CN106681210A - 集成智能传感器系统及数据采集方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种集成智能传感器系统及数据采集方法，涉及传感器技术领域。所述系统包括传感器模块、数据处理模块、微处理器以及网络模块。所述传感器模块与所述数据处理模块电连接。所述微处理器分别与所述数据处理模块、所述网络模块电连接。所述传感器模块用于采集外界环境的变化信息。所述数据处理模块用于接收所述传感器模块采集的信息并处理、发送给所述微处理器。所述微处理器用于处理所述数据处理模块处理过后的数据并通过所述网络模块发送给远端电子设备。以此实现与远端电子设备进行远程通信。

Description

集成智能传感器系统及数据采集方法
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，具体而言，涉及一种集成智能传感器系统及数据采集方法。
背景技术
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。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。目前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，然而传统传感器的功能单一等，因此传统传感器不能满足多种测试要求，更不能实现远程控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种集成智能传感器系统及数据采集方法，以改善上述问题。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种集成智能传感器系统，包括传感器模块、数据处理模块、微处理器以及网络模块。所述传感器模块与所述数据处理模块电连接。所述微处理器分别与所述数据处理模块、所述网络模块电连接。所述传感器模块用于采集外界环境的变化信息。所述数据处理模块用于接收所述传感器模块采集的信息并处理、发送给所述微处理器。所述微处理器用于处理所述数据处理模块处理过后的数据并通过所述网络模块发送给远端电子设备。所述网络模块用于提供网络连接。
在本发明较佳的实施例中，上述传感器模块包括压力传感器、力传感器、加速度传感器、流量传感器、温度传感器和/或湿度传感器。
在本发明较佳的实施例中，上述压力传感器包括依次连接的敏感元件、自校单元及补偿单元。所述补偿单元与所述数据处理模块电连接。所述自校单元用于通过所述微处理器自动校准所述压力传感器。所述补偿单元用于通过所述微处理器对所述压力传感器自补偿。
在本发明较佳的实施例中，上述敏感元件为光敏二极管。
在本发明较佳的实施例中，上述数据处理模块包括模数转换电路。所述模数转换电路一端与所述补偿单元电连接，另一端与所述微处理器电连接。
在本发明较佳的实施例中，上述模数转换电路包括双积分型A/D转换器。
在本发明较佳的实施例中，上述数据处理模块还包括放大电路，所述放大电路的一端与所述补偿单元电连接，另一端与所述模数转换电路电连接。
在本发明较佳的实施例中，上述系统还包括数模调理控制电路与数模调理电路，所述数模调理控制电路一端与所述微处理器电连接，另一端与所述数模调理电路电连接。
在本发明较佳的实施例中，上述系统还包括多路开关，所述多路开关的一端与所述传感器模块连接，另一端与所述数据处理模块电连接。
第二方面，本发明实施例提供了一种数据采集方法，所述方法包括：所述传感器模块采集外界环境的变化信息。所述数据处理模块接收所述传感器模块采集的信息并处理、发送给所述微处理器。所述微处理器用于处理所述数据处理模块处理过后的数据并通过所述网络模块发送给远端电子设备。
本发明实施例提供的集成智能传感器系统，包括传感器模块、数据处理模块、微处理器以及网络模块。所述传感器模块与所述数据处理模块电连接。所述微处理器分别与所述数据处理模块、所述网络模块电连接。所述传感器模块用于采集外界环境的变化信息。所述数据处理模块用于接收所述传感器模块采集的信息并处理、发送给所述微处理器。所述微处理器用于处理所述数据处理模块处理过后的数据并通过所述网络模块发送给远端电子设备。以此实现与远端电子设备进行远程通信。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明第一实施例提供的集成智能传感器的一种结构框图；
