CN113050558A - 一种5g工业物联网智能数据采集终端、系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种5G工业物联网智能数据采集终端、系统及方法，包括：数据采集模块、控制模块和数据读取模块；所述数据采集模块用于采集前端数据，所述控制模块用于接收采集命令，所述数据读取模块用于根据采集命令的通道信息读取数据采集模块中相应通道的前端数据，并通过控制模块发送至应答终端。通过数据采集模块采集前端传感器的数据，经数据读取模块读取相应通道的前端数据，然后将读取的数据经打包后通过以太网转发至应答终端中，以进行数据存储和数据操作，同时通过人机交互实现实时状态的显示。
Description
技术领域
本发明涉及物联网技术领域，特别是涉及一种5G工业物联网智能数据采集终端、系统及方法。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
工业物联网是将具有感知、监控能力的各类数据采集传感器或控制器，以及移动通信、智能分析等技术不断融入到工业生产过程各个环节，从而大幅提高制造效率、改善产品质量、降低产品成本和资源消耗，最终实现将传统工业提升到智能化的新阶段。网络是构成工业物联网的核心之一，数据在系统内不同层次之间通过网络进行传输，5G网络技术的出现促进工业物联网的发展，5G网络的特点是：峰值速率达到Gbit/s的标准，可以满足大数据量的传输；时延水平在1ms左右，可以实现数据的实时传输；拥有超大的网络容量，提供千亿设备的连接能力，满足物联网的通信；系统协同化、智能化水平提升等。实现控制传感器设备进行快速、智能化数据采集并上传至服务器存储必将是工业物联网未来的大势所趋。
现有的数据采集系统只能针对单一传感器设备进行数据采集，且采用普通的网络交换机进行数据传输，远不能满足工业物联网的要求；除此之外，现有的普通网络交换机存在速率慢、容量小以及延时高的问题，很难做到数据的实时传输。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种5G工业物联网智能数据采集终端、系统及方法，通过数据采集模块采集前端传感器的数据，经数据读取模块读取相应通道的前端数据，然后将读取的数据经打包后通过以太网转发至应答终端中，以进行数据存储和数据操作，同时通过人机交互实现实时状态的显示。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明提供一种5G工业物联网智能数据采集终端，包括：数据采集模块、控制模块和数据读取模块；所述数据采集模块用于采集前端数据，所述控制模块用于接收采集命令，所述数据读取模块用于根据采集命令的通道信息读取数据采集模块中相应通道的前端数据，并通过控制模块发送至应答终端。
第二方面，本发明提供一种5G工业物联网智能数据采集系统，包括：采集终端和应答终端；应答终端包括通道选择模块、数据获取模块和数据存储模块；所述通道选择模块用于确定采集通道，所述数据获取模块用于根据选择的采集通道从采集终端接收相应采集通道的前端数据；所述数据存储模块用于根据数据接收端口和本机服务地址，初始化数据报文协议并创建数据表以存储前端数据。
第三方面，本发明提供一种应用于5G工业物联网智能数据采集系统的数据采集方法，包括：
确定采集通道；
根据采集通道从采集终端接收相应采集通道的前端数据；
根据数据接收端口和本机服务地址，初始化数据报文协议并创建数据表以存储前端数据。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明将前端传感器的数据通过数据采集卡采集后，经数据读取模块读取相应通道的数据，通过以太网打包转发至服务器集群中，以进行数据存储和数据库操作，同时通过人机交互实现实时状态的显示。
本发明的数据采集卡可实现32通道、16位高精度同步模拟信号的输入，有利于进行数据多通路、高精度实时状态的采集。
本发明的采集终端通过5G网络交换机与服务器集群连接，通过5G网络交换机扩大网络，提供更多连接端口，实现更大的网络容量和更快的网速，以便连接更多的服务器，保证数据传输的实时性。
