CN212696027U - 数据采集装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种数据采集装置，包括金属外壳以及分别设置于金属外壳内部的传感板、控制板和通信板，控制板分别与传感板以及通信板连接，传感板上分别设置有温度传感器、声音传感器、振动传感器以及图像传感器，温度传感器与金属外壳的内表面抵接，其中，传感板用于将采集到的采集数据传输至控制板，控制板用于处理采集数据，以及将处理后的采集数据传输至通信板，通信板用于将处理后的采集数据传输至云服务器。本申请的数据采集装置可同时采集多种类型的状态数据，可提高数据采集效率；并且，温度传感器与金属外壳的内表面抵接，通过接触金属外壳采集被测物体的温度数据，由于金属的热传导速度快，从而可提高温度数据的采集精度。

Description

数据采集装置

技术领域

本申请涉及数据传输技术领域，更具体地，涉及一种数据采集装置。

背景技术

数据采集装置，又称盘点机、掌上电脑。它是将条码扫描装置，射频识别 (RadioFrequency Identification，RFID)技术与数据终端一体化，带有电池可离线操作的终端电脑设备。具备实时采集、自动存储、即时显示、即时反馈、自动处理、自动传输功能。为现场数据的真实性、有效性、实时性、可用性提供了保证。其具有一体性、机动性、体积小、重量轻、高性能，并适于手持等特点。

传统的数据采集装置大多用于实现单一类型的状态的数据，数据采集效率低。并且，传统的数据采集装置利用空气为媒介对设备进行温度数据采集，导致温度数据的采集精度低。

实用新型内容

鉴于上述问题，本申请提出了一种数据采集装置，能够实现同时采集四种数据，可提高数据采集效率；由于温度传感器与金属外壳的内表面抵接，通过接触金属外壳采集被测物体的温度数据，可提高温度数据的采集精度。

本申请实施例提供了一种数据采集装置，数据采集装置包括：金属外壳以及分别设置于金属外壳内部的传感板、控制板和通信板，控制板分别与传感板以及通信板连接，传感板上分别设置有用于采集温度数据的温度传感器、用于采集声音数据的声音传感器、用于采集振动数据的振动传感器以及用于采集图像数据的图像传感器，温度传感器与金属外壳的内表面抵接，其中，传感板用于将采集到的采集数据传输至控制板，采集数据包括：温度数据、声音数据、振动数据以及图像数据；控制板用于处理采集数据，以及将处理后的采集数据传输至通信板；通信板用于将处理后的采集数据传输至云服务器。

在一些实施方式中，控制板包括：处理器以及同步动态随机存取器，处理器与同步动态随机存取器连接，处理器分别与传感板以及通信板连接；处理器用于处理采集数据，以及分别传输处理后的采集数据至通信板和/或同步动态随机存取器；同步动态随机存取器用于存储处理后的采集数据。

在一些实施方式中，传感板上还设置有采样调理电路，采样调理电路分别与温度传感器、声音传感器以及振动传感器连接；采样调理电路分别用于对采集的温度数据信号、声音数据信号以及振动数据信号进行放大调理或缩小调理；采样调理电路还分别用于将调理后的温度数据、声音数据以及振动数据传输至控制板。

在一些实施方式中，通信板包括：窄带模块，窄带模块用于将处理后的采集数据通过窄带物联网传输至云服务器。

在一些实施方式中，通信板包括：Lora模块，Lora模块用于将处理后的采集数据通过Lora网络传输至云服务器。

在一些实施方式中，通信板包括：5G模块，5G模块用于将处理后的采集数据通过5G网络传输至云服务器。

在一些实施方式中，通信板包括：RS-485模块，RS-485模块用于将处理后的采集数据通过以太网发送至云服务器。

在一些实施方式中，传感板与控制板通过插针通信连接；控制板与通信板通过串口通信连接。

在一些实施方式中，金属外壳包括：铝合金外壳、不锈钢外壳或者铜外壳。

在一些实施方式中，传感板、控制板以及通信板分别可拆卸设置于金属外壳的内部。

本申请实施例提供的数据采集装置，分别将传感板、控制板和通信板设置于金属外壳内部，控制板分别与传感板以及通信板连接，且传感板上分别设置有用于采集温度数据的温度传感器、用于采集声音数据的声音传感器、用于采集振动数据的振动传感器以及用于采集图像数据的图像传感器，可实现同时采集四种数据，提高了数据采集效率。并且，温度传感器与金属外壳的内表面抵接，通过接触金属外壳采集被测物体的温度数据，提高了温度数据的采集精度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本申请实施例提供的一种数据采集装置的结构示意图；

