CN210038776U

CN210038776U - 一种数据采集设备

Info

Publication number: CN210038776U
Application number: CN201921170710.3U
Authority: CN
Inventors: 王海燕; 冯长柱
Original assignee: BEIJING HUIYAN ZHIXING TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING HUIYAN ZHIXING TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2019-07-24
Filing date: 2019-07-24
Publication date: 2020-02-07
Anticipated expiration: 2029-07-24

Abstract

本实用新型公开了一种数据采集设备，所述数据采集设备包括至少一个上层电路板和至少一个底层电路板，所述底层电路板上设置有单片机和现场可编程门阵列FPGA，其中，所述单片机与所述FPGA通信连接，所述底层电路板与所述上层电路板以插针与插座的连接方式进行通信连接，所述上层电路板设置有至少一个与传感器进行通信连接的接口，通过固定底层电路板和选用具备不同应用功能的上层电路板，满足了不同应用场景对数据采集的功能需求，大大降低了开发的时间成本、开发费用和制板费用。

Description

一种数据采集设备

技术领域

本实用新型涉及数据采集的领域，尤其涉及一种数据采集设备。

背景技术

农业物联网可以通过各种传感器，采集与农作物生长相关的物理参数和环境参数等数据，以远程监测和控制农作物的生长过程。

片上系统(SOC，System on Chip)是一种由多种关键器件(例如微处理器、存储器和接口控制模块等)集成在单张芯片上所构成的集成电路，使用单张芯片即可完成该集成电路的主要逻辑功能。在采集数据的过程中，农业物联网可以使用SOC对传感器所测量的数据进行获取。

现有技术所采用的SOC可以有效的实现网络通信、农场环境图像采集和环境参数检测等功能，实用性极强。但是，单个SOPC系统只能实现固定的单个或较少的应用功能，客户在使用时需向厂方定制多种SOC芯片，研发成本和时间成本等成本的增加会导致客户的购买费用增加。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种数据采集设备，技术方案如下：

一种数据采集设备，所述数据采集设备包括至少一个上层电路板和至少一个底层电路板，

所述底层电路板上设置有单片机和现场可编程门阵列FPGA，其中，所述单片机与所述FPGA通信连接，所述底层电路板与所述上层电路板以插针与插座的连接方式进行通信连接，所述上层电路板设置有至少一个与传感器进行通信连接的接口。

可选的，所述上层电路板还设置有与摄像头进行通信连接的第一数量的接口。

可选的，所述上层电路板还设置有与数字光源进行通信连接的第二数量的接口。

可选的，所述上层电路板还设置有与喷头进行通信连接的第三数量的接口。

可选的，所述上层电路板还设置有与除虫设备进行通信连接的第四数量的接口。

可选的，所述数据采集设备中的上层电路板的数量与底层电路板的数量相同，每一个上层电路板均与一个底层电路板通信连接且各上层电路板通信连接的底层电路板不同。

可选的，所述数据采集设备包括的各上层电路板中的至少两个上层电路板通信连接。

可选的，至少一个底层电路板中的单片机设置有与定位模块进行通信连接的接口。

可选的，所述传感器包括温度传感器、湿度传感器和光照传感器中的至少一个。

可选的，至少一个底层电路板中的单片机设置有与服务器进行通信连接的接口。

本实用新型公开的数据采集设备，通过固定底层电路板和选用具备不同应用功能的上层电路板，满足了不同应用场景对数据采集的功能需求，大大降低了开发的时间成本、开发费用和制板费用。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1公开了本实施例提出的一种数据采集设备的结构示意图；

图2公开了本实施例提出的一种上层电路板与底层电路板通信连接的结构示意图；

图3公开了本实施例提出的另一种数据采集设备的结构示意图；

图4公开了本实施例提出的一种数据采集设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

如图1所示，本实用新型实施例提出了一种数据采集设备，所述数据采集设备可以包括至少一个上层电路板100和至少一个底层电路板200，

所述底层电路板200上设置有单片机210和现场可编程门阵列(FPGA，Field－Programmable Gate Array)220，其中，所述单片机210与所述FPGA220通信连接，所述底层电路板200与所述上层电路板100以插针与插座的连接方式进行通信连接，所述上层电路板100设置有至少一个与传感器进行通信连接的接口。

