数据采集卡和数据采集系统的制作方法

1.本技术涉及数据采集和通信技术，尤其涉及数据采集卡和数据采集系统。


背景技术：

2.基于连续采样adc的数据采集卡广泛应用于通信，医学影像，高能物理研究，核辐射探测等领域，用于将前端模拟信号的波形，幅度，时间等信息进行数字化采样，其优点是采样率和分辨率高，并可以保存一定长度的连续波形信号。
3.目前基于连续采样adc的数据采集卡大都基于传统的vme、pcie等数据接口开发，需要配合专用机箱和工业计算机主板使用，整个采集系统体积庞大，且要连接220v电源才能工作，较难在户外实现数据采集工作。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种数据采集卡和数据采集系统，所述数据采集卡可以支持与多种电子设备进行通信，便于用户在户外进行数据采集，满足实际应用中的需要。
5.第一方面，本技术提供了一种数据采集卡，所述数据采集卡包括lan通信模块和/或hdmi通信模块；
6.所述数据采集卡用于接收第一外部设备发送的模拟信号，将所述模拟信号转换为数字信号，对所述数字信号进行处理，得到对应于所述数字信号的第一数据，并且通过所述lan通信模块和/或hdmi通信模块输出所述第一数据。
7.该技术方案的有益效果在于：数据采集卡可以对采集到的模拟信号进行数字化采样，得到数字信号，对数字信号进行处理，得到对应的第一数据，并且，数据采集卡可以通过lan通信模块和/或hdmi通信模块与外部电子设备进行通信，将第一数据输出至外部电子设备。
8.传统的vme、pcie等数据通信接口需要配合专用机箱和工业计算机主板使用，且要连接220v电源才能工作，较难在户外实现数据采集工作。本技术的数据采集卡可以集成lan通信模块和/或hdmi通信模块，应用较为广泛，可以支持与多种非专用的电子设备进行通信，尤其是将数据采集卡应用于便携式电子设备时，便于用户在户外进行数据采集，满足实际应用中的需要。
9.在一些可选的实施例中，所述数据采集卡还包括：
10.信号输入模块，用于接收所述第一外部设备发送的所述模拟信号；
11.多个adc，每个所述adc与所述信号输入模块可通信地连接，每个所述a dc用于接收从所述第一数据输入单元所采集到的所述模拟信号，并将所述模拟信号转换为所述数字信号输出；
12.第一数据处理模块，所述第一数据处理模块与每个所述adc可通信地连接，所述第一数据处理模块用于接收从每个所述adc输出的所述数字信号并且对所接收到的所述数字信号进行处理以获取所述第一数据。
13.该技术方案的有益效果在于：数据采集卡可以利用adc进行数字化采样，利用第一数据处理模块对数字信号进行处理，adc功耗较低，尺寸较小，大大缩减了数据采集卡的整体尺寸，降低了数据采集卡的总功耗。
14.在一些可选的实施例中，所述信号输入模块包括lemo接口和插针接口中的一个或多个。
15.该技术方案的有益效果在于：信号输入模块可以通过设置不同的接口形式来满足多种第一外部设备的通信需求。
16.在一些可选的实施例中，所述数据采集卡包括8个所述adc。
17.该技术方案的有益效果在于：数据采集卡可以设置有8个adc，满足实际应用中的采样需求。
18.在一些可选的实施例中，每个所述adc是4通道adc。
19.该技术方案的有益效果在于：通过设置8个4通道adc，使得数据采集卡实现32通道的数据采集功能。
20.在一些可选的实施例中，所述第一数据处理模块采用fpga芯片。
21.该技术方案的有益效果在于：fpga芯片的功耗较低，尺寸较小，大大缩减了数据采集卡的整体尺寸，降低了数据采集卡的总功耗。
22.第二方面，本技术提供了一种数据采集系统，包括：
23.数据采集模块，所述数据采集模块包括n个上述任意一项数据采集卡，n 是大于1的整数；
24.数据汇总装置，所述数据汇总装置与所述数据采集模块可通信地连接，用于接收从所述数据采集模块输出的所述第一数据并且对所接收到的所述第一数据进行处理以获取第二数据并输出。
