CN113311733B

CN113311733B - 一种多传感器信息采集系统

Info

Publication number: CN113311733B
Application number: CN202110591038.0A
Authority: CN
Inventors: 霍利民; 贾宇琛; 温鹏; 高立艾; 郁五岳
Original assignee: Hebei Agricultural University
Current assignee: Hebei Agricultural University
Priority date: 2021-05-28
Filing date: 2021-05-28
Publication date: 2022-08-19
Anticipated expiration: 2041-05-28
Also published as: CN113311733A

Abstract

本发明公开了一种多传感器信息采集系统，包括：多参数处理器和多传感器模块；多传感器模块与多参数处理器连接；多传感器模块包括多个传感器；传感器用于获取能源用户侧信息；多参数处理器用于基于数据存储队列算法获取各个传感器采集到的能源用户侧信息，并将多个能源用户侧信息发送至外部设备。本发明的多传感器模块连接一个多参数处理器，相比于一个传感器对应连接一个处理器的方式，减少了处理器的数量，从而降低了功耗。

Description

一种多传感器信息采集系统

技术领域

本发明涉及信息采集技术领域，特别是涉及一种多传感器信息采集系统。

背景技术

近年来，风力、光伏、沼气等清洁能源在农村的开发和使用逐渐兴起，成为农村生活供电、供暖、供冷以及农业生产用能的有力补充。

分布式清洁能源的接入，影响了网络的能源流规则，需要根据能源、负荷等相关数据进行调度策略优化，以达到多能互补、高效利用的目标。因此，能源、负荷信息的获取成为能源互联网中能源流顺畅的关键要素。目前，主要是应用电力物联网的框架构造信息采集网络来获取当前数据。

不管是分布式的产能信息还是用能信息，形式多样、时变、参数复杂，往往需要很多类型的传感器节点，每个传感器需要连接一个处理器以实现采集的数据需要，在这种情况下，系统的功耗会很大。

因此，降低系统的功耗是亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种多传感器信息采集系统，通过将多传感器模块与一个多参数处理器连接，将处理器的数量降到最少，从而降低功耗。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种多传感器信息采集系统，包括：多参数处理器和多传感器模块；所述多传感器模块与所述多参数处理器连接；所述多传感器模块包括多个传感器；所述传感器用于获取能源用户侧信息；

所述多参数处理器用于基于数据存储队列算法获取各个所述传感器采集到的能源用户侧信息，并将多个所述能源用户侧信息发送至外部设备。

可选的，所述多参数处理器，具体包括：

列表构建单元，用于根据能源用户侧信息的优先级确定所述传感器的标识ID；

信息读取单元，用于按照优先级的顺序读取相应标识ID的传感器采集到的能源用户侧信息；

信息存储单元，用于将所述能源用户侧信息按照读取顺序存储到队列中；

信息传输单元，用于将所述队列中的能源用户侧信息发送至所述外部设备。

可选的，所述多传感器模块包括：有向传感器和全向传感器；

所述有向传感器用于获取能源用户侧放电产生的超声信号；

所述全向传感器用于获取能源用户侧的环境信息。

可选的，所述全向传感器包括：温度传感器、湿度传感器和光照度传感器。

可选的，所述多传感器模块与所述多参数处理器有线连接。

可选的，所述系统还包括，连接模块；所述有向传感器通过所述连接模块与所述多参数处理器连接。

可选的，所述连接模块包括：万向轴和陀螺仪，所述有向传感器依次通过所述万向轴和所述陀螺仪与所述多参数处理器连接。

可选的，还包括：通信接口模块；所述多参数处理器通过所述通信接口模块与所述外部设备连接。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

附图说明

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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的多传感器信息采集系统结构图；

图2为有向传感器动态扫描算法流程图。

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。

本发明的目的是提供一种多传感器信息采集系统，旨在降低功耗，可应用于信息采集技术领域。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例提供的多传感器信息采集系统结构图。如图1所示，本实施例中的多传感器信息采集系统，包括：多参数处理器和多传感器模块；多传感器模块与多参数处理器连接；多传感器模块包括多个传感器；传感器用于获取能源用户侧信息。

