CN109901481B - 一种智能多通道数字信号的数据采集存储系统以及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能多通道数字信号的数据采集存储系统以及方法，该数据采集存储系统具有休眠和唤醒功能，当检测器在管道中卡住时，通过运行状态识别模块识别后，自动将数据采集存储系统调节到休眠状态，当检测器再次正常运行时，通过运行状态识别模块识别后，自动将数据采集存储系统唤醒，进行正常的数据采集和存储。此外，该数据存储系统设置有时间触发模式和里程触发模式，用户可根据需要选择，大幅度提高该数据采集存储系统的适用性，而且在数据采集之后需要通过数据分析单元进行数据分析，判断该数据是否为缺陷数据，只有缺陷数据才进行正常存储，以降低存储量；该系统具有设计合理，使用方便，用电量小、适用性广等优点。
Description
技术领域
本发明公开涉及数据通讯的技术领域，尤其涉及一种智能多通道数字信号的数据采集存储系统及其方法。
背景技术
多通道数字信号采集存储系统作为工业自动检测的关键组成部分，其可靠性、稳定性以及所采集数据的准确性对检测结果都至关重要。
目前，随着工业的发展，虽然数字信号的数据采集存储系统也得到了很大的提高。但在实际的使用过程中发现，现有的数据采集存储系统仍存在以下问题：1)用电量大，导致无法坚持完成整个检测过程；2)单一的运行模式，导致适应性差；3)对采集的数据不进行筛选，直接存储，存在很多无用数据，导致存储数据量大，运行不稳定。
因此，如何研发一种新型的数据采集存储系统，以解决上述问题，成为人们亟待解决的问题。
发明内容
鉴于此，本发明公开提供了一种智能多通道数字信号的数据采集存储系统及其方法，以至少解决现有数据采集存储系统存在用电量大、运行模式单一、运行不稳定等问题。
本发明一方面提供了一种智能多通道数字信号的数据采集存储系统，该数据采集存储系统包括：ARM嵌入式主控模块1、模式选择模块2、计算模块3、运行状态识别模块5、多个里程传感器6以及多个检测探头7；
所述ARM嵌入式主控模块1包括：ARM嵌入式数据采集单元11、数据接收单元12、数据分析单元13、数据存储单元14、控制单元15以及定时单元16；
所述运行状态识别模块5的输入端与每个所述里程传感器6的第一输出端连接，所述运行状态识别模块5的输出端与所述控制单元15的第一输入连接；
所述模式选择模块2的输出端与控制单元15的第二输入端连接；
所述控制单元15的第一输出端、第二输出端以及第三输出端分别与所述计算模块3的控制端、所述定时单元16的控制端以及所述ARM嵌入式数据采集单元11的第一控制端连接；
所述计算模块3的输入端与每个所述里程传感器6的第二输出端连接，所述计算模块3的输出端与所述控制单元15的第三输入端连接；
所述定时单元16的输出端与所述ARM嵌入式数据采集单元11的第二控制端连接；
所述ARM嵌入式数据采集单元11的输入端分别与每个所述里程传感器6的第三输出端以及每个所述检测探头7的输出端均连接，所述ARM嵌入式数据采集单元11的输出端与所述数据接收单元12的输入端连接；
所述数据接收单元12的输出端与所述数据分析单元13的输入端连接；
所述数据分析单元13的第一、第二输出端分别与所述控制单元15的第四输入端以及所述数据存储单元14的第一输入端连接。
优选，所述智能多通道数字信号的数据采集存储系统，还包括：时钟模块4，所述时钟模块4的输出端与所述数据存储单元14的第二输入端连接。
进一步优选，所述智能多通道数字信号的数据采集存储系统，还包括：多路复用选择器8，所述多路复用选择器8串联于所述检测探头7与所述ARM嵌入式数据采集单元11之间，且所述多路复用选择器8的输入端与所述检测探头7的输出端连接，所述多路复用选择器8的输出端与所述ARM嵌入式数据采集单元11的输入端连接。
进一步优选，所述智能多通道数字信号的数据采集存储系统，还包括：数据转换处理器9，所述数据转换处理器9串联于所述检测探头7与所述ARM嵌入式数据采集单元11之间，且所述数据转换处理器9的输入端与所述检测探头7的输出端连接，所述数据转换处理器9的输出端与所述ARM嵌入式数据采集单元11的输入端连接。
进一步优选，多个所述检测探头7分别为1个倾角传感器、1个温度传感器、24个漏磁涡流复合探头以及16个角位移探头。
