CN214901314U - 一种数据采集仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种数据采集仪，包括：GPS模块，用于获取位置信息，并将位置信息发送至核心控制模块；信号处理模块，用于采集设备数据信息，并对设备数据信息进行预处理，将进行预处理后的设备数据信息发送至核心控制模块；核心控制模块，用于将位置信息和进行预处理后的设备数据信息发送至4G通讯模块，以及将进行预处理后的设备数据信息发送至数据存储模块；4G通讯模块，用于将位置信息和进行预处理后的设备数据信息发送至云端服务器；数据存储模块，用于对进行预处理后的设备数据信息进行存储。本申请提供的技术方案，只要是4G网络覆盖的地方都可以使用本申请的采集仪，实现远程实时监控设数据，并且与设备连接的稳定性强。

Description

一种数据采集仪

技术领域

本实用新型属于数据采集技术领域，具体涉及一种数据采集仪。

背景技术

动态数据采集仪被广泛应用于爆破、微震、风机塔等工程的安全监测。传统动态数据采集仪均是利用网线进行有线的数据传输，在公路边坡、铁路沿线、丘陵地带等野外施工环境下，铺设光纤成本高昂；在工程监测中，现场可能会出现短暂停电或断网的情况，传统的动态数据采集仪会因停电或断网而造成短暂的数据丢失，影响了工程监测的实时性和可靠性。

目前的动态数据采集仪只对信号做了简单的处理采集，不能进行更深一步的处理运算，在使用者要求对信号处理运算时，还需借助外部的计算工具，大大降低了对工程监测信号分析的效率；传统动态数据采集仪的设备连接依靠端子排来实现，对设备连接的稳定性产生了一定的影响。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种数据采集仪以解决现有的数据采集仪对有线网络的依赖，以及工程监测信号分析的效率低和与设备连接的稳定性差的问题。

为实现以上目的，实用新型采用如下技术方案：一种数据采集仪，包括：GPS模块、信号处理模块、核心控制模块、4G通讯模块和数据存储模块；

所述GPS模块，用于获取位置信息，并将所述位置信息发送至所述核心控制模块；

所述信号处理模块，用于采集设备数据信息，并对所述设备数据信息进行预处理，将进行预处理后的所述设备数据信息发送至所述核心控制模块；

所述核心控制模块，用于将所述位置信息和进行预处理后的所述设备数据信息发送至所述4G通讯模块，以及将进行预处理后的所述设备数据信息发送至数据存储模块；

所述4G通讯模块，用于将所述位置信息和进行预处理后的所述设备数据信息发送至云端服务器；

所述数据存储模块，用于对进行预处理后的所述设备数据信息进行存储。

进一步的，所述信号处理模块，包括：滤波单元、放大单元和AD转化单元；

所述滤波单元，用于将所述设备数据信息进行滤波，得到第一待处理信号，并传送至所述放大单元；

所述放大单元，用于将所述第一待处理信号进行放大，得到第二待处理信号，并将所述第二待处理信号传送至所述AD转化单元；

所述AD转化单元，用于将所述第二待处理信号从模拟信号转化为数字量信号，得到所述进行预处理后的所述设备数据信息，并将所述进行预处理后的所述设备数据信息传送至所述核心控制模块。

进一步的，所述4G通讯模块内置双天线。

进一步的，所述4G通讯模块通过IPEX接口馈线与所述天线连接。

进一步的，还包括：RS-485通讯模块，用于调取所述数据存储模块存储的进行预处理后的所述设备数据信息。

进一步的，还包括：

充放电模块，用于当存在外接电压接入时，其工作状态为充电状态；当不存在外接电压接入时，其工作状态为放电状态。

进一步的，还包括：与所述充放电模块连接的电源模块，用于当存在外接电压接入时，通过所述充放电模块利用所述外接电压进行充电；当不存在外接电压接入时，通过所述充放电模块为所述数据采集仪供电。