其中，上层电路板100可以用于接收传感器采集的数据，将接收的数据发送至底层电路版。

其中，上层板结构简单，成本低廉，且功能具有多样性。上层电路板100可以应用在温度监测、湿度监测和光照监测等系统中，即可以接收温度传感器、湿度传感器和光照传感器所发送的数据。

上层电路板100也可以应用在机器视觉检测、土壤墒情监测、卫星定位和视频实时监控等系统中，即可以接收图像传感器、土壤墒情监测传感器和/或全球定位系统(GPS，Global Positioning System)传感器所发送的数据。

需要说明的是，技术人员可以根据应用场景的功能需求，对具备相应功能的上层电路板100进行选择，本实用新型对选用的上层电路板100不做限定。

其中，本实用新型中的一个底层电路板200可以至少与一个上层电路板100通过插针与插座的连接方式进行通信连接。如图2所示，底层电路板200上可以设置有插座，上层电路板100上可以设置有插针，底层电路板200与上层电路板100通过插针和插座的相扣进行连接，该种连接方式既容易插拔，也可以缩小制板面积，可以大大降低制板成本。当然，在本实用新型其他实施例中，底层电路板200上可以设置有插针，上层电路板100上可以设置有插座。

其中，FPGA220，该种芯片具备现场可编程门阵列的特征，可以通过硬件描述语言改变其内部固件。

其中，单片机210可以用于网络通讯与数据传输。FPGA220可以具备并行处理能力和高速信号处理能力，可以完成任何数字器件的功能，可以主要应用于通讯、视频和信息处理等应用开发中。例如，单片机210的型号可以是Atmega128，FPGA220的型号可以是ALTERAEP4CE15E22I8N。

在实际应用中，本实用新型可以根据各种应用场景的功能需求，单独使用单片机210或FPGA220，或者同时使用单片机210与FPGA220两种芯片，本实用新型对此不做限定。

需要说明的是，本实用新型在面对不同应用场景的数据采集功能需求时，不需要对单片机210和FPGA220进行重新开发，可以保持原有的底层电路板200的硬件组成及硬件连接方式，而只需通过选用相应功能的上层电路板100、修改上层电路板100中与传感器的接口数量即可。

例如，本实用新型在用于监测种植于大棚中的农作物生长温度时，数据采集设备中的一个上层电路板应具备接收由温度传感器所发送的温度数据的功能。在该数据采集设备的功能变更为用于监测该大棚内的空气湿度时，本实用新型可以保持该数据采集设备中原有的底层电路板200中的硬件组成及硬件连接方式，仅将可以接收温度数据的上层电路板变更为可以接收由湿度传感器发送的空气湿度数据的另一上层电路板即可。

或者，在上述监测功能由温度监测变更为空气湿度监测时，本实用新型不更换上层电路板，只在上层电路板中增加与湿度传感器通信连接的接口，也可以实现对该大棚内空气湿度的监测。

在实际应用中，当某个应用场景需要增加对某种数据的采集功能时，本实用新型也可以通过不变更原有上层电路板100，仅在原本的数据采集设备中增加具备相应功能的上层电路板100，不改变原有底层电路板200的硬件组成及硬件连接方式，来使得数据采集设备具备相应的数据采集功能。

例如，本实用新型在用于监测种植于大棚中的农作物生长温度的基础上，需要再对大棚内的空气湿度进行监测时，可以在原有数据采集设备的硬件基础上增加接收空气湿度数据的上层电路板100。

其中，在增加上层电路板100时，若每个底层电路板200只能与一个上层电路板100进行通信连接时，本实用新型需增加底层电路板200的数量，使增加的上层电路板100与增加的底层电路板200通信连接，以实现数据采集设备的对相应的数据采集功能的增加。

或者，本实用新型也可以直接将原有的上层电路板100变更为具备该应用场景原需求功能和现需增加功能的上层电路板100，以满足该应用场景对于相应的数据采集功能的需求。

其中，上层电路板100中的部件较少，且本实用新型可以根据应用场景需要的功能对上层电路板100进行变更或选用，而不需再对FPGA220和单片机210进行开发，不需更改复杂的电路图，以满足数据采集设备对于应用场景变更数据采集功能的需求。这极大的节省了安装控件，也大大降低了开发的时间成本、开发费用和制板费用。

本实施例提出的数据采集设备，通过固定底层电路板200和选用具备不同应用功能的上层电路板100，满足了不同应用场景对数据采集的功能需求，大大降低了开发的时间成本、开发费用和制板费用。