25.该技术方案的有益效果在于：数据汇总装置可以对数据采集模块输出的n 路第一数据进行处理，得到第二数据并输出，整个数据采集系统可以通过数据采集模块和数据汇总装置实现数据采集和多路数据汇总的功能，满足多种第一外部设备的数据采集需求。
26.在一些可选的实施例中，n＝4。
27.该技术方案的有益效果在于：数据汇总装置可以对数据采集模块输出的4 路第一数据进行处理，得到第二数据并输出，满足实际应用中的需求。
28.在一些可选的实施例中，所述数据汇总装置包括第二数据处理模块、时钟分配模块、外部触发模块和数据输出模块：
29.所述第二数据处理模块与所述数据采集模块可通信地连接，所述第二数据处理模块用于生成同步时钟信号和外部触发信号，接收从所述数据采集模块输出的所述第一数据并且对所接收到的所述第一数据进行处理以获取所述第二数据，所述第二数据能够经由所述数据输出模块输出至第二外部设备；
30.所述同步时钟信号经由所述时钟分配模块进行时钟分配后输出至所述数据采集模块的n个外部时钟接口；
31.所述外部触发信号经由所述外部触发模块输出至所述数据采集模块的n个外部触发接口。
32.该技术方案的有益效果在于：一方面，数据汇总装置可以通过时钟分配模块将同
步时钟信号进行时钟分配后输出至每个数据采集卡对应的外部时钟接口，通过外部触发模块将外部触发信号输出至每个数据采集卡对应的外部触发接口，从而实现n个数据采集卡的同步数据采集；另一方面，数据汇总装置还可以通过数据输出模块将第二数据输出至第二外部设备，通过配置不同的数据输出模块，满足多种第二外部设备的数据传输需求。
33.在一些可选的实施例中，所述第二数据处理模块采用fpga芯片。
34.该技术方案的有益效果在于：fpga芯片的功耗较低，尺寸较小，大大缩减了数据汇总装置的整体尺寸，降低了数据汇总装置的总功耗。
35.在一些可选的实施例中，所述时钟分配模块包括时钟分配电路和n个时钟输出电路，所述同步时钟信号经由所述时钟分配电路进行时钟分配后，通过n 个所述时钟输出电路分别输出至所述数据采集模块的n个外部时钟接口。
36.该技术方案的有益效果在于：时钟分配模块可以通过时钟分配电路对同步时钟信号进行时钟分配处理，得到n路处理后的时钟信号，通过n个时钟输出电路将n路处理后的时钟信号输出至数据采集模块对应的n个外部时钟接口，使得每个数据采集卡根据对应的时钟信号实现同步数据采集。
37.在一些可选的实施例中，所述数据输出模块包括lan通信单元、usb通信单元和光纤通信单元中的一个或多个。
38.该技术方案的有益效果在于：信号输入模块可以通过设置不同的通信单元来满足多种第二外部设备的通信需求。
39.在一些可选的实施例中，所述数据汇总装置还包括：
40.数据存储模块，所述数据存储模块与所述第二数据处理模块可通信地连接，所述数据存储模块用于接收所述第二数据处理模块所获取的所述第二数据并且对所述第二数据进行存储。
41.该技术方案的有益效果在于：数据汇总装置可以利用数据存储模块对第二数据进行存储，实现数据的本地存储功能，满足实际应用中的需要。
42.在一些可选的实施例中，所述数据存储模块包括一个或多个ddr3存储单元。
43.该技术方案的有益效果在于：ddr3存储单元的数据处理速度较快，且功耗较低，应用范围较广。
附图说明
44.下面结合附图和实施例对本技术进一步说明。
45.图1是本技术实施例提供的数据采集卡的示意构成图；
46.图2是本技术实施例提供的数据汇总装置的示意构成图；
47.图3是本技术实施例提供的数据采集系统的示意构成图。
48.图中：1、数据采集卡；11、lan通信模块；12、第一hdmi通信模块；1 3、信号输入模块；14、adc；15、第一数据处理模块；16、增益调节电路；17、外部时钟接口；18、外部触发接口；2、数据汇总装置；21、第二hdmi通信模块；22、第二数据处理模块；23、外部触发模块；24、数据输出模块；25、时钟分配电路；26、时钟输出电路；27、数据存储模块。
具体实施方式
49.下面，结合附图以及具体实施方式，对本技术做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