本发明的采集终端中由嵌入式控制器内配置应用与不同场景的算法库，通过调用相匹配的分析算法，在不同场景内根据采集的前端数据实现对数据的处理；同时通过调用算法库实现对系统参数的调节，实现对多维信息的采集与精准控制，实现对设备运行状态的精确描述。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例1提供的智能数据采集终端示意图；
图2为本发明实施例2提供的智能数据采集流程图；
图3为本发明实施例2提供的智能数据采集系统中算法处理示意图。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种5G工业物联网智能数据采集终端，包括：数据采集模块、控制模块和数据读取模块；所述数据采集模块用于采集前端数据，所述控制模块用于接收采集命令，所述数据读取模块用于根据采集命令的通道信息读取数据采集模块中相应通道的前端数据，并通过控制模块发送至应答终端。
在本实施例中，所述数据采集模块采用高速数据采集卡，用于对前端设备数据的采集；
所述采集命令包括采样通道、采集范围、采样速率等，优选地，所述数据采集卡的采样通道为32通道、16位高精度同步输入模拟信号，采集范围为-10～10V，采样速率为18KS/s，本实施例实现数据多通路、高精度实时状态的采集。
在本实施例中，所述数据读取模块采用STM32F407芯片，用于对数据采集卡采集的前端数据进行读取，具有高性能、低成本、低功效的特点，能搭配在小RAM单片机上运行的FreeRTOS实时操作系统上，保证系统实时性和可靠性；
在本实施例中，所述控制模块采用嵌入式控制器，能够控制传感系统与调节系统参数，实现数据采集与用户交互，实现多维信息实时采集与精准控制，实现对设备运行状态的精确描述；
优选地，在嵌入式控制器内构建算法库，针对不同应用场景采用不同算法模型进行输出处理。
优选地，数据读取模块将读取的多通道数据经打包后通过高速以太网转发至嵌入式控制器。
在本实施例中，所述智能数据采集终端采用一体化设计思想，将前端设备硬件接口、数据采集卡、STM32F407芯片和嵌入式控制器封装为一体，采集处理由前端设备获取的状态数据。
优选地，所述前端设备为各类传感器，包括但不限于压力传感器、温度传感器、声音传感器、加速度传感器、动态扭矩传感器、激光位移传感器等。
实施例2
本实施例提供一种5G工业物联网智能数据采集系统，包括：实施例1所述的采集终端和应答终端；应答终端包括通道选择模块、数据获取模块和数据存储模块；所述通道选择模块用于确定采集通道，所述数据获取模块用于根据选择的采集通道从采集终端接收相应通道的前端数据；所述数据存储模块用于根据数据接收端口和本机服务地址，初始化数据报文协议并创建数据表以存储前端数据。
在本实施例中，该系统还包括与采集终端通过5G网络交换机连接的服务器集群；前端传感器获取的设备状态信息由数据采集卡采集后，输入至STM32F407芯片中，继而由STM32F407芯片通过FreeRTOS实时操作系统和高速以太网将数据打包转发给嵌入式控制器，嵌入式控制器通过5G网络交换机连接服务器集群，将前端数据包发送至服务器集群中进行数据存储和数据库操作。
优选的，所述5G网络交换机能够扩大网络，为子网络提供更多的连接端口，实现更大的网络容量和更快的网速，以便连接更多的服务器和更实时地传输数据。
优选的，所述服务器集群包括三台Inspur NF5280M4 2U服务器，以服务集群形式提供高效运算服务，保证整个运行过程的高效稳定，实现数据存储和数据库操作功能，达到智能化数据采集的目的。
在本实施例中，在嵌入式控制器与应答客户端之间设立应答机制，实现人机交互和设备状态数据的实时显示。
在本实施例中，应答客户端包括人机交互界面，用于根据选择的通道进行设备运行状态的显示，同时显示当前用户、工作状态、转速、时间、CPU、运行内存、C盘、D盘等占用率等。
在本实施例中，嵌入式控制器与应答客户端建立通信时，首先判断数据采集卡是否处于空闲状态，若是，则确定采样通道、采样范围以及采样速率，进行通道命名、采样时间、采样转速、负载等参数设置；否则，则无权进行数据采集。
在本实施例中，嵌入式控制器与应答客户端建立通信后，根据选择的采样通道，接受来自多通道的前端数据，实时监测显示以获得设备运行状态。