进一步优选，所述里程传感器6的个数为3个。
进一步优选，所述数据存储单元14中包括两个sd存储卡。
本发明另一方面还提供了一种智能多通道数字信号的数据采集存储方法，该方法适用于上述的数据采集存储系统，所述数据采集存储的方法包括如下步骤：
对多个里程传感器的检测数据进行实时监控，当监控的检测数据表明里程轮开始运行时间到达阈值时，开始对每个里程传感器以及每个检测探头进行检测数据的采集和存储；
所述对每个里程传感器以及每个检测探头进行检测数据的采集和存储的具体步骤为：
1)对每个里程传感器的检测数据以及每个检测探头的检测数据进行同步的周期性采集；
2)将采集的检测数据进行分析，判断所述检测数据是否为目标数据，如果是目标检测数据，将所述检测数据存储，如果是非目标检测数据，将所述检测数据丢弃，继续步骤1)；
当监控的检测数据表明里程轮停止运行时间到达阈值，且此时采集的检测数据为非目标数据时，停止进行检测数据的采集和存储，进入休眠状态；而当监控的检测数据表明里程轮停止运行时间到达阈值，但此时采集的检测数据为目标数据时，按阈值时间推迟进入休眠状态。
优选，所述周期性采集的周期为时间周期或里程周期。
进一步优选，所述目标数据为缺陷数据，所述缺陷数据的判断方法为：将前n次检测数据的平均值与后n次检测数据的平均值做差比较，当差值大于阈值时，判断此检测数据为缺陷数据，否则判断此检测数据为非缺陷数据。
进一步优选，所述检测数据的存储方式为：以bat文件格式存储，按一定的时间间隔形成一个以时间命名的文件进行存储。
本发明提供的智能多通道数字信号的数据采集存储系统，主要是针对管道内缺陷检测而设计的，该数据采集存储系统通过运行状态识别模块的设置，使该系统具有休眠和唤醒功能，当检测器在管道中卡住时，通过运行状态识别模块识别后，自动将数据采集存储系统调节到休眠状态，以节省系统电量，当检测器再次正常运行时，通过运行状态识别模块识别后，自动将数据采集存储系统唤醒，进行正常的数据采集和存储。此外，该数据存储系统中设置有两种数据采集模式，分别为时间触发模式和里程触发模式，可以根据不同的检测工况和检测需要，通过模式选择模块进行模式设置，大幅度提高该数据采集存储系统的适用性，而且在数据采集之后需要通过数据分析单元进行数据分析，判断该数据是否为缺陷数据，如果是缺陷数据进行正常存储，如果不是缺陷数据则不进行存储，以节约存储空间，降低存储量。
本发明提供的智能多通道数字信号的数据采集存储系统，具有设计合理，使用方便，用电量小、适用性广等优点。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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的附图。
图1为本发明公开实施例提供的一种智能多通道数字信号的数据采集存储系统的模块图；
图2为本发明公开实施例提供的具有多路复用选择器的智能多通道数字信号的数据采集存储系统的模块图；
图3为本发明公开实施例提供的具有数据转换处理器的智能多通道数字信号的数据采集存储系统的模块图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
鉴于现有技术中数据采集存储系统存在的问题，本实施方案提供了智能多通道数字信号的数据采集存储系统，该数据采集存储系统主要是针对管道内检测时检测器中检测数据的采集和存储，用以显示管道内缺陷位置以及缺陷情况。当然该数据采集存储系统还可以适用于其他的技术环境，不仅限于管道内缺陷检测。
参见图1，该智能多通道数字信号的数据采集存储系统主要包括：ARM嵌入式主控模块1、模式选择模块2、计算模块3、运行状态识别模块5、多个里程传感器6以及多个检测探头7，其中，ARM嵌入式主控模块1包括：ARM嵌入式数据采集单元11、数据接收单元12、数据分析单元13、数据存储单元14、控制单元15以及定时单元16；
其中，运行状态识别模块5的输入端与每个里程传感器6的第一输出端连接，运行状态识别模块5的输出端与控制单元15的第一输入端连接，上述运行状态识别模块用于识别各里程传感器的检测数据，进而判断里程轮是否在正常行驶运行，然后运行状态识别模块根据判断结果，通知控制单元是否进入休眠状态。具体而言，当运行状态识别模块判断里程轮已停止运行时，会发送电信号通知控制单元进入休眠状态，当运行状态识别模块判断里程轮正常行走运行时，会发送电信号通知控制单元正常工作；
