專(zhuān)利名稱(chēng)：多傳感器探測(cè)數(shù)組數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集算法設(shè)計(jì)，尤其是一種多傳感器探測(cè)數(shù)組數(shù)據(jù) 實(shí)時(shí)采集方法。
背景技術(shù)：
在大氣傳輸實(shí)驗(yàn)中，要求用軟件準(zhǔn)確無(wú)誤的獲取多傳感器探測(cè)數(shù)組測(cè)試系統(tǒng) 的采樣數(shù)據(jù)。而此測(cè)試系統(tǒng)是由16個(gè)探測(cè)模塊構(gòu)成，每個(gè)模塊是由8行8列共 64個(gè)傳感器組成的探測(cè)數(shù)組，共有1024個(gè)探測(cè)單元。各個(gè)模塊的連接和控制如 附圖一所示。對(duì)于每個(gè)模塊，其上面的64個(gè)探測(cè)器都可以通過(guò)單片機(jī)進(jìn)行尋址。 然后依照單片機(jī)輸出給模擬開(kāi)關(guān)的控制信號(hào)，選通對(duì)應(yīng)模塊，使該模塊的數(shù)據(jù)能 夠通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)送入數(shù)據(jù)采集卡，最后送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。
在實(shí)驗(yàn)中遇到的主要難點(diǎn)是數(shù)組模塊的輸出信號(hào)是模擬信號(hào)，所以必須進(jìn) 行A/D轉(zhuǎn)換，才能將信號(hào)錄入計(jì)算機(jī)?；诖?，采用PC104接口數(shù)據(jù)采集卡。 PC104接口的最大瓶頸是重復(fù)長(zhǎng)時(shí)間使用時(shí)傳輸速率低，而實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)采集信息 量大，采集速度和實(shí)時(shí)性要求高，采集時(shí)間較長(zhǎng)，且數(shù)據(jù)采集具有不可重復(fù)性， 并要求保證數(shù)據(jù)的完整性，顯然PC104接口難以滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)要求。如果不能實(shí)時(shí)、 高速、準(zhǔn)確而又完整的獲取實(shí)驗(yàn)中的數(shù)據(jù)信息，就會(huì)給大氣傳輸特性的研究造成 非常大的誤差，甚至?xí)斐烧麄€(gè)實(shí)驗(yàn)前功盡棄。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種多傳感器探測(cè)數(shù)組數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集方法，通過(guò)采用 Microsoft Visual C#2005平臺(tái)在計(jì)算機(jī)中的編程，以解決采用PC104采集卡所導(dǎo) 致的數(shù)據(jù)傳輸速率無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)傳輸速率要求的問(wèn)題。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為
一種多傳感器探測(cè)數(shù)組數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集方法，其特征在于采用Microsoft Visual C#2005平臺(tái)在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行編程，通過(guò)編程后的計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)采集卡及 單片機(jī)進(jìn)行控制；編程時(shí)采用線(xiàn)程池技術(shù)，在程序的數(shù)據(jù)采集線(xiàn)程中創(chuàng)建線(xiàn)程池， 控制線(xiàn)程、繪圖線(xiàn)程在線(xiàn)程池創(chuàng)建的次線(xiàn)程中運(yùn)行；
所述數(shù)據(jù)采集進(jìn)程中，設(shè)置一個(gè)數(shù)據(jù)HFIFO緩沖區(qū)指針，所述緩沖區(qū)大小為8192個(gè)字節(jié)；當(dāng)總線(xiàn)上出現(xiàn)數(shù)據(jù)時(shí)，首先將接收到的數(shù)據(jù)幀放入HFIFO緩沖 區(qū)；所述緩沖區(qū)分為5種狀態(tài)
0 表示HFIFO空；
1 表示HFIFO非空但不到半滿(mǎn)；
2 表示HFIFO達(dá)到或超過(guò)半滿(mǎn)，但未到全滿(mǎn)；
3 表示HFIFO全滿(mǎn)； 其它數(shù)值 表示未知狀態(tài)，