在本实施例中，应答客户端还包括数据下载模块，用于删除和下载数据的操作；并在人机交互界面上显示载ID、下载名称、创建日期、下载进度和下载状态等。
在本实施例中，应答客户端还包括远程监测模块，用于通过配置监控设备远程监控设备运行状态。
如图2所示，在应答终端中，数据存储模块确定广播数据的端口和本机的服务地址，初始化用户数据报协议，连接本地数据库后创建新的数据表，以此读取并存储数据库数据。
在更多实施例中，基于本实施例的智能数据采集系统，还提供一种智能数据采集方法，包括确定采集通道；根据采集通道接收由采集终端发送的相应通道的前端数据；根据数据接收端口和本机服务地址，初始化数据报文协议并创建数据表以存储前端数据。
该方法可用于不同的应用场景，如用于早期轴承的退化检测，用于提取轴承运行过程中的时频信息等，根据不同的应用场景，在算法库中调用相对应的数据分析模型，如图3所示，将数据服务写入Spark，读取采集终端采集的数据，调用数据分析模型，分析完成后在用户客户端进行显示；如基于层次图模型(HGM)和自适应输入加权(AIW)融合的算法，被证实应用于早期轴承退化检测中的有效性；基于图谱分析的轴承故障检测与诊断算法，可以有效提取轴承运行过程中的时频信息，针对不同的应用场景，只需更新算法模型即可。
以上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。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种5G工业物联网智能数据采集终端，其特征在于，包括：数据采集模块、控制模块和数据读取模块；所述数据采集模块用于采集前端数据，所述控制模块用于接收采集命令，所述数据读取模块用于根据采集命令的通道信息读取数据采集模块中相应通道的前端数据，并通过控制模块发送至应答终端。
2.如权利要求1所述的一种5G工业物联网智能数据采集终端，其特征在于，所述采集命令包括采样通道、采样范围以及采样速率。
3.如权利要求2所述的一种5G工业物联网智能数据采集终端，其特征在于，所述采样通道为32通道、16位输入模拟信号，采样范围为-10～10V，采样速率为18KS/s。
4.如权利要求1所述的一种5G工业物联网智能数据采集终端，其特征在于，所述数据读取模块将读取的相应通道的前端数据经打包后通过以太网转发至控制模块。
5.如权利要求1所述的一种5G工业物联网智能数据采集终端，其特征在于，所述数据采集模块用于采集前端设备的前端数据，前端设备包括压力传感器、温度传感器、声音传感器、加速度传感器、动态扭矩传感器和激光位移传感器。
6.一种5G工业物联网智能数据采集系统，其特征在于，包括：权利要求1-5任一项所述的采集终端和应答终端；应答终端包括通道选择模块、数据获取模块和数据存储模块；所述通道选择模块用于确定采集通道，所述数据获取模块用于根据选择的采集通道从采集终端接收相应采集通道的前端数据；所述数据存储模块用于根据数据接收端口和本机服务地址，初始化数据报文协议并创建数据表以存储前端数据。
7.如权利要求6所述的一种5G工业物联网智能数据采集系统，其特征在于，所述智能数据采集系统还包括与采集终端通过5G网络交换机连接的服务器集群。
8.如权利要求6所述的一种5G工业物联网智能数据采集系统，其特征在于，所述采集终端和应答终端建立通信时，判断采集终端中数据采集模块是否处于空闲状态，若是，则确定采样通道、采样范围以及采样速率；否则，无权进行数据采集。
9.如权利要求6所述的一种5G工业物联网智能数据采集系统，其特征在于，所述应答终端还包括数据下载模块，用于删除和下载数据的操作，并在人机交互界面上显示下载ID、下载名称、创建日期、下载进度和下载状态。
10.一种应用于权利要求6-9任一项所述的5G工业物联网智能数据采集的数据采集方法，其特征在于，包括：
确定采集通道；
根据采集通道从采集终端接收相应采集通道的前端数据；
根据数据接收端口和本机服务地址，初始化数据报文协议并创建数据表以存储前端数据。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |