CN113296437A - 一种微功耗采集辅助装置及采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微功耗采集辅助装置及采集方法，包括供电模块、延时处理模块和唤醒模块；唤醒模块根据采集触发信号，启动供电模块，供电模块向延时处理模块发出供电信号，延时处理模块对供电信号进行延时处理，并将延时处理后的供电信号转换为数据采集命令，向数据采集探头发出数据采集命令。数据采集设备在开机后或刚开始采集数据时，采集的数据极不稳定。本发明提高了数据采集的稳定性，过滤了不稳定不可靠的采集数据，降低了数据采集设备的功耗，提高了数据采集设备的使用寿命。

Description

一种微功耗采集辅助装置及采集方法

技术领域

本发明涉及无线测控技术领域，具体涉及一种微功耗采集辅助装置及采集方法。

背景技术

数据采集设备进行数据采集的时候，刚开始采集的数据是极不稳定的，不同的设备状况和不同的环境下，数据采集设备采集的数据由不稳定到稳定的过程，需要几秒到几十秒不等。造成数据采集不稳定的原因主要为两方面。一是由于数据采集设备本身的原因，比如型号差异，设备老化等，开始采集的数据是极不稳定的。二是由于采集环境的原因，比如超声流量计测量流速时，距离远干扰多的场景下，数据采集设备开机几十秒，往往二三十秒后数据才能稳定。比如测河道时，扰流、旋涡等因素影响下，数据采集设备刚开机一段时间内，采集的数据都是不稳定的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是数据采集设备在采集数据的开始阶段采集的数据不稳定，造成的采集数据不可靠，目的在于提供一种微功耗采集辅助装置及采集方法，解决了数据采集探头稳定的采集可靠数据的问题。

本发明通过下述技术方案实现：

一种微功耗采集辅助装置，包括供电模块、延时处理模块和唤醒模块；所述唤醒模块根据采集触发信号，启动所述供电模块，所述供电模块向所述延时处理模块发出供电信号，所述延时处理模块对所述供电信号进行延时处理，并将延时处理后的供电信号转换为数据采集命令，向数据采集探头发出所述数据采集命令。

数据采集设备在开机后或刚开始采集数据时，采集的数据极不稳定。本发明在收到需要数据采集设备进行数据采集的信号，也就是采集触发信号后，不是第一时间启动数据采集探头采集数据，而是首先启动供电模块，再由供电模块向延时处理模块发出供电信号，延时处理模块对供电信号进行延时处理，根据数据采集设备的型号、工作状态和环境状态等情况，确定延时的具体时长。延时处理后的供电信号转换为数据采集命令，数据采集探头收到数据采集命令后再正式进行数据采集。

本发明在数据采集设备通电后，先对供电信号进行延时处理，数据采集延时进行，滤除了现有数据采集设备刚开始采集数据时不稳定的数据信息。由于对数据采集探头进行了延时供电，使得数据采集探头采集到的数据信息保持在稳定的状态。

本发明在数据采集设备通电后，不对数据采集探头供电，采用延时供电延时采集的方式，一方面保障了数据采集的稳定可靠性，同时也降低了整个数据采集设备的电量消耗，提高了数据采集设备工作寿命。

本发明的微功耗采集辅助装置可以作为一个单独的设备，与现有的数据采集设备(比如超声探头)配合连接进行使用。本发明的微功耗采集辅助装置也可以集成于现有的数据采集设备内，其中的供电模块可以直接通过数据采集设备内部的电源供电。

进一步的，还包括通信模块，并将采集的原始数据传递给所述通信模块，所述通信模块将所述原始数据数据发送出去；所述通信模块包括有线通信模块和无线通信模块。

进一步的，所述供电模块连接电源。供电模块可以由单独的电池供电，也可以连接到数据采集设备内部的电源进行供电。

进一步的，所述延时处理模块包括延时处理电路。延时处理电路通过现有技术中的电路实现。

进一步的，所述延时处理模块中设置有延时设定单元，所述延时设定单元用于获取延时的时长。延时的时长由人工设定，也可以由人工进行调整。延时的具体延时时长根据数据采集设备的型号、工作状态、环境因素以及采集对象的状态等多种因素综合决定。可以将上述多种因素送入神经网络算法模型中进行训练，获得最优的延时时长。

进一步的，所述唤醒模块连接环境识别模块，所述环境识别模块用于识别环境信息，所述环境信息包括采集对象的状态信息和采集对象所在环境信息，所述环境识别模块根据所述环境信息，向所述唤醒模块发送采集触发信号。当数据采集设备所处的环境达到采集的触发条件时，或者当数据采集设备采集对象达到采集的触发条件时，将沉睡的数据采集设备唤醒进行工作。具体为，环境识别模块识别到达到触发条件的环境信息后，向唤醒模块发磅采集触发信号的命令。

