CH694899A5 - Systeme d'acquisition de donnees et jeu de cartes electroniques pour un tel systeme. - Google Patents

Description

  



   La présente invention concerne un système d'acquisition de données  modulable, en particulier un système d'acquisition basé sur un jeu  de cartes modulaires. 



   De nombreux systèmes d'acquisitions existent qui permettent d'acquérir  des données numériques ou analogiques, par exemple des données fournies  par un capteur ou un transducteur, de les convertir dans un format  approprié et de les traiter par exemple au moyen d'un processeur  de traitement de signal ou d'un processeur générique. Ces systèmes  sont utilisés notamment pour effectuer des mesures ou pour détecter  des événements particuliers. Les données acquises par le système  peuvent être sauvegardées, affichées, imprimées ou transmises via  un réseau de télécommunication par exemple. 



   On connaît par exemple des systèmes d'acquisition basés sur un micro-ordinateur  muni d'une carte d'acquisition et éventuellement d'un modem ou d'autres  interfaces de communication. Ces systèmes sont volumineux et relativement  couteux, en sorte qu'ils ne conviennent pas pour toutes les applications.                                                      



   On connaît d'autre part de nombreux systèmes d'acquisition dédiés  à une utilisation particulière, par exemple des systèmes destinés  à contrOler différents paramètres dans un environnement industriel  ou domestique. Ces systèmes sont peu polyvalents et généralement  onéreux puisque réservés à une utilisation restreinte excluant une  diffusion de masse. 



   Un but de la présente invention est donc de proposer un système d'acquisition  amélioré par rapport aux systèmes de l'art antérieur, en particulier  un système d'acquisition permettant d'éviter les inconvénients mentionnés.                                                     



     Un autre but est de proposer un assortiment complet de systèmes  d'acquisition très spécialisés, permettant de couvrir une palette  de besoins étendue, tout en permettant une fabrication de chaque  composant en nombre suffisant pour garantir des couts de production  réduits. 



   Selon l'invention, ces buts sont atteints au moyen d'un jeu de cartes  et d'un système d'acquisition selon les caractéristiques des revendications  de type correspondant. 



   En particulier, ces buts sont atteints au moyen d'un jeu de cartes  électroniques d'au moins deux types différents comprenant une pluralité  de cartes de communication comprenant chacune, sur un support PCB  (Plaquette à Circuit Imprimé), un processeur numérique et un module  d'interface pour un réseau de télécommunication externe d'au moins  deux types différents, ainsi qu'une pluralité de cartes d'acquisition  d'au moins deux types différents comprenant chacune, sur un support  PCB, un ou plusieurs convertisseurs analogiques-numériques et/ou  numériques analogiques d'au moins deux types différents. Selon l'invention,  chacune desdites cartes d'acquisition peut être connectée directement  à n'importe laquelle desdites cartes de communication de manière  à inclure ledit convertisseur dans l'espace mémoire dudit processeur  numérique. 



   L'invention a donc notamment consisté à répartir les composants et  les fonctions d'un système d'acquisition d'une manière nouvelle sur  deux cartes électroniques distinctes, de façon à permettre de les  connecter mutuellement afin d'inclure le convertisseur sur la carte  d'acquisition dans l'espace mémoire du processeur numérique sur la  carte de communication. 



   Cette disposition offre l'avantage pour le fabricant de satisfaire,  avec un jeu limité de cartes de communication et de cartes d'acquisition,  un grand nombre de besoins différents. Elle offre l'avantage pour  l'utilisateur de pouvoir sélectionner exactement les composants dont  il a besoin, et de faire évoluer ultérieurement le système d'acquisition  si nécessaire en remplaçant une seule carte. 



     Comme le convertisseur de la carte d'acquisition communique directement  avec le microprocesseur de la carte de communication, la connexion  entre les deux cartes peut être réalisée simplement en prolongeant  le bus de données et d'adresses, ainsi qu'éventuellement une ou plusieurs  lignes d'interruption, du microprocesseur vers la carte d'acquisition.  On évite ainsi le cout d'une conversion des données selon le format  d'un bus intermédiaire, ainsi que les éventuelles limitations de  débit de ce bus. 



   Un système d'acquisition complet, apte à acquérir des données et  à les transmettre au travers d'un réseau de télécommunication, peut  ainsi être réalisé de manière très compacte et économique en combinant  dans un boîtier une carte de communication avec une carte d'acquisition  sélectionnées selon ses besoins. Hormis une alimentation, aucun autre  composant n'est indispensable. 



