基于cRIO遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集終端

　　GPS同步采集

　　為滿足大橋模態(tài)分析的要求[1]，各數(shù)據(jù)采集終端需要對(duì)大橋的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行精確的同步采集。對(duì)于大橋健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)而言，各數(shù)據(jù)采集終端的距離都在100米以上，傳統(tǒng)的主從終端同步采集方案已經(jīng)不能適用。我們利用基于cRIO-9401和cRIO-9215的GPS同步采集方案可以很好的解決遠(yuǎn)距離終端同步采集的難題。

　　具體而言，我們?yōu)槊總€(gè)數(shù)據(jù)采集終端配置一個(gè)GPS接收機(jī)，它們分別獲取已與衛(wèi)星同步的GPS絕對(duì)時(shí)間信號(hào)和PPS秒脈沖信號(hào)，并送至對(duì)應(yīng)采集終端的cRIO-9014的串口和cRIO-9401進(jìn)行采集、同步和計(jì)數(shù)。我們?cè)赾RIO-9104的FPGA上構(gòu)建了一個(gè)數(shù)字鎖相環(huán)和同步觸發(fā)模塊，參考由cRIO-9401引入的PPS秒脈沖信號(hào)，經(jīng)過一系列硬件級(jí)的鎖相、計(jì)數(shù)和觸發(fā)機(jī)制，確保不同終端上的所有cRIO-9215(包括cRIO-9203)在同一絕對(duì)時(shí)刻以同頻同相的采樣時(shí)鐘對(duì)大橋的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行精確的同步采集。

　　大橋健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理

　　我們將數(shù)據(jù)采集終端的存儲(chǔ)機(jī)制設(shè)計(jì)為人工干預(yù)存儲(chǔ)、觸發(fā)存儲(chǔ)和間斷存儲(chǔ)相結(jié)合，其中人工干預(yù)存儲(chǔ)優(yōu)先級(jí)最高，觸發(fā)存儲(chǔ)次之，間斷存儲(chǔ)優(yōu)先級(jí)最低。用戶可以在控制終端通過人工干預(yù)存儲(chǔ)命令對(duì)任一采集終端的任一或幾個(gè)信號(hào)通道進(jìn)行指定時(shí)間段的數(shù)據(jù)存儲(chǔ);也可以在存儲(chǔ)任務(wù)配置文件中配置觸發(fā)存儲(chǔ)任務(wù)，將某一采集終端上的某幾路信號(hào)通道與其它采集終端或同一采集終端上的某幾路信號(hào)通道進(jìn)行觸發(fā)存儲(chǔ)任務(wù)關(guān)聯(lián)。當(dāng)產(chǎn)生觸發(fā)任務(wù)的若干路信號(hào)通道數(shù)據(jù)滿足觸發(fā)條件時(shí)，它將會(huì)觸發(fā)關(guān)聯(lián)的那些被觸發(fā)信號(hào)通道進(jìn)行指定時(shí)間段的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。并且觸發(fā)存儲(chǔ)任務(wù)還支持不同的優(yōu)先級(jí)設(shè)置以及復(fù)雜的觸發(fā)存儲(chǔ)重疊處理機(jī)制，確保不會(huì)丟失對(duì)各觸發(fā)任務(wù)指定的信號(hào)數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存;用戶也可以在存儲(chǔ)任務(wù)配置文件中配置間斷存儲(chǔ)任務(wù)以完成對(duì)各采集終端信號(hào)通道日常的正常數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，如每小時(shí)存儲(chǔ)各信號(hào)通道10分鐘的數(shù)據(jù)。

　　這樣，在間斷存儲(chǔ)任務(wù)的基礎(chǔ)上，用戶只要合理的配置觸發(fā)存儲(chǔ)任務(wù)，在緊急情況下啟動(dòng)人工干預(yù)存儲(chǔ)，就可以在顯著降低日常的正常信號(hào)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量的基礎(chǔ)上，完全保存和突出實(shí)際關(guān)心的異常信號(hào)數(shù)據(jù)，極大的方便了用戶對(duì)于大橋異常信號(hào)數(shù)據(jù)的保存、提取和分析。

　　該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)機(jī)制的難點(diǎn)在于不同采集終端信號(hào)通道之間的觸發(fā)存儲(chǔ)任務(wù)關(guān)聯(lián)的實(shí)現(xiàn)。

　　不同數(shù)據(jù)采集終端的具體硬件配置都不一樣，它們采集的信號(hào)種類及數(shù)量也不盡相同，但運(yùn)行于各采集終端的系統(tǒng)軟件則完全一致，區(qū)別僅在于不同采集終端有自己特定的FPGA程序、模塊配置文件和存儲(chǔ)任務(wù)配置文件。用戶在控制終端可以利用提供的配置程序，通過對(duì)相應(yīng)配置文件的處理來完成對(duì)各采集終端的模塊配置信息和存儲(chǔ)任務(wù)配置信息的查詢和更改設(shè)置。

　　數(shù)據(jù)采集任務(wù)開始后，各數(shù)據(jù)采集終端分別將采集到的連續(xù)數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)實(shí)時(shí)地傳送至監(jiān)視終端，監(jiān)視終端將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和解析，然后予以圖形化的顯示和簡(jiǎn)單的在線分析[3]。圖3是一個(gè)示意的位于監(jiān)視終端的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示界面。

　　各數(shù)據(jù)采集終端會(huì)按照指定的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)策略將部分信號(hào)數(shù)據(jù)以文本或二進(jìn)制文件的形式存儲(chǔ)在本地。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)終端定期通過FTP從各數(shù)據(jù)采集終端下載相關(guān)的歷史數(shù)據(jù)文件，并對(duì)所有信號(hào)通道的數(shù)據(jù)文件進(jìn)行匯總。另外，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)終端利用數(shù)據(jù)庫(kù)來統(tǒng)一管理這些原始數(shù)據(jù)文件，提供對(duì)各信號(hào)通道的歷史數(shù)據(jù)文件的預(yù)覽、檢索(按數(shù)據(jù)時(shí)間或數(shù)據(jù)特征檢索)、查詢和離線分析等服務(wù)。

　　該數(shù)據(jù)采集終端的實(shí)現(xiàn)和在廈門集美大橋健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用是cRIO平臺(tái)在國(guó)內(nèi)結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的首次成功案例，對(duì)于該領(lǐng)域及其它相關(guān)領(lǐng)域的類似應(yīng)用具有很強(qiáng)的示范性和參考價(jià)值。

　　參考文獻(xiàn)：

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