进一步的，所述唤醒模块连接MCU模块，所述MCU模块用于向所述唤醒模块发送采集触发信号。沉睡的数据采集设备可以由人工唤醒，由人工对MCU进行提前设置，通过MCU模块定时或不定时的唤醒数据采集设备。

本发明的另一种实现方式，一种微功耗采集方法，采用上述的采集辅助装置，包括以下步骤：S1、获取采集触发信号；S2、对所述采集触发信号进行延时处理；S3、数据采集探头收到延时处理后的采集触发信号时，进行数据采集；S4、将采集的数据通过无线NB方式发送出去。

本发明方法应用于对数据采集探头的前置控制，在收到数据采集的命令(也就是采集触发信号)时，数据采集探头不会立即进行数据采集，而是先对采集触发信号进行延时处理后，也就是延长一定时间后，数据采集探头才启动数据采集的操作。本发明方法对于数据采集设备开机前段时间或开始工作前段时间内，采集的数据不稳定的情况，将此部分不稳定的数据进行滤除，数据采集设备开机或工作一定时间后，数据采集探头采集的数据才达到稳定。同时采用本发明方法，避免了数据采集探头刚开始采集数据的浪费，通过与数据采集设备延时进行工作，直接进行有效的数据采集，也降低了整个数据采集设备的能量消耗，降低了数据采集设备的功耗。

进一步的，S2中延时处理的方法包括以下子步骤：S11、获取数据采集探头的型号参数；获取数据采集探头所在工作环境的环境参数；对运行状态下的数据采集探头进行检测，得到数据采集探头的状态参数；S12、建立数据采集稳定性延时模型，将所述型号参数、环境参数和状态参数送入所述数据采集稳定性延时模型中，采用神经网络算法对所述数据采集稳定性延时模型进行训练，得到数据采集稳定时需要延时的时长t。采用神经网络算法，对本发明延时处理的延时时长进行计算，获得准确的延时时长。

进一步的，对所述采集触发信号进行延时处理的时长为时长t。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、提高了数据采集的稳定性，过滤了不稳定不可靠的采集数据。

2、降低了数据采集设备的功耗，提高了数据采集设备的使用寿命。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为实施例1的结构示意图；

图2为实施例3的电路结构示意图；

图3为实施例3的数据采集方法。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

本实施例1是一种微功耗采集辅助装置，如图1所示。包括供电模块、延时处理模块和唤醒模块；唤醒模块根据采集触发信号，启动供电模块，供电模块向延时处理模块发出供电信号，延时处理模块对供电信号进行延时处理，并将延时处理后的供电信号转换为数据采集命令，向数据采集探头发出数据采集命令。数据采集设备在开机后或刚开始采集数据时，采集的数据极不稳定。实施例1在收到需要数据采集设备进行数据采集的信号，也就是采集触发信号后，不是第一时间启动数据采集探头采集数据，而是首先启动供电模块，再由供电模块向延时处理模块发出供电信号，延时处理模块对供电信号进行延时处理，根据数据采集设备的型号、工作状态和环境状态等情况，确定延时的具体时长。延时处理后的供电信号转换为数据采集命令，数据采集探头收到数据采集命令后再正式进行数据采集。实施例1在数据采集设备通电后，先对供电信号进行延时处理，数据采集延时进行，滤除了现有数据采集设备刚开始采集数据时不稳定的数据信息。由于对数据采集探头进行了延时供电，使得数据采集探头采集到的数据信息保持在稳定的状态。实施例1在数据采集设备通电后，不对数据采集探头供电，采用延时供电延时采集的方式，一方面保障了数据采集的稳定可靠性，同时也降低了整个数据采集设备的电量消耗，提高了数据采集设备工作寿命。实施例1的微功耗采集辅助装置可以作为一个单独的设备，与现有的数据采集设备(比如超声探头)配合连接进行使用。实施例1的微功耗采集辅助装置也可以集成于现有的数据采集设备内，其中的供电模块可以直接通过数据采集设备内部的电源供电。