图2为本发明第一实施例提供的集成智能传感器的另一种结构框图；
图3为本发明第一实施例提供的集成智能传感器的一种结构示意图；
图4为本发明第一实施例提供的集成智能传感器的敏感元件的位置示意图；
图5为本发明第二实施例提供的数据采集方法的流程图。
图中：100-集成智能传感器系统；110-传感器模块；112-传感器A；114-传感器B；116-传感器C；120-数据处理模块；122-模数转换电路；124-放大电路；130-微处理器；132-随机存取存储器；134-可编程只读存储器；140-网络模块；150-数模调理控制电路；152-数模调理电路；160-多路开关；162-信息总线；164-信息接口；166-键盘；201-红外发光二极管；202-参考元件；203-敏感元件；204-遮光片；205-第一转换电路；206-第二转换电路；207-自校单元；208-放大器；209-补偿单元；210-数字输入/输出端；220-被测压力。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
第一实施例
请参照图1，本实施例提供一种集成智能传感器系统100，其包括传感器模块110、数据处理模块120、微处理器130以及网络模块140。所述传感器模块110与所述数据处理模块120电连接。所述微处理器130分别与所述数据处理模块120、所述网络模块140电连接。
所述传感器模块110用于采集外界环境的变化信息。所述传感器模块110包括压力传感器、力传感器、加速度传感器、流量传感器、温度传感器和/或湿度传感器。所述传感器模块110解决同时测量周围多种物理量和化学量，给出较全面反映外界环境物质运动规律的信息。所述传感器模块110包括多个以上的各类传感器，用于测量压力、力、振动冲击加速度、流量、温度以及湿度等。请参照图2，在本实施例中，所述传感器模块110至少可以包括传感器A112、传感器B114以及传感器C116。传感器A112、传感器B114以及传感器C116均可以为各种类型的传感器。
例如，传感器A112可以为压力传感器。请参照图3，传感器A112包括依次连接的敏感元件203、自校单元207及补偿单元209，所述补偿单元209与所述数据处理模块120电连接，所述自校单元207用于通过所述微处理器130自动校准所述压力传感器，所述补偿单元209用于通过所述微处理器130对所述压力传感器自补偿。敏感元件203可以为光敏二极管。.光敏二极管也叫光电二极管。光敏二极管与半导体二极管在结构上是类似的，其管芯是一个具有光敏特征的PN结，具有单向导电性，因此工作时需加上反向电压。无光照时，有很小的饱和反向漏电流，即暗电流，此时光敏二极管截止。当受到光照时，饱和反向漏电流大大增加，形成光电流，它随入射光强度的变化而变化。光的变化引起光电二极管的电流的变化，这就可以将光信号转换成电信号，成为光电传感器件。
为了给敏感元件203提供光源，所述传感器A112还可以包括红外发光二极管201。所述红外发光二极管201与电源连接。所述系统还包括参考元件202，所述参考元件202的一端同时连接于所述自校单元207及数据处理模块120。由于敏感元件203可以为光敏二极管，所以所述参考元件202可以为光敏二极管。请参照图4，所述参考元件202和所述敏感元件203处于所述红外发光二极管201的同一侧，使得红外发光二极管201为所述参考元件202和所述敏感元件203提供光源。优选地，所述红外发光二极管201处于所述参考元件202和所述敏感元件203连线的垂直平分线上，这样参考元件202和所述敏感元件203就能受到红外发光二极管201相同的光照。
一般来说，传感器在使用过程中都有温漂、时漂或某些参数发生变化的现象。对温漂可进行温度补偿来消除由温度影响给测量带来的误差。为了保证测量的精度，需要对传感器进行自补偿和实时校正，能消除传感器参数发生变化和时漂给测量带来的影响。请参照图3，传感器A112包括自校单元207及补偿单元209。所述自校单元207用于通过所述微处理器130自动校准所述压力传感器，所述补偿单元209用于通过所述微处理器130对所述压力传感器自补偿。自校单元207的一端与参考元件202的第一转换电路205电连接，另一端连接至放大器208的第一端。第一转换电路205的一端电连接至敏感元件203，另一端同时电连接至自校单元207和数据处理模块120。第二转换电路206的一端电连接至敏感元件203，另一端电连接至放大器208的第二端。补偿单元209的一端电连接至放大器208的第三端，另一端电连接至所述数据处理模块120。
