CN103257624A

CN103257624A - 一种物联网多通道高速数据采集系统

Info

Publication number: CN103257624A
Application number: CN2013100149399A
Authority: CN
Inventors: 侯志伟; 包理群; 安丽霞
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-03-03
Filing date: 2013-03-03
Publication date: 2013-08-21

Abstract

本发明公开了一种物联网多通道高速数据采集系统，该系统包括无线传感网数据采集节点设备1、多通道高速数据采集及控制系统2、供电系统3。其中所述无线传感网数据采集节点设备1包括位于待测点的数据采集节点，所述多通道高速数据采集及控制系统2通过串口接入无线传感网数据采集节点设备，由远程监控中心无线发送数据命令帧至无线传感网数据采集节点设备1，然后通过串口发送至多通道高速数据采集及控制系统2执行相应的命令。本发明可用于多种接口类型的传感器物理量(如温度、湿度、压力、转速、位移、灰尘等)采样及远程监测，且能够高速采集及处理数据信息。

Description

一种物联网多通道高速数据采集系统

技术领域

本发明属于物联网前端数据采集及无线远程监控领域，涉及一种多通道高速数据采集系统。具体地说，涉及一种物联网多通道高速数据采集系统。

背景技术

随着信息技术的飞速发展以及物联网技术的广泛应用，各种数据的高速采集和实时处理成为现代工农业控制、电力、医药、化工、食品监测等领域必不可少的部分。物联网系统一般有三部分组成：数据采集、数据传输和智能处理。目前物联网的核心问题是前端的数据采集，物联网发展的关键因素之一是数据采集技术的突破和融合应用。数据采集进入的领域越来越复杂，对数据采集的速度和深度都有了更高的要求，传统的采集模式由于时钟频率较低，外设速度慢等缺点大大限制了数据采集的性能。

在高速数据采集领域，系统要求的采样速率高、采集精度高、数据传输量大，于是系统的抗干扰性、数据的传输速度和存储能力就成了系统构建必须克服的关键问题。数据采集涉及到的测量信号和信号源的类型越来越多，对测量的要求也越来越高，国内已有的数据测量和采集的系统，存在功能单一、采集通道少、采集速率低、操作复杂，并且对测试环境要求较高等问题。第一，缺乏一种多类型传感器的、接口资源丰富的高速采集系统，数据采集系统无法满足多决策因素的物联网监控系统；第二，要得到监测对象某一接口类型传感器的数据信息，设计数据采集系统成本比较高、通用性差、开发周期长；第三，目前多传感器数据采集的开发，需要为每种传感器开发一套设备管理系统，代码编写重复率高，工作量大。

因此，需要研究一种高速，高精度，成本低廉，性能稳定，可靠性高，接口丰富，通用性强的前端多传感器数据高速采集装置，兼容感知层不同传感器的通讯方式，为应用层的业务扩展提供了接口，有效解决物联网中前端数据采集的核心技术问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种物联网多通道高速数据采集系统，克服了现有物联网前端数据高速采集存在的问题：一是提高了无线传感网络的稳定性和可靠性，降低采集节点本身采集、处理数据的计算能力，减少数据缓存空间。二是对多种接口类型的传感器物理量(如温度、湿度、压力、转速、位移、灰尘等)采样提供了丰富的资源接口，并能高速采集及处理数据信息。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种物联网多通道高速数据采集系统，包括无线传感网数据采集节点设备1、多通道高速数据采集及控制系统2、供电系统3。无线传感网数据采集节点设备1与多通道高速数据采集及控制系统2连接，通过串口进行通讯。

所述无线传感网数据采集节点设备1由JN5148无线微控制器组成，具有高性能、低功耗、通讯距离远、发射功率小、接收灵敏度高的优点。

所述多通道高速数据采集及控制系统2包括FPGA处理器20、8路独立模拟量高速采集接口21、4路独立模拟量高速输出控制接口22、4路SPI设备接口23、4路I₂C设备接口24、2路USB设备接口25、2路TTL设备接口26、2路RS232设备接口27、1路SD卡接口28、2路485通讯设备接口29。

