CN111654828B - 基于5g的无线数据采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于5G的无线数据采集装置。所述装置包括至少一数据采集通道、处理器、信号发射模块及天线，所述处理器分别与至少一所述数据采集通道、处理器、信号发射模块及天线连接，所述天线与所述信号发射模块连接，至少一所述数据采集通道与传感器连接，所述处理器用于将至少一所述数据采集通道从所述传感器采集的数据进行结构化处理得到结构化数据，所述信号发射模块用于将所述结构化数据转换成5G信号，所述天线用于发送所述5G信号。本发明中的无线数据采集装置能够满足对高速、同步、实时、大量数据的采集和传输的需求。

Description

基于5G的无线数据采集装置

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种基于5G的无线数据采集装置。

背景技术

现有技术中的无线传感器，大都基于zigbee、lora、fm、2g、nb-iot 等进行无线数据传输。然而，这些无线传感器均只能实现小数据、低功耗静态采集数据并传输数据，导致传输的数据量不能满足未来桥梁、结构物、地质灾害、AGV小车、车联网、高速加工机、农业生产机械等领域对高速、同步、实时、大量数据采集和传输的需求。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种基于5G的无线数据采集装置以满足对高速、同步、实时、大量数据采集和传输的需求。

一种基于5G的无线数据采集装置，包括至少一数据采集通道、处理器、信号发射模块及天线，所述处理器分别与至少一所述数据采集通道、所述处理器、所述信号发射模块及所述天线连接，所述天线与所述信号发射模块连接，至少一所述数据采集通道与传感器连接，所述处理器用于将至少一所述数据采集通道从所述传感器采集的数据进行结构化处理得到结构化数据，所述信号发射模块用于将所述结构化数据转换成 5G信号，所述天线用于发送所述5G信号。

优选地，所述结构化数据包括描述数据和采集数据，所述描述数据包括至少一所述数据采集通道的标识号、与至少一所述数据采集通道连接的传感器的名称、与至少一所述数据采集通道连接的传感器的身份识别号、数据的单位、数据的精度、数据的型号，所述采集数据包括数据的采集时间、数据的采集位置及数据的采集值。

优选地，所述处理器根据所述采集数据中的数据的采集时间、数据的采集值构建成二维表，或将所述采集数据中的数据的采集位置、数据的采集值构建成二维表，并将所述二维表存储在所述采集数据中。

优选地，所述处理器还用于根据所述采集数据中的数据的采集时间、数据的采集位置及数据的采集值构建成三维表，并将所述三维表存储在所述采集数据中。

优选地，所述处理器还用于接收设置指令，并根据所述设置指令将所述数据采集通道设置为同步采集工作模式或异步采集工作模式，其中所述同步采集工作模式是指所述处理器控制与所有所述数据采集通道相连接的传感器在同一个时间点同时进行数据采集，所述异步采集是指所述处理器控制与所有所述数据采集通道相连接的传感器不在同一个时间点同时进行数据采集。

优选地，所述处理器在检测到所述数据采集通道的通道数量增加或检测到与所述数据采集通道相连接的传感器更换时对所述无线数据采集装置进行重置和初始化操作。

优选地，所述处理器对所述无线数据采集装置进行重置和初始化操作包括：

获取所述无线数据采集装置的身份识别号；

重新扫描获取所述数据采集通道的通道数；

重新扫描获取与所述数据采集通道相连接的传感器的名称信息、型号信息、单位信息、精度信息；

建立所述数据采集通道采集的数据的数据采集架构，其中所述数据采集架构至少包括所述数据采集通道的身份识别号、与所述数据采集通道相连接的传感器的标识号、与所述数据采集通道相连接的传感器的名称、所述数据采集通道采集的数据的单位、所述数据采集通道采集的数据的精度、所述数据采集通道采集的数据的型号及所述数据采集通道采集的数据的存储位置。

优选地，所述数据采集通道包括模拟信号数据采集通道及数字信号数据采集通道，所述传感器包括模拟传感器及数字传感器，所述无线数据采集装置通过所述模拟信号数据采集通道与所述模拟传感器连接，所述无线数据采集装置通过所述数字信号数据采集通道与所述数字传感器连接。

