一种适应于EAST诊断的多通道数据采集系统及其方法与流程

一种适应于east诊断的多通道数据采集系统及其方法
技术领域
1.本发明属于east托卡马克装置技术领域，具体的说是涉及一种能够适应于east诊断的多通道数据采集系统及其方法。利用labview作为开发平台，以满足east托卡马克装置放电实验需求下，能够实现适应于east诊断的多通道数据采集的系统及其方法的设计。


背景技术：

2.在受控核聚变实验研究中，east托卡马克装置是典型的全超导的托卡马克的磁约束装置之一。在east装置正常的放电过程中，为了能够研究磁约束等离子体的相关信息，需要建立不同的east诊断数据采集系统，由于系统平台建设过程中，涉及到的探测器的数量、位置分布与测量物理量的不同，因此不同的诊断系统数据采集通道、采样率等信息也不完全相同。
3.在window系统下，现有的非专业人员开发的east相关采集程序大多存在以下几个方面中的不足，首先在功能调用方面，在功能调用过程中基本都采用“静态调用”的方式加载程序功能模块，即不论程序功能模块是否使用，只要系统程序运行就会将所有的功能模块添加到计算机内存中，这样会大量消耗计算机内存资源；其次在扩展性、稳定性方面，由于系统程序缺乏一定的层次结构，扩展新的功能模块修改耗时费力，效果不理想，在复杂的电磁环境下，容易造成计算机程序程序运行异常；再者，在可移植性方面，大多数现有的非专业人员开发的east诊断采集程序均是可执行文件，通用性和可移植性基本不存在，当有不同的通道及物理量进行采集处理需求时，都需要重新开发，造成资源与精力的浪费。