其中，所述多通道高速数据采集及控制系统2的资源主要有：

1)所述FPGA处理器20采用FPGA核心板和扩展板组成。

2)所述8路独立模拟量高速采集接口21包括8路独立通道输入接口210、信号调理电路211、线性高速光耦212、高速AD转换芯片213。

3)所述4路独立模拟量高速输出控制接口22包括线性高速光耦220、高速DA转换芯片221、输出放大器222、4路独立通道输出接口223。

4)所述SPI设备接口23适用于倾角传感器、高分辨率气压传感器、加速度传感器等。

5)所述I₂C设备接口24适用于超声波传感器、数字罗盘、温湿度传感器等。

6)所述USB设备接口25适用于USB体温传感器等。

7)所述TTL设备接口26适用于霍尔测速传感器、光栅尺位移传感器等。

8)所述RS232设备接口27适用于三轴加速度倾角传感器、地磁传感器等。

9)所述SD卡接口28适用于数据的存储等。

10)所述485通讯设备接口29适用于风速传感器等。

所述供电系统3包括市电31、蓄电池32、UPS模块33、稳压模块34。采用市电31和蓄电池32两种模式供电，若市电输入正常时，UPS模块将市电稳压后向蓄电池充电，若市电中断(事故停电)时，UPS模块立即切换到蓄电池供电模式，同时UPS模块通常对电压过大和电压太低都提供保护措施。

一种物联网多通道高速数据采集系统，包括如下步骤：

1)由无线远程监控中心设置数据采集时间间隔，将命令无线发送至无线传感网数据采集节点设备1。

2)由无线传感网数据采集节点设备1将命令通过串口发送至多通道高速数据采集及控制系统2，按数据采集时间间隔定时采集所连接传感器数据信息。

3)由无线传感网数据采集节点设备1定时监测与多通道高速数据采集及控制系统2串口通讯是否正常，若不正常将故障信息发送至远程监控中心，多通道高速数据采集及控制系统2将待检测传感器数据存储至SD卡中，以免历史数据丢失。

4)多通道高速数据采集及控制系统2定时监测连接的传感器设备是否正常，若不正常将故障信息通过串口发送至无线传感网数据采集节点设备1，并及时将信息发送至远程监控中心。

5)多通道高速数据采集及控制系统2定时自检，防止程序跑飞，若跑飞重新启动系统。

综上所述，本发明的有益成果在于：

本发明的技术方案采用了无线传感网数据采集节点与多通道高速数据采集及监测系统相结合的体系结构，实现了物联网前端数据高速采集及预处理；

本发明的多通道高速数据采集系统实现了高速、高精度采集，具有采集频率高、内部延时小、存储容量大、资源接口丰富灵活等优点；

本发明的多通道高速数据采集方法有效解决了功能单一、通用性差、开发周期长、操作复杂，后期维护成本高等缺点。

附图说明

图1是本发明中多通道高速数据采集系统结构示意图；

图2是本发明中多通道高速数据采集系统功能流程图；

图3是本发明中采集系统自检及异常信息处理流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明中多通道高速数据采集系统包括以下几个部分：无线传感网数据采集节点设备1、多通道高速数据采集及控制系统2、供电系统3。

整个系统结构及功能如下所述：远程监控中心设置数据采集时间间隔，无线发送命令至无线传感网数据采集节点设备1，无线传感网数据采集节点设备1通过串口发送命令至多通道高速数据采集及控制系统2，多通道高速数据采集及控制系统2按数据采集时间间隔定时采集连接的传感器数据以及执行相应的命令，将监测数据通过物联网发送至远程监控中心供实时查询。无线传感网数据采集节点设备1定时监测与多通道高速数据采集及控制系统2的串口通讯是否正常，若有异常多通道高速数据采集及控制系统2将待检测传感器数据存储至SD卡中，以免历史数据丢失。多通道高速数据采集及控制系统2定时自检系统，若有程序跑飞或死机，系统将重新启动，若有检测传感器无响应则判定为异常，将异常信息及时发送至远程监控中心，从而实现待检测对象的实时监控。

如图2所示，多路采集系统功能流程图描述了无线传感网数据采集节点设备1与多通道高速数据采集及控制系统2通过串口通讯进行数据交换和执行相应的动作。其步骤如下：

1.待测点进入等待状态，等待接收远程监控中心发送命令；

2.接收到命令后结束等待状态，并应答数据采集节点设备，进入执行状态；

3.解析命令，若为设置数据采集时间间隔，则按以此时间定时采集连接传感器的数据，若为执行操作命令，执行相应命令，若命令解析有误，发送应答信号至无线传感网数据采集节点设备1。

4.将采集数据进行融合处理，等待无线传感网数据采集节点设备1应答信号，若超时重新发送，否则进入步骤5；

5.回到任务状态。

如图3所示，多路采集系统自检及异常信息处理流程图描述了防止系统程序跑飞或死机，包括如下步骤：

1.初始化多通道高速数据采集及控制系统2自检定时器；

2.系统自检定时器是否到时，若到时进入步骤3，否则进入步骤7；

3.查看无线传感网数据采集节点设备1与多通道高速数据采集及控制系统2的串口通讯是否正常，若有异常将采集数据存储至SD卡中，以免数据丢失，否则进入步骤7；

4.查看所连接传感器是否有异常，若有将异常信息通过串口发至无线传感网数据采集节点设备1，否则进入步骤7；

5.查看数据是否超过阈值，若是请求发送异常数据信息，否则进入步骤7；

6.无线传感网数据采集节点设备1将异常数据信息发送到远程监控中心；

7.系统自检，定时器重新计时。

Claims

1.一种物联网多通道高速数据采集系统，其特征在于，包括无线传感网数据采集节点设备1、多通道高速数据采集及控制系统2、供电系统3，无线传感网数据采集节点设备1与多通道高速数据采集及控制系统2连接，通过串口进行通讯，供电系统3分别为无线传感网数据采集节点设备1和多通道高速数据采集及控制系统2提供电源。

2.根据权利要求1所述的多通道高速数据采集系统，其特征在于，所述嵌无线传感网数据采集节点设备1采用的是无线微控制器。

3.根据权利要求1所述的多通道高速数据采集系统，其特征在于，多通道高速数据采集及控制系统2包括FPGA处理器20、8路独立模拟量高速采集接口21、4路独立模拟量高速输出控制接口22、4路SPI设备接口23、4路I₂C设备接口24、2路USB设备接口25、2路TTL设备接口26、2路RS232设备接口27、1路SD卡接口28、2路485通讯设备接口29，8路独立模拟量高速采集接口21又包括8路独立通道输入接口210、信号调理电路211、线性高速光耦212、高速AD转换芯片213，4路独立模拟量高速输出控制接口22又包括线性高速光耦220、高速DA转换芯片221、输出放大器222、4路独立通道输出接口223。

4.一种多通道高速数据采集方法，其特征在于，包括如下步骤：

5.根据权利要求4所述的多通道高速数据采集系统，其特征在于，步骤2中多通道高速数据采集系统2对采集数据进行数据融合及预处理。

6.根据权利要求4所述的多通道高速数据采集系统，其特征在于，步骤2中多通道高速数据采集系统2查看数据是否超过阈值，如果超过阈值无线传感网数据采集节点设备1优先发送异常信息。

7.根据权利要求4所述的多通道高速数据采集系统，其特征在于，供电系统3采用市电31和蓄电池32两种模式供电。

8.根据权利要求4所述的多通道高速数据采集系统，其特征在于，步骤5中所述的多通道高速数据采集及控制系统2定时自检时间为15分钟。