當(dāng)數(shù)據(jù)未達(dá)到緩沖區(qū)大小的一半時(shí)，即狀態(tài)0和1:此時(shí)不產(chǎn)生數(shù)據(jù)采集事 件，數(shù)據(jù)將駐留在HFIFO緩沖區(qū)中，數(shù)據(jù)采集線(xiàn)程等待；
當(dāng)數(shù)據(jù)達(dá)到或超過(guò)緩沖區(qū)大小的一半但未全滿(mǎn)即狀態(tài)2:進(jìn)程將先判斷一下
HFIFO狀態(tài)，若為半滿(mǎn)，就讀4096個(gè)數(shù)；超過(guò)半滿(mǎn)，但未全滿(mǎn)，此時(shí)讀數(shù)分2 次，先將前4096個(gè)數(shù)讀出，再將后面的數(shù)據(jù)全部讀出，即讀空HFIFO;
當(dāng)HFIFO全滿(mǎn)即狀態(tài)3:此時(shí)數(shù)據(jù)采集進(jìn)程只要讀空HFIFO或達(dá)到用戶(hù)指 定的個(gè)數(shù)就可返回，讀數(shù)也分2次，先將前4096個(gè)數(shù)讀出，再讀空HFIFO;
其它數(shù)值表未知狀態(tài)，不應(yīng)該出現(xiàn)；
所述數(shù)據(jù)卡采集到的數(shù)據(jù)優(yōu)先保存，并以二進(jìn)制形式直接保存進(jìn)文件-， 繪圖線(xiàn)程分為第一繪圖線(xiàn)程、第二繪圖線(xiàn)程；
狀態(tài)2時(shí)進(jìn)入第一繪圖線(xiàn)程，在繪圖時(shí)要求先判斷一下HFIFO狀態(tài)，若為 半滿(mǎn)，就讀前4幀即4096個(gè)像素，然后立刻返回，進(jìn)行繪圖，繪圖時(shí)只繪出第 一幀，最后保存；
狀態(tài)3時(shí)進(jìn)入第二繪圖線(xiàn)程，讀滿(mǎn)8幀即8192個(gè)像素，然后立刻返回，進(jìn)
行繪圖，繪圖時(shí)也只繪出第一幀，最后保存。
狀態(tài)2時(shí)分兩批讀數(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于以下兩方面:第一，縮短了一次讀數(shù)的時(shí)間；
第二，低字節(jié)的數(shù)據(jù)讀完后，為HFIFO騰出了空間，以便總線(xiàn)板中接收到的數(shù)
據(jù)幀繼續(xù)放入HFIFO緩沖區(qū)，數(shù)據(jù)不易丟失，保證了數(shù)據(jù)的完整性。
狀態(tài)3即為數(shù)據(jù)溢出的臨界狀態(tài)，為保證既有數(shù)據(jù)的有效性，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了數(shù) 據(jù)冗余，即使數(shù)據(jù)少量溢出，因?yàn)閿?shù)據(jù)快速轉(zhuǎn)移仍然可以保證數(shù)據(jù)可有效恢復(fù)。 經(jīng)測(cè)試，系統(tǒng)可在100K速率下得到完整數(shù)據(jù)。
由于測(cè)試系統(tǒng)是由16個(gè)探測(cè)模塊構(gòu)成傳感器探測(cè)數(shù)組。要對(duì)多路參數(shù)進(jìn)行 檢測(cè)和控制，為了降低整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜度，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性和完整性。需要數(shù)據(jù)采集控制軟件具有多任務(wù)并行的能力，即設(shè)計(jì)多個(gè)線(xiàn)程，并且由于完成的 任務(wù)不同，各線(xiàn)程的設(shè)計(jì)也不盡相同。本發(fā)明軟件平臺(tái)采用Micro公司的 Microsoft Visual C# 2005，該平臺(tái)具有接口友好、功能強(qiáng)大、資源豐富等優(yōu)點(diǎn)， 完全面向?qū)ο蟮木幊毯拖⑻幚?。軟件共設(shè)計(jì)包括數(shù)據(jù)采集線(xiàn)程、控制線(xiàn)程、繪 圖線(xiàn)程，程序運(yùn)行中最多時(shí)會(huì)出現(xiàn)三個(gè)線(xiàn)程并行運(yùn)行的可能。
由于數(shù)據(jù)采集的要求高，為保證大量數(shù)據(jù)的完整性，數(shù)據(jù)采集線(xiàn)程優(yōu)先級(jí)高 于控制線(xiàn)程，并能保證糾錯(cuò)恢復(fù)功能，還可滿(mǎn)足采集過(guò)程的高速要求和中斷要求。
由于多傳感器探測(cè)系統(tǒng)采樣數(shù)據(jù)信息量大、采集時(shí)間較長(zhǎng)或不受時(shí)間限制， 不便于存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)傳輸。軟件設(shè)計(jì)中將采集到的數(shù)據(jù)并不駐留在內(nèi)存中而是在第 一時(shí)間以二進(jìn)制的形式直接保存進(jìn)檔，這就解決了長(zhǎng)時(shí)間數(shù)據(jù)采集的問(wèn)題。
本發(fā)明采用Microsoft Visual C# 2005平臺(tái)設(shè)計(jì)了事件觸發(fā)與實(shí)時(shí)多任務(wù)相