基于图1所示设备，如图3所示，本实施例还提供了另一种数据采集设备，该数据采集设备可以应用于农业物联网监测系统。

需要说明的是，农业物联网可以通过各种传感器实时获得农作物生长相关的参数数据，监控农作物的生长环境，并可以将这些参数数据作为自动控制的输入量，实现温室环境的精准调控，达到增加农作物产量、改善农作物品质、调节农作物生长周期和提高经济效益的目的。

可选的，农业物联网中的传感器可以包括图像传感器(摄像头)、光照传感器、二氧化碳传感器、空气温度传感器、空气湿度传感器和土壤墒情传感器等传感器中的至少一个。

可选的，数据采集设备中设置的上层电路板应具备相应的可以接收图像、光照强度、二氧化塘浓度、气体温度、湿度和/或土壤墒情等数据的功能。

其中，本实用新型对于该数据采集设备中的上层电路板具备的功能的种类和数量不做限定，可以由技术人员根据实际情况进行制定，例如，一个上层电路板可以单独具备接收图像数据的功能，也可以同时具备图像、光照强度和二氧化塘浓度等数据的功能。

如图3所示，应用于农业物联网监测系统的数据采集设备设置有三个底层电路板(分别为底层电路板201、202和203)，三个上层电路板(分别为上层电路板101、102和103)。

其中，每个上层电路板各与一个底层电路板通信连接，上层电路板101与底层电路201板通信连接，上层电路板101与上层电路板102通信连接，上层电路板102与底层电路板202通信连接，上层电路板102与上层电路板103通信连接，上层电路板103通信连接与底层电路板203通信连接。

当然，本实用新型也可以将一个底层电路板同时与多个上层电路板通信连接，即在一块底层电路板上相扣相连多个上层电路板。

其中，本实用新型可以通过串口通信协议在两个上层电路板之间(例如RS-485)实现远距离的通讯，例如1公里。

如图3所示，上层电路板101分别与传感器301、302、303和304通信连接，上层电路板102分别与传感器305、306、307和308通信连接，上层电路板103分别与传感器309、310、311和312通信连接，这三个上层电路板均可以获取由相应的四个传感器采集并发送的数据。

该农业物联网监测系统还可以设置有卫星定位系统。其中，本实用新型可以使用串口通信协议(例如RS-232)，将单片机与北斗或者GPS模块(即定位模块)进行通信连接，获得卫星地位信息(地理位置信息)。如图3所示，GPS模块401与底层电路板201中的单片机通信连接，GPS模块402与底层电路板203中的单片机通信连接。

其中，单片机可以通过网络透传模式或者AT指令模式，将采集到的数据远程传送到服务器中心(即置放服务器的地点)。

其中，服务器可以是上位机。上位机可以与单片机进行通信连接(单片机通过通用串行总线(USB，Universal Serial Bus)转DB9串口线与上位机进行通信连接)，接收来自数据采集设备的数据采集结果，并对接收的数据进行处理。

上位机也可以根据由农业物联网监测系统中的各个系统(例如视频实时监控系统、土壤墒情监测系统、光照监测及控制系统、风向及风俗监测系统、喷头灌溉系统和除虫系统等)发送的数据，向各个系统发送控制指令，控制各个系统的配置参数和工作过程。

例如，上位机可以通过单片机与土壤墒情监测系统的传感器进行标准的Modbus串行通信，实时采集土壤数据(包括土壤水分、湿度)，并根据土壤墒情数据向喷头发出灌溉和向除虫设备发送除虫的控制指令。

可选的，在该数据采集设备中，所述上层电路板还设置有与喷头进行通信连接的第三数量的接口。

可选的，所述所述上层电路板还设置有与除虫设备进行通信连接的第四数量的接口。

其中，第三数量和第四数量可以由技术人员根据实际应用场景(例如大棚内农作物的种植面积、每个喷头灌溉和每个除虫设备除虫时可以覆盖的农作物的面积)的需要进行制定，本实用新型对此不做限定。

例如，上位机可以在大棚内的空气温度较低时，向光照系统中的至少一个数字光源(一种可以由电脑、Ipad和手机等终端设备通过数字控制器实现远程控制的光源)发送开启指令，控制至少一个数字光源开启，以提高大棚内的空气温度，待空气温度上升至适合农作物生长的温度范围内时，上位机可以向数字光源发送关闭指令。

