一种数据采集装置的制作方法

本申请涉及数据采集技术领域，尤其涉及一种数据采集装置。

背景技术：

在目前现有的飞行器控制系统半实物仿真试验中，一般需要采集所需的试验数据。例如，一般可以使用伺服机构摆角采集系统来采集所需的试验数据。

然而，在现有技术中，伺服机构摆角采集系统中一般都是使用模拟传感器，因此所采集的试验数据一般都是模拟信号，抗干扰能力弱，信号质量不高。而且，由于光电码盘传感器所输出的是数字信号，因此现有技术中的采集模拟信号的伺服机构摆角采集系统无法使用光电码盘传感器。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种数据采集装置，从而可以自动采集和处理光电码盘传感器的数字信号，实现控制系统半实物仿真试验中的伺服机构摆角信息的数字信号的实时采集和处理。

本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种数据采集装置，该装置包括：数据采集控制器、桥片和输出接口；

所述桥片的一端通过局部总线与数据采集控制器连接，另一端通过紧凑型外设部件互连标准cpci总线与输出接口连接；

所述数据采集控制器，用于使用endat协议将控制指令发送给光电码盘传感器，接收并存储由所述光电码盘传感器输入的数字信号；将接收到的由所述光电码盘传感器输入的数字信号进行处理后通过局部总线传输给所述桥片；

所述桥片，用于实现局部总线数据和cpci总线数据之间的相互转换，将接收到的控制指令通过局部总线发送给所述数据采集控制器，将接收到的由所述光电码盘传感器输入的数字信号通过cpci总线发送给所述输出接口；

所述输出接口，用于将接收到的由所述光电码盘传感器输入的数字信号发送给处理装置，还用于从处理装置接收控制指令，将所述控制指令发送给所述桥片。

较佳的，所述数据采集控制器包括：控制器、双向驱动器、第一差分芯片、第二差分芯片和多个传感器接口；

所述控制器分别与所述双向驱动器和桥片连接；所述第一差分芯片的一端与所述双向驱动器连接，另一端分别与多个传感器接口连接；所述第二差分芯片的一端与所述双向驱动器连接，另一端分别与多个传感器接口连接；

所述控制器，用于执行endat协议，并根据endat协议通过所述双向驱动器输出控制指令，并通过所述双向驱动器接收并存储所述光电码盘传感器通过所述传感器接口输入的数字信号；将所述光电码盘传感器通过所述传感器接口输入的数字信号进行处理后传输给所述桥片；

所述双向驱动器，用于电平转换，以保证通讯信号的兼容性；

所述第一差分芯片，用于向所连接的各个传感器接口输出差分时钟信号；

所述第二差分芯片，用于与所连接的各个传感器接口交互传输差分数据，将所述光电码盘传感器通过所述传感器接口输入的数字信号，通过双向驱动器传输给所述控制器；

所述传感器接口，用于与光电码盘传感器连接，并将所述光电码盘传感器输入的数字信号传输给所述第二差分芯片。

较佳的，所述数据采集装置还包括：电可擦可编程只读存储器e²prom；

所述e²prom与所述桥片连接，用于存储所述桥片的初始化配置参数。

较佳的，所述数据采集控制器还包括：可擦可编程只读存储器eprom；

所述eprom与所述控制器连接，用于存储所述控制器的初始化配置参数。

较佳的，所述控制器为现场可编程门阵列fpga芯片。

较佳的，所述双向驱动器为双向驱动sn74alvc164245dl芯片。

较佳的，所述第一差分芯片和第二差分芯片均为sn75176bp芯片。

较佳的，所述输出接口为cpci接口。

较佳的，所述桥片为cpci协议接口芯片pci9030。

较佳的，所述处理装置为摆角采集计算机。

如上可见，在本发明中的数据采集装置中，数据采集控制器可以直接与光电码盘传感器连接，并接收光电码盘传感器采集的数字信号，然后将接收到的数字信号进行处理后发送给桥片；由于桥片可以实现局部总线数据和cpci总线数据之间的相互转换，因此桥片可以通过局部总线从数据采集控制器接收由光电码盘传感器采集的数字信号，然后将接收到的数字信号转换成cpci总线数据之后，再通过cpci总线以及输出接口发送给处理装置，从而可以自动采集和处理光电码盘传感器的数字信号，实现控制系统半实物仿真试验中的伺服机构摆角信息的数字信号的实时采集和处理。