結(jié)合的控制方式在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前的空閑階段，主線(xiàn)程運(yùn)行，數(shù)據(jù)采集線(xiàn)程等待。
實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后，主線(xiàn)程在低優(yōu)先級(jí)下繼續(xù)運(yùn)行，數(shù)據(jù)采集線(xiàn)程轉(zhuǎn)入高優(yōu)先級(jí)運(yùn)行。 在數(shù)據(jù)采集算法設(shè)計(jì)中采用事件觸發(fā)方式。并充分利用數(shù)據(jù)采集卡提供的緩存 器，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分時(shí)，集中傳遞，減少計(jì)算機(jī)與外設(shè)通行的次數(shù)。以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中 數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性控制，并使采集的數(shù)據(jù)具有高效性、完整性、高可靠性、實(shí)時(shí) 性等優(yōu)點(diǎn)。


圖1為探測(cè)模塊控制圖。
圖2為數(shù)據(jù)采集線(xiàn)程流程圖。 圖3為繪圖線(xiàn)程流程圖。
具體實(shí)施例方式
一種多傳感器探測(cè)數(shù)組數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集算法設(shè)計(jì)方法，采用Microsoft Visual C#2005平臺(tái)在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行編程，通過(guò)編程后的計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)采集卡及單片機(jī) 進(jìn)行控制；編程時(shí)采用線(xiàn)程池技術(shù)，在程序的數(shù)據(jù)采集線(xiàn)程中創(chuàng)建線(xiàn)程池，控制 線(xiàn)程、繪圖線(xiàn)程在線(xiàn)程池創(chuàng)建的次線(xiàn)程中運(yùn)行；所述數(shù)據(jù)卡采集到的數(shù)據(jù)優(yōu)先保 存，并以二進(jìn)制形式直接保存進(jìn)文件。
所述數(shù)據(jù)采集線(xiàn)程中，設(shè)置一個(gè)數(shù)據(jù)HFIFO緩沖區(qū)指針，所述緩沖區(qū)大小 為8192個(gè)字節(jié)，所述緩沖區(qū)分為5種狀態(tài) 0 表示HFIFO空；1 表示HFIFO非空但不到半滿(mǎn)；
2 表示HFIFO達(dá)到或超過(guò)半滿(mǎn)，但未到全滿(mǎn);
3 表示HFIFO全滿(mǎn)；
其它數(shù)值 表示未知狀態(tài)；
所述數(shù)據(jù)采集線(xiàn)程程序代碼如下 unsafe void DataThread()
card.DisableAD();
card.ClearHFifo();
card.EnableAD(); try
while(state)
switch(card.GetHFifoStatus())
break; C3scl:
break; case2:
try
this.GatherData(l);
catch { break; C3se3: try
this.GatherData(2);
catch
break; default:
Console. WriteLine("test"); break;
catch(ThreadAbortException tae){ 一 〃 MessageBox.Show("采集結(jié)束，，,tae.Message,
〃 MessageBoxButtons.OK,MessageBoxIcon.Information); catch
MessageBox.Show("檢查采集設(shè)備電源，電源可能未打開(kāi)!!"， "釆集設(shè)備無(wú)法工作!!"，
MessageBox.Buttons.OK,MessageBoxIcon.Error); GatherThread.Abort();
所述數(shù)據(jù)采集線(xiàn)程程序代碼中，DataThread()為數(shù)據(jù)采集線(xiàn)程函數(shù)， GetHFifoStatus()為獲得狀態(tài)函數(shù)。
所述緩沖區(qū)為狀態(tài)2和狀態(tài)3時(shí)，事件返回后進(jìn)入繪圖線(xiàn)程，所述繪圖線(xiàn)程
程序代碼如下
unsafe void GatherData(int status)
int size=4096*status;
Intl6*p=stackalloc Intl6[size]; 〃8k
card.GatherHFifoData(p,(UInt32)status,8192);