进一步的，所述核心控制模块通过RS232分别与所述GPS模块和所述4G通讯模块进行通讯。

进一步的，所述核心控制模块通过SPI总线与所述信号处理模块进行通讯。

进一步的，所述核心控制模块通过SDIO与所述数据存储模块进行通讯。

本实用新型采用以上技术方案，所能达到的有益效果包括：通过GPS模块获取位置信息并将位置信息发送至核心控制模块，信号处理模块采集设备数据信息，并对设备数据信息进行预处理，将进行预处理后的设备数据信息发送至核心控制模块，核心控制模块将位置信息和进行预处理后的设备数据信息发送至4G通讯模块，以及将进行预处理后的设备数据信息发送至数据存储模块，通过4G通讯模块将位置信息和进行预处理后的设备数据信息发送至云端服务器，数据存储模块当进行预处理后的设备数据信息满足预设条件时，对进行预处理后的设备数据信息进行存储，使得只要是4G网络覆盖的地方都可以使用，从而实现远程实时监控设数据，并且与设备连接的稳定性强。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据一示例性实施例示出的一种数据采集仪的结构示意图；

图2是根据一示例性实施例示出的一种数据采集仪中的4G通讯模块的通信方式示意图；

图中，1-GPS模块，2-信号处理模块，3-核心控制模块，4-4G通讯模块，5-数据存储模块，6-RS-485通讯模块，7-电源模块，8-充放电模块。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

下面结合附图介绍本申请实施例中提供的一个具体的数据采集仪，包括：GPS模块1、信号处理模块2、核心控制模块3、4G通讯模块4和数据存储模块5；

GPS模块1，用于获取位置信息，并将位置信息发送至核心控制模块3；

信号处理模块2，用于采集设备数据信息，并对设备数据信息进行预处理，将进行预处理后的设备数据信息发送至核心控制模块3；

核心控制模块3，用于将位置信息和进行预处理后的设备数据信息发送至4G通讯模块4，以及将进行预处理后的设备数据信息发送至数据存储模块5；

4G通讯模块4，用于将位置信息和进行预处理后的设备数据信息发送至云端服务器；

数据存储模块5，用于对进行预处理后的设备数据信息进行存储。

可以理解的是，设备可以但不限于为传感器等，设备数据信息即与数据采集仪连接的设备采集的数据信息。考虑到户外使用环境，本实用新型采用航空插头的方式与传感器等进行连接，安装便捷，让外设连接更加稳定牢固，同时实现IP67的防护等级。

进一步可选的，数据存储模块5，具体用于：

当进行预处理后的设备数据信息满足预设条件时，以进行预处理后的设备数据信息满足预设条件时的时间为起始时间，对进行预处理后的设备数据信息进行存储，直至存储时间等于预设时间段，停止存储进行预处理后的设备数据信息。

需要说明的是，本实用新型实施例对“预设条件”和“预设时间段”不做限定，可以由本领域技术人员根据实验数据或专家经验等进行设置。一些可选的实施例中，预设条件可以但不限于为大于等于信号阈值，预设时间段可以但不限于为1个小时或3个小时或一天等。

还需要说明的是，在某一通道数据达到设定的阈值后，以此为起始时间，进行所设定时间长度范围(即预设时间段)内进行全通道数据存储，存储文件可以但不限于以时间戳命名，存储核心控制模块3每时刻的数据分析结果，并显示出每个文件内各通道数据的主频率及峰峰值。

一些实施例中，数据存储模块5可以但不限于通过高速SD存储模块实现。可以理解的是，通过在数据采集仪嵌入高速SD存储模块，针对工程监测关注的重点数据进行触发式保存。为工程监测中对异常数据的分析提供了保障，同时方便了工程监测中对真实数据的存储和调取。

进一步可选的，核心控制模块3内置DSP计算系统；

核心控制模块3，还用于对进行预处理后的设备数据信息进行分析运算，可以但不不限于包括：对进行预处理后信号进行傅里叶变换、数字滤波、主频和基频运算、峰值运算和有效值运算等，以及针对不同应用环境可进行地震烈度和桥梁挠度等的计算。

需要说明的是，本实用新型实施例通过核心控制模块3对进行预处理后的设备数据信息进行分析运算，不需要借助外部任何计算工具，在数据采集仪内部即可独立完成；还使得原始数据(设备数据信息)只停留在边缘终端，降低服务器运算压力，同时提高数据的实时性、智能性、安全性和隐私性。通过4G通信模块不仅可以直接传输预处理后的原始数据，也可以传输上述运算后的分析结果，选择何种方式可通过远程直接配置，提高了信号处理的效率。