请结合参照图3和图4，敏感元件203上设置有遮光片204，在被测压力220的不同作用下，遮光片204移动位置，从而遮挡敏感元件203不同部分。这样，在红外发光二极管201的光照下，参考元件202受到恒定的光照，而敏感元件203没有被遮光片204遮挡的部分才能受到光照，参考元件202和敏感元件203受到不同的光照，从而参考元件202转化为参考电信号，敏感元件203转换为被测电信号。微处理器130获取的电信号包括经过自校单元207的参考电信号以及被测电信号一起依次经过放大器208、补偿单元209而输出的信号。微处理器130利用存储在可编程只读存储器134内的计量特性数据与微处理器130获取的电信号进行对比校正。这样解决了非线性、温度漂移、响应时间、噪音、交叉耦合干扰、缓慢的时漂等的补偿问题以及自校正问题，诊断测试以确定集成智能传感器系统100各组件有无故障。。
请结合参照图2和图3，所述数据处理模块120用于接收所述传感器模块110采集的信息并处理、发送给所述微处理器130。所述数据处理模块120包括模数转换电路122，所述模数转换电路122一端与所述补偿单元209电连接，另一端与所述微处理器130电连接。所述模数转换电路122包括双积分型A/D转换器。
为了增加传感器模块110输出电信号的幅度，所述数据处理模块120还包括放大电路124，所述放大电路124的一端与所述自校单元207电连接，另一端与所述模数转换电路122电连接。
为了所述集成智能传感器系统100能够可以选择同时测量外界多种物理量和化学量，还包括多路开关160，所述多路开关160的一端与所述传感器模块110连接，另一端与数据处理模块120电连接。需要同时测量外界N种不同的物理量和化学量，传感器模块110至少需要N个不同类型的传感器如压力传感器、温度传感器等，则多路开关160至少需要N个开关，使得N个不同类型的传感器的一个传感器通过N个开关中的一个开关连接上所述输出处理模块，能够同时测量N种不同的物理量和化学量如力、温度、湿度、光、声、化学成分等非电学量。
为了便于控制传感器模块110的实际采集情况，集成智能传感器系统100还包括数模调理控制电路150与数模调理电路152。所述数模调理控制电路150一端与所述微处理器130电连接，另一端与所述数模调理电路152电连接。所述数模调理电路152的一端与所述数模调理控制电路150电连接，另一端连接至信息总线162。所述微处理器130通过数模调理控制电路150对传感器模块110控制，传感器模块110采集的数据经过信息总线162把信息反馈给微处理器130。解决微处理器130与传感器模块110中的各个传感器之间双向通行功能，构成闭合工作模式。
微处理器130用于处理所述数据处理模块120处理过后的数据并通过所述网络模块140发送给远端电子设备。微处理器130可以是一种集成电路芯片，具有信号处理能力；也可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。其可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。
所述集成智能传感器系统100还可以包括存储器、信息接口164以及电源。存储器可以存储各种软件程序以及模块，如本申请实施例提供的数据采集方法对应的程序指令/模块。微处理器130通过运行存储在存储器中的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现本申请实施例中的数据采集方法。所述存储器可以包括随机存取存储器132(Random Access Memory，RAM)及可编程只读存储器134(Programmable Read-OnlyMemory，PROM)。所述存储器还可以包括只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)等。
网络模块140用于提供网络连接。所述集成智能传感器系统100通过网络模块140与远端电子设备建立网络通信。远端电子设备可以包括但不限于计算机、手机、平板等。
请参照图2，集成智能传感器系统100还可以包括键盘166。所述键盘166用于向集成智能传感器系统100输入数据。对应于图3，集成智能传感器系统100还可以包括数字输入/输出端210。所述数字输入/输出端210一端与微处理器130电连接，另一端连接至信息总线162。