bool bb二false;
if(bq)
bb=true; bq二false;
else
bb二false;
byte[ ] nData=this.MakeData(p,bb);〃DataIO.cs byte[,] picData=this.BufferData(nData); Bitmap bm=this.MakePic(picData); int y;
y=this.menuStripl .Size.Height; this.pictureBoxl .Image=bm; if(this.OnSaveData !=null)
{
this.OnSaveData(this，
new SaveDataEventArgs(new IntPtr(p),this.filName,status));20 所述GatherData()為繪圖線(xiàn)程函數(shù)。
所述數(shù)據(jù)保存程序如下
unsafe protected void SaveData(object sender,SaveDataEventArgs e) 〃資料
保存
Intl6*p=(Intl6*)e.ResultAddr;
String fn=this.myDir+@ "\"+e.FileName
Console. WriteLine(e.Status);
try
Filelnfo fi=new Filelnfo(fn); using(FileStream fs=fi.Open(FileMode.Append,
FileAccess.Write))
using(Bingary Writer bw=new Binary Writer(fs)) for(int i=0;i<4096*e.Status;i++) bw,Write(p[i]);
catch(Exception ex)
Console.WriteLine(ex.Message);
所述SaveData()函數(shù)為數(shù)據(jù)保存函數(shù)，所述SaveData()函數(shù)中將采集到的數(shù)
據(jù)以二進(jìn)制形式直接保存到路徑為e.FileName的文件中。
在Microsoft Visual C# 2005多線(xiàn)程程序中，使用數(shù)據(jù)采集線(xiàn)程創(chuàng)建、顯示并
運(yùn)行用戶(hù)接口，在次線(xiàn)程中運(yùn)行其它的對(duì)時(shí)間要求很高的操作(如DAQ)。
Microsoft Visual C# 2005平臺(tái)提供了兩種在Windows的次線(xiàn)程中運(yùn)行代碼的高
級(jí)機(jī)制，分別是線(xiàn)程池(thread pools)和異歩定時(shí)器(asynchronous timers)。
線(xiàn)程池適用于需要連續(xù)地執(zhí)行多次或在循環(huán)中執(zhí)行的任務(wù)，而異歩定時(shí)器適 用于在固定時(shí)間間隔內(nèi)執(zhí)行的任務(wù)。
由于試驗(yàn)中參數(shù)的采集和總線(xiàn)數(shù)據(jù)的收發(fā)是首要的任務(wù)，需要連續(xù)地執(zhí)行。
8因此，編程時(shí)采用線(xiàn)程池技術(shù)，在程序的主線(xiàn)程(數(shù)據(jù)采集線(xiàn)程)中創(chuàng)建線(xiàn)程池， 控制線(xiàn)程、繪圖線(xiàn)程都在線(xiàn)程池創(chuàng)建的次線(xiàn)程中運(yùn)行。具體程序中設(shè)置了數(shù)據(jù)采 集線(xiàn)程函數(shù)DataThread(),獲得狀態(tài)函數(shù)GetHFifoStatus()。在獲取HFIFO狀態(tài)中， 用了4個(gè)"Case: break;"語(yǔ)句來(lái)判斷狀態(tài)，從而進(jìn)行循環(huán)。
當(dāng)進(jìn)入狀態(tài)2和3時(shí)，事件返回后便進(jìn)入繪圖線(xiàn)程，軟件只設(shè)置GatherData() 為繪圖線(xiàn)程函數(shù)。線(xiàn)程空閑時(shí)則進(jìn)行圖像的播放，數(shù)據(jù)優(yōu)先保存，SaveData()為 數(shù)據(jù)保存函數(shù)。SaveData()函數(shù)中將采集到的數(shù)據(jù)以二進(jìn)制形式直接保存到路徑 為e.FileName的文件中。程序設(shè)計(jì)時(shí)采用直接指標(biāo)方式，提高了傳輸數(shù)據(jù)的效 率。
權(quán)利要求