优选地，所述模拟信号数据采集通道包括第一电源端、第一接地端及模拟信号输入端，所述模拟传感器包括第二电源端、第二接地端及模拟信号输出端，所述第一电源端与所述第二电源端连接，所述第一接地端与所述第二接地端连接，所述模拟信号数据采集通道的模拟信号输入端与所述模拟传感器的模拟信号输出端连接。

优选地，所述数字信号数据采集通道包括第三电源端、第三接地端及数字信号输入端，所述数字传感器包括第四电源端、第四接地端及数字信号输出端，所述第三电源端与所述第四电源端连接，所述第三接地端与所述第四接地端连接，所述数字信号数据采集通道的数字信号输入端与所述数字传感器的数字信号输出端连接。

本发明中的基于5G的无线数据采集装置将至少一数据采集通道从传感器采集的数据进行结构化处理得到结构化数据，通过信号发射模块将所述结构化数据转换成5G信号，并通过天线将所述5G信号发送给边缘计算处理器，从而满足对高速、同步、实时、大量数据的采集和传输的需求。

附图说明

图1为本发明一实施方式中基于5G的无线数据采集装置的应用环境图。

图2为本发明一实施方式中无线数据采集装置的功能模块图。

图3a为本发明一实施方式中模拟信号数据采集通道与模拟传感器连接的示意图，图3b为本发明一实施方式中数字信号数据采集通道与数字传感器连接的示意图。

图4为本发明一实施方式中数据表的示意图。

主要元件符号说明

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

需要说明的是，当一个元件被称为“电连接”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“电连接”另一个元件，它可以是接触连接，例如，可以是导线连接的方式，也可以是非接触式连接，例如，可以是非接触式耦合的方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

请参考图1，所示为本发明一实施方式中基于5G的无线数据采集装置1的应用环境图。所述无线数据采集装置1连接传感器2，并与边缘计算处理器3通信连接，用于将传感器2采集的数据发送给所述边缘计算处理器3。在具体实施方式中，基站4发送5G信号以覆盖所述基站4 所在的区域，所述无线数据采集装置1通过所述基站4发送的5G信号与所述边缘计算处理器3通信连接。所述边缘计算处理器3将所述无线数据采集装置1发送的数据进行处理，并将经过处理后的数据上传到云平台5中。本实施方式中，所述基站4为5G基站，所述云平台5为云端平台服务器。本实施方式中，所述边缘计算处理器3通过一网络(图中未示)与云平台5通信连接。本实施方式中，所述网络可以为企业内部网络或因特网。本实施方式中，所述传感器包括，但不限于压力敏和力敏传感器、湿敏传感器、磁敏传感器、气敏传感器、热敏(温度)传感器、位置传感器、液位传感器、能耗传感器、速度传感器、加速度传感器、射线辐射传感器、振动传感器、真空度传感器、生物传感器、语音传感器、超声波传感器、图像传感器。

请参考图2，所示为本发明一实施方式中无线数据采集装置1的功能模块图。所述无线数据采集装置1包括数据采集通道11、存储器12、处理器13、信号发射模块14、天线15、定位模块16及供电模块17。本实施方式中，所述数据采集通道11、存储器12、处理器13、信号发射模块14、天线15、定位模块16及供电模块17安装在所述无线数据采集装置1的电路板(图中未示)上。所述处理器13分别与所述数据采集通道11、存储器12、信号发射模块14、天线15、定位模块16及供电模块 17连接。

本实施方式中，所述无线数据采集装置1通过数据采集通道11与所述传感器2连接。本实施方式中，所述数据采集通道11包括模拟信号数据采集通道111及数字信号数据采集通道112。所述传感器2包括模拟传感器21及数字传感器22。所述无线数据采集装置1通过模拟信号数据采集通道111与所述模拟传感器21连接。请参考图3a，所示为本发明一实施方式中模拟信号数据采集通道111与所述模拟传感器21连接的示意图。所述模拟信号数据采集通道111包括第一电源端1111、第一接地端 1112及模拟信号输入端1113。所述模拟传感器21包括第二电源端211、第二接地端212及模拟信号输出端213。所述模拟信号数据采集通道111 的第一电源端1111与所述模拟传感器21的第二电源端211连接，所述模拟信号数据采集通道111的第一接地端1112与所述模拟传感器21的第二接地端212连接。所述模拟信号数据采集通道111的模拟信号输入端1113与所述模拟传感器21的模拟信号输出端213连接。