模式选择模块2的输出端与控制单元15的第二输入端连接，控制单元15的第一、第二输出端分别与计算模块3的控制端和定时单元16的控制端连接，其中，计算模块3的输入端与每个里程传感器6的第二输出端连接，计算模块3的输出端与控制单元15的第三输入端连接，控制单元15的第三输出端与ARM嵌入式数据采集单元11的第一控制端连接，定时单元16的输出端与ARM嵌入式数据采集单元11的第二控制端连接；通过上述模块的设置，用户可通过模式选择模块控制该数据采集存储系统进入相应的工作模式，其中，该数据采集存储系统主要由两种工作模式，一种是里程触发模式，另一种是时间触发模式，当用户选择里程触发模式时，模式选择模块会发送模式选择信息到控制单元，控制单元接收到模式选择信息后，发送电信号到计算模块，启动计算模块，计算模块接收各里程传感器的检测数据，依据该检测数据获得里程轮的运行里程，计算是否要进行检测数据的采集，当到达需要进行数据采集的里程数时，计算模块会发送电信号到控制单元，控制单元接收到信号后，控制ARM嵌入式数据采集单元进行检测数据采集，以实现里程触发；当用户选择时间触发模式时，模式选择模块同样会发送模式选择信息到控制单元，控制单元接收到模式选择信息后，发送电信号到定时单元，启动定时单元，每当到达检测数据采集时间时，定时单元会发送电信号到ARM嵌入式数据采集单元，控制ARM嵌入式数据采集单元进行检测数据采集，以实现时间触发。
ARM嵌入式数据采集单元11的输入端分别与每个里程传感器6的第三输出端以及每个检测探头7的输出端均连接，ARM嵌入式主控模块1的输出端与数据接收单元12的输入端连接，ARM嵌入式数据采集单元依据控制单元以及定时单元的控制同时采集每个里程传感器以及每个检测探头中的检测数据，并将采集到的检测数据发送到数据接收单元中；
数据接收单元12的输出端与数据分析单元13的输入端连接，数据接收单元将接收到的检测数据发送到数据分析单元进行分析，分析该检测数据是否为缺陷数据；
数据分析单元13的第一、第二输出端分别与控制单元15的第四输入端以及数据存储单元14的第一输入端连接；数据分析单元一方面将数据分析结果发送到控制单元中，另一方面依据分析结果，决定是否将该检测数据发送到数据存储单元中进行存储，如果数据分析单元分析的结果为缺陷数据时，则将对应的检测数据发送到数据存储单元中进行存储，如果数据分析单元分析的结果为非缺陷数据时，数据分析单元将对应的检测数据丢弃，不进行存储，以降低存储量。其中，将分析结果发送到控制单元的目的在于进行休眠状态的调整，当运行状态识别模块检测到里程轮为停止运行状态时，控制单元并非立刻进入休眠状态，而是首先进行数据分析单元的分析结果识别，如果此时对应的是非缺陷数据，则进入休眠状态，如果此时对应的是缺陷数据，则延迟休眠时间，等待缺陷数据存储后，再进入休眠，避免数据的丢失。
上述智能多通道数字信号的数据采集存储系统中时间触发模式和里程触发模式，可以根据实际工况进行自行选择。其中，时间触发模式：系统运行稳定，不会因为单个或者两个里程轮的损坏或者打滑影响系统的性能，但采集的数据量较大，有一些多余数据，当里程轮速度越慢，这种多余数据的数量就越明显；里程触发模式：系统没有多余的数据，系统每3.3mm采集一组数据，这些数据都是有用的，但是当单个或者两个里程轮的损坏或者打滑时会影响系统的性能，其中采集数据的间隔里程可以根据需要自行设定。为了避免因为里程轮损坏，打滑，将系统的当前状态判断错误，造成数据的丢失或者多余，用户可以根据需要，权衡利弊，切换需要的工作模式。
作为技术方案的改进，参见图1，在该数据采集存储系统中还可以设置有时钟模块4，该时钟模块4的输出端与数据存储单元14的第二输入端连接，时钟模块将对应的时间发送到数据存储单元中，数据存储单元将接收的检测数据按照一定时间间隔形成一个以时间命名的文件进行存储，其中，该文件的存储格式通常为bat文件。
