CN206906295U - 一种大数据信息采集与处理系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种大数据信息采集与处理系统，属于信号与信息处狸领域，该系统包括矩形壳体以及LCD显示屏、第一传感器组、第二传感器组等，壳体的内部设置有数据处理电路、第一处理器和第二处理器，第一处理器与第二处理器通过I/O端口通信，第一处理器接收第一传感器组的信号并且通过串口与数据处理电路通信，第二处理器接收第二传感器的信号并且通过控制信号输出口连接继电器控制电路和DAC电平输出电路；数据处理电路通过3G网络模块或以太网模块连接系统服务器。本实用新型由数据采集系统和数据处理系统两部分组成，集数据采集、存储，网络传输，液晶显示及操作人员身份验证为一体，可以满足前端数据采集的需求，保证数据实时稳定地采集、处理与传输。
Description
技术领域
本实用新型属于爆炸试验检测领域，尤其涉及一种大数据信息采集与处理系统。
背景技术
目前，大数据的发展成为信息化时代的重要标志。在大数据系统中，数据的采集是一项重要的基础性工作，随着大数据地飞速发展，对前端数据采集的需求与日俱增。由于数据采集系统工作环境复杂多变，为保证数据实时稳定地采集与传输，对系统的可靠性和稳定性也提出了一定的要求。
发明内容
有鉴于此，本实用新型提供一种大数据信息采集与处理系统，结构简单、耐用可靠，由数据采集系统和数据处理系统两部分组成，集数据采集、存储，网络传输，液晶显示及操作人员身份验证为一体，可以满足前端数据采集的需求，保证数据实时稳定地采集、处理与传输。
本实用新型通过以下技术手段解决上述问题：
一种大数据信息采集与处理系统，其特征在于，包括矩形壳体，
壳体的一侧设置有LCD显示屏、第一传感器组、LED指示灯以及天线，第一传感器组包括温度传感器、湿度传感器和光电传感器；
壳体的另一侧设置有电池盒、第二传感器组、控制信号输出口，第二传感器组包括烟雾传感器和PM2.5传感器，电池盒内设置有可以为系统提供电能的电池；
壳体的内部设置有数据采集电路和数据处理电路，数据采集电路包括第一处理器和第二处理器，第一处理器与第二处理器通过I/O端口通信，第一处理器接收第一传感器组的模拟信号、数字信号并且通过串口与数据处理电路通信，第二处理器接收第二传感器的信号并且通过控制信号输出口连接继电器控制电路和DAC电平输出电路；
数据处理电路通过3G网络模块或以太网模块连接系统服务器，数据处理电路连接LED指示灯和LCD显示屏，所述3G网络模块或以太网模块连接天线。
进一步的，所述第一处理器包括C8051单片机，所述第二处理器包括MSP430 单片机，C8051单片机与 MSP430单片机通过 11 个 IO 口进行数据通信，其中 8 个 IO 口用于数据的收发，3个 IO 口用于数据通信的控制。
进一步的，所述数据处理电路包括S5PV210处理器，S5PV210处理器通过RS485 接口与C8051单片机通讯，将解析出的信息实时显示在 8 寸的 LCD 显示屏。
进一步的，所述壳体的一侧还设置有USB接口和SD卡槽，所述USB接口连接数据处理电路，所述SD卡槽通过Tiny210型SD卡存储电路连接数据处理电路。
进一步的，所述壳体的一侧还设置有指纹模块，所述指纹模块连接数据处理电路，指纹模块为光学接触式指纹识别设备，指纹模块的光学传感器集成在模块内部，手指通过光学元件进行指纹的采集。
进一步的，所述壳体的一侧还设置有咪头，咪头通过语音电路连接数据处理电路，语音电路包括WM8960音频处理芯片，WM8960音频处理芯片通过标准的3.5mm接口进行语音输入、输出，或者通过外置的咪头进行语音通话和扬声器进行外音播放，扬声器可以用于语音报警。
进一步的，所述壳体的另一侧还设置有通讯串口11，所述通讯串口11为RS323串口。
进一步的，所述壳体的另一侧还设置有电源接头，电源接头通过电压转换模块为系统提供电能，电压转换模块包括LM2576/12、LM2576/5、LM1117-3.3开关电源转换芯片，使用LM2576/5进行5V的电压转换，3.3V为单片机及其外围电路供电。
进一步的，以太网网模块包括线通信模块和有线通信模块，无线通信模块有3G通信模块和 Zigbee通信模块，有线通信模块是以 DM9000A 为主控芯片模块电路。
本实用新型的一种大数据信息采集与处理系统具有以下有益效果：