需要说明的是，本实用新型实施例涉及的“对进行预处理后信号进行傅里叶变换、数字滤波、主频和基频运算、峰值运算和有效值运算等，以及针对不同应用环境可进行地震烈度和桥梁挠度等的计算”是本领域技术人员所熟知的，因此，其具体实现方式不做过多描述。

一些实施例中，GPS模块1的型号可以但不限于为ATGM332D；信号处理模块2的型号可以但不限于为ADS1278；核心控制模块3的型号可以但不限于为STM32F767IGT6；4G通讯模块4的型号可以但不限于为SIM7600CE。

一些可选的实施例中，GPS模块1具有全球实时定位和海拔测算等功能，支持GPS、北斗、上位机网络三种校准方式，信息全面。利用GPS模块1可以实现在远端获取数据采集仪的经纬度和海拔，在大工程监测采集仪设备安装多且杂的情况下，就可以根据GPS模块1进行精准定位，同时在数据传输时也可以定位到具体采集仪发送的具体数据，便于对数据进行定位分析。

本实用新型实施例提供的一种数据采集仪，通过GPS模块1获取位置信息并将位置信息发送至核心控制模块3，信号处理模块2采集设备数据信息，并对设备数据信息进行预处理，将进行预处理后的设备数据信息发送至核心控制模块3，核心控制模块3将位置信息和进行预处理后的设备数据信息发送至4G通讯模块4，以及将进行预处理后的设备数据信息发送至数据存储模块5，通过4G通讯模块4将位置信息和进行预处理后的设备数据信息发送至云端服务器，数据存储模块5对进行预处理后的设备数据信息进行存储，使得只要是4G网络覆盖的地方都可以使用，从而实现远程实时监控设数据，并且与设备连接的稳定性强。

进一步可选的，信号处理模块2，包括：滤波单元、放大单元和AD转化单元；

滤波单元，用于将设备数据信息进行滤波，得到第一待处理信号，并传送至放大单元；

放大单元，用于将第一待处理信号进行放大，得到第二待处理信号，并将第二待处理信号传送至AD转化单元；

AD转化单元，用于将第二待处理信号从模拟信号转化为数字量信号，得到进行预处理后的设备数据信息，并将进行预处理后的设备数据信息传送至核心控制模块3。

一些实施例中，滤波单元可以但不限于为滤波电路；放大单元可以但不限于为运算放大器；AD转化单元可以但不限于为AD转化器。

进一步可选的，4G通讯模块4内置双天线。

一些实施例中，4G通讯模块4可以但不限于选择内置FPC天线或外置胶棒天线。

进一步可选的，4G通讯模块4通过IPEX接口馈线与天线连接。此种连接方式更加稳定。

需要说明的是，在网络环境优越的情况，4G通讯模块4可使用单根天线的工作方式；在环境复杂的工程现场，可以同时使用两根天线；加强了数据采集仪对环境的适应能力。4G模块会根据两个信号通道的信号值，自动选择单、双信号模式；双信号模式下传输通过两根天线进行，加强了信号的搜索，加大了传输的效率。

一些实施例中，4G通讯模块4通过核心模块来使能4G通讯模块4的供电，等待4G模块供电稳定后向核心控制模块3发送电源稳定信号。

进一步可选的，还包括：RS-485通讯模块6，用于调取数据存储模块5存储的进行预处理后的所述设备数据信息。

一些可选的实施例中，RS-485通讯模块6可以但不限于通过485通讯总线接口实现。可以理解的是，预留RS-485通讯总线接口，可利用RS-485接口对采集仪进行参数修改、读取SD卡数据和升级固件程序等操作。可以理解的是，RS-485通讯模块6属于有线传输，一般以RS-485串行总线形式进行数据传输。

进一步可选的，还包括：充放电模块，用于当存在外接电压接入时，其工作状态为充电状态；当不存在外接电压接入时，其工作状态为放电状态；

与充放电模块连接的电源模块，用于当存在外接电压接入时，通过充放电模块利用外接电压进行充电；当不存在外接电压接入时，通过充放电模块为数据采集仪供电。

需要说明的是，通过利用充放电模块8实现电源模块7的充放电是本领域技术人员所熟知的，因此，其具体实现方式不做过多描述。一些实施例中，充放电模块8可以但不限于通过充放电电路实现；电源模块7可以但不限于通过蓄电池实现。