图2示出了本申请实施例提供的一种控制板的结构示意图；

图3示出了本申请实施例提供的一种传感板的结构示意图；

图4示出了本申请实施例提供的一种通讯板的结构示意图；

图5示出了本申请实施例提供的另一种通讯板的结构示意图；

图6示出了本申请实施例提供的又一种通讯板的结构示意图；

图7示出了本申请实施例提供的还一种通讯板的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1，其示出了本申请实施例提供的一种数据采集装置10，该数据采集装置10可以包括：金属外壳101以及分别设置于金属外壳101内部的传感板 102、控制板103和通信板104，其中，控制板103可以分别与传感板102以及通信板104连接，且传感板102上可以分别设置有用于采集温度数据的温度传感器 1021、用于采集声音数据的声音传感器1022、用于采集振动数据的振动传感器 1023以及用于采集图像数据的图像传感器1024，且温度传感器1021可以与金属外壳101的内表面抵接。

在本申请实施例中，传感板102可以用于将采集到的采集数据传输至控制板103，其中，采集数据包括：温度数据、声音数据、振动数据以及图像数据；控制板103可以用于处理采集数据，以及将处理后的采集数据传输至通讯板 104；通讯板104可以用于将处理后的采集数据传输至云服务器。

在一些实施方式中，传感板102上可以设置有温度传感接口，温度传感器 1021可以设置在金属外壳101的内表面且与金属外壳101的内表面抵接，传感板 102通过温度传感接口与温度传感器1021连接；传感板102上也可以设置有声音传感接口，传感板102通过声音传感接口外接声音传感器1022；传感板102上还可以设置有振动传感接口，传感板102通过振动传感接口外接振动传感器1023；传感板102上还可以设置有图像传感接口，传感板102通过图像传感接口外接图像传感器1024；因此，通过将传感器设置成外接的方式，可以减小数据采集装置的体积。

在本申请实施例中，数据采集装置10中的温度传感器1021、声音传感器 1022以及振动传感器1023可以集成设置于传感板102上，传感板102通过图像传感接口外接图像传感器1024，在使用该数据采集装置10进行数据采集时，可以实现同时采集四种数据，提高了数据采集的效率。并且，温度传感器1021设置于金属外壳的内部，且与金属外壳101的内表面抵接，在进行温度数据采集时，可通过接触金属外壳101采集被测物体的温度数据，由于金属的热传导速度快，从而提高了温度数据的采集灵敏度和精度。

在一些实施方式中，如图2所示，控制板103可以包括：处理器1031以及同步动态随机存取器1032(Synchronous Dynamic Random Access Memory， SDRAM)，其中，处理器1031与SDRAM 1032连接，处理器1031分别与传感板 102以及通讯板104连接，处理器1031用于处理采集数据，以及分别传输处理后的采集数据至通讯板104和/或SDRAM 1032，SDRAM 1032用于存储处理后的采集数据。

在本申请实施例中，控制板103上设置的处理器1031与传感板102连接，从而可以实现对高频数据的采集；且控制板103上设置有SDRAM 1032，从而可以实现对处理后的采集数据进行存储，以便云服务器需要读取数据时，控制板 103将存储于SDRAM 1032中的处理后的采集数据，通过通信板104传输至云服务器。

作为一种实施方式，处理器1031可以为16位处理器，也可以32位处理器，还可以为64位处理器等，此处不做限定。优选地，处理器1031可以为高性能工业级32位处理器。

可以理解的，SDRAM 1032是处理器1031扩展的内存，当处理器1031为高性能工业级32位处理器时，数据存储空间32MB字节，则SDRAM 1032可以用于临时存储传感板102采样检测的数据。

在一些实施方式中，控制板103上还可以包括：模拟数字转换器 (Analog-to-digital converter，ADC)采样电源、晶振以及看门狗电路等；其中 ADC采样电源给处理器1031提供电压，例如基准电压(Voltage Reference， VREF)3伏特(Voltage，V)；晶振给处理器1031提供外部时钟；看门狗电路定期查看处理器1031的内部程序情况，一旦发生错误，即刻向处理器1031发出重启信号；由于处理器1031的内部时钟在处理器1031内部的阻容(Resistance Capacitance，RC)振荡器中产生，且RC振荡器起振较快，当处理器1031通电时，处理器1031使用内部高速时钟，晶振输入外部时钟，可提高数据采集的精度和稳定性。