本实用新型公开了一种大数据信息采集与处理系统，属于信号与信息处狸领域，该系统包括矩形壳体以及LCD显示屏、第一传感器组、第二传感器组等，壳体的内部设置有数据处理电路、第一处理器和第二处理器，第一处理器与第二处理器通过I/O端口通信，第一处理器接收第一传感器组的信号并且通过串口与数据处理电路通信，第二处理器接收第二传感器的信号并且通过控制信号输出口连接继电器控制电路和DAC电平输出电路；数据处理电路通过3G网络模块或以太网模块连接系统服务器。本实用新型由数据采集系统和数据处理系统两部分组成，集数据采集、存储，网络传输，液晶显示及操作人员身份验证为一体，可以满足前端数据采集的需求，保证数据实时稳定地采集、处理与传输。
该大数据信息采集与处理系统对传感器输出的多种模拟信号、数字信号进行实时采集、处理和显示，利用Zigbee无线传输模块实现了终端之间数据的交互与参数的配置，并通过网络将数据上传到系统服务器，便于数据的在线分析和管理。对于危险操作和紧急情况，提供语音预警报警功能，并配置了指纹采集模块，方便人员和设备的管理。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。
图1是本实用新型提供的大数据信息采集与处理系统的正面结构示意图；
图2是本实用新型提供的大数据信息采集与处理系统的背面结构示意图；
图3是本实用新型提供的大数据信息采集与处理系统的电路连接示意图；
图4是本实用新型提供的大数据信息采集与处理系统的数据处理电路外围组件连接示意图；
图5是本实用新型提供的大数据信息采集与处理系统的数据采集电路示意图；
图6是本实用新型提供的大数据信息采集与处理系统的电流转换为电压信号及调理电路原理图；
图7是本实用新型提供的大数据信息采集与处理系统的SD卡存储电路示意图；
图8是本实用新型提供的大数据信息采集与处理系统的指纹模块电路示意图；
图9是本实用新型提供的大数据信息采集与处理系统的ZigBee通信电路连接示意图；
图10是本实用新型提供的大数据信息采集与处理系统的以太网模块连接示意图；
图11是本实用新型提供的大数据信息采集与处理系统的3G网络模块电路连接示意图；
图12是本实用新型提供的大数据信息采集与处理系统的电源隔离电路连接示意图；
其中，1-壳体，2-LCD显示屏，3-第一传感器组， 4-USB接口，5-指纹模块，6-SD卡槽，7-咪头，8-LED指示灯，9-天线，10-电源接头，11-通讯串口，12-控制信号输出口，13-电池盒和14-第二传感器组。
具体实施方式
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。 术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
以下将结合附图对本实用新型进行详细说明。
如图1、2所示，一种大数据信息采集与处理系统，包括矩形壳体1，壳体1的一侧设置有LCD显示屏2、第一传感器组3、LED指示灯8以及天线9，第一传感器组3包括温度传感器、湿度传感器和光电传感器；壳体1的另一侧设置有电池盒13、第二传感器组14、控制信号输出口12，第二传感器组14包括烟雾传感器和PM2.5传感器，电池盒13内设置有可以为系统提供电能的电池；
如图3所示，壳体1的内部设置有数据采集电路和数据处理电路，数据采集电路包括第一处理器和第二处理器，第一处理器与第二处理器通过I/O端口通信，第一处理器接收第一传感器组3的模拟信号、数字信号并且通过串口与数据处理电路通信，第二处理器接收第二传感器的信号并且通过控制信号输出口12连接继电器控制电路和DAC电平输出电路；
如图4所示，数据处理电路通过3G网络模块或以太网模块连接系统服务器，数据处理电路连接LED指示灯8和LCD显示屏2，所述3G网络模块或以太网模块连接天线9。
具体的，所述第一处理器包括C8051单片机，所述第二处理器包括MSP430 单片机，C8051单片机与 MSP430单片机通过 11 个 IO 口进行数据通信，其中 8 个 IO 口用于数据的收发，3个 IO 口用于数据通信的控制。
具体的，所述数据处理电路包括S5PV210处理器，S5PV210处理器通过RS485 接口与C8051单片机通讯，将解析出的信息实时显示在 8 寸的 LCD 显示屏。
具体的，8 寸的 LCD 显示屏可以选取AT080TN52这款8寸的TFTLCD，分辨率为800*600，内部背光LED采用串联的方式。同时，触摸屏作为一种简单、方便、自然的人机交互方式，已经广泛应用于我们的日常生活中。系统终端为8寸显示屏配置了一块电容式触摸屏，方便操作人员的操作和查看采集的相关参数。电容触摸屏的主控芯片为敦泰的FT5406EE8，最大支持8.9寸电容触摸屏，FT5406与S5PV210通过IIC接口进行通信。