本发明实施例提供的集成智能传感器系统100的工作原理如下：
传感器模块110采集外界环境的变化信息。数据处理模块120接收所述传感器模块110采集的信息并处理、发送给微处理器130。所述微处理器130处理所述数据处理模块120处理过后的数据并通过所述网络模块140发送给远端电子设备。以此实现将采集的数据发送给远端电子设备。
本发明实施例提供的集成智能传感器系统100，包括传感器模块110、数据处理模块120、微处理器130以及网络模块140。所述传感器模块110与所述数据处理模块120电连接。所述微处理器130分别与所述数据处理模块120、所述网络模块140电连接。所述传感器模块110用于采集外界环境的变化信息。所述数据处理模块120用于接收所述传感器模块110采集的信息并处理、发送给所述微处理器130。所述微处理器130用于处理所述数据处理模块120处理过后的数据并通过所述网络模块140发送给远端电子设备。以此实现与远端电子设备进行远程通信。
第二实施例
请参照图5，本发明实施例提供了一种数据采集方法，应用于上述第一实施例的集成智能传感器系统100，所述方法包括：
步骤S300：所述传感器模块采集外界环境的变化信息；
步骤S310：所述数据处理模块接收所述传感器模块采集的信息并处理、发送给所述微处理器；
步骤S320：所述微处理器处理所述数据处理模块处理过后的数据并通过所述网络模块发送给远端电子设备。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的数据采集方法的具体工作过程，可以参考前述系统实施例中的对应过程，在此不再赘述。
本发明实施例提供了一种数据采集方法，应用于上述第一实施例中的集成智能传感器系统100中，所述方法通过网络模块140将采集的数据发送到远端电子设备，以此实现与远端电子设备进行远程通信。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种集成智能传感器系统，其特征在于，包括传感器模块、数据处理模块、微处理器以及网络模块，所述传感器模块与所述数据处理模块电连接，所述微处理器分别与所述数据处理模块、所述网络模块电连接，所述传感器模块用于采集外界环境的变化信息，所述数据处理模块用于接收所述传感器模块采集的信息并处理、发送给所述微处理器，所述微处理器用于处理所述数据处理模块处理过后的数据并通过所述网络模块发送给远端电子设备，所述网络模块用于提供网络连接。
2.根据权利要求1所述的集成智能传感器系统，其特征在于，所述传感器模块包括压力传感器、力传感器、加速度传感器、流量传感器、温度传感器和/或湿度传感器。
3.根据权利要求2所述的集成智能传感器系统，其特征在于，所述压力传感器包括依次连接的敏感元件、自校单元及补偿单元，所述补偿单元与所述数据处理模块电连接，所述自校单元用于通过所述微处理器自动校准所述压力传感器，所述补偿单元用于通过所述微处理器对所述压力传感器自补偿。
4.根据权利要求3所述的集成智能传感器系统，其特征在于，所述敏感元件为光敏二极管。
5.根据权利要求3所述的集成智能传感器系统，其特征在于，所述数据处理模块包括模数转换电路，所述模数转换电路一端与所述补偿单元电连接，另一端与所述微处理器电连接。
6.根据权利要求5所述的集成智能传感器系统，其特征在于，所述模数转换电路包括双积分型A/D转换器。
7.根据权利要求5所述的集成智能传感器系统，其特征在于，所述数据处理模块还包括放大电路，所述放大电路的一端与所述补偿单元电连接，另一端与所述模数转换电路电连接。
8.根据权利要求1所述的集成智能传感器系统，其特征在于，所述系统还包括数模调理控制电路与数模调理电路，所述数模调理控制电路一端与所述微处理器电连接，另一端与所述数模调理电路电连接。
9.根据权利要求1所述的集成智能传感器系统，其特征在于，所述系统还包括多路开关，所述多路开关的一端与所述传感器模块连接，另一端与所述数据处理模块电连接。
10.一种数据采集方法，应用于权利要求1-9任一项所述的系统，其特征在于，所述方法包括：
所述传感器模块采集外界环境的变化信息；
所述数据处理模块接收所述传感器模块采集的信息并处理、发送给所述微处理器；
所述微处理器处理所述数据处理模块处理过后的数据并通过所述网络模块发送给远端电子设备。
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