请参考图3b，所示为本发明一实施方式中数字信号数据采集通道 112与所述数字传感器22连接的示意图。所述无线数据采集装置1通过数字信号数据采集通道112与所述数字传感器22连接。所述数字信号数据采集通道112包括第三电源端1121、第三接地端1122及数字信号输入端1123。所述数字传感器22包括第四电源端221、第四接地端222及数字信号输出端223。所述数字信号数据采集通道112的第三电源端1121 与所述数字传感器22的第四电源端221连接，所述数字信号数据采集通道112的第三接地端1122与所述数字传感器22的第四接地端222连接。所述数字信号数据采集通道112的数字信号输入端1123与所述数字传感器22的数字信号输出端223连接。

本实施方式中，与所述数据采集通道11相连接的传感器2按照预设更换原则可以进行更换。所述预设更换原则包括：与所述模拟信号数据采集通道111相连接的模拟传感器21只能更换为另一模拟传感器21，与所述数字信号数据采集通道112相连接的数字传感器22只能更换为另一数字传感器22。本实施方式中，按照所述预设更换准则，用户和使用者可以根据具体的工作场景需求适时的对与所述数据采集通道11相连接的传感器进行更换。例如，与所述数据采集通道11相连接的振动传感器, 因工作需求需要作出变更时，可以将振动传感器更换为真空度传感器并与所述数据采集通道11。

本实施方式中，所述无线数据采集装置1的数据采集通道11包括多个，所述多个数据采集通道11照预设组合方式与多个传感器2按连接。所述预设组合方式包括：增加至少一个数据采集通道11与至少一个传感器2连接；更换至少一个数据采集通道11与至少一个传感器2连接；减少至少一个数据采集通道11与至少一个传感器2连接。本实施方式中，所述无线数据采集装置1的数据采集通道11通过卡槽可插拔地安装在所述无线数据采集装置1的主板上。所述数据采集通道11通过插拔方式来实现所述数据采集通道11在所述无线数据采集装置1中的增减。需要说明的是，增加的所述数据采集通道11的数量不能超过无线数据采集装置 1中的卡槽的个数。

本实施方式中，所述存储器12用于存储数据及/或软件代码。所述存储器12可以为所述无线数据采集装置1中的内部存储单元，例如所述无线数据采集装置1中的硬盘或内存。在另一实施方式中，所述存储器 12也可以为无线数据采集装置1中的外部存储设备，例如所述无线数据采集装置1上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。所述处理器13用于对所述无线数据采集装置1采集地数据进行处理及存储。本实施方式中，所述处理器13可以是中央处理模块(Central Processing Unit， CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit， ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。所述处理器13可以是任何常规的处理器等，所述处理器13也可以是所述无线数据采集装置1的控制中心，利用各种接口和线路连接整个无线数据采集装置1的各个部分。

所述处理器13将所述数据采集通道11从所述传感器2采集的数据进行结构化处理得到结构化数据。所述结构化数据包括描述数据和采集数据。本实施方式中，所述描述数据包括数据采集通道11的标识号、与所述数据采集通道11连接的传感器2的名称、与所述数据采集通道11 连接的传感器2的身份识别号、数据的单位、数据的精度、数据的型号。本实施方式中，由于所述结构化数据的描述数据中包括了传感器2的身份识别号、传感器2的名称及数据的单位，所以通过所述结构化数据的描述数据能够明确表示数据采集通道11采集的数据的来源。本实施方式中，所述采集数据包括数据的采集时间、数据的采集位置及数据的采集值。本实施方式中，所述处理器13根据所述定位模块16获取所述无线数据采集装置1的位置信息，并将所述位置信息作为所述数据的采集位置。本实施方式中，所述处理器13根据GPS装置及5G信号精确定位方法进行定位并获取所述无线数据采集装置1的位置信息，并将所述位置信息作为所述数据的采集位置。在另一实施方式中，所述处理器 13根据基站4进行定位并获取所述无线数据采集装置1的位置信息，并将所述位置信息作为所述数据的采集位置。本实施方式中，所述采集数据包括数据的采集时间、数据的采集位置及数据的采集值。本实施方式中，所述处理器13根据所述无线数据采集装置1中的计时器(图中未示) 确定所述数据的采集时间。