图5、图6所示，系统具有三路采集通道：脉冲计数通道、10位数字信号采集通道和RS485数据通信通道，前两路通道的数据由MSP430进行处理，RS485通信的数据由C8051进行处理。脉冲计数通道接到MSP430的外部中断引脚上，用于计算外部脉冲数，再转换成相应的物理量。10位数字信号采集通道可采集最高10位的数字信号。由于外部干扰可能通过传感器电缆传入系统，为了保护采集芯片和电路的安全，用非线性光耦对采集的信号进行隔离，隔离后的信号直接传入单片机。模拟信号采集电路也分为三路通道，由C8051负责数据的采集。C8051F350内部的模/数转换器精度达到了24位，输入信号满幅值为2.5V。
相对于数字信号而言，模拟信号更容易受到外界干扰的影响，尤其是电压信号。因此，在模拟信号采集电路的设计中，设计了将电压信号转换成电流信号的模块。首先将传感器输出的电压信号转换成电流信号，信号范围为4~20mA，便于信号远距离传输。信号进入采集通道后，再将电流信号还原成电压信号，并对还原后的信号进行调节，使得输入信号在单片机的转换范围内。数据的采集范围可通过单片机参考电压的设置和单端/差分接入方式的转换进行调节。然后由单片机内部24位精度的AD转换模块进行模数转换，采集数据。
所述壳体1的一侧还设置有USB接口4和SD卡槽6，所述USB接口4连接数据处理电路，所述SD卡槽6通过Tiny210型SD卡存储电路连接数据处理电路，SD卡存储电路如图7所示。
进一步的，所述壳体1的一侧还设置有指纹模块5，所述指纹模块5连接数据处理电路，指纹模块5为光学接触式指纹识别设备，指纹模块5的光学传感器集成在模块内部，手指通过光学元件进行指纹的采集，指纹模块5电路如图8所示。指纹模块5对设备进行加密和操作人员的身份验证，只指定人员才能开启和操作设备。定时打卡功能的设置，用于检查操作人员是否在线，保障设备处于值守状态。
进一步的，所述壳体1的一侧还设置有咪头7，咪头7通过语音电路连接数据处理电路，语音电路包括WM8960音频处理芯片，WM8960音频处理芯片通过标准的3.5mm接口进行语音输入、输出，或者通过外置的咪头7进行语音通话和扬声器进行外音播放，扬声器可以用于语音报警。语音电路具有语音输入、输出功能，用于监控中心与操作人员进行语音通话，外置的扬声器主要用于语音报警提示和语音通话的接收。
进一步的，所述壳体1的另一侧还设置有通讯串口11，所述通讯串口11为RS323串口。
进一步的，所述壳体1的另一侧还设置有电源接头10，电源接头10通过电压转换模块为系统提供电能，电压转换模块包括LM2576/12、LM2576/5、LM1117-3.3开关电源转换芯片，使用LM2576/5进行5V的电压转换，3.3V为单片机及其外围电路供电。
电源隔离电路连接如图12所示，系统使用WRA1212D直流隔离模块，对内外部供电系统进行隔离，隔离后要求的电压有5V、3.3V，使用LM2576/5进行5V的电压转换，3.3V为单片机及其外围电路供电，功率小，直接采用的是线性电源转换芯片LM1117-3.3。
进一步的，以太网网模块包括线通信模块和有线通信模块，无线通信模块有3G通信模块和 Zigbee通信模块，有线通信模块是以 DM9000A 为主控芯片模块电路。DM9000A是DAVICOM公司推出的一款高速以太网接口芯片，是完全集成的单芯片快速以太网MAC控制器，功耗低、处理能力强，操作简单，而且具有通用的处理器接口，可以与多种处理器直接连接，数据总线宽度可设置为8bit和16bit，支持3.3V和5V电源模式。
具体的网络接口分为 3G 无线网络接口和有线网络接口，3G 无线网络用于向系统服务器发送实时的数据采集信息，3G网络模块电路连接如图10所示。而有线网络模块给数据处理系统提供稳定的网络环境，在出现紧急情况而 3G 信号不良时，提供后备的网络支持。当然，网络接口在系统调试时，也可用于挂载文件系统和下载程序，以太网模块连接如图10所示。
ZigBee通信电路如图9所示，ZigBee通信电路用于多个数据采集终端间近距离通信，相互之间发送终端的状态信息，以利于操作人员了解其他设备的运行状况。ZigBee通信电路与MCU串口通信波特率可在1200~38400bps范围内调节，具有16个可选通信信道，能同时实现64套设备相互通信。模块串行接口输出TTL电平，通过芯片MAX3232将TTL电平转换成RS232电平，再与MCU通信，外围电路简单，成本低。
本实用新型的一种大数据信息采集与处理系统具有以下有益效果：