本实施例1还包括通信模块，并将采集的原始数据传递给通信模块，通信模块将原始数据数据发送出去；通信模块包括有线通信模块和无线通信模块。供电模块连接电源。供电模块可以由单独的电池供电，也可以连接到数据采集设备内部的电源进行供电。延时处理模块包括延时处理电路。延时处理电路通过现有技术中的电路实现。延时处理模块中设置有延时设定单元，延时设定单元用于获取延时的时长。延时的时长由人工设定，也可以由人工进行调整。延时的具体延时时长根据数据采集设备的型号、工作状态、环境因素以及采集对象的状态等多种因素综合决定。可以将上述多种因素送入神经网络算法模型中进行训练，获得最优的延时时长。唤醒模块连接环境识别模块，环境识别模块用于识别环境信息，环境信息包括采集对象的状态信息和采集对象所在环境信息，环境识别模块根据环境信息，向唤醒模块发送采集触发信号。当数据采集设备所处的环境达到采集的触发条件时，或者当数据采集设备采集对象达到采集的触发条件时，将沉睡的数据采集设备唤醒进行工作。具体为，环境识别模块识别到达到触发条件的环境信息后，向唤醒模块发磅采集触发信号的命令。唤醒模块连接MCU模块，MCU模块用于向唤醒模块发送采集触发信号。沉睡的数据采集设备可以由人工唤醒，由人工对MCU进行提前设置，通过MCU模块定时或不定时的唤醒数据采集设备。

实施例2

本实施例2是在实施例1的基础上，使用实施例1的微功耗采集辅助装置。本实施例2是一种微功耗采集方法，包括以下步骤：

1、获取采集触发信号；

2、对采集触发信号进行延时处理；

3、数据采集探头收到延时处理后的采集触发信号时，进行数据采集；

4、将采集的数据通过无线NB方式发送出去。对采集触发信号进行延时处理的时长为时长t。

本实施例2方法应用于对数据采集探头的前置控制，在收到数据采集的命令(也就是采集触发信号)时，数据采集探头不会立即进行数据采集，而是先对采集触发信号进行延时处理后，也就是延长一定时间后，数据采集探头才启动数据采集的操作。实施例2方法对于数据采集设备开机前段时间或开始工作前段时间内，采集的数据不稳定的情况，将此部分不稳定的数据进行滤除，数据采集设备开机或工作一定时间后，数据采集探头采集的数据才达到稳定。同时采用实施例2方法，避免了数据采集探头刚开始采集数据的浪费，通过与数据采集设备延时进行工作，直接进行有效的数据采集，也降低了整个数据采集设备的能量消耗，降低了数据采集设备的功耗。

在第2步中延时处理的方法包括以下子步骤：

1)、获取数据采集探头的型号参数；获取数据采集探头所在工作环境的环境参数；对运行状态下的数据采集探头进行检测，得到数据采集探头的状态参数；

2)、建立数据采集稳定性延时模型，将型号参数、环境参数和状态参数送入数据采集稳定性延时模型中，采用神经网络算法对数据采集稳定性延时模型进行训练，得到数据采集稳定时需要延时的时长t。

数据采集稳定性延时模型的建立过程如下：

创造初始模型，将不同采集探头的型号参数(如设备型号、厂家、规格等信息)、不同环境情况下的环境参数(如温度、湿度、大气压力、噪声、干扰因素等信息)、采集探头的各种状态参数(工作温度、工作电压或电流、老化程度、精确度、准确率等信息)均放入初始模型中进行计算，得到初始的延时时长t1，将初始的延时时长t1与数据采集探头实际采集数据稳定时所需要的延时时长t2相比较，根据比较的结果，通过神经网络算法对初始模型进行反复的调整。当|t1-t2|<γ时，调整后的初始模型即为数据采集稳定性延时模型。其中，参数γ为工作人员根据实际情况的需求进行人为设置。

将采集探头的未知数据数据输入到采集稳定性延时模型，计算出数据采集稳定时需要延时的时长t。

采用神经网络算法，对实施例2延时处理的延时时长进行计算，获得准确的延时时长。

实施例3

本实施例3是在实施例2的基础上，本实施例3是一种微功耗无线NB数采模块。电路原理如图2所示，处理单元可以根据需要控制电源管理单元独立的为每一个模块提供电能。处理单元也就是延时处理模块。

本实施例3的微功耗无线NB数采模块具有时间管理功能。具体包括：

唤醒：唤醒周期为本实施例3数采模块的基本时间管理单位。每次唤醒后根据测量的液位变化情况，自动控制唤醒时长(最长时限用户可以设限制)。

报警：每当测量数据(电池电压、液位、温度等可选)超过用户设定的报警值后会立即向平台发送一条报警数据并标记为报警状态，数据回复到释放值后解除报警状态。之后再超过报警值又重复以上步骤。

缓存：缓存数据功能可用于收集多条数据(如每半小时一条)后一次发送给平台，这样可以避免NB模块平凡唤醒增加耗电。如遇到网络不可靠或平台维护等情况发送不成功时，也可用于备份数据，待网络恢复后重新发送。缓存周期由用户设定，设置为0或大于发送周期时将关闭缓存功能。

发送：数据发送周期由用户设定。当发送周期、缓存周期不是唤醒周期的整倍数时，实际的发送和缓存时间点仍是唤醒周期的整倍数。

本实施例3采用单路模拟信号(0-5V或0-20mA)采集。单路16通道数字信号(485或TTL，Modbus RTU或订制协议)采集。一组可控制的供电输出，3W功率，电压范围5-28V可选。基于NB物联网和超低功耗电路设计，仪表待机时关闭供电输出，最小待机电流可小于5uA。为了保证采集数据可靠，唤醒后可以先打开供电输出，延时几秒(用户可先设定)后，再完全唤醒采集数据，延时过程中采集仪保持低功耗待机状态。模块化设计，可以根据用户需求裁剪或拼装，集成到现有的数据采集设备中，或配合现有的数据采集探头进行使用。最小尺寸仅31mm*22mm*10mm，能嵌入用户产品中。具有数据缓存功能，当网络断开后自动缓存数据，连接后重新发送。同时可以设置为时间采集多组数据，多组数据同时发送到平台，节约网络通信时间并降低功耗。

本实施例3采用本领域内超低功耗元器件：MCU、电源、NB通信模块、升压电路等。具有自动功耗控制程序：待机、唤醒、显示、采集、通信等。

各种工作状态下的消耗电流如下表(3.8V供电)：

完全待机(关闭通信电源，通信唤醒时间长)	约5uA
		正常待机(保留通信电源，通信唤醒时间短)	约70uA
唤醒(关显示，不采集)	约2mA
		通信发送	约60mA

以每10分钟唤醒一次，一次采集约用时1秒，每小时上传一次数据为例，使用一天约耗电14mA(3.8V)。

采用本实施例3的电路结构，进行数据采集的方法如图3所示。

本领域普通技术人员可以理解实现上述事实和方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，涉及的程序或者所述的程序可以存储于一计算机所可读取存储介质中，该程序在执行时，包括如下步骤：此时引出相应的方法步骤，所述的存储介质可以是ROM/RAM、磁碟、光盘等等

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微功耗采集辅助装置，其特征在于，包括供电模块、延时处理模块和唤醒模块；

所述唤醒模块根据采集触发信号，启动所述供电模块，所述供电模块向所述延时处理模块发出供电信号，所述延时处理模块对所述供电信号进行延时处理，并将延时处理后的供电信号转换为数据采集命令，向数据采集探头发出所述数据采集命令。

2.根据权利要求1所述的微功耗采集辅助装置，其特征在于，还包括通信模块，并将采集的原始数据传递给所述通信模块，所述通信模块将所述原始数据数据发送出去；所述通信模块包括有线通信模块和无线通信模块。

3.根据权利要求1所述的微功耗采集辅助装置，其特征在于，所述供电模块连接电源。

4.根据权利要求1所述的微功耗采集辅助装置，其特征在于，所述延时处理模块包括延时处理电路。

5.根据权利要求1所述的微功耗采集辅助装置，其特征在于，所述延时处理模块中设置有延时设定单元，所述延时设定单元用于获取延时的时长。

6.根据权利要求1所述的微功耗采集辅助装置，其特征在于，所述唤醒模块连接环境识别模块，所述环境识别模块用于识别环境信息，所述环境信息包括采集对象的状态信息和采集对象所在环境信息，所述环境识别模块根据所述环境信息，向所述唤醒模块发送采集触发信号。

7.根据权利要求1所述的微功耗采集辅助装置，其特征在于，所述唤醒模块连接MCU模块，所述MCU模块用于向所述唤醒模块发送采集触发信号。

8.一种微功耗采集方法，其特征在于，采用权利要求1-7任一所述的采集辅助装置，包括以下步骤：

S1、获取采集触发信号；

S2、对所述采集触发信号进行延时处理；

S3、数据采集探头收到延时处理后的采集触发信号时，进行数据采集；

S4、将采集的数据通过无线NB方式发送出去。

9.根据权利要求8所述的微功耗采集方法，其特征在于，S2中延时处理的方法包括以下子步骤：

S11、获取数据采集设备的型号参数；获取数据采集设备所在工作环境的环境参数；对运行状态下的数据采集设备进行检测，得到数据采集设备的状态参数；

S12、建立数据采集稳定性延时模型，将所述型号参数、环境参数和状态参数送入所述数据采集稳定性延时模型中，采用神经网络算法对所述数据采集稳定性延时模型进行训练，得到数据采集稳定时需要延时的时长t。

10.根据权利要求9所述的微功耗采集方法，其特征在于，对所述采集触发信号进行延时处理的时长为时长t。

Images