50.参见图1，本技术提供了一种数据采集卡1，所述数据采集卡1包括lan通信模块11和/或hdmi通信模块；
51.所述数据采集卡1用于接收第一外部设备发送的模拟信号，将所述模拟信号转换为数字信号，对所述数字信号进行处理，得到对应于所述数字信号的第一数据，并且通过所述lan通信模块11和/或hdmi通信模块输出所述第一数据。
52.lan即local area network，局域网，是指在某一区域内由多台计算机互联成的计算机组。lan通信模块11可以包括千兆网口和百兆网口中的一个或多个。在一个实际应用中，lan通信模块11具有千兆网口，该千兆网口通过网线连接至用户随身携带的笔记本电脑的千兆网口。
53.hdmi即high definition multimedia interface，高清多媒体接口，是一种全数字化视频和声音发送接口，可以发送未压缩的音频及视频信号。hdmi模块可用于机顶盒、dvd播放机、个人计算机、电视、游戏主机、综合扩大机、数字音响与电视机等设备。
54.第一数据可以包括音频数据或者视频数据中的一个或多个。
55.由此，数据采集卡1可以对采集到的模拟信号进行数字化采样，得到数字信号，对数字信号进行处理，得到对应的第一数据，并且，数据采集卡1可以通过 lan通信模块11和/或hdmi通信模块与外部电子设备进行通信，将第一数据输出至外部电子设备。
56.传统的vme、pcie等数据通信接口需要配合专用机箱和工业计算机主板使用，且要连接220v电源才能工作，较难在户外实现数据采集工作。本技术的数据采集卡1可以集成lan通信模块11和/或hdmi通信模块，应用较为广泛，可以支持与多种非专用的电子设备进行通信，尤其是将数据采集卡应用于便携式电子设备时，便于用户在户外进行数据采集，满足实际应用中的需要。
57.在一些可选的实施例中，所述数据采集卡1还可以包括：
58.信号输入模块13，用于接收所述第一外部设备发送的所述模拟信号；
59.多个adc14，每个所述adc14与所述信号输入模块13可通信地连接，每个所述adc14用于接收从所述第一数据输入单元所采集到的所述模拟信号，并将所述模拟信号转换为所述数字信号输出；
60.第一数据处理模块15，所述第一数据处理模块15与每个所述adc14可通信地连接，所述第一数据处理模块15用于接收从每个所述adc14输出的所述数字信号并且对所接收到的所述数字信号进行处理以获取所述第一数据。
61.本技术对adc14的数量不做限定，adc14的数量例如可以是4个，8个或者10个。
62.由此，数据采集卡1可以利用adc14进行数字化采样，利用第一数据处理模块15对数字信号进行处理，adc14功耗较低，尺寸较小，大大缩减了数据采集卡1的整体尺寸，降低了数据采集卡1的总功耗。
63.在一些可选的实施例中，所述信号输入模块13可以包括lemo接口和插针接口中的一个或多个。其中，插针接口的通道数量可以与数据采集卡1的通道数量对应，插针接口的
通道数量例如可以是32。
64.由此，信号输入模块13可以通过设置不同的接口形式来满足多种第一外部设备的通信需求。
65.在一些可选的实施例中，所述数据采集卡1可以包括8个所述adc14。
66.由此，数据采集卡1可以设置有8个adc14，满足实际应用中的采样需求。
67.在一些可选的实施例中，每个所述adc14可以是4通道adc14。
68.由此，通过设置8个4通道adc14，使得数据采集卡1实现32通道的数据采集功能。
69.本技术对adc14的型号不做限定，adc14例如可以采用adc3424(adc 14例如可以采用美国texas instruments公司生产的adc3424)。adc14的采样率可以是125m，分辨率可以是12bit，可以支持-1v～1v的模拟信号的输入。
70.在一具体应用中，信号输入模块13还可以包括多个通道前端探头，每个通道前端探头可以经由lemo接口和/或插针接口将采集到的模拟信号输出至adc14。通道前端探头的数量可以与数据采集卡1的通道数量对应，通道前端探头的数量例如是128。