在一实施方式中，所述处理器13还用于根据所述采集数据中的数据的采集时间、数据的采集值构建成二维表，或将所述采集数据中的数据的采集位置、数据的采集值构建成二维表，并将所述二维表存储在所述采集数据中。在另一实施方式中，所述处理器13根据所述采集数据中的数据的采集时间、数据的采集位置及数据的采集值构建成三维表，并将所述三维表存储在所述采集数据中。在一实施方式中，所述处理器13还用于根据与每一数据采集通道11连接的传感器2的身份识别号、与所述传感器2对应的数据的采集时间、数据的采集位置及数据的采集值构建成四维表，并将所述四维表存储在所述结构化数据中。通道数为N的无线数据采集装置1的结构化数据可以组成采集时间,采集位置,通道1值, 通道2值,通道3值,……通道N值,及N+3维的数据表存储(请参考图4)。本实施方式中，通过所述二维表、三维表或四维表及N+3维表可为后续的数据分析提支撑与便利。

本实施方式中，所述处理器13还用于接收设置指令，并根据所述设置指令将所述数据采集通道11设置为同步采集工作模式或异步采集工作模式。本实施方式中，所述同步采集工作模式是指所述处理器13控制与各个数据采集通道11相连接的传感器2在同一个时间点同时进行数据采集。所述异步采集工作模式是指无线数据采集装置1的处理器13控制与各个数据采集通道11相连接的传感器2不在同一个时间点同时进行数据采集。本实施方式中，通过多个所述数据采集通道11进行数据的同步采集，可以实现在相同时间段及相同空间位置下，同时对所需要的多个物理特性进行采集，例如，对一个农场的多个监测点中的每一个监测点，同时对视觉图像、温度、湿度、生物学等数据进行采集，如此减少在科学研究,技术研发,模拟仿真,品质监测等方面在数据采集方面的时间投入, 人力投入,大大提高了数据收集的工作效率。

本实施方式中，所述处理器13在检测到所述数据采集通道11的通道数量增加或检测到与所述数据采集通道11相连接的传感器2更换时对所述无线数据采集装置1进行重置和初始化操作。本实施方式中，所述处理器13对所述无线数据采集装置1进行重置和初始化操作包括：获取所述无线数据采集装置1的身份识别号；重新扫描获取所述数据采集通道11的通道数；重新扫描获取与所述数据采集通道11相连接的传感器2 的名称信息、型号信息、单位信息、精度信息；建立所述数据采集通道 11采集的数据的数据采集架构，其中所述数据采集架构至少包括每一数据采集通道11的身份识别号、与每一所述数据采集通道11相连接的传感器2的标识号、与每一所述数据采集通道11相连接的传感器2的名称、每一所述数据采集通道11采集的数据的单位、每一所述数据采集通道11 采集的数据的精度、每一所述数据采集通道11采集的数据的型号及每一所述数据采集通道11采集的数据的存储位置。

本实施方式中，所述处理器13还用于对每一所述数据采集通道11 采集的数据进行清洗。所述处理器13对每一所述数据采集通道11采集的数据进行清洗包括：根据预设清洗规则算法对采集的数据进行去冗余、去残和去噪声处理。在一实施方式中，所述预设清洗规则算法为删除缺失值方法、均值填补法及热卡填补法。其中，所述删除缺失值方法为将数据中出现有缺失值的样本直接丢弃。所述均值填补法为根据采集的数据中缺失值的属性相关系数最大的那个属性将数据分成几个组，然后分别计算每个组的均值，并把这些均值放入到缺失值的数值里。所述热卡填补法为在数据库中找到一个与缺失值相似的对象，然后将这个对象的值填充到缺失值的数值里。