多参数处理器用于基于数据存储队列算法获取各个传感器采集到的能源用户侧信息，并将多个能源用户侧信息发送至外部设备。

作为一种可选的实施方式，多参数处理器，具体包括：

列表构建单元，用于根据能源用户侧信息的优先级确定传感器的标识ID。

信息读取单元，用于按照优先级的顺序读取相应标识ID的传感器采集到的能源用户侧信息。

信息存储单元，用于将能源用户侧信息按照读取顺序存储到队列中。

信息传输单元，用于将队列中的能源用户侧信息发送至外部设备。

作为一种可选的实施方式，多传感器模块包括：有向传感器和全向传感器。

有向传感器用于获取能源用户侧放电产生的超声信号。

全向传感器用于获取能源用户侧的环境信息。

作为一种可选的实施方式，全向传感器包括：温度传感器、湿度传感器和光照度传感器。具体的，可以根据实际需求调整全向传感器的类型和数量。

作为一种可选的实施方式，多传感器模块与多参数处理器有线连接。

作为一种可选的实施方式，该系统还包括，连接模块；有向传感器通过连接模块与多参数处理器连接。

作为一种可选的实施方式，连接模块包括：万向轴和陀螺仪，所述有向传感器依次通过所述万向轴和所述陀螺仪与所述多参数处理器连接。

作为一种可选的实施方式，还包括：通信接口模块；多参数处理器通过通信接口模块与外部设备连接。

多参数处理器还用于将队列中的能源用户侧信息通过通信接口模块传输给外部设备。

具体的，为了扩大节点的适用范围，设置多种通信接口，包括：USB串口、网线、RS485、WiFi、蓝牙、ZigBee、LoRa、NRF24L01等。例如在采集温湿度、光照度等信息时，以Arduino UNO为处理器，有线连接温湿度传感器、光照度传感器与接收信息的协调器节点或边缘计算节点通信模式为全双工。传感器和处理器采用有线连接，部署方便，精度高，资源利用率高。同时使用NRF24L01无线通信模块，通过调用SPI(串行外设接口(SerialPeripheral Interface))和RF24库函数与其它数据采集节点或者信息收集节点通信，传输速率设置为2Mbps，传输距离可达200米。

在实际应用中，由于不同类型的传感器采集的数据类型不同，比如温湿度传感器的数据8位的一个字节就能够满足要求，而光照度至少主要16位；并且，数据打包传输到上一级节点需要解析，必须保证协议相同，才能解析正确。因此，为了顺利地收集数据，需要设置数据打包规则。规则需要满足的要求是：一个周期内无重复数据，各传感器的数据不乱序。为此，提出了一种基于队列的数据上传算法。具体流程如下：

(1)按照信息源的优先等级(用户侧信息中信息的类型多样，比如有短路与断路的故障信息，常规的电压、电流信息，暖气的温度信息，环境的温湿度、光照信息等，故障信息的优先级别最高，其次是电量信息，环境信息最低)，为每一个传感器设置一个标识ID，构成一个ID列表，硬件开启后多参数处理器按照列表读取或者发送信号给自己的GPIO(General-purpose input/output)，通用型输入输出)引脚；

(2)每个标识ID对应的多参数处理器存储空间的字节数确定，为32位，当采集到的数据实际位数不足时高位补零，根据时分复用的原理，读取某一传感器的GPIO后，设置一个结束标志位，即将该传感器采集到的数据写入了队列中；

(3)读完一个标识ID后，多参数处理器继续按ID列表寻址读取下一个ID的数据，以同样的规则写入队列；

(4)在寻址到最后一个ID并将数据写入队列后，队尾写入一个字节的目标节点信息(即外部设备)，发送数据。

在有向传感器的实际应用时，有向传感器与万向轴连接，由陀螺仪控制旋转的角度和方向，当信号强度达到阈值时，所需采集信号的方位被确定，传感器采集信号并记录相关信息。图2为有向传感器动态扫描算法流程图，如图2所示，具体的步骤如下：

(1)在多参数处理器硬件系统上开辟存储空间用以设置“备忘录”，用于记录有向传感器工作的初试时间、初始角度、信息采集的时间、传感器采集信号时的角度、信号阈值等信息。初始角度记为0；

(2)编程设计周期表和有向传感器的旋转速率、方向，多参数处理器以查表(运行状态引导表)的方式激活有向传感器进行扫描；

(3)在扫描过程中如果遇到信号强度大于信号阈值时，开启信息采集中断程序，并记录此时的角度和时间；

(4)信息采集完毕，结束中断，继续查表扫描；

(5)查询备忘录中采集信息的角度，将该角度标记为信号热点位置，当扫描到热点位置时，修正(算法中做分支，将采集到信号的位置标记为热点位置)改变旋转速率、方向、周期表，对敏感部位重点监测，优化动态扫描算法。