作为一种实施方式，处理器1031通电后，处理器1031通过软件配置，转用外部时钟信号，处理器1031与传感板102上的采集接口对应的插座，通过插针方式连接，传感板102将采集到的信号PA0/SHDN，PA6/ADC12_IN6， PC5/ADC12_IN15，PB1/ADC12_IN9，PA2/ADC123_IN2，PA3/ADC123_IN3 输入到处理器1031，看门狗电路通过信号NRST和PB6/WDI与处理器1031连接，当看门狗电路内部的递减计数器递减为零时，看门狗电路向处理器1031发送一个复位信号，以便处理器1031进行复位；当看门狗电路内部的递减计数器递减不为零时，看门狗内部的递减计数器继续递减，则处理器1031不复位；从而实现同时采集大量的流式数据。其中，流式数据用于指示一次采集一个时间段内的数据。

在一些实施方式中，如图3所示，传感板102上可以还设置有采样调理电路 1025，采样调理电路1025可以分别与温度传感器1021、声音传感器1022以及振动传感器1023连接，其中，采样调理电路1025可以分别用于对采集的温度数据信号、声音数据信号以及振动数据信号进行放大调理或缩小调理，以使经过放大调理或缩小调理后的温度数据信号、声音数据信号以及振动数据信号，满足控制板103的处理要求。采样调理电路1025还可以分别用于将调理后的温度数据、声音数据以及振动数据传输至控制板103。

作为一种实施方式，传感板102上可以设置有外接传感器的接口，图像传感器1024可以通过该接口设置于传感板102，传感板102可以分别将图像传感器 1024采集的图像数据、采样调理电路1025分别调理后的温度数据、声音数据以及振动数据传输至控制板103。

在一些实施方式中，如图4所示，通讯板104可以包括窄带模块1041，窄带 (NarrowBand，NB)模块1041可以用于将控制板103处理后的采集数据通过窄带物联网(Narrow BandInternet of Things，NB-IoT)传输至云服务器。可以理解的，NB-IoT是指基于蜂窝网构建，仅消耗180千赫兹(KHz)左右的物联网，因为支持低功耗设备在广域网的蜂窝数据链接，也被叫作低功耗广域网 (Low-Power Wide-Area Network，LPWAN)，因此，通过窄带物联网进行数据采集，可降低数据采集装置的功耗。

作为一种实施方式，NB模块1041可以包括电源电路、NB单元、天线、全球用户识别卡(Universal Subscriber Identity Module，USIM)电路、开机电路、复位电路以及网络状态灯等。其中，电源电路用于为NB模块1041提供3.6V的 VCC电压和3.3V的VDD电压，以便NB单元的NB芯片正常工作，NB单元用于将处理后的采集数据通过NB-IoT传输至云服务器，天线用于控制NB通讯的信号强度，USIM电路用于为SIM卡提供电压和卡座，USIM电路通过SIM卡接入 NB-IoT网络，开机电路用于将控制板103上的串口信号转换为NB模块1041需要的网络信号，复位电路用于将电路从省电模式(PowerSaving Mode，PSM)唤醒，网络状态灯用于指示当前的网络状态，网络状态包括联网状态以及数据交换状态。

在一些实施方式中，如图5所示，通讯板104可以包括Lora模块1042，Lora 模块1042用于将处理后的采集数据通过Lora网络传输至云服务器，可实现根据云服务器的需求采集全部或者部分数据，从而实现按需采集高频流式数据。

作为一种实施方式，Lora模块1042可以包括电源电路、Lora单元、天线以及网络状态灯等。其中，电源电路用于为Lora模块1042提供3.6V的VCC电压和 3.3V的VDD电压，以便Lora单元的Lora芯片正常工作，Lora单元用于将处理后的采集数据通过Lora网络传输至云服务器，天线用于控制Lora通讯的信号强度，网络状态灯用于指示当前的网络状态，网络状态包括联网状态以及数据交换状态。

