器的可应用范围。解决了因单个无线同步采集器的无线传输速率限制而导致的无法在采集器上级联太多adc芯片以拓展通道的问题。
73.其中，本实施方式提供的数采装置采用labview软件开发平台，使用对比数据帧编号大小的方式来决定队列是否输出数据帧或循环输出数据帧，以此方式对齐不同独立无线传输模块上传的数据帧。使用fpga设计出用于模块之间进行拓展的可输入输出接口，并且接口类型可随用户配置的无线同步采集模块主从属性进行变化。通过fpga时钟源和触发信号的输入输出接口来实现不同无线同步采集模块中adc芯片的同步采集，并对得到的数据进行打包编号处理，为上位机对齐数据帧制造前提。多个无线同步采集模块间数据同步基于labview、fgpa和无线传输单元协同工作，工作流程分为5步，每步实现对应功能。
74.实施方式六、本实施方式是对实施方式五提供的多无线同步数采模块间的数据同步方法的进一步限定，所述主模块包括：数模转换子模块、fpga子模块、mcu模块和无线传输子模块；
75.所述数模转换子模块与所述fpga子模块进行数据交互，所述fpga子模块与所述mcu子模块进行数据交互，所述mcu子模块与所述无线传输子模块进行数据交互；
76.所有所述fpga子模块之间依次连接，且首尾相连。
77.实施方式七、本实施方式是对实施方式五提供的多无线同步数采模块间的数据同步方法的进一步限定，所述上位机基于labview软件开发平台开发，且与所述主模块和所述从模块建立tcp连接。
78.实施方式八、本实施方式是对实施方式五提供的多无线同步数采模块间的数据同步方法的进一步限定，所述主模块还包括：fifo缓存子模块，所述fifo缓存子模块用于储存缓存数据，所述缓存数据即为：按照所述帧头和帧数，分别对应每个所述采集模块的数据。
79.实施方式九、本实施方式提供了计算机储存介质，用于储存计算机程序，当计算机的处理器处理所述计算机储存介质中的计算机程序时，所述计算机执行实施方式一至三任意一项提供的多无线同步数采模块间的数据同步方法。
80.计算机，包括处理器和储存介质，所述储存介质用于储存计算机程序，其特征在于，当所述处理器处理所述储存介质中的计算机程序时，所述计算机执行实施方式一至三任意一项提供的多无线同步数采模块间的数据同步方法。
81.以上通过几个具体实施方式对本发明提供的技术方案进行进一步详细地描述，是为了突出本发明提供的技术方案的优点和有益之处，不过以上所述的几个具体实施方式并不用于作为对本发明的限制，任何基于本发明的精神和原则范围内的，对本发明的修改和改进、实施方式的组合和等同替换等，均应当包含在本发明的保护范围之内。