本实施方式中，所述信号发射模块14用于将所述结构化数据转换成 5G信号。所述天线15与所述信号发射模块14连接，用于将所述信号发射模块14转换成的5G信号发送给所述边缘计算处理器3。本实施方式中，所述信号发射模块14为5G信号发射模块，所述天线15为5G天线。本实施方式中，所述供电模块17分别为所述数据采集通道11、存储器 12、处理器13、信号发射模块14、天线15及定位模块16进行供电。本实施方式中，所述供电模块17为开关电源、锂电池、太阳能电池、温差电池中的一种或多种。需要说明的是，本发明中的无线数据采集装置1 并不限制应用在5G通信系统中，还可以应用在NB-iot,Wifi6,4G、3G以及未来的6G等无线通信系统中。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种基于5G的无线数据采集装置，包括至少一数据采集通道、处理器、信号发射模块及天线，所述处理器分别与至少一所述数据采集通道、所述处理器、所述信号发射模块及所述天线连接，所述天线与所述信号发射模块连接，其特征在于，至少一所述数据采集通道与传感器连接，所述处理器接收设置指令，并根据所述设置指令将至少一所述数据采集通道设置为同步采集工作模式或异步采集工作模式，其中所述同步采集工作模式是指所述处理器控制与所有所述数据采集通道相连接的传感器在同一个时间点同时进行数据采集，所述异步采集是指所述处理器控制与所有所述数据采集通道相连接的传感器不在同一个时间点同时进行数据采集，所述处理器将至少一所述数据采集通道从所述传感器采集的数据进行结构化处理得到结构化数据，所述信号发射模块用于将所述结构化数据转换成5G信号，所述天线用于发送所述5G信号，其中，所述至少一数据采集通道通过卡槽可插拔地安装在所述无线数据采集装置的主板上，所述处理器在检测到安装在所述无线数据采集装置上的所述数据采集通道的通道数量增加或检测到与所述数据采集通道相连接的传感器更换时对所述无线数据采集装置进行重置和初始化操作，所述处理器对所述无线数据采集装置进行重置和初始化操作包括以下至少一者：获取所述无线数据采集装置的身份识别号；重新扫描获取所述数据采集通道的通道数；重新扫描获取与所述数据采集通道相连接的传感器的名称信息、型号信息、单位信息、精度信息；建立所述数据采集通道采集的数据的数据采集架构，其中所述数据采集架构至少包括所述数据采集通道的身份识别号、与所述数据采集通道相连接的传感器的标识号、与所述数据采集通道相连接的传感器的名称、所述数据采集通道采集的数据的单位、所述数据采集通道采集的数据的精度、所述数据采集通道采集的数据的型号及所述数据采集通道采集的数据的存储位置。

2.如权利要求1所述的基于5G的无线数据采集装置，其特征在于，所述结构化数据包括描述数据和采集数据，所述描述数据包括至少一所述数据采集通道的标识号、与至少一所述数据采集通道连接的传感器的名称、与至少一所述数据采集通道连接的传感器的身份识别号、数据的单位、数据的精度、数据的型号，所述采集数据包括数据的采集时间、数据的采集位置及数据的采集值。

3.如权利要求2所述的基于5G的无线数据采集装置，其特征在于，所述处理器根据所述采集数据中的数据的采集时间、数据的采集值构建成二维表，或将所述采集数据中的数据的采集位置、数据的采集值构建成二维表，并将所述二维表存储在所述采集数据中。

4.如权利要求2所述的基于5G的无线数据采集装置，其特征在于，所述处理器还用于根据所述采集数据中的数据的采集时间、数据的采集位置及数据的采集值构建成三维表，并将所述三维表存储在所述采集数据中。

5.如权利要求1所述的基于5G的无线数据采集装置，其特征在于，所述数据采集通道包括模拟信号数据采集通道及数字信号数据采集通道，所述传感器包括模拟传感器及数字传感器，所述无线数据采集装置通过所述模拟信号数据采集通道与所述模拟传感器连接，所述无线数据采集装置通过所述数字信号数据采集通道与所述数字传感器连接。

6.如权利要求5所述的基于5G的无线数据采集装置，其特征在于，所述模拟信号数据采集通道包括第一电源端、第一接地端及模拟信号输入端，所述模拟传感器包括第二电源端、第二接地端及模拟信号输出端，所述第一电源端与所述第二电源端连接，所述第一接地端与所述第二接地端连接，所述模拟信号数据采集通道的模拟信号输入端与所述模拟传感器的模拟信号输出端连接。

7.如权利要求5所述的基于5G的无线数据采集装置，其特征在于，所述数字信号数据采集通道包括第三电源端、第三接地端及数字信号输入端，所述数字传感器包括第四电源端、第四接地端及数字信号输出端，所述第三电源端与所述第四电源端连接，所述第三接地端与所述第四接地端连接，所述数字信号数据采集通道的数字信号输入端与所述数字传感器的数字信号输出端连接。

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