另外，本发明的上述数据采集装置实际上是一种通过基于cpci总线接口来实现endat通信功能的接口板卡，具有高开放性、高可靠性的特点，还具有更坚固、更可靠、模块化、易使用、易维护等诸多优点，适合于各种实时系统控制、实时数据采集系统，并可以应用在控制系统半实物仿真试验系统中。

此外，本发明的上述数据采集装置采用了紧凑型接口(cpci)架构，因此可以方便的与测控计算机相互连接，从而可以有效地节省空间，而且抗干扰能力强，完全可以满足光电码盘传感器的数据采集要求。具有重要的现实意义和应用潜力。另外，由于cpci总线是将pci总线和欧规卡的机械结构相结合发展而成的，与pci总线的电气规范相兼容，并与欧规卡、高性能连接器的机械结构相结合，具有抗震性能好、高可用性等优点，非常适合于工业现场应用。

附图说明

图1为本发明实施例中的数据采集装置的结构示意图。

图2为本发明实施例中的数据采集装置的详细结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步详细的说明。

在本发明的技术具体实施例中，提出了一种基于endat协议的具有cpci架构的数据采集装置。

其中，endat协议是海德汉(heidenhain)公司专为编码器设计的数字式、全双工同步串行的数据传输协议，具有传输速度快、功能强大、连线简单、抗干扰能力强等优点，是编码器、光栅尺数据传输的通用接口。编码器利用自然二进制、循环二进制(格雷码)或prc码对码盘上的物理刻线进行光电转换，将连接轴的转动角度量转换成相应的电脉冲序列并以数字量输出。编码器具有体积小、精度高、接口数字化及绝对定位等优点，被广泛应用于转台、机器人、数控机床和高精度伺服系统等诸多领域。

外设部件互连标准(peripheralcomponentinterconnect，pci)总线具有高开放性、高可靠性、可热插拔性，适合于实时系统控制、实时数据采集、军事系统等模块化及高可靠度、可长期使用的应用领域。并且，紧凑型外设部件互连标准(compactpci，cpci)是基于pci电气规范开发的高性能工业总线，cpci总线系统所使用的操作系统、驱动和应用程序和桌面的pci总线系统兼容，因此构建cpci总线平台的测控计算机，可以满足各性能需求，并具有更坚固、更可靠、模块化、易使用、易维护等诸多优点。

本发明中所提供的基于endat协议的具有cpci架构的数据采集装置，采用了紧凑型接口(cpci)架构，可以方便的与测控计算机相互连接，节省了空间，抗干扰能力强，满足光电码盘数据采集要求，具有重要的现实意义和应用潜力。

图1为本发明实施例中的数据采集装置的结构示意图。如图1所示，该数据采集装置10包括：数据采集控制器11、桥片12和输出接口13；

所述桥片12的一端通过局部(local)总线与数据采集控制器11连接，另一端通过cpci总线与输出接口13连接；

所述数据采集控制器11，用于使用endat协议将控制指令发送给光电码盘传感器(图中未示出)，接收并存储由所述光电码盘传感器输入的数字信号；将接收到的由所述光电码盘传感器输入的数字信号进行处理后通过局部总线传输给所述桥片12；

所述桥片12，用于实现局部总线数据和cpci总线数据之间的相互转换，将接收到的控制指令通过局部总线发送给所述数据采集控制器11，将接收到的由所述光电码盘传感器输入的数字信号通过cpci总线发送给所述输出接口13；