例如，上位机可以使用点对点无线网桥的方式，通过单片机与视频实时监控系统进行连接，实现长距离的视频监控。

需要说明的是，本实用新型中的底层电路板还可以具备数据处理能力，即将数据采集和数据处理能力集成于一体。例如，底层电路板可以具备图像采集和图像处理的双重功能。这样，底层电路板可以直接向服务器发送所采集数据和对这些数据的处理结果，无需上位机对数据进行处理。

本实施例提出的数据采集设备，可以获得在农业物联网监测系统中设置的各个传感器的监测数据，并可以通过将监测数据发送给上位机，再接收上位机根据监测数据所发送的控制指令，实现农业物联网监测系统对于农作物生长环境的监控和温室环境的精准调控的目的。

基于图1所示设备，如图4所示，本实施例提出了另一种数据采集设备，该数据采集设备可以应用于机器视觉检测系统。

其中，本实用新型可以通过摄像头500和数字光源600采集到被检测设备的图像信号，之后将采集到的图像信号发送至与底层电路板200通信连接(与该底层电路板200中的单片机通信连接)的服务器700(例如工控机)，使得服务器700可以根据图像信号进行解码，输出被检测设备中的缺陷设备的信息。

可选的，在该数据采集设备中，所述上层电路板100还设置有与摄像头500进行通信连接的第一数量的接口。

可选的，所述上层电路板100还设置有与数字光源600进行通信连接的第二数量的接口。

其中，数字光源600为一种可以由电脑、Ipad和手机等终端设备通过数字控制器实现远程控制的光源。

需要说明的是，摄像头500和数字光源600的类型可以由技术人员根据实际需要进行选取，例如，摄像头500的类型可以是CMOS摄像头，发光二极管(LED，LightEmittingDiode)，本实用新型对此不做限定。

其中，摄像头500和数字光源600的数量可以是八个。相应的，本实用新型可以将第一数量和第二数量均设置为八个。

需要说明的是，第一数量和第二数量可以由技术人员根据实际应用场景(例如机器视觉检测系统中的第一数量及第二数量均需要八个)的需要进行制定，本实用新型对此不做限定。

在实际应用中，服务器700可以通过底层电路板200向机器视觉检测系统发送控制指令，设置各个摄像头500的工作参数(关于采集图像的参数，例如摄像头开启个数、摄像头采集角度、曝光时间等)和各个数字光源600的工作参数(例如数字光源开启个数、数字光源开启时间和数字光源照明强度等)，以实现对各个摄像头500进行高频率高速度采集图像的触发，以及对各个数字光源600的触发。

本实施例提供的数据采集设备，可以获得在机器视觉检测系统中设置的各个传感器的监测数据，并可以通过将监测数据发送给服务器700，再接收服务器700根据监测数据所发送的控制指令，实现机器视觉检测系统对于缺陷设备的监测和在线筛选。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种数据采集设备，其特征在于，所述数据采集设备包括至少一个上层电路板和至少一个底层电路板，

2.根据权利要求1所述的数据采集设备，其特征在于，所述上层电路板还设置有与摄像头进行通信连接的第一数量的接口。

3.根据权利要求1所述的数据采集设备，其特征在于，所述上层电路板还设置有与数字光源进行通信连接的第二数量的接口。

4.根据权利要求1所述的数据采集设备，其特征在于，所述上层电路板还设置有与喷头进行通信连接的第三数量的接口。

5.根据权利要求1所述的数据采集设备，其特征在于，所述上层电路板还设置有与除虫设备进行通信连接的第四数量的接口。

6.根据权利要求1所述的数据采集设备，其特征在于，所述数据采集设备中的上层电路板的数量与底层电路板的数量相同，每一个上层电路板均与一个底层电路板通信连接且各上层电路板通信连接的底层电路板不同。

7.根据权利要求6所述的数据采集设备，其特征在于，所述数据采集设备包括的各上层电路板中的至少两个上层电路板通信连接。

8.根据权利要求1所述的数据采集设备，其特征在于，至少一个底层电路板中的单片机设置有与定位模块进行通信连接的接口。

9.根据权利要求1所述的数据采集设备，其特征在于，所述传感器包括温度传感器、湿度传感器和光照传感器中的至少一个。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的数据采集设备，其特征在于，至少一个底层电路板中的单片机设置有与服务器进行通信连接的接口。