[发明专利]一种基于时间同步的多通道数据采集仪

说明书

技术领域

本发明涉及数据采集及处理领域，尤其是涉及一种基于时间同步的多通道数据采集仪。

背景技术

现有技术中，时间同步体制的数据采集设备大多数为采用系统方案进行组件，如NI公司开发的基于GPS的分布式同步数据采集系统，用于桥梁的检测。该系统主要由GPS接收器和NI PXI采集设备两大部分组成，包括PXI机箱、 PXI 8187主控制器、PXI 6652 同步时钟模块、PXI 6602 计时器、PXI 4472B动态信号采集卡。该系统可实现同步数据采集，但是该系统使用硬件多、成本高、环境适应性低、体积大都不适合用于异地多点数据采集。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种基于时间同步的多通道数据采集仪，通过VCO调理模块进行时间校正后的多通道数据采集仪进行数据采集，并通过FPGA与处理器之间并行数据传输，将传感器采集的数据存储于处理器数据存储器中，通过读取数据存储芯片的数据进行后续数据处理或者通过网口与上位机进行数据交互，通过上位机进行数据处理。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于时间同步的多通道数据采集仪包括：

处理器，用于通过网口接收及解析上位机发送的读取存储芯片控制信号、下位机控制信号；并输出下位机控制信号给FPGA控制电路；读取并回传存储器的数据信号给上位机；回传FPGA控制电路控制信号采集的数据信号给上位机；

FPGA控制电路，用于接收并输出处理器发送的下位机控制信号，并回传响应信号给处理器；回传模数转换及调理电路采集的数据信息给处理器；

至少一路模数转换及调理电路，用于接收FPGA控制电路输出的下位机控制信号，同时对采集的电压信号进行处理，并将处理后的信号发送给FPGA控制电路；

其中处理器解析的下位机控制信号包括耦合选择命令字、衰减倍数控制命令字、增益倍数控制命令字、选通命令字。

如图2所示，所述模数转换及调理电路包括：

交直流耦合选择电路，用于接收FPGA控制电路的耦合选择命令字，对采集的电压信号进行交流耦合输出或者直流耦合输出；

电压衰减选择电路，用于接收FPGA控制电路的衰减倍数控制命令字，对耦合选择电路输出信号进行衰减选择输出；

电压跟随器，用于增强电压衰减选择电路信号的驱动能力；

电压增益电路，用于接收FPGA控制电路的增益倍数控制命令字，对电压跟随器输出的信号进行各种档位的信号放大；

滤波及模数转换电路，用于对电压增益电路输出信号进行滤波并进行模拟信号到数字信号的转换，并将转换后的信号输出至FPGA控制电路。

所述FPGA控制电路包括信号控制模块、数据处理模块；

    信号控制模块，用于接收处理器发送的耦合选择命令字、衰减倍数控制命令字、增益倍数控制命令字，进而控制模数转换及调理电路；随后回传响应信号字给处理器；

    数据处理模块，用于接收处理器下发的选通命令字，选择接收对应的模数转换及调理电路处理的电压信号，然后对滤波及模数转换电路输出的信号存储传至数据缓存DDR，待数据处理模块空闲时上传至处理器。

一种基于时间同步的多通道数据采集仪还包括VCO调理模块，VCO调理模块包括VCO反馈控制模块、VCO、DA芯片和GPS，所述VCO反馈控制模块、VCO与DA芯片形成闭环控制，用于调节VCO时钟信号，调节后时钟信号通过VCO反馈控制模块传送给数据处理模块，GSP发送秒脉冲信号给VCO反馈控制模块；GPS发送时间及坐标信息给FPGA控制电路的信号控制模块，通过并行总线传输给处理器；所述VCO调理模块的调理过程包括：

步骤1：VCO反馈控制模块接收到GPS发送的秒脉冲信号后，对VCO的时钟信号进行计数，记录的时钟个数                                                ，其中当第一个秒脉冲到第二个秒脉冲之间时钟个数为F₁，第二秒脉冲到第三个秒脉冲之间时钟个数为F₂，…..第n个秒脉冲到第n+1个秒脉冲之间时钟个数为F_n，i大于0； 

步骤2：通过以下公式计算频率误差平均值：，，…，其中是VCO理论时钟频率值，，当K为10时，为的10倍频值；当K为100时，则为的100倍频值；