1、一種多傳感器探測(cè)數(shù)組數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集方法，其特征在于采用MicrosoftVisual C#2005平臺(tái)在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行編程，通過(guò)編程后的計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)采集卡及單片機(jī)進(jìn)行控制；編程時(shí)采用線(xiàn)程池技術(shù)，在程序的數(shù)據(jù)采集線(xiàn)程中創(chuàng)建線(xiàn)程池，控制線(xiàn)程、繪圖線(xiàn)程在線(xiàn)程池創(chuàng)建的次線(xiàn)程中運(yùn)行；所述數(shù)據(jù)采集進(jìn)程中，設(shè)置一個(gè)數(shù)據(jù)HFIFO緩沖區(qū)指針，所述緩沖區(qū)大小為8192個(gè)字節(jié)；當(dāng)總線(xiàn)上出現(xiàn)數(shù)據(jù)時(shí)，首先將接收到的數(shù)據(jù)幀放入HFIFO緩沖區(qū)；所述緩沖區(qū)分為5種狀態(tài)0 表示HFIFO空；1 表示HFIFO非空但不到半滿(mǎn)；2 表示HFIFO達(dá)到或超過(guò)半滿(mǎn)，但未到全滿(mǎn)；3 表示HFIFO全滿(mǎn)；其它數(shù)值 表示未知狀態(tài)，當(dāng)數(shù)據(jù)未達(dá)到緩沖區(qū)大小的一半時(shí)，即狀態(tài)0和1此時(shí)不產(chǎn)生數(shù)據(jù)采集事件，數(shù)據(jù)將駐留在HFIFO緩沖區(qū)中，數(shù)據(jù)采集線(xiàn)程等待；當(dāng)數(shù)據(jù)達(dá)到或超過(guò)緩沖區(qū)大小的一半但未全滿(mǎn)即狀態(tài)2進(jìn)程將先判斷一下HFIFO狀態(tài)，若為半滿(mǎn)，就讀4096個(gè)數(shù)；超過(guò)半滿(mǎn)，但未全滿(mǎn)，此時(shí)讀數(shù)分2次，先將前4096個(gè)數(shù)讀出，再將后面的數(shù)據(jù)全部讀出，即讀空HFIFO；當(dāng)HFIFO全滿(mǎn)即狀態(tài)3此時(shí)數(shù)據(jù)采集進(jìn)程只要讀空HFIFO或達(dá)到用戶(hù)指定的個(gè)數(shù)就可返回，讀數(shù)也分2次，先將前4096個(gè)數(shù)讀出，再讀空HFIFO；其它數(shù)值表未知狀態(tài)，不應(yīng)該出現(xiàn)；所述數(shù)據(jù)卡采集到的數(shù)據(jù)優(yōu)先保存，并以二進(jìn)制形式直接保存進(jìn)文件；繪圖線(xiàn)程分為第一繪圖線(xiàn)程、第二繪圖線(xiàn)程；狀態(tài)2時(shí)進(jìn)入第一繪圖線(xiàn)程，在繪圖時(shí)要求先判斷一下HFIFO狀態(tài)，若為半滿(mǎn)，就讀前4幀即4096個(gè)像素，然后立刻返回，進(jìn)行繪圖，繪圖時(shí)只繪出第一幀，最后保存；狀態(tài)3時(shí)進(jìn)入第二繪圖線(xiàn)程，讀滿(mǎn)8幀即8192個(gè)像素，然后立刻返回，進(jìn)行繪圖，繪圖時(shí)也只繪出第一幀，最后保存。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多傳感器探測(cè)數(shù)組數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集方法，采用Microsoft VisualC#2005平臺(tái)在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行編程，通過(guò)編程后的計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)采集卡及單片機(jī)進(jìn)行控制；編程時(shí)采用線(xiàn)程池技術(shù)，在程序的數(shù)據(jù)采集線(xiàn)程中創(chuàng)建線(xiàn)程池，控制線(xiàn)程、繪圖線(xiàn)程在線(xiàn)程池創(chuàng)建的次線(xiàn)程中運(yùn)行；所述數(shù)據(jù)卡采集到的數(shù)據(jù)優(yōu)先保存，并以二進(jìn)制形式直接保存進(jìn)文件。本發(fā)明充分利用數(shù)據(jù)采集卡提供的緩存器，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分時(shí)·集中傳遞，減少計(jì)算機(jī)與外設(shè)通行的次數(shù)。以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性控制，并使采集的數(shù)據(jù)具有高效性、完整性、高可靠性、實(shí)時(shí)性等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G06F3/05GK101488074SQ20091011625
公開(kāi)日2009年7月22日 申請(qǐng)日期2009年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月26日
發(fā)明者楓 何, 侯再紅, 劉潔群, 毅 吳 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所