为了实现数据采集通道的拓展，作为技术方案的改进，参见图2，在智能多通道数字信号的数据采集存储系统中还设置多路复用选择器8，该多路复用选择器8串联于检测探头7与ARM嵌入式数据采集单元11之间，且多路复用选择器8的输入端与检测探头7的输出端连接，多路复用选择器8的输出端与ARM嵌入式数据采集单元11的输入端连接。或者，参见图3，在智能多通道数字信号的数据采集存储系统中还设置有数据转换处理器9，数据转换处理器9串联于检测探头7与ARM嵌入式数据采集单元11之间，且数据转换处理器9的输入端与检测探头7的输出端连接，数据转换处理器9的输出端与ARM嵌入式数据采集单元11的输入端连接。
上述多路复用选择器和数据转换处理器均可实现数据采集通路的拓展，其不同之处在于，多路复用选择器无需转换数据格式，达到拓展通道的效果，但是多路复用器同时需要ARM嵌入式数据采集单元的触发信号，配合使用，操作相对复杂；数据转换处理器需要将数据进行整理，再发送给ARM嵌入式数据采集单元，此种方式需要转换处理器编写程序，但是数据采集系统程序简单，工作稳定。上述两种数据采集拓展通道的方式拥有不同的特点，用户可以根据需要选择不同的拓展通道的方式。上述数据采集存储系统中数据采集传输的通信协议可使用SPI、IIC，RS232，RS485，CAN等协议。
为了使上述智能多通道数字信号的数据采集存储系统专用于管道内缺陷的检出，作为技术方案的改进，上述多个检测探头7分别为1个倾角传感器、1个温度传感器、24个漏磁涡流复合探头以及16个角位移探头。
为了降低错误率，作为技术方案的改进，里程传感器6的个数为3个，计算模块和运行状态识别模块可以综合3个里程传感器中的检测数据，准确判断里程轮的具体运行状态以及行进里程数。
优选，系统存储采用双sd卡存储，当其中一个sd存储卡损坏或者存满时，可以切换到另外一个sd卡，保证系统的正常运行。读取数据时，可以将两个sd卡数据，都上传到上位机。
本实施方案提供了一种智能多通道数字信号的数据采集存储方法，该方法适用于上述的数据采集存储系统，该数据采集存储的方法包括如下步骤：
对多个里程传感器的检测数据进行实时监控，当监控的检测数据表明里程轮开始运行时间到达阈值时，开始对每个里程传感器以及每个检测探头进行检测数据的采集和存储；
所述对每个里程传感器以及每个检测探头进行检测数据的采集和存储的具体步骤为：
1)对每个里程传感器的检测数据以及每个检测探头的检测数据进行同步的周期性采集；
2)将采集的检测数据进行分析，判断所述检测数据是否为目标数据，如果是目标检测数据，将所述检测数据存储，如果是非目标检测数据，将所述检测数据丢弃，继续步骤1；
当监控的检测数据表明里程轮停止运行时间到达阈值，且此时采集的检测数据为非目标数据时，停止进行检测数据的采集和存储，进入休眠状态；而当监控的检测数据表明里程轮停止运行时间到达阈值，但此时采集的检测数据为目标数据时，按阈值时间推迟进入休眠状态。
该智能多通道数字信号的数据采集存储方法中，采用休眠功能与智能判断系统同时使用，以减少判断的失误率。具体而言，当检测到数据时，先将数据进行判断是否为缺陷，然后将类似缺陷的数据存储进sd卡中，这样可以极大的减少数据的存储量，保证系统的存储量不会超出sd卡极限。同时，智能判断系统(数据分析单元)可以在系统非正常状态下进行工作。例如，当系统的3个路程轮同时损坏的30分钟之内，如果系统的智能判断系统判断出缺陷，则推迟系统休眠，保证系统数据不会丢失。
上述检测数据的周期性采集的周期可以按照时间周期或里程周期两种方式进行，用户可以根据需要设定。
如果对应管道内检测这一特定的技术领域，目标数据为缺陷数据，所述缺陷数据的判断方法为：将前n次检测数据的平均值与后n次检测数据的平均值做差比较，当差值大于阈值时，判断此检测数据为缺陷数据，否则判断此检测数据为非缺陷数据。
检测数据的存储方式为：以bat文件格式存储，按一定的时间间隔形成一个以时间命名的文件进行存储，其中具体的时间间隔可以根据需要自行设置。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (10)
1.一种智能多通道数字信号的数据采集存储系统，其特征在于，包括：ARM嵌入式主控模块(1)、模式选择模块(2)、计算模块(3)、运行状态识别模块(5)、多个里程传感器(6)以及多个检测探头(7)；
所述ARM嵌入式主控模块(1)包括：ARM嵌入式数据采集单元(11)、数据接收单元(12)、数据分析单元(13)、数据存储单元(14)、控制单元(15)以及定时单元(16)；