有向传感器的动态扫描方法的应用有利于在保证采集信息完整性的前提下减少了传感器数量，降低了功耗。

现有技术中，为了降低功耗，提供了多模式物联网智慧能源数据采集终端。该终端包括微处理器、RS485通信模块、NB-IoT通信模块、红外通信模块、射频通信模块。NB-IoT通信模块包括电源开关、电平转换电路和NB-IoT通信单元；RS485通信模块、红外通信模块和射频通信模块分别与微处理器连接，电源开关的输入端和电平转换电路的输入端分别与微处理器连接，输出端与NB-IoT通信模块连接，以适应于不同数据采集场景下的数据传输需求。该采集终端通过集成多个不同的通信模块，以适应于不同数据采集场景下的数据传输需求，如可通过微处理器提供不同的控制信号给不同的通信模块以使得多模式物联网智慧能源数据采集终端工作于不同的通信模式以进行数据传输，以大幅降低多模式物联网智慧能源数据采集终端在进行数据传输时的传输功耗。

上述方式从信息采集完成后数据传输端的角度考虑，改变了传输端的结构，达到了降低功耗的效果，但是这一效果仍不理想。本实施例从采集端考虑，多个传感器连接到一个多参数处理器，减少了处理器的数量，大大降低了功耗。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的装置及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种多传感器信息采集系统，其特征在于，包括：多参数处理器和多传感器模块；所述多传感器模块与所述多参数处理器连接；所述多传感器模块包括多个传感器；所述传感器用于获取能源用户侧信息；

所述多参数处理器用于基于数据存储队列算法获取各个所述传感器采集到的能源用户侧信息，并将多个所述能源用户侧信息发送至外部设备；所述多参数处理器，具体包括：

列表构建单元，用于根据能源用户侧信息的优先级确定所述传感器的标识ID；具体包括：按照用户侧信息中信息源类型确定优先级，为每一个传感器设置一个标识ID，构成一个ID列表，硬件开启后多参数处理器按照列表读取或者发送信号给自己的GPIO引脚；所述信息源类型包括短路与断路的故障信息、电量信息和环境信息，优先级顺序从高到低依次为短路与断路的故障信息、电量信息和环境信息；

信息传输单元，用于将所述队列中的能源用户侧信息发送至所述外部设备；

所述多传感器信息采集系统还包括：通信接口模块；所述多参数处理器通过所述通信接口模块与所述外部设备连接；所述通信接口模块包括多种通信接口，具体包括：USB串口、网线、RS485、WiFi、蓝牙、ZigBee、LoRa和NRF24L01；

所述多传感器模块包括：有向传感器和全向传感器；

所述有向传感器用于获取能源用户侧放电产生的超声信号；

所述全向传感器用于获取能源用户侧的环境信息；

所述有向传感器采用动态扫描算法采集所述超声信号，具体包括：

在多参数处理器硬件系统上开辟存储空间用设置备忘录，用于记录有向传感器工作的初试时间、初始角度、信息采集的时间、传感器采集信号时的角度和信号阈值；

编程设计周期表和有向传感器的旋转速率、方向，多参数处理器以查表的方式激活有向传感器进行扫描；

在扫描过程中如果遇到信号强度大于信号阈值时，开启信息采集中断程序，并记录当前时刻的角度和时间；

信息采集完毕，结束中断，继续查表扫描；

查询备忘录中采集信息的角度，将所述角度标记为信号热点位置，当扫描到热点位置时，修正改变旋转速率、方向和周期表，对敏感部位重点监测，优化动态扫描算法。

2.根据权利要求1所述的多传感器信息采集系统，其特征在于，所述全向传感器包括：温度传感器、湿度传感器和光照度传感器。

3.根据权利要求1所述的多传感器信息采集系统，其特征在于，所述多传感器模块与所述多参数处理器有线连接。

4.根据权利要求1所述的多传感器信息采集系统，其特征在于，还包括：连接模块；所述有向传感器通过所述连接模块与所述多参数处理器连接。

5.根据权利要求4所述的多传感器信息采集系统，其特征在于，所述连接模块包括：万向轴和陀螺仪，所述有向传感器依次通过所述万向轴和所述陀螺仪与所述多参数处理器连接。