所述输出接口13，用于将接收到的由所述光电码盘传感器输入的数字信号发送给处理装置(图中未示出)，还用于从处理装置接收控制指令，将所述控制指令发送给所述桥片12。

根据上述数据采集装置的结构可知，数据采集控制器可以直接与光电码盘传感器连接，并接收光电码盘传感器采集的数字信号，然后将接收到的数字信号进行处理后发送给桥片；由于桥片可以实现局部总线数据和cpci总线数据之间的相互转换，因此桥片可以通过局部总线从数据采集控制器接收由光电码盘传感器采集的数字信号，然后将接收到的数字信号转换成cpci总线数据之后，再通过cpci总线以及输出接口发送给处理装置，因而可以利用桥片的本地总线(即局部总线)实现endat总线与cpci总线之间的相互通信，通过基于cpci总线接口来实现endat协议通信功能，使得主机(即处理装置)可以通过cpci总线对endat总线进行控制和访问，从而可以自动采集和处理光电码盘传感器的数字信号，实现控制系统半实物仿真试验中的伺服机构摆角信息的实时采集和处理。

另外，较佳的，在本发明的一个具体实施例中，所述处理装置可以是摆角采集计算机。

另外，在本发明的技术方案中，上述的数据采集控制器可以有多种具体的实现方式。以下将以其中的一种具体实现方式为例，对本发明的技术方案进行详细的介绍。

例如，较佳的，图2为本发明实施例中的数据采集装置的详细结构示意图，如图2所示，在本发明的一个具体实施例中，所述数据采集控制器11具体可以包括：控制器21、双向驱动器22、第一差分芯片23、第二差分芯片24和多个传感器接口25；

所述控制器21分别与所述双向驱动器22和桥片12连接；所述第一差分芯片23的一端与所述双向驱动器22连接，另一端分别与多个传感器25接口连接；所述第二差分芯片24的一端与所述双向驱动器22连接，另一端分别与多个传感器接口25连接；

所述控制器21，用于执行endat协议，并根据endat协议通过所述双向驱动器22输出控制指令，并通过所述双向驱动器22接收并存储所述光电码盘传感器通过所述传感器接口25输入的数字信号；将所述光电码盘传感器通过所述传感器接口25输入的数字信号进行处理后传输给所述桥片12；

所述双向驱动器22，用于电平转换(例如，实现3.3v与5v之间的电平转换)，以保证通讯信号的兼容性；

所述第一差分芯片23，用于向所连接的各个传感器接口25输出差分时钟信号；

所述第二差分芯片24，用于与所连接的各个传感器接口25交互传输差分数据，将所述光电码盘传感器通过所述传感器接口25输入的数字信号，通过双向驱动器22传输给所述控制器21；

所述传感器接口25，用于与光电码盘传感器连接，并将所述光电码盘传感器输入的数字信号传输给所述第二差分芯片24。

另外，较佳的，在本发明的一个具体实施例中，所述桥片12可以是cpci协议接口芯片pci9030；当然，也可以是其它型号的芯片。

另外，较佳的，在本发明的一个具体实施例中，所述数据采集装置10还包括：电可擦可编程只读存储器(electricallyerasableprogrammableread-onlymemory，e²prom)14；

所述e²prom14与所述桥片12连接，用于存储所述桥片12的初始化配置参数。

较佳的，在本发明的一个具体实施例中，所述初始化配置参数可以包括：pci配置寄存器的配置和本地配置寄存器的配置；

所述pci配置寄存器的配置包括：生产商id号、器件id号、类码子系统1d号和子系统生产商id号；

所述本地配置寄存器的配置主要包括：本地地址空间的属性和本地地址总线的属性。

在本发明的技术方案中，所述桥片(例如，pci9030)可以作为主机(即处理装置)的从目标设备，同时对于局部总线而言，桥片是主设备。局部总线为pci总线和控制器之间提供一条数据通路。并且，桥片作为局部总线的主设备，可以智能的完成局部总线和内部寄存器、内部fifo之间的数据传输。pci9030提供的5个地址空间可通过设置与其相关的配置寄存器来确定局部总线的特征。在上电复位后，pci的复位信号将pci9030的内部寄存器复位，pci总线和局部总线也处于复位或高阻状态，pci9030检测串行e²prom，并将其内容加载到pci9030中。pci9030的内部寄存器主要包括pci配置寄存器、局部配置寄存器、电源管理寄存器、热插拔寄存器、vpd寄存器。串行e²prom可以选用nm93cs66l芯片进行配置。配置信息主要包括：(1)pci配置寄存器的配置，配置内容包括：生产商id号、器件id号、类码子系统1d号和子系统生产商id号；(2)本地配置寄存器的配置，配置内容主要是本地地址空间的属性和本地地址总线的属性。

