CN106652406A - 集成化环境数据智能采集装置及采集方法 - Google Patents

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陈物平
卓石平
沈力
许茗
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Abstract

本发明提供一种集成化环境数据智能采集装置，该集成化环境数据智能采集装置通过网关实现与终端设备的信息交互，包括电源模块、传感器模块、微处理器模块、无线通讯模块；所述传感器模块用于获取其所处区域的环境参数并将其放大转化为数字电信号；所述微处理器模块接收传感器模块发送的数字电信号，采用内置软件程序对该数字电信号进行处理；所述无线通讯模块接收所述微处理器发送的数据，并通过无线通讯方式与所述网关实现信息交互；所述传感器模块、无线通讯模块、微处理器模块集成在单块芯片上。该集成化环境数据智能采集装置高度集成化，能够智能采集处理储存环境数据，并与网关无线通讯，便于应急情况下地下空间环境数据采集。

Description

集成化环境数据智能采集装置及采集方法
技术领域
本发明涉及环境数据采集装置领域，具体而言涉及一种集成化环境数据智能采集装置及采集方法。
背景技术
环境数据采集装置需要利用传感器，尽管传感器技术已经得到长足的发展，但就传感器本身而言，还达不到许多测量的要求。计算机技术、信息技术和外围相关技术的发展，把传感器的发展推到了一个更高的层次，以期获得具有自学习、自诊断、自校准、数字双向通信等功能的智能传感器。从使用的角度，传感器的准确性、稳定性和可靠性是至关重要的。长期以来研究工作大都集中在硬件方面，虽然不断利用新材料研制敏感器件，改进传感器芯片的制造工艺，提高芯片的质量，以及通过外电路补偿改善传感器的线性度、稳定性和输出漂移，但传感器都没有根本性的突破。20世纪70年代，微处理器举世瞩目的成就带来了数字化的革命，对仪器仪表的发展起到了巨大的推动作用。随着系统自动化程度的提高和复杂性的增加，对传感器的综合精度、稳定性、可靠性和响应要求越来越高，由于传统传感器的功能单一、不能满足多种测试要求，所以将微处理器智能技术用于传感器。20世纪80年代末期，人们又将微机械加工技术应用到传感器，从而产生出新概念的智能传感器。
现有的智能采集装置虽然利用微处理器实现了智能化，但是其各功能模块的集成程度低，需外界电源，且需要使用有线线路来实现与网关通讯方式，紧急情况下，有线线路容易出现故障，这对于应急情况下地下管廊空间的环境数据采集传输极为不便。
发明内容
本发明目的在于提供一种集成化环境数据智能采集装置及采集方法，所述智能采集装置高度集成化，能够智能采集处理储存环境数据，并与网关无线通讯，便于应急情况下地下空间环境数据采集。
本发明的上述目的通过独立权利要求的技术特征实现，从属权利要求以另选或有利的方式发展独立权利要求的技术特征。
为达成上述目的，本发明提出一种集成化环境数据智能采集装置，该集成化环境数据智能采集装置通过网关实现与终端设备的信息交互，所述集成化环境数据智能采集装置包括电源模块、传感器模块、微处理器模块、无线通讯模块；
所述传感器模块用于获取其所处区域的环境参数并将其放大转化为数字电信号，再将该数字电信号传输给所述微处理器模块；
所述微处理器模块内置软件程序，该微处理器模块与所述传感器模块连接，接收传感器模块发送的数字电信号后，采用内置软件程序对接收到的数字电信号进行处理，储存并发送处理后的数据；
所述无线通讯模块与所述微处理器模块连接，用于将所述微处理器接入到网络中，并通过设定的无线通讯方式收发数据；
所述电源模块为所述传感器模块、微处理器模块和无线通讯模块提供运行所需的电能；
所述电源模块、传感器模块、无线通讯模块、微处理器模块集成在单块芯片上。
进一步的实施例中，所述集成化环境数据智能采集装置通过MEMS工艺集成在单块芯片上。
进一步的实施例中，所述传感器模块包括：
数据选择器，其与所述微处理器连接，被设置成根据微处理器发出的控制信号以选通一条输入端作为有效输入端；
复数个传感器，每个传感器均与所述数据选择器的其中一个输入端连接；
放大电路，其输入端与所述数据选择器的输出端连接；
A/D转换电路，其输入端与所述放大电路的输出端连接，其输出端与所述微处理器模块连接，将转换生成的数字电信号传输给微处理器模块。
进一步的实施例中，所述复数个传感器包括环境光传感器、声音传感器、压力传感器、温度传感器中的至少二种。
进一步的实施例中，所述微处理器模块内置的软件程序包括标度换算程序模块、数字调零程序模块、非线性补偿程序模块、温度补偿程序模块、数字滤波程序模块。
进一步的实施例中，所述设定的无线通讯方式包括ZigBee、Z-wave、蓝牙、Wifi以及RF射频中的至少一种。
进一步的实施例中，所述集成化环境数据智能采集装置包括有线通讯模块；
所述微处理器模块通过所述有线通讯模块实现与终端设备的信息交互。
本发明还提供一种集成化环境数据智能采集方法，该集成化环境数据智能采集方法基于前述的集成化环境数据智能采集装置，所述方法包括下列步骤：
步骤1、所述微处理器模块进行自我校正；
步骤2、所述传感器模块采集环境数据，并将其放大转化为数字电信号数据；
步骤3、所述微处理器模块对所述数字电信号进行数据智能处理并储存数据；
步骤4、所述微处理器模块将储存的数据通过无线通讯模块传送至所述网关。
进一步的实施例中，在步骤1中，所述微处理器模块包括PROM，PROM内存储有计量特性数据；
该微处理器模块利用所述计量特性数据进行自我校正。
进一步的实施例中，在步骤3中，所述微处理器模块通过软件补偿方式对所述传感器模块采集的信号数据进行处理。
由以上本发明的技术方案，与现有相比，其显著的有益效果在于，本发明的集成化环境数据智能采集装置高度集成化，能够智能采集处理储存环境数据，并与网关无线通讯，便于应急情况下地下空间环境数据采集。
应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。
结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。
附图说明
附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：
图1是本发明的集成化环境数据智能采集装置的示意图。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。
结合图1，本发明所提及的集成化环境数据智能采集装置100包括传感器模块10、微处理器模块30、无线通讯模块40、电源模块20，所述传感器模块10至少包括环境光传感器、声音传感器、压力传感器、温度传感器中任意两种，传感器对声、光、电、热、力等周围自然现象的测量一般通过直接和间接测量两种方式，多种传感器配合使用，同时测量周围多种物理量和化学量，给出较全面反映物质运动规律的信息。所述传感器模块10还包括接于传感器后的数据选择器，放大电路以及A/D转换电路。通过数据选择器选择某个传感器工作，从而采集环境数据，放大电路对传感器采集的微弱模拟信号放大，A/D转换电路将放大后的模拟信号转换为数字信号。所述电源模块20为整个智能采集装置100提供电源，所述智能采集装置100通过无线通讯模块40与网关连接，在紧急情况下，亦能保证采集数据的传输。所述集成化环境数据智能采集装置100采用MEMS工艺集成在单个芯片上，即所述传感器模块10、电源模块20、微处理器模块30、无线通讯模40块被集成在同一个芯片上。将环境数据智能采集装置100的各个模块集成在单个芯片上，传感器的弱信号先经集成电路信号放大再远距离传送，可大大改进信噪比；传感器的零漂、温漂和零位可以定期自动校准，还可以采用适当的反馈方式改善传感器的频响，从而改善环境数据智能采集装置100的性能。
所述微处理器模块30内置软件程序，软件给微处理器模块30提供必要的软件支持，如嵌入式操作系统、嵌入式数据库系统等，通过编程实现各种不同的功能。所述软件程序包括标度换算程序模块、数字调零程序模块、非线性补偿程序模块、温度补偿程序模块、数字滤波程序模块，所述软件程序通过该些程序模块对传感器模块10采集的环境信号计算处理，并补偿温度漂移，去除噪声。
所述微处理模块30与传感器模块10之间双向通讯，微处理器模块30能够控制传感器模块10的工作模式，传感器模块10能够将采集数据反馈给微处理器模块30加工处理并保存。微处理器模块30具有信息存储和记忆功能，可以存储工作日期、采集的数据、校正数据等各种信息。环境数据智能采集装置100在电源开启时会进行自检，诊断设备有无故障，微处理器模块30利用存储在PROM内的计量特性数据进行对比校对。
所述无线通讯模块40的通讯方式为ZigBee、Z-wave、蓝牙、Wifi以及RF射频中的至少一种，无线通讯模块将40采集处理后的数据通过无线模式发送给网关，终端设备与该智能采集装置100通过该网关智能连接，从而实现该终端设备对该智能采集装置100监控。该终端设备是用户便于操作控制的手持或者便携装置，如：手机、平板、电脑、智能手表、以及其它能够发送与接收信息的可穿戴的设备，该终端设备通过App应用程序与该网关无线连接，实时监控该智能采集装置100周边环境情况。当然，该终端也可以是常规带有无线通讯模块40的笔记本电脑。当然，本发明的智能采集装置100亦可设有线通讯模块50，双重通讯方式能够为应急情况下地下空间的环境数据采集提供更多选择。
所述集成化环境数据智能采集装置100采集地下空间环境数据的方法如下：所述传感器模块10采集地下空间环境的多种数据，并通过放大电路将微弱的模拟信号放大，再通过A/D转换电路将模拟信号数据转换为数字信号数据，并传输给微处理器模块30，微处理器模块30通过软件对所述数字信号数据计算补偿并储存补偿后的数据，在通过无线通讯模块40与网关连接，终端设备与网关通讯获取智能采集装置100的地下空间环境数据采集结果，以根据采集到的地下空间环境的多种数据做出合理的决策。
所述集成化环境数据采集装置100通电后，会先进行自检，所述微处理器模块包括PROM，PROM内存储有计量特性数据，该微处理器模块利用所述计量特性数据进行自我校正。
本发明的主要目的是实现智能采集处理储存环境数据，并与网关无线通讯，便于应急情况下地下空间环境数据采集。
从而，本发明实现了对每个监测点仅进行数据采集及调制，监测数据的专业软件分析处理统一由主站计算机系统进行，有效整合了各监测点的专业软件分析处理功能，提高监测装置的工作效率，降低成本。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (10)

1.一种集成化环境数据智能采集装置，该集成化环境数据智能采集装置通过网关实现与终端设备的信息交互，其特征在于，所述集成化环境数据智能采集装置包括电源模块、传感器模块、微处理器模块、无线通讯模块；
所述传感器模块用于获取其所处区域的环境参数并将其放大转化为数字电信号，再将该数字电信号传输给所述微处理器模块；
所述微处理器模块内置软件程序，该微处理器模块与所述传感器模块连接，接收传感器模块发送的数字电信号后，采用内置软件程序对接收到的数字电信号进行处理，储存并发送处理后的数据；
所述无线通讯模块与所述微处理器模块连接，用于将所述微处理器接入到网络中，并通过设定的无线通讯方式收发数据；
所述电源模块为所述传感器模块、微处理器模块和无线通讯模块提供运行所需的电能；
所述电源模块、传感器模块、无线通讯模块、微处理器模块集成在单块芯片上。
2.根据权利要求1所述的集成化环境数据智能采集装置，其特征在于，所述集成化环境数据智能采集装置通过MEMS工艺集成在单块芯片上。
3.根据权利要求1所述的集成化环境数据智能采集装置，其特征在于，所述传感器模块包括：
数据选择器，其与所述微处理器连接，被设置成根据微处理器发出的控制信号以选通一条输入端作为有效输入端；
复数个传感器，每个传感器均与所述数据选择器的其中一个输入端连接；
放大电路，其输入端与所述数据选择器的输出端连接；
A/D转换电路，其输入端与所述放大电路的输出端连接，其输出端与所述微处理器模块连接，将转换生成的数字电信号传输给微处理器模块。
4.根据权利要求1所述的集成化环境数据智能采集装置，其特征在于，所述复数个传感器包括环境光传感器、声音传感器、压力传感器、温度传感器中的至少二种。
5.根据权利要求1所述的集成化环境数据智能采集装置，其特征在于，所述微处理器模块内置的软件程序包括标度换算程序模块、数字调零程序模块、非线性补偿程序模块、温度补偿程序模块、数字滤波程序模块。
6.根据权利要求1所述的集成化环境数据智能采集装置，其特征在于，所述设定的无线通讯方式包括ZigBee、Z-wave、蓝牙、Wifi以及RF射频中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的集成化环境数据智能采集装置，其特征在于，所述集成化环境数据智能采集装置包括有线通讯模块；
所述微处理器模块通过所述有线通讯模块实现与终端设备的信息交互。
8.一种集成化环境数据智能采集方法，所述方法基于权利要求1-7中任意一项所述的集成化环境数据智能采集装置，其特征在于，所述方法包括下列步骤：
步骤1、所述微处理器模块进行自我校正；
步骤2、所述传感器模块采集环境数据，并将其放大转化为数字电信号数据；
步骤3、所述微处理器模块对所述数字电信号进行数据智能处理并储存数据；
步骤4、所述微处理器模块将储存的数据通过无线通讯模块传送至所述网关。
9.根据权利要求8所述的集成化环境智能采集方法，其特征在于，在步骤1中，所述微处理器模块包括PROM，PROM内存储有计量特性数据；
该微处理器模块利用所述计量特性数据进行自我校正。
10.根据权利要求8所述的集成化环境智能采集方法，其特征在于，在步骤3中，所述微处理器模块通过软件补偿方式对所述传感器模块采集的信号数据进行处理。
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PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Chen Pingwu

Inventor after: Zhuo Shiping

Inventor after: Shen Li

Inventor after: Xu Ming

Inventor before: Chen Wuping

Inventor before: Zhuo Shiping

Inventor before: Shen Li

Inventor before: Xu Ming

CB03 Change of inventor or designer information
CB02 Change of applicant information

Address after: 210000 No.23, Changqing street, moling street, Jiangning District, Nanjing City, Jiangsu Province (Jiangning Development Zone)

Applicant after: Nanjing Longkun Suchang industrial Internet Co., Ltd

Address before: Affirmative Road, Jiangning Economic Development Zone of Nanjing City, Jiangsu Province, No. 199 211153

Applicant before: NANJING LUCULENT CO., LTD.

CB02 Change of applicant information
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20170510

RJ01 Rejection of invention patent application after publication