在一些实施方式中，如图6所示，通讯板104可以包括5G模块1043，5G模块1043用于将处理后的采集数据通过5G网络传输至云服务器。

作为一种实施方式，5G模块1043可以包括电源电路、5G单元、天线、SIM 卡以及网络状态灯等。其中，电源电路用于为5G模块1043提供3.6V的VCC电压和3.3V的VDD电压，以便5G单元的5G芯片正常工作，5G单元用于将处理后的采集数据通过5G网络传输至云服务器，天线用于控制5G通讯的信号强度， SIM卡用于提供5G单元的网络身份识别，网络状态灯用于指示当前的网络状态，网络状态包括联网状态以及数据交换状态。

在一些实施方式中，如图7所示，通讯板104可以包括RS-485模块1044， RS-485模块1044用于将处理后的采集数据通过以太网传输至云服务器，可实现连续不间断地将采集数据上传至云服务器。

作为一种实施方式，RS-485模块1044可以包括电源电路、RS-485单元以及网络状态灯等。其中，电源电路用于为RS-485模块1044提供3.6V的VCC电压和3.3V的VDD电压，以便RS-485单元的RS-485芯片正常工作，RS-485单元用于将处理后的采集数据通过以太网传输至云服务器，网络状态灯用于指示当前的网络状态，网络状态包括联网状态以及数据交换状态。

在一些实施方式中，传感板102与控制板103可以通过插针通信连接，传感板102采集的数据信号通过插针传输至控制板103的处理器1031的AD口；数据采集装置10可以根据实际采集需求，选择不同的通讯板104，且控制板103与通讯板104可以通过串口或者网口通信连接。

作为一种实施方式，通讯板104可以包括NB模块1041或Lora模块1042，NB 模块1041或Lora模块1042的电源可以为3.6V锂亚电池，传感板102与控制板103 通过插针通信连接，控制板103与通讯板104通过串口通信连接，以实现按需采集高频流式数据。可以理解的，NB-IOT网络或Lora网络环境下，NB模块1041 或Lora模块1042可以通过消息队列遥测传输(Message Queuing Telemetry Transport，MQTT)协议，将控制板103处理后的采集数据通过小批量多频次在低速条件下传输至云服务器，云服务器将接收的各个小的数据包合并成一个完整的数据包。

作为另一种实施方式，通讯板104可以包括5G模块1043或RS-485模块 1044，5G模块1043或RS-485模块1044的电源可以为12V的直流电源，传感板102 与控制板103通过插针通信连接，控制板103与通讯板104通过网口通信连接，以实现连续不间断地将采集数据上传至云服务器。可以理解的，5G网络或以太网络环境下，5G模块1043或RS-485模块1044可以通过传输控制协议 (Transmission Control Protocol，TCP)，将控制板103处理后的采集数据连续不间断地传输至云服务器。

在一些实施方式中，数据采集装置10的金属外壳101可以包括：铝合金外壳、不锈钢外壳或者铜外壳等，金属外壳101的具体材质，此处不做限定。

作为一种实施方式，传感板102、控制板103以及通讯板104可以采用磁吸固定的固定方式设置于金属外壳101的内部；传感板102、控制板103以及通讯板104也可以采用螺丝固定的固定方式设置于金属外壳101的内部。

在一些实施方式中，传感板102、控制板103以及通讯板104可以分别可拆卸设置于金属外壳101的内部，以便数据采集装置10可以根据实际采集情况进行组装，还可以实现对数据采集装置的灵活扩展。

在一种应用场景中，以声音数据采集为例，处理器1031可以为STM32 (ARM)处理器，SDRAM 1032可以为16位的规则寄存器，数据采集装置10 被固定在被测物体上，被测物体的声音数据，通过控制板103的MAX 9814芯片及其外围电路，把声音数据从模拟信号转变为高低电平信号，然后通过传感板 102上的调理电路1025，对转化的高低电平信号的电平进行调节，将电平调节到ARM的输入范围内，声音数据转化后的高低电平信号，经调理电路1025调理后，输入到ARM芯片的上GPIO引脚，ARM芯片上的每个ADC通道对应一个 GPIO引脚，GPIO引脚在设置为模拟输入模式后，可以作为采集声音数据的输入端，声音数据经过ADC转后的数值保存在16位的规则寄存器中，16位的规则寄存器需提前在ARM中设置好(包括存储器大小，读写方式，波特率，采样频率以及采样时间)，当16位的规则寄存器存储已满后，停止采样，特别说明，这些设置参数都可以在云服务器进行修改和调试，提高了数据采集装置10 的灵活性。

在该应用场景下，当云服务器需要读取声音数据时，ARM中的DMA可以把数据从ADC写入到16位的规则寄存器中，然后通过串口线把声音数据一位一位地传输至通讯板104，通讯板104可以将声音数据通过MQTT协议或TCP协议传输至云服务器。