71.在一具体应用中，数据采集卡1还可以包括前端探测器，前端探测器具备位置编码功能，并且用于输出多路位置的信号的波形能量信息，前端探测器位于第一数据处理模块15的前端，使得前端探测器输出的多路位置的信号的波形能量信息被输入至第一数据处理模块15并且由第一数据处理模块15进行处理。
72.数据采集卡1还可以包括多个增益调节电路16，增益调节电路16与adc1 4一一对应，增益调节电路16的数量例如可以是8个。增益调节电路16可以与前端探测器的放大电路匹配增益，使得每个adc14的输入范围可以扩展为-2v～ 2v。
73.在一些可选的实施例中，所述第一数据处理模块15可以采用fpga芯片。
74.由此，fpga芯片的功耗较低，尺寸较小，大大缩减了数据采集卡1的整体尺寸，降低了数据采集卡1的总功耗。
75.本技术对第一数据处理模块15采用的fpga芯片的型号不做限定，fpga 芯片的型号例如可以是spartan-6或者kintex-7(fpga芯片例如可以采用xilinx 公司生产的spartan-6或者kintex-7)。
76.参见图2和图3，本技术提供了一种数据采集系统，包括：
77.数据采集模块，所述数据采集模块包括n个上述任意一项数据采集卡1，n 是大于1的整数；
78.数据汇总装置2，所述数据汇总装置2与所述数据采集模块可通信地连接，用于接收从所述数据采集模块输出的所述第一数据并且对所接收到的所述第一数据进行处理以获取第二数据并输出。
79.由此，数据汇总装置2可以对数据采集模块输出的n路第一数据进行处理，得到第二数据并输出，整个数据采集系统可以通过数据采集模块和数据汇总装置 2实现数据采集和多路数据汇总的功能，满足多种第一外部设备的数据采集需求。
80.在一具体应用中，数据采集卡1可以包括第一hdmi模块12，数据汇总装置2可以包括第二hdmi模块21，第一hdmi模块12可以与第二hdmi模块2 1可通信地连接以使数据采集模块输出的第一数据经由第一hdmi模块12和第二hdmi模块21输入至数据汇总装置2。
81.第一数据的数据类型可以是数据包，数据包是压缩包格式的文件，如rar、z ip、
tgz等格式。
82.在一具体应用中，数据采集卡1可以包括lan通信模块11，lan通信模块11例如可以包括千兆网口和百兆网口中的一个或多个，数据采集卡1可以通过lan通信模块11与电脑主机通信独立实现数据采集功能。
83.在另一具体应用中，n个数据采集卡1可以通过对应的hdmi接口将第二数据输出至数据汇总装置2，从而实现多板卡的数据采集。
84.在一些可选的实施例中，n＝4。
85.由此，数据汇总装置2可以对数据采集模块输出的4路第一数据进行处理，得到第二数据并输出，满足实际应用中的需求。
86.在一些可选的实施例中，所述数据汇总装置2可以包括第二数据处理模块2 2、时钟分配模块、外部触发模块23和数据输出模块24：
87.所述第二数据处理模块与所述数据采集模块可通信地连接，所述第二数据处理模块用于生成同步时钟信号和外部触发信号，接收从所述数据采集模块输出的所述第一数据并且对所接收到的所述第一数据进行处理以获取所述第二数据，所述第二数据能够经由所述数据输出模块24输出至第二外部设备；
88.所述同步时钟信号经由所述时钟分配模块进行时钟分配后输出至所述数据采集模块的n个外部时钟接口17；
89.所述外部触发信号经由所述外部触发模块23输出至所述数据采集模块的n 个外部触发接口18。
90.其中，外部触发信号可以是t0同步信号(又称为t0外部触发信号)。
91.由此，一方面，数据汇总装置2可以通过时钟分配模块将同步时钟信号进行时钟分配后输出至每个数据采集卡1对应的外部时钟接口17，通过外部触发模块23将外部触发信号输出至每个数据采集卡1对应的外部触发接口18，从而实现n个数据采集卡1的同步数据采集；另一方面，数据汇总装置2还可以通过数据输出模块24将第二数据输出至第二外部设备，通过配置不同的数据输出模块24，满足多种第二外部设备的数据传输需求。