   La modularité et les possibilités d'évolution du système d'acquisition  sont encore améliorées dans une variante préférentielle de l'invention  dans laquelle le programme sur la carte de communication est enregistré  dans une mémoire semi-permanente et peut être mis à jour en téléchargeant  une nouvelle version, ou un nouvel applet dans le cas d'un programme  Java, au travers du réseau de télécommunication. Par mémoire semi-permanente,  on entend ici une mémoire qui ne perd pas son contenu lorsque l'alimentation  est interrompue, mais qui peut être mise à jour ou réécrite plusieurs  fois. A titre d'exemple, on citera par exemple une mémoire de type  -EEPROM, Flash, ou une mémoire comprenant un disque magnétique. 



   L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description donnée  à titre d'exemple et illustrée par les figures annexées qui montrent:      La fig. 1 un schéma-bloc du système d'acquisition selon  l'invention.       La fig. 2 un organigramme illustrant les étapes  nécessaires au téléchargement d'une nouvelle version du programme  de commande du microprocesseur.  



   La fig. 1 illustre de manière schématique un système d'acquisition  comprenant une carte de communication 2 et une carte d'acquisition  4 montées dans un boîtier 1. Les deux cartes sont constituées par  des cartes PCB superposées, par exemple au format standardisé Europe  (env. 166X103X35mm), sur lesquelles sont montés différents composants  électroniques. Elles sont de préférence fixées sur une ou plusieurs  faces intérieures du boîtier 1 par leur tranche insérée dans un rail  de guidage et de positionnement; des colonnettes de maintien supplémentaires  peuvent être prévues. Les deux cartes sont en outre reliées mécaniquement  et électriquement entre elles au moyen d'un connecteur carte-à-carte  40 par lequel transitent les données entre les cartes, comme expliqué  plus loin.

   Le système est de préférence alimenté par une source d'alimentation  externe au travers de deux connecteurs d'alimentation à basse tension  28, 30; un circuit d'alimentation 6 sur la carte de communication  2 permet de réguler cette tension de manière à fournir deux tensions  stables Vdd et Vss alimentant l'ensemble du système. 



   La carte de communication 2 comprend un microprocesseur 8, par exemple  un processeur générique, un processeur de traitement de signal ou  de préférence un microcontrOleur incluant également une zone de mémoire  pour le programme et les données. Le microprocesseur 8 exécute un  programme enregistré dans une mémoire semi-permanente 18, par exemple  une mémoire Flash ou EEPROM. La mémoire semi-permanente 18 peut être  réalisée sous la forme d'un circuit électronique distinct du microprocesseur  8 ou être intégrée dans le même circuit. Comme on le verra plus loin,  elle est de préférence partagée en deux portions 180, 181, un fanion  non illustré indiquant la portion actuellement utilisée. Une mémoire  vive de programme et/ou de données (RAM) 20 peut en option être prévue  ou être intégrée dans le microprocesseur 8.

   Le microprocesseur communique  avec les composants externes, notamment avec la mémoire    semi-permanente  18 et avec la mémoire vive 20, au travers d'un bus de données et  d'adresses 22. 



   La carte de communication 2 comprend en outre de préférence un module  d'interface sérielle 12, par exemple une interface de type RS232,  connecté au bus 22 et permettant au processeur 8 de communiquer au  travers d'un connecteur 34 avec un dispositif à proximité. Le connecteur  34 peut être de type câblé ou sans fil, par exemple de type infrarouge.  Dans une variante, l'interface RS232 est remplacée par une interface  sans fil de type Bluetooth. Le module d'interface sériel 12 permet  de programmer la mémoire 18 et de vérifier le fonctionnement de l'ensemble  du système d'acquisition au moyen d'un ordinateur relié à cette interface.                                                     



   Une horloge programmable 10 est de préférence prévue sur la carte  de communication 2 afin de fournir au microprocesseur 8 une référence  de temps. L'horloge peut de préférence être programmée pour fournir  un signal d'interruption à un instant précis, selon une période répétitive  ou après un intervalle prédéterminé. 



   Selon l'invention, la carte de communication 2 comprend en outre  un module d'interface 14 permettant de la connecter dans un réseau  de télécommunication externe au travers d'un connecteur 38. Différents  types de cartes de communication, aptes à être utilisées dans différents  types de réseaux de télécommunications, peuvent être proposés. On  pourra par exemple prévoir dans un jeu des cartes de communication  2 selon au moins deux des types suivants: - Cartes munies d'un  modem pour un réseau téléphonique fixe (PSTN). - Cartes munies  d'un adaptateur pour un réseau ISDN. - Cartes munies d'une interface  pour un réseau sans fil, par exemple carte DECT ou Bluetooth.

     - Cartes munies d'un modem pour un réseau cellulaire (GSM, GPRS,  HSCSD, EDGE, CDMA ou UMTS par exemple). - Cartes munies d'un serveur  pour un réseau Internet, par exemple pour un serveur FTP ou http,  et d'une interface vers le réseau Internet. - Cartes d'adaptation  pour un réseau LAN (local Area Network), par exemple carte Ethernet  ou CAN-bus. - Cartes munies de deux ou davantage d'interfaces des  types ci-dessus. - Etc. 



   Selon l'invention, ces différentes cartes de communication, qui font  partie d'un même jeu présenté dans un catalogue par exemple, sont  compatibles entre elles et peuvent être interchangées dans le même  boîtier pour permettre d'adapter le système d'acquisition aux besoins  et de le connecter à différents types de réseaux. Il est ainsi possible  d'adapter et de faire évoluer un système d'acquisition en fonction  de ses besoins de communication simplement en remplaçant la carte  de communication 2. 



   Le système d'acquisition comprend en outre une carte d'acquisition  4 montée dans le même boîtier 1 que la carte de communication 2 et  reliée à cette dernière au moyen d'un connecteur 40. La carte d'acquisition  comprend un ou plusieurs convertisseurs 54 permettant d'acquérir  et/ou de générer des signaux analogiques 58 sur un connecteur 62  et/ou des signaux numériques 60 sur un connecteur 64. Le connecteur  64 peut être par exemple de type barrette et comprendre plusieurs  canaux d'entrées-sorties analogiques et/ou numériques, par exemple  24 canaux, un ou plusieurs canaux pouvant être de type différentiels.

    La carte d'acquisition 4 comprend en outre une ou plusieurs zones  de mémoire, par exemple des registres de contrOle et/ou de données  52 dans lesquels les données converties ou à convertir sont mémorisées,  et permettant par ailleurs de contrOler le fonctionnement du convertisseur  54. 



     Une mémoire RAM supplémentaire 50 peut être prévue comme zone  de stockage tampon intermédiaire avant que les données converties  par le convertisseur 54 ne soient transférées à la carte de communication  2. La carte d'acquisition 4 peut par ailleurs comprendre un circuit  de détection d'événements (trigger) 66 apte à détecter des événements  particuliers prédéterminés dans le flux de données acquises, par  exemple un passage par zéro, par un seuil prédéterminé ou par un  maximum, une interruption du signal, un motif particulier dans le  signal, une situation d'erreur, etc. Le circuit de trigger 66 peut  réagir à la détection d'un événement par exemple en générant un signal  d'interruption du microprocesseur 8, en modifiant le fonctionnement  du convertisseur 52 ou en modifiant le contenu d'un registre 52.

    On comprendra que le circuit de trigger peut selon différentes variantes  analyser le signal d'acquisition soit avant conversion, soit après  conversion. 



   Selon l'invention, les composants 50, 52, 54 et 66 sur la carte d'acquisition  4 sont reliés à un bus de données et d'adresses 48 directement connecté  par l'intermédiaire du connecteur carte-à-carte 40 au bus 22 sur  la carte de communication 2. Les composants de la carte d'acquisition  4 se trouvent ainsi directement dans l'espace mémoire pouvant être  accédé par le microprocesseur 8. Le microprocesseur 8 peut ainsi  être programmé de manière à accéder directement aux données converties  par le convertisseur 54 ou aux données stockées par celui-ci dans  les registres 52 et/ou dans la mémoire 50. Par ailleurs, les conditions  de déclenchement du circuit de trigger 66 peuvent être directement  modifiées par le processeur 8.

   Dans le cas où le circuit 66 génère  un signal d'interruption du microprocesseur 8, on prévoira de préférence  une ou plusieurs lignes d'interruption sur le bus 48 et 22. 



   Afin de ne pas surcharger le bus de données et d'adresses 22, 48,  le convertisseur 54 a de préférence la possibilité d'écrire et de  lire dans les registres 52 et dans la mémoire 50 au travers d'un  bus supplémentaire 56 interne sur la carte d'acquisition. 



     Différents types de cartes d'acquisition 4, aptes à acquérir et/ou  à restituer différents types de signaux, peuvent être proposés. On  pourra par exemple prévoir dans un jeu des cartes d'acquisition 4  selon au moins deux des types suivants: - Cartes munies d'un convertisseur  analogique-numérique (ADC) pour acquérir des signaux analogiques  fournis par exemple par un ou plusieurs capteurs sur l'entrée analogique  62. - Cartes munies d'un convertisseur numérique-analogique (DAC)  pour générer des signaux analogiques fournis sur l'entrée analogique  62. - Cartes munies d'un codeur-décodeur (codée) pour acquérir  ou générer des signaux analogiques.

   - Cartes munies d'un convertisseur  numérique-numérique pour acquérir ou générer des signaux numériques  sur l'entrée numérique 64 et les convertir dans un format compatible  avec celui utilisé dans le système d'acquisition, par exemple cartes  de contrOle numérique. - Cartes avec un nombre de canaux analogiques  et/ou numériques variables. - Cartes munies de deux ou plusieurs  convertisseurs des types ci-dessus. - Etc. 



   On voit donc que, selon l'invention, le système peut inclure des  cartes d'acquisition de type très divers, y compris des cartes n'incluant  que des convertisseurs numériques-analogiques ou des cartes comportant  n'importe quelle combinaison de convertisseurs ci-dessus par exemple.                                                          



   Selon l'invention, ces différentes cartes d'acquisition 4, qui font  partie d'un même jeu présenté dans un catalogue par exemple, sont    compatibles entre elles et peuvent être interchangées dans le  même boîtier 1 pour permettre d'adapter le système d'acquisition  aux besoins et d'acquérir ou de restituer différents types de signaux.  Il est ainsi possible d'adapter et de faire évoluer un système d'acquisition  en fonction du nombre et du type de signaux à acquérir simplement  en remplaçant la carte d'acquisition 4. 



   Chaque carte de communication 2 étant compatible avec chaque carte  d'acquisition 4, on comprendra qu'il est possible avec un nombre  de cartes limité d'adapter le système d'acquisition à un grand nombre  de besoins très divers. 



   Afin d'augmenter encore la flexibilité et l'adaptabilité du système,  le programme mémorisé dans la mémoire 18 pour contrOler le microprocesseur  8, ainsi que de préférence les données de contrOle de l'horloge programmable  10 et/ou du circuit de trigger 66, peuvent être modifiés par téléchargement  au travers du réseau de télécommunication externe et de l'interface  sérielle 12. La fig. 2 illustre à titre d'exemple les principales  étapes du procédé de mise à jour de la mémoire de programme 18. 



   Au cours de l'étape 100, le microprocesseur 8 attend des instructions  reçues au travers de l'interface sérielle 12 ou du module d'interface  14 pour un réseau externe. Une instruction de début de téléchargement  est reçue au cours de l'étape 102. Le microprocesseur 8 se met alors  en mode de téléchargement pour recevoir les données transmises (étape  104) et les mémoriser au fur et à mesure dans un secteur, par exemple  dans le secteur 181, de la mémoire semi-temporaire 18 (étape 106).  Le téléchargement est seulement interrompu lorsqu'un caractère de  fin de fichier (EOF) est reçu (test 108). 



   Lorsque le téléchargement dans la mémoire 18 est terminé, le processeur  8 vérifie un code d'erreur, par exemple un code de redondance cyclique  (CRC) transmis avec le fichier et le compare avec un code calculé  à partir des données reçues. Si le code reçu est différent du code  calculé (test    110), cela signifie que les données transmises sont  corrompues ou incomplètes, en sorte que la mise à jour ne doit pas  être effectuée. Dans ce cas, le programme retourne à l'étape 100  d'attente sans envoyer de message de confirmation de réception. Dans  le cas contraire, les données sont considérées comme très vraisemblablement  correctes et un message de confirmation est envoyé à l'émetteur au  cours de l'étape 112. Le programme mémorisé dans la portion de la  mémoire 18 peut alors être utilisé.

   Pour cela, un fanion dans la  mémoire 18 ou dans un registre du microprocesseur 8 est inversé au  cours de l'étape 114 pour indiquer au microprocesseur de lire la  nouvelle portion 181 de la mémoire semi-permanente 18 au lieu de  la portion 180 utilisée précédemment. Le programme se termine alors  au cours de l'étape 116 ou retourne à l'étape 100 d'attente de nouvelle  instruction. 



   Au terme du prochain téléchargement, les données reçues seront écrites  dans la portion 180 de la mémoire 18 et le fanion mentionné sera  inversé pour indiquer au microprocesseur de basculer à nouveau sur  cette portion 180 de la mémoire 18. 



   Le programme dans la mémoire 18 peut être par exemple un programme  en assembleur ou en C, ou un programme en langage orienté-objet,  par exemple C++ ou Java (marque déposée de Sun Microsystems). On  comprendra qu'il est aussi possible de ne télécharger que des portions  de programmes, par exemple des modules ou des applets, ou des drivers  pour différents capteurs et transducteurs susceptibles d'être connectés  sur les entrées-sorties 62 et 64 du système. 



   On comprendra ainsi qu'il est possible de remplacer à distance le  programme de commande du microprocesseur 8, ou de modifier par un  procédé similaire les paramètres de commande de l'horloge 10 et/ou  du circuit de trigger 66. Il est ainsi possible de programmer facilement  à distance le système d'acquisition pour effectuer par exemple des  mesures à intervalles définis et envoyer des résultats dès qu'un  événement particulier est détecté. 



     Les programmes de commande du microprocesseur 8, ainsi que les  paramètres de contrOle des modules d'horloge 10 et de trigger 66,  peuvent être commercialisés indépendamment du système d'acquisition  lui-même, et distribués par exemple sur des supports de données informatiques  tels que disquettes ou CD-Roms, ou au moyen d'un serveur de fichier  par exemple sur internet. 



   Le système d'acquisition de l'invention peut être utilisé pour contrOler  des paramètres variables dans différents types d'applications. Citons  à titre d'exemple le contrOle de distributeurs automatiques, le contrOle  de caisses et de points de vente informatisés, des applications industrielles  pour le contrOle de machines ou de chaufferies par exemple, des applications  de domotique pour le contrOle et la surveillance à distance de logements,  des systèmes d'alarmes anti-feu et anti-effractions, des applications  pour les laboratoires, des systèmes d'alarme pour ascenseurs, etc.

Claims (10)

1. Jeu de cartes électroniques comprenant: une pluralité de cartes de communication (2) d'au moins deux types différents comprenant chacune, sur un support PCB, un processeur numérique (8) et un module d'interface (14) pour un réseau de télécommunication externe, une pluralité de cartes d'acquisition (4) d'au moins deux types différents comprenant chacune, sur un support PCB, un ou plusieurs convertisseurs (54) analogiques-numériques et/ou numériques analogiques, caractérisé en ce que chacune desdites cartes d'acquisition (4) peut être connectée directement à n'importe laquelle desdites cartes de communication (2) de manière à inclure ledit convertisseur (54) dans l'espace mémoire dudit processeur numérique (8).

2.

Jeu de cartes selon la revendication précédente, dans lequel chacune desdites cartes de communication (2) est munie d'un connecteur (40) permettant de la relier électriquement à un connecteur sur n'importe laquelle desdites cartes d'acquisition (4).

3. Jeu de cartes selon la revendication précédente, dans lequel lesdites cartes d'acquisition (4) et lesdites cartes de communication (2) peuvent être connectées deux à deux au moyen de connecteurs carte-à- carte (40) lorsque lesdites cartes sont disposées parallèlement l'une à l'autre.

4.

Jeu de cartes selon la revendication précédente, dans lequel lesdits processeurs numériques (8) comprennent chacun un bus de données et d'adresses (22) directement relié audit connecteur (40) de ladite carte de communication afin d'accéder aux données converties par ledit convertisseur (54) d'une carte d'acquisition (4).

5. Jeu de cartes selon l'une des revendications précédentes, dans lequel au moins une desdites cartes de communication (2) est munie d'un module d'interface (14) de type modem.

6. Jeu de cartes selon l'une des revendications précédentes, dans lequel au moins une desdites cartes de communication (2) est munie d'un module d'interface (14) permettant de la connecter à un réseau téléphonique cellulaire.

7.

Jeu de cartes selon l'une des revendications précédentes, dans lequel au moins une desdites cartes de communication (2) est munie d'un module d'interface (14) permettant de la connecter à un réseau téléphonique de type DECT.

8. Jeu de cartes selon l'une des revendications précédentes, dans lequel au moins une desdites cartes de communication (2) est munie d'un module d'interface (14) permettant de la connecter à un réseau local LAN.

9. Jeu de cartes selon la revendication précédente, dans lequel ledit réseau est de type Ethernet.

10.

Système d'acquisition muni d'un jeu de cartes selon l'une des revendications 1 à 9, comprenant dans un seul boîtier (1) une desdites cartes de communication (2) munie d'un processeur numérique (8) et d'un module d'interface (14) pour un réseau de télécommunication externe, ainsi qu'une desdites cartes d'acquisition (4) comprenant un ou plusieurs convertisseurs (54) analogiques numériques et/ou numériques analogiques, caractérisé en ce que lesdites cartes comprises dans le boîtier sont disposées parallèlement l'une à l'autre dans ledit boîtier (1) et reliées directement entre elles par un connecteur carte-à-carte (40), et en ce que ledit convertisseur (54) écrit directement dans une portion de l'espace mémoire dudit processeur numérique (8).