技术实现要素：

4.为了能够快速高效的搭建east诊断数据采集系统，考虑到采集系统的稳定性、兼容性以及通用性等因素，该数据采集系统选取的ni的采集卡，通过labview编程，实现一种能够适应于east诊断的多通道数据采集系统及其方法，从而实现east诊断人员能够快速完成建设稳定可靠的east诊断数据采集系统。本发明的目的是提供了一种适应于east诊断的多通道数据采集系统及其方法，它能够针对east装置放电实验的特殊过程，自适应的对east诊断的多通道模拟信号进行采集、存储、显示以及相关离线数据的回放等功能的实现；由于该系统提供了一种便捷有效的数据采集处理方法和人机交互界面，能够有助于提高east诊断在数据采集与处理方面的系统研制效率，为east诊断的多通道数据采集研究提供一种新的系统程序及方法。
5.本发明的技术方案如下：一种适应于east诊断的多通道数据采集系统，该系统设置有人机交互主界面，包括炮号侦听模块、多通道数据采集模块、数据回读模块、状态记录模块。炮号侦听模块实现解析炮号、放电时长等放电信息；多通道数据采集模块实现采集数据通道等相关参数的配置、采集相关控制以及存储、显示等功能的实现；数据回读模块实现对采集数据的回放、显示等功能；状态记录模块显示程序运行状态信息。系统人机交互界面主程序架构主要采用“消息-队列”和“动态注册用户事件”的混合架构，该系统程序架构能
够有效合理的适应east诊断的多通道数据采集及实验放电需求。
6.根据本发明的另一方面，提出一种适应于east诊断的多通道数据采集系统及其方法，包括以下步骤：
7.1)多通道数据采集系统的初始化；
8.2)多通道数据采集系统的炮号侦听模块根据配置，通过网络完成对炮号、放电时长等放电信息侦听和解析；
9.3)多通道数据采集系统的炮号侦听模块直到侦听到信息，通过程序中的“动态注册用户事件”功能，产生消息，通知主程序通过“动态调用”功能方式，打开并运行多通道数据采集模块相关功能程序；同时，关闭炮号侦听模块的功能程序。否则返回2)，继续进行侦听炮号状态；
10.4)多通道数据采集系统的多通道数据采集模块功能启动运行后，开启配置的采集任务通道，并等待east放电统一的硬件触发信号；
11.5)多通道数据采集系统接收到硬件触发，通过执行多通道数据采集模块程序中的“生产者-消费者模式”的程序架构，实现多通道数据的采集、处理、存储及显示等功能；否则返回4)，等待硬件触发；
12.6)多通道数据采集系统的数据采集模块功能在一炮执行完成后，自动关闭采集模块功能，并同时发送消息，通知主程序通过“动态调用”功能方式，打开并运行炮号侦听模块的功能程序；
13.7)多通道数据采集系统当要查看历史数据时，首先检查是否关闭侦听功能程序，如果否，则需要先关闭；其次切换至回读面板，通过对回读模块程序进行操作，从而可以实现对历史数据的回读、显示及回读过程的控制等操作；
14.进一步的，所述的步骤1)中系统初始化包括系统参数初始化及采集配置参数的输入，参数配置完成后，单击界面中的侦听运行按钮，系统开始进入侦听状态；
15.进一步的，所述的步骤2)中系统的炮号侦听模块分总控系统发送炮号模块和手动发送炮号模块两种；其中总控系统发送炮号模块是针对总控系统发送炮号进行解析的功能模块；手动发送炮号模块是针对通过手动模拟总控系统发送炮号进行解析的功能模块；
16.进一步的，所述的步骤3)中系统的程序中的“动态注册用户事件”功能、“动态调用”功能分别是labview语言程序架构提供的两种程序架构功能方法；其中，采用“动态调用”功能方式可以降低应用程序运行过程中的内存占用率；
17.进一步的，所述的步骤5)中系统的程序中的数据采集模块采用的“生产者-消费者模式”的程序架构是labview语言程序架构提供的一种方式，通过该架构可以实现多通道数据采集模块功能中的数据采集、处理、储存、显示等功能的并行执行；除此以外，数据存储功能程序，采用的是“高速流盘”写入存储方式，从而更加高效的提高写入效率；
18.进一步的，所述的步骤6)中系统的程序中数据采集模块发送消息，通过“消息队列写入”的方式，通知到主程序，主程序通过“消息队列读出”获取，并通过labview语言程序架构提供的“动态调用”功能方法，一炮放电结束后，系统程序运行重新回到炮号侦听模块，等待下一炮放电的来临；因此系统程序初步形成了一个简单自动化闭环运行流程；
19.进一步的，所述的步骤7)中系统查看历史数据功能，考虑到系统应用程序的统一性、复用性以及运行内存低占用率等因素，历史曲线回放查看时需关闭侦听模块功能程序，
以免带来回放数据出错的问题；在数据回读模块中，回读结束按钮单击可以立即关闭未执行读完的数据，从而退出正在回读的程序功能；
20.有益效果：
21.本发明的优点是能够针对east装置实验放电的特点，提供了一种便捷高效的east诊断的多通道数据采集处理方法及人机交互界面，能够有助于提高east诊断在数据采集与处理方面的系统研制效率，为east诊断相关物理实验研究提供有力支持。
附图说明
22.图1是本发明所述的一种适应于east诊断的多通道数据采集系统主界面图；
23.图2是本发明所述的一种适应于east诊断的多通道数据采集系统程序控制流程图。
24.附图标记说明：1多通道数据采集系统主界面、2炮号侦听模块、3多通道数据采集模块、4数据回读模块、5手动发送炮号模块、6总控系统发送炮号模块、7通道集成模块、8采集参数配置模块、9采集数据绘图模块、10回读数据解析模块、11回读过程控制模块、12回读绘图模块、13状态记录模块。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
26.根据本发明的一个实施例，如图1所示，一种适应于east诊断的多通道数据采集系统，包括多通道数据采集系统主界面1，用于人机交互界面，还包括炮号侦听模块2、多通道数据采集模块3、数据回读模块4、状态记录模块13；
27.所述炮号侦听模块2包括手动发送炮号模块5、总控系统发送炮号模块6；
28.所述多通道数据采集模块3包括通道集成模块7、采集参数配置模块8、采集数据绘图模块9；
29.所述数据回读模块4包括回读数据解析模块10、回读过程控制模块11、回读绘图模块12；