另外，较佳的，在本发明的一个具体实施例中，所述桥片中的信号可以包括三类信号：pci总线信号、e²prom接口信号和本地总线信号。其中，pci总线信号直接与输出接口上的总线信号互连，不需要做任何特殊处理；e²prom接口信号符合spi接口规范；本地总线信号用于与本地功能设备(例如，io控制器)的接口，时序简单，易于操作实现。

另外，较佳的，在本发明的一个具体实施例中，所述控制器21可以是现场可编程门阵列(field－programmablegatearray，fpga)芯片。例如，较佳的，所述fpga芯片可以是型号为ep3c40q240c8n的芯片；当然，也可以是其它型号的芯片。

另外，较佳的，在本发明的一个具体实施例中，所述双向驱动器22可以是双向驱动sn74alvc164245dl芯片；当然，也可以是其它型号的芯片。

另外，较佳的，在本发明的一个具体实施例中，所述第一差分芯片23和第二差分芯片24均可以是sn75176bp芯片；当然，也可以是其它型号的芯片。

另外，较佳的，在本发明的一个具体实施例中，所述输出接口13可以是cpci接口。该cpci接口的主要特征为：具备33mhz的pci性能，支持32位的数据传输，在33mhz下每个总线段支持8个cpci插槽，总线由系统进行管理。

在本发明的技术方案中，上述的数据采集装置可以设计成插卡式信号处理板，具备33mhz的pci性能，支持32位的数据传输，该接口板卡可以通过基于cpci总线接口来实现endat通信功能，来自动采集和处理光电码盘传感器的数字信号。

另外，较佳的，在本发明的一个具体实施例中，所述数据采集装置的尺寸可以是6u板卡尺寸(233.35mm*160mm)，每个cpci接口(即输出接口)可以由五个cpci总线段组成。

另外，较佳的，在本发明的一个具体实施例中，所述数据采集控制器11中还可以包括：可擦可编程只读存储器(erasableprogrammableread-onlymemory，eprom)2；

所述eprom26与所述控制器21连接，用于存储所述控制器21的初始化配置参数。

综上所述，在本发明的上述数据采集装置中，数据采集控制器可以直接与光电码盘传感器连接，并接收光电码盘传感器采集的数字信号，然后将接收到的数字信号进行处理后发送给桥片；由于桥片可以实现局部总线数据和cpci总线数据之间的相互转换，因此桥片可以通过局部总线从数据采集控制器接收由光电码盘传感器采集的数字信号，然后将接收到的数字信号转换成cpci总线数据之后，再通过cpci总线以及输出接口发送给处理装置，从而可以自动采集和处理光电码盘传感器的数字信号，实现控制系统半实物仿真试验中的伺服机构摆角信息的实时采集和处理。

另外，本发明的上述数据采集装置实际上是一种通过基于cpci总线接口来实现endat通信功能的接口板卡，具有高开放性、高可靠性的特点，还具有更坚固、更可靠、模块化、易使用、易维护等诸多优点，适合于各种实时系统控制、实时数据采集系统，并可以应用在控制系统半实物仿真试验系统中。

此外，本发明的上述数据采集装置采用了紧凑型接口(cpci)架构，因此可以方便的与测控计算机相互连接，从而可以有效地节省空间，而且抗干扰能力强，完全可以满足光电码盘传感器的数据采集要求。具有重要的现实意义和应用潜力。另外，由于cpci总线是将pci总线和欧规卡的机械结构相结合发展而成的，与pci总线的电气规范相兼容，并与欧规卡、高性能连接器的机械结构相结合，具有抗震性能好、高可用性等优点，非常适合于工业现场应用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。