所述运行状态识别模块(5)的输入端与每个所述里程传感器(6)的第一输出端连接，所述运行状态识别模块(5)的输出端与所述控制单元(15)的第一输入端连接；
所述模式选择模块(2)的输出端与控制单元(15)的第二输入端连接；
所述控制单元(15)的第一输出端、第二输出端以及第三输出端分别与所述计算模块(3)的控制端、所述定时单元(16)的控制端以及所述ARM嵌入式数据采集单元(11)的第一控制端连接；
所述计算模块(3)的输入端与每个所述里程传感器(6)的第二输出端连接，所述计算模块(3)的输出端与所述控制单元(15)的第三输入端连接；
所述定时单元(16)的输出端与所述ARM嵌入式数据采集单元(11)的第二控制端连接；
所述ARM嵌入式数据采集单元(11)的输入端分别与每个所述里程传感器(6)的第三输出端以及每个所述检测探头(7)的输出端均连接，所述ARM嵌入式数据采集单元(11)的输出端与所述数据接收单元(12)的输入端连接；
所述数据接收单元(12)的输出端与所述数据分析单元(13)的输入端连接；
所述数据分析单元(13)的第一、第二输出端分别与所述控制单元(15)的第四输入端以及所述数据存储单元(14)的第一输入端连接。
2.根据权利要求1所述智能多通道数字信号的数据采集存储系统，其特征在于，还包括：时钟模块(4)，所述时钟模块(4)的输出端与所述数据存储单元(14)的第二输入端连接。
3.根据权利要求1所述智能多通道数字信号的数据采集存储系统，其特征在于，还包括：多路复用选择器(8)，所述多路复用选择器(8)串联于所述检测探头(7)与所述ARM嵌入式数据采集单元(11)之间，且所述多路复用选择器(8)的输入端与所述检测探头(7)的输出端连接，所述多路复用选择器(8)的输出端与所述ARM嵌入式数据采集单元(11)的输入端连接。
4.根据权利要求1所述智能多通道数字信号的数据采集存储系统，其特征在于，还包括：数据转换处理器(9)，所述数据转换处理器(9)串联于所述检测探头(7)与所述ARM嵌入式数据采集单元(11)之间，且所述数据转换处理器(9)的输入端与所述检测探头(7)的输出端连接，所述数据转换处理器(9)的输出端与所述ARM嵌入式数据采集单元(11)的输入端连接。
5.根据权利要求1所述智能多通道数字信号的数据采集存储系统，其特征在于，多个所述检测探头(7)分别为1个倾角传感器、1个温度传感器、24个漏磁涡流复合探头以及16个角位移探头。
6.根据权利要求1所述智能多通道数字信号的数据采集存储系统，其特征在于，所述里程传感器(6)的个数为3个。
7.根据权利要求1所述智能多通道数字信号的数据采集存储系统，其特征在于，所述数据存储单元(14)中包括两个sd存储卡。
8.一种智能多通道数字信号的数据采集存储方法，所述方法适用于权利要求1-6任意项所述的数据采集存储系统，其特征在于，包括如下步骤：
对多个里程传感器的检测数据进行实时监控，当监控的检测数据表明里程轮开始运行时间到达阈值时，开始对每个里程传感器以及每个检测探头进行检测数据的采集和存储；
所述对每个里程传感器以及每个检测探头进行检测数据的采集和存储的具体步骤为：
1)对每个里程传感器的检测数据以及每个检测探头的检测数据进行同步的周期性采集；
2)将采集的检测数据进行分析，判断所述检测数据是否为目标数据，如果是目标检测数据，将所述检测数据存储，如果是非目标检测数据，将所述检测数据丢弃，继续步骤1)；
当监控的检测数据表明里程轮停止运行时间到达阈值，且此时采集的检测数据为非目标数据时，停止进行检测数据的采集和存储，进入休眠状态；而当监控的检测数据表明里程轮停止运行时间到达阈值，但此时采集的检测数据为目标数据时，按阈值时间推迟进入休眠状态。
9.根据权利要求8所述智能多通道数字信号的数据采集存储方法，其特征在于，所述周期性采集的周期为时间周期或里程周期。
10.根据权利要求8所述智能多通道数字信号的数据采集存储方法，其特征在于，所述目标数据为缺陷数据，所述缺陷数据的判断方法为：将前n次检测数据的平均值与后n次检测数据的平均值做差比较，当差值大于阈值时，判断此检测数据为缺陷数据，否则判断此检测数据为非缺陷数据。
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