[发明专利]快速数据采集循环累加方法及系统

说明书

技术领域

 本发明涉及数据采集及处理技术领域，具体地说是一种特别适用于传感监测系统的能够显著提高数据处理速度和精度的快速数据采集循环累加方法及系统。

背景技术

信息社会的发展，在很大程度上取决于信息与信号处理技术的先进性。数字信号处理技术的出现改变了信息与信号处理技术的整个面貌，而数据采集是作为数字信号处理必不可少的前期工作，在整个数字系统中起到关键性、乃至决定性的作用。目前，各类传感监测系统对底层的数据采集处理功能要求也是日益增高，主要集中表现在对数据采集的实时性、处理速度和数据精度方面的要求。以光纤传感测温系统为例，数据采集量大，信噪比要求高，需要对数据进行周期循环采集累加来降低噪声的影响，由于总线接口和计算机处理器处理能力受限，需要底层数据采集卡来完成循环累加处理，因为采用底层累加方式不仅数据处理时间短而且只需占用一个周期的数据空间即可。

数据循环累加就是对一组实时信号进行周期式的反复采集并进行累加。每一周期的数据采集累加时间称为累加周期。累加周期内采集的有效数据个数不能大于最大采样点数。最大采样点数=累加周期/采样频率。对于累加周期长，采集有效数据小于最大采样点数的，循环累加处理较为简单，为了提升速度往往采用流水线的方式进行累加。而对于时序要求特别严格的系统，比如光纤传感测温测应力的长距离系统，因为要实现长距离的测量，所以实际信号很微弱噪声大，数据累加处理是必不可的，数据处理要求也更为严格，需要采集有效数据必须等于最大采样点数，实现循环累加就有一个极大问题存在。因为循环累加需要一个双端口的存储器实现每周期累加结果的存放和下个周期累加的数据提取功能，这部分的操作需要时钟控制，这样就避免不了延时的存在，这种器件工作延时导致每个周期的数据不能严格对齐而产生错位累加，而且随着累加次数的增加这样错位是依次递进的，即次数越多错位就越多，最终的结果当然都是错的。这个问题在流水线累加方式更为凸显，流水线级数越多每次错位的个数也越多。如附件的图1所示，数据采样周期为T，最大采样点数为N，即图中ADC采样数据为d1，d2，……，dN。累加操作读取数据最少要占用一个点的时间，如果采用流水线累加方式，占用的点数与流水线的级数有关，这里用M表示。在第一个累加周期内，累加模块是采样的ADC数据存入寄存器，在第二个累加周期的时间再将其从存储器里读出来与新采集的ADC数据相加，而实际累加数据是在采集第M个点的时候才有真正的累加和数据。通常累加周期等于采样周期，所以如果系统要求采样点数为N，则第二个累加周期累加就会错位M个点，第三个累加周期会错位2M个点，后面依次成倍错位。

底层累加常用的解决方法就是牺牲一个累加周期的时间，如附图中的图2所示。即两个数据采样周期完成一个周期的数据采集和累加，这样将两个周期变成一个完整信号的大周期，从图2可见，ADC采样数据多采了M个点来拟补前端抛掉的累加的空点，保证N个点的累加和的刚好完成。从图2所描述的时序图不难发现，这种方法不仅导致累加时间加倍，而且每次累加都丢失一组数据，影响数据准确度。这个缺陷的存在导致很多传感监测系统功能受到影响。像周界防入侵系统，虽然累加次数较少，但对数据的实时性要求较高，应用这种方法会丢失数据无法进行实时显示和报警。长距离光纤测温系统，单周期数据量大，累加次数几十万，如果应用这种方法，需要分钟级别的累加时间，这对消防类产品是个致命的问题。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的缺点和不足，提出了一种特别适用于传感监测系统的能够显著提高数据处理速度和精度的快速数据采集循环累加方法及系统。

本发明可以通过以下措施达到：

一种快速数据采集循环累加方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1： PC机向FPGA下发配置参数，这些参数包括：采样周期、采样点数和累加次数；

步骤2：采样周期生成模块根据下发的采样周期参数生成相应的采样周期信号t(周期为T)给累加控制模块；

步骤3：累加控制模块将采样周期信号t二分频，并做半个采样周期T/2的延时处理，从而生成两个相差T/2的新采样周期信号t1和t2（周期为T/2），分别送给所述的第一累加操作模块和第二累加操作模块。其中，第二累加操作模块的采样周期信号t2比第一累加操作模块的采样周期信号t1延迟T/2；

步骤4：第一累加操作模块根据采样周期信号t1采用流水线方式与第一双端口存储器配合，两个采样周期信号t1为一个累加周期，对每个采样周期t的前半段数据（前1/2的采样点数）进行循环采集累加，直至循环次数达到要求的累加次数，停止累加；