本实用新型公开了一种大数据信息采集与处理系统，属于信号与信息处狸领域，该系统包括矩形壳体1以及LCD显示屏2、第一传感器组3、第二传感器组14等，壳体1的内部设置有数据处理电路、第一处理器和第二处理器，第一处理器与第二处理器通过I/O端口通信，第一处理器接收第一传感器组3的信号并且通过串口与数据处理电路通信，第二处理器接收第二传感器的信号并且通过控制信号输出口12连接继电器控制电路和DAC电平输出电路；数据处理电路通过3G网络模块或以太网模块连接系统服务器。本实用新型由数据采集系统和数据处理系统两部分组成，集数据采集、存储，网络传输，液晶显示及操作人员身份验证为一体，可以满足前端数据采集的需求，保证数据实时稳定地采集、处理与传输。
该大数据信息采集与处理系统对传感器输出的多种模拟信号、数字信号进行实时采集、处理和显示，利用Zigbee无线传输模块实现了终端之间数据的交互与参数的配置，并通过网络将数据上传到系统服务器，便于数据的在线分析和管理。对于危险操作和紧急情况，提供语音预警报警功能，并配置了指纹采集模块，方便人员和设备的管理。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种大数据信息采集与处理系统，其特征在于，包括矩形壳体：
壳体的一侧设置有LCD显示屏、第一传感器组、LED指示灯以及天线，第一传感器组包括温度传感器、湿度传感器和光电传感器；
壳体的另一侧设置有电池盒、第二传感器组、控制信号输出口，第二传感器组包括烟雾传感器和PM2.5传感器，电池盒内设置有可以为系统提供电能的电池；
壳体的内部设置有数据采集电路和数据处理电路，数据采集电路包括第一处理器和第二处理器，第一处理器与第二处理器通过I/O端口通信，第一处理器接收第一传感器组的模拟信号、数字信号并且通过串口与数据处理电路通信，第二处理器接收第二传感器的信号并且通过控制信号输出口连接继电器控制电路和DAC电平输出电路；
数据处理电路通过3G网络模块或以太网模块连接系统服务器，数据处理电路连接LED指示灯和LCD显示屏，所述3G网络模块或以太网模块连接天线。
2.如权利要求1所述的一种大数据信息采集与处理系统，其特征在于，所述第一处理器包括C8051单片机，所述第二处理器包括MSP430 单片机，C8051单片机与 MSP430单片机通过 11 个 IO 口进行数据通信，其中 8 个 IO 口用于数据的收发，3个 IO 口用于数据通信的控制。
3.如权利要求2所述的一种大数据信息采集与处理系统，其特征在于，所述数据处理电路包括S5PV210处理器，S5PV210处理器通过RS485 接口与C8051单片机通讯，将解析出的信息实时显示在 8 寸的 LCD 显示屏。
4.如权利要求3所述的一种大数据信息采集与处理系统，其特征在于，所述壳体的一侧还设置有USB接口和SD卡槽，所述USB接口连接数据处理电路，所述SD卡槽通过Tiny210型SD卡存储电路连接数据处理电路。
5.如权利要求4所述的一种大数据信息采集与处理系统，其特征在于，所述壳体的一侧还设置有指纹模块，所述指纹模块连接数据处理电路，指纹模块为光学接触式指纹识别设备，指纹模块的光学传感器集成在模块内部，手指通过光学元件进行指纹的采集。
6.如权利要求5所述的一种大数据信息采集与处理系统，其特征在于，所述壳体的一侧还设置有咪头，咪头通过语音电路连接数据处理电路，语音电路包括WM8960音频处理芯片，WM8960音频处理芯片通过标准的3.5mm接口进行语音输入、输出，或者通过外置的咪头进行语音通话和扬声器进行外音播放，扬声器可以用于语音报警。
7.如权利要求6所述的一种大数据信息采集与处理系统，其特征在于，所述壳体的另一侧还设置有通讯串口，所述通讯串口为RS323串口。
8.如权利要求2所述的一种大数据信息采集与处理系统，其特征在于，所述壳体的另一侧还设置有电源接头，电源接头通过电压转换模块为系统提供电能，电压转换模块包括LM2576/12、LM2576/5、LM1117-3.3开关电源转换芯片，使用LM2576/5进行5V的电压转换，3.3V为单片机及其外围电路供电。
9.如权利要求8所述的一种大数据信息采集与处理系统，其特征在于，以太网模块包括线通信模块和有线通信模块，无线通信模块有3G通信模块和 Zigbee通信模块，有线通信模块是以 DM9000A 为主控芯片模块电路。
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| CN108562370A (zh) * | 2018-04-11 | 2018-09-21 | 温岭温高教育科技有限公司 | 一种智能水雾检测温度计 |
| CN109856184A (zh) * | 2019-03-04 | 2019-06-07 | 北京石油化工学院 | 蓄水条件下约束空间可燃气体爆炸流场测试装置及方法 |
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