[发明专利]一种基于千兆以太网的同步串行信号采集控制装置

说明书

本发明公开了一种基于千兆以太网的同步串行信号采集控制装置，该装置包括SSI信号采集装置、主控单元、千兆以太网通信装置以及上位机；千兆以太网通信装置通过主控单元实现与SSI信号采集装置的连接；SSI信号采集装置直接与外部传感器连接，采集传感器原始数据；上位机与千兆以太网通信装置采用UDP协议进行数据传输，硬件连接需要采用支持千兆传输速率的网线。本发明采用千兆以太网通信接口，与传统PCI、USB总线相比，传输速率大大提高，因此可以支持更多数量的采集通道，以及更高采集频率的外设传感器，同时，以太网接口连接方便且通信距离更远，还可与以太网交换机、个人PC、工控机等多种设备进行连接，具有组网灵活、传输可靠、成本低廉等特点。

技术领域

本发明涉及工业测控领域数据采集及控制装置，尤其涉及一种基于千兆以太网的同步串行信号采集控制装置。

背景技术

数据采集是工业生产领域的重要环节，实现工业控制的前提就是将工业生产中的重要数据进行采集并传输到控制装置，而数据采集必须满足实时性和准确性的要求，才能保证工业生产过程得到良好的检测和控制。在流水线、机械臂等工业应用场合，位移、角度等位置信息的监测尤为重要，这些信息一般由光电编码器等位置传感器采集得到。绝对值编码器、线位移传感器等传感器广泛采用一种同步串行接口SSI(Synchronous SerialInterface)，SSI信号传输速度快、连线简单、且具有较好的抗干扰能力，最远传输距离可达500m。但工控机和PC一般不提供SSI接口，目前的SSI数据采集卡多采用PCI、CPCI、PXI等接口，价格昂贵且安装复杂，需要固定在工控机的插槽中使用，同时这些接口的上位机使用和开发均需要安装相应的驱动，使用较为复杂。

千兆以太网(Gbit Ethernet)是由IEEE 802.3标准定义的一类以吉比特每秒速率传输以太网帧的网络传输技术，建立在标准以太网技术的基础上，包括了CSMA/CD协议、以太网帧、全双工、流量控制以及IEEE802.3标准中所定义的管理对象等技术规范，目前已发展为主流网络技术。千兆以太网接口用于数据采集装置，具有传输速率快、应用范围广、连接方便、维护成本低等优势。目前，千兆以太网卡已经广泛应用于各类PC电脑和工控机。

因此，设计一种基于千兆以太网的同步串行信号采集控制装置，可以准确高速地采集和上传SSI信号，同时提高装置的便携性、灵活性，其应用场合也不仅仅局限于工控机，还可以连接个人PC等其他任何配备有千兆以太网口的设备，甚至还可以通过具有无线传输的以太网交换机转换为无线传输方式，这大大降低了信号采集成本，同时拓展了数据采集装置的使用场景，这些都对工业生产中的自动化和控制具有积极的促进作用。

发明内容

本发明针对工控机难以直接采集SSI信号以及SSI信号多通道高速采集的问题，提出了一种基于千兆以太网的同步串行信号采集控制装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于千兆以太网的同步串行信号采集控制装置，该装置包括SSI(同步串行)信号采集装置，主控单元，千兆以太网通信装置，以及上位机；

SSI信号采集装置包括差分电平转换模块、电压保护模块和DB-25接口座；SSI信号传感器、DB-25接口座、电压保护模块和差分电平转换模块依次连接；电压保护模块防止电压过高导致的芯片损坏；差分电平转换模块将SSI信号传感器输出的一组差分时钟信号和一组差分数据信号分别转换为单端信号并传输给主控单元；

千兆以太网通信装置包括千兆以太网物理层管理芯片和以太网接口座；千兆以太网物理层管理芯片连接主控单元中的MAC层接口和传输介质接口，用以实现以太网物理层功能，如实现物理编解码和实现串并转换等；以太网接口座通过差分走线连接千兆以太网物理层管理芯片，通过超五类网络线缆连接上位机，同时内置有LED灯，指示网络连接和传输状态；