92.其中，第一外部设备是经由信号输入模块13连接于数据采集卡1并且输入模拟信号的设备；第二外部设备是经由数据输出模块24连接于数据采集卡1并且接收第二数据的设备，第二外部设备例如是平板电脑、笔记本电脑、台式计算机中的一个或多个。
93.数据采集模块可以包括4个数据采集卡1，每个数据采集卡1包括8个4通道adc14，此时，每个数据采集卡1为32通道adc板卡，数据采集系统为12 8通道高速adc数据采集系统。由此，数据采集系统可以支持同时采集128个通道的模拟信号，并对数字化后的信号进行一系列的数字化信号处理。
94.任意一个数据采集卡1可以通过lan通信模块11与电脑主机通信实现独立工作模式，或者，通过hdmi通信模块将第一数据传输至数据汇总装置2实现多板卡的同步数据采集。
95.在一些可选的实施例中，所述第二数据处理模块22可以采用fpga芯片。
96.由此，fpga芯片的功耗较低，尺寸较小，大大缩减了数据汇总装置2的整体尺寸，降低了数据汇总装置2的总功耗。
97.本技术对第二数据处理模块22采用的fpga芯片的型号不做限定，fpga 芯片的型
号例如是spartan-6或者kintex-7(fpga芯片例如可以采用xilinx公司生产的spartan-6或者kintex-7)。
98.第二数据处理模块22可以存储有预设的数字化信号处理算法，以实现数字化信号处理及数据压缩打包功能。
99.第二数据处理模块22还可以对数据输出模块24进行通信协议控制。
100.在一些可选的实施例中，所述时钟分配模块包括时钟分配电路25和n个时钟输出电路26，所述同步时钟信号经由所述时钟分配电路25进行时钟分配后，通过n个所述时钟输出电路26分别输出至所述数据采集模块的n个外部时钟接口17。
101.由此，时钟分配模块可以通过时钟分配电路25对同步时钟信号进行时钟分配处理，得到n路处理后的时钟信号，通过n个时钟输出电路26将n路处理后的时钟信号输出至数据采集模块对应的n个外部时钟接口17，使得每个数据采集卡1根据对应的时钟信号实现同步数据采集。
102.在一些可选的实施例中，所述数据输出模块24可以包括lan通信单元、u sb通信单元和光纤通信单元中的一个或多个。
103.其中，usb通信单元可以是usb3.0通信单元。
104.由此，信号输入模块13可以通过设置不同的通信单元来满足多种第二外部设备的通信需求。
105.在一些可选的实施例中，所述数据汇总装置2还可以包括：
106.数据存储模块27，所述数据存储模块与所述第二数据处理模块22可通信地连接，所述数据存储模块用于接收所述第二数据处理模块22所获取的所述第二数据并且对所述第二数据进行存储。
107.由此，数据汇总装置2可以利用数据存储模块27对第二数据进行存储，实现数据的本地存储功能，满足实际应用中的需要。
108.在一些可选的实施例中，所述数据存储模块27可以包括一个或多个ddr3 存储单元。
109.由此，ddr3存储单元的数据处理速度较快，且功耗较低，应用范围较广。
110.本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”、“第七”、“第八”、“第九”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例能够以在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“对应于”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
111.本技术从使用目的上，效能上，进步及新颖性等观点进行阐述，已符合专利法所强调的功能增进及使用要件，本技术以上的说明书及说明书附图，仅为本技术的较佳实施例而已，并非以此局限本技术，因此，凡一切与本技术构造，装置，特征等近似、雷同的，即凡依本技术专利申请范围所作的等同替换或修饰等，皆应属本技术的专利申请保护的范围之内。