在另一种应用场景中，以图像数据采集为例，传感板102上可以设置有图像传感接口，传感板102通过图像传感接口外接图像传感器1024，图像传感器 1024可以为摄像头，摄像头可以包括OV7670模块，处理器1031可以为STM32 (ARM)处理器，SDRAM 1032可以为16位的规则寄存器，摄像头被安装到合适的位置上，以可以通过摄像头看到整个被测物体的运行状态为佳，摄像头采集的图像数据，也就是OV7670模块的输出数据，OV7670模块采用VGA时序，并通过VSYNC，HREF/HSYNC以及PCLK引脚输出图像数据，像素采用RGB56 格式，像素值从摄像头数据端口的D2至D9管脚输出，每一个像素由RGB565 来表示，共16位，分两次传输，之后组合起来。当ARM捕捉到场中断时，拉高WEN管脚电平，之后整幅图像的数据就会存入FIFO。当ARM再次捕捉到场中断时，表明一幅图像已经送入FIFO，此时，关闭场中断，拉低WEN电平，防止摄像头数据再次写入FIFO。

在该应用场景下，当云服务器需要读取图像数据时，ARM芯片中的DMA 把数据FIFO写入到到16位的规则寄存器中，然后通过串口线把声音数据一位一位地传输至通讯板104，通讯板104可以将声音数据通过MQTT协议或TCP协议传输至云服务器。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员当理解：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，并不驱使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种数据采集装置，其特征在于，所述数据采集装置包括：金属外壳以及分别设置于所述金属外壳内部的传感板、控制板和通信板，所述控制板分别与所述传感板以及所述通信板连接，所述传感板上分别设置有用于采集温度数据的温度传感器、用于采集声音数据的声音传感器、用于采集振动数据的振动传感器以及用于采集图像数据的图像传感器，所述温度传感器与所述金属外壳的内表面抵接，其中，

所述传感板用于将采集到的采集数据传输至所述控制板，所述采集数据包括：温度数据、声音数据、振动数据以及图像数据；

所述控制板用于处理所述采集数据，以及将处理后的采集数据传输至所述通信板；

所述通信板用于将所述处理后的采集数据传输至云服务器。

2.根据权利要求1所述的数据采集装置，其特征在于，所述控制板包括：处理器以及同步动态随机存取器，所述处理器与所述同步动态随机存取器连接，所述处理器分别与所述传感板以及所述通信板连接；

所述处理器用于处理所述采集数据，以及分别传输处理后的采集数据至所述通信板和/或所述同步动态随机存取器；

所述同步动态随机存取器用于存储所述处理后的采集数据。

3.根据权利要求1所述的数据采集装置，其特征在于，所述传感板上还设置有采样调理电路，所述采样调理电路分别与所述温度传感器、所述声音传感器以及所述振动传感器连接；

所述采样调理电路分别用于对采集的温度数据信号、声音数据信号以及振动数据信号进行放大调理或缩小调理；

所述采样调理电路还分别用于将调理后的温度数据、声音数据以及振动数据传输至所述控制板。

4.根据权利要求1所述的数据采集装置，其特征在于，所述通信板包括：窄带模块，所述窄带模块用于将所述处理后的采集数据通过窄带物联网传输至云服务器。

5.根据权利要求1所述的数据采集装置，其特征在于，所述通信板包括：Lora模块，所述Lora模块用于将所述处理后的采集数据通过Lora网络传输至云服务器。

6.根据权利要求1所述的数据采集装置，其特征在于，所述通信板包括：5G模块，所述5G模块用于将所述处理后的采集数据通过5G网络传输至云服务器。

7.根据权利要求1所述的数据采集装置，其特征在于，所述通信板包括：RS-485模块，所述RS-485模块用于将所述处理后的采集数据通过以太网发送至云服务器。

8.根据权利要求1至7任一项所述的数据采集装置，其特征在于，所述传感板与所述控制板通过插针通信连接；所述控制板与所述通信板通过串口通信连接。

9.根据权利要求1至7任一项所述的数据采集装置，其特征在于，所述金属外壳包括：铝合金外壳、不锈钢外壳或者铜外壳。

10.根据权利要求1至7任一项所述的数据采集装置，其特征在于，所述传感板、所述控制板以及所述通信板分别可拆卸设置于所述金属外壳的内部。

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