30.如果系统中的炮号侦听模块2在测试阶段，需要选择手动发送炮号模块5功能，解析炮号、放电时长等放电信息；在实际east放电阶段需要选择总控系统发送炮号模块6功能；该系统在诊断采集网(east装置为诊断采集提供个专用局域网)中，通过udp协议，当侦听到炮号、放电时长等放电信息后，通过解析数据包中的炮号和放电时长信息，并且对炮号和上一炮进行比对判别，当炮号不同时，再对放电时长进行判别，是否符合系统设定的时间范围，当同时满足上述条件后，接下来开始执行此次炮号、放电时长等相关功能模块，放电信息是通过以太网中的udp协议通过广播模式发送的数据包；
31.所述的炮号是east装置放电实验放电次数的唯一标记字符，所述放电时长是放电实验预设的此次放电时间长度；多通道数据采集模块3开始执行，首先通过采集参数配置模块8预先配置的参数，并且执行通道集成模块7，启动采集功能，当系统接收到硬件触发后，
通道集成模块7开始采集并同步将数据显示到采集数据绘图模块9中，当一炮放电结束后，该系统会自动关闭多通数据采集模块3功能程序，重新执行炮号侦听模块2功能，因此该系统可以自动化的循环执行每一炮的采集存储、显示等任务；通道集成模块7，通过采用labview中的自定义的“布尔族”控件，实现界面中的软件通道与布尔控件的一一对应，通过程序中的“族转数组”功能，将对应的通道“布尔族”转换成了通道“布尔数组”，再结合一定的for循环逻辑功能判断，便捷的实现将通道“布尔数组”至采集卡的真实物理通道名的一一对应转换；通过使用自定义的“布尔族”控件类型来做通道集成模块，其优点是可以非常直观的显示通道选择情况，并且有利于系统通道的扩展、修改及移植等；
32.当系统需要查看历史数据时，关闭系统炮号侦听按钮，将人机交互主界面切换到数据回读模块4，通过选择对应的历史数据，点击回读按钮，通过回读数据解析模块10、回读过程控制模块11以及回读绘图模块12分别能够实现对回读数据的参数解析、读取过程的控制以及回读数据的同步显示功能；如果在该系统程序运行过程中出现错误，则绘图通过人机交互主界面中的状态记录模块13功能程序进行显示，并停止系统程序功能的运行。
33.本发明针对east装置放电实验特点，通过labview编程实现了一种能够适应于east诊断的多通道数据采集的软件系统架构设计，该软件系统架构相对于现有的采用“静态调用”的east采集程序，具有程序运行内存占用率低、程序功能扩展性强、程序功能可移植性高、程序运行稳定性好。
34.本发明的优点具体说明如下：
35.本发明的方法，程序运行内存占用率低：是由于在系统程序架构中，通过“动态调用”的方式，加载程序功能模块，即当使用到某一功能模块时，将其功能加载至计算机内存中运行，当程序模块使用完成或不使用该功能模块时，不会将其加入计算机内存中等待或运行；
36.程序功能扩展性强是指多通道数据采集模块和数据回读模块均使用了“元素入队列及元素出队列”功能，预留了数据采集同步处理功能模块和离线数据同步处理功能模块，因此，为后期系统发展扩展需求做好准备；程序功能可移植性高是指在保持系统程序功能架构不做改变的情况下，针对不同需求，只需改变特定的功能模块即可。如：针对east装置放电实验过程中的等离子体密度、温度等不同物理量的模拟信号采集处理，只需将程序中的数据处理功能模块改动即可，其它功能模块保持不变直接使用；针对east装置放电实验过程中不同采集通道需求的系统，使用该系统架构只需要更改通道集成模块即可，其它功能模块保持不变直接使用；程序运行稳定性好是指，在系统架构中一方面使用“消息队列”传输数据，有效的消除了数据传输过程中丢失隐患，另一方面，数据采集保存和读取均采用“高速流盘写入及读出”的方法，保证了数据写入读出的快速性、稳定可靠性，提高了程序执行的总体效率和稳定性，
37.根据本发明的另一方面，提出一种适应于east诊断的多通道数据采集系统的程序控制方法，是应用于针对east托卡马克装置放电实验过程中，能够有效的完成east诊断的多通道数据采集等功能的实现；所述的系统程序控制方法通过采用labview语言编程，分别通过一定的逻辑步骤实现对程序中的“炮号侦听模块”、“多通道数据采集模块”以及“数据回读模块”功能的有序执行，从而能够自动化的实现在east装置实验放电过程中，完成有关east诊断的多通道数据采集功能的执行；如图2所示，所述的程序控制方法按照以下步骤进
行：
38.1)多通道数据采集系统的初始化；
39.2)多通道数据采集系统的参数配置完成后，通过单击打开“侦听运行按钮”；启动炮号侦听模块功能，将通过网络完成对炮号等east放电信息进行侦听和解析；
40.3)多通道数据采集系统的炮号侦听模块直到侦听到炮号改变，通过启动多通道数据采集模块功能程序；同时，关闭炮号侦听模块的功能程序，更新状态标志。否则返回2)，继续进行侦听炮号状态；
41.4)多通道数据采集系统的多通道数据采集模块功能启动运行后，开启采集任务通道，并等待east放电统一的硬件触发信号；
42.5)多通道数据采集系统接收到硬件触发，通过启动多通道数据数据采集模块程序中的“生产者-消费者模式”的程序架构，实现多通道数据的采集、处理、存储及显示等功能；否则返回4)，等待硬件触发；
43.6)多通道数据采集系统中数据采集模块功能在一炮执行完成后，自动关闭采集功能模块，重新打开并启动炮号侦听模块功能程序，并更新状态标志；由此可以自动循环执行侦听功能与采集功能；
44.7)多通道数据采集系统当需要查看历史数据时，首先检查是否关闭侦听功能程序，如果否，则需要先关闭；其次切换至回读面板，通过对回读模块进行操作，可以实现对历史数据的回读、显示及回读过程的控制等，回读结束后，关闭回读功能模块，更新状态标志；
45.综上所述，通过所述的系统程序控制方法步骤，一种适用于east诊断的多通道数据采集系统在east装置实验放电过程中，能够稳定实现炮号侦听功能与数据采集等功能的自动循环执行。
46.尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，且应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。