基于NI cRIO的分布式数据采集系统

概 述

        随着工程应用中数据采集任务的不断多样化，华穗为用户量身定制的测试系统也在不断升级换代。本系统是基于NI cRIO平台为用户打造的高实时性、高吞吐量、高安全性、功能全面的分布式采集系统，用以实现对不同的楼层、不同的位置各个实验室的环境数据进行实时的统一监测与管理；系统适用于对不同环境试验下的多种物理信号进行监测，利用虚拟仪器技术和网络化技术交互处理大量的测试数据，以分布式的方式实时采集各监测点的信号，并进行配置、显示、分析、保存、回放以及局域网内的共享。

功能特点

        ◇ 采集系统使用 NI 高可靠性、适应宽温环境的 cRIO 平台。

        ◇ 在现场采用主控机和前端采集设备组成的上下位机结构，采

集设备从传感器读取到数据后，经前端 FPGA 和 RT 系统的预处理，

在本地设备进行存储，同时通过全千兆以太网交换机将数据传送到

主控制室的服务器中进行保存。

        ◇ 服务器一方面接收来自 cRIO 的数据，另一方面接收上位

机 PC 所选择的配置信息，通过匹配筛选将用户所需数据信息发回

上位机电脑做出显示。

软件部分界面（不完全）                              

我们的优势

      ◇ 保障时间同步的精准性：

- 专门配备北斗授时器实时接收北斗时间，内部精度达ns级，同时通过定点同步、定时授时的方式将时间同步到分步式子系统，保证了所有设备的时间同步，网络授时精度在不同网络环境下达1-50ms、可实现多客户端时差<2ms；系统支持跨网段，可为上万台客户端提供授时服务。此外还对外配备了时钟同步小程序，将后续接入网络的设备进行时钟同步。

注：GPS和北斗系列选用有源蘑菇头天线或小型室外天线，增益达-38dB。采用50/72通道并行接收机，跟踪灵敏度-167dBm，冷启动灵敏度-148dBm、GPS L1C/A、BediDou B1。双模型号可实现纯GPS模式、纯北斗模式和混合模式,支持单星授时。配置LCD显示屏显示IP地址、年月日时分秒、锁定卫星数量、时间锁定状态、锁定时间来源、工作状态信息。

    ◇ 保障数据传输的快速无误：

- 采用“Javascript”,“node.js”搭建服务器，服务器成为整个项目的中转站，重要指令及设置信息由 HTTP 网络协议传输，通讯速度快，稳定性强不易丢包。

- 冗余千兆以太网设计确保了数据传输吞吐量，并通过 Turbo Ring、Turbo Chain 确保网络通信的恢复能力，自愈时间小于 50ms 以应对突发的线路故障。

- 采集数据传输使用MQTT协议进行：轻型，通讯速度快，适合传输信息量较大的数据内容，at most once模式容许大容量数据快速传输。

    ◇ 保障数据存储的完整安全：

- 采集控制器、现场驱动端 cRIO 控制器上都有容量 1GB 的本地存储设备，可以保证设备在满通道数、最高采样率的情况下的数据备份。网络异常时，cRIO 控制器的本地缓存使系统有足够的容错能力；故障排除后，缓存的数据会及时发送到主控机。同时现场配备备用控制主机，做进一步保障工作。

- 服务器具有用户权限管理功能，通过用户所登录的账户权限给予指令权限，规避了用户同时操作所导致的指令冲突，提高了安全性。

- 软件采用嵌入式系统，无中毒、被篡改等风险，系统可自动对工作状态进行检测，对故障能作出相应提示并自动修复。

    ◇ 保障设备的连续稳定：

- 系统专门配备多个UPS，保障监控室内的cRIO和传感器供电电源等关键设备的不间断连续工作。

    ◇ 保障系统的灵活兼容：

- 硬件端交换机预留接口，支持后续设备的接入。

- 软件端 LabVIEW 采用面向对象的编程方式，由传统定制化的软件转为通配化，当用户对硬件做出调整或增加、减少同类采集任务时，软件可自适应调整、在界面稍作修改即可，节省人力物力。