可以理解的是，通过在数据采集仪中加入充放电模块8和内部嵌入的蓄电池，在接入外部电源时，蓄电池可通过充放电模块8进行充电，无电源接入时也可通过此充放电模块8对数据采集仪及外挂设备进行供电，从而可以在短暂停电中依然保证数据的完整性。

进一步可选的，核心控制模块3通过RS232分别与GPS模块1和4G通讯模块4进行通讯。

一些实施例中，核心控制模块3和4G通讯模块4的通讯协议为AT指令。核心控制模块3可以但不限于通过POWER和POWER GOOD信号判断4G通讯模块4的工作状态。

进一步可选的，核心控制模块3通过SPI总线与信号处理模块2进行通讯。

进一步可选的，核心控制模块3通过SDIO与数据存储模块5进行通讯。

一些可选的实施例中，如图2所示，4G通讯模块4通过IIC通信方式与SIM卡进行通讯，获取SIM卡运营商的服务。SIM卡可选择内置eSIM或外置二切卡。数据流程为：核心控制模块3将指令或者打包后的数据，通过RS-232总线发送到4G通讯模块4，4G通讯模块4利用SIM卡进行无线上网并把收到的核心控制模块3发送的数据发送至云端服务器；同时利用4G通讯模块4内置双天线的双向通讯机制，实现了数据采集仪的远程修改参数、读取SD卡数据和升级固件程序等操作。

本实用新型实施例提供的一种数据采集仪具有良好的经济价值，通过GPS模块1获取位置信息并将位置信息发送至核心控制模块3，信号处理模块2采集设备数据信息，并对设备数据信息进行预处理，将进行预处理后的设备数据信息发送至核心控制模块3，核心控制模块3将位置信息和进行预处理后的设备数据信息发送至4G通讯模块4，以及将进行预处理后的设备数据信息发送至数据存储模块5，通过4G通讯模块4将位置信息和进行预处理后的设备数据信息发送至云端服务器，数据存储模块5对进行预处理后的设备数据信息进行存储，使得只要是4G网络覆盖的地方都可以使用，从而实现远程实时监控设数据，并且与设备连接的稳定性强；通过内部集成电源模块7、充放电模块8和数据存储模块5，使得数据采集仪在停电断网的情况下依然可以将采集的数据保存下来，等到需要的时候再调出历史数据，解决特殊工况下数据丢失问题。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种数据采集仪，其特征在于，包括：GPS模块、信号处理模块、核心控制模块、4G通讯模块和数据存储模块；

所述GPS模块，用于获取位置信息，并将所述位置信息发送至所述核心控制模块；

所述信号处理模块，用于采集设备数据信息，并对所述设备数据信息进行预处理，将进行预处理后的所述设备数据信息发送至所述核心控制模块；

所述核心控制模块，用于将所述位置信息和进行预处理后的所述设备数据信息发送至所述4G通讯模块，以及将进行预处理后的所述设备数据信息发送至数据存储模块；

所述4G通讯模块，用于将所述位置信息和进行预处理后的所述设备数据信息发送至云端服务器；

所述数据存储模块，用于对进行预处理后的所述设备数据信息进行存储。

2.根据权利要求1所述的数据采集仪，其特征在于，所述信号处理模块，包括：滤波单元、放大单元和AD转化单元；

所述滤波单元，用于将所述设备数据信息进行滤波，得到第一待处理信号，并传送至所述放大单元；

所述放大单元，用于将所述第一待处理信号进行放大，得到第二待处理信号，并将所述第二待处理信号传送至所述AD转化单元；

所述AD转化单元，用于将所述第二待处理信号从模拟信号转化为数字量信号，得到所述进行预处理后的所述设备数据信息，并将所述进行预处理后的所述设备数据信息传送至所述核心控制模块。

3.根据权利要求1所述的数据采集仪，其特征在于，所述4G通讯模块内置双天线。

4.根据权利要求3所述的数据采集仪，其特征在于，所述4G通讯模块通过IPEX接口馈线与所述天线连接。

5.根据权利要求1所述的数据采集仪，其特征在于，还包括：RS-485通讯模块，用于调取所述数据存储模块存储的进行预处理后的所述设备数据信息。

6.根据权利要求1所述的数据采集仪，其特征在于，还包括：充放电模块，用于当存在外接电压接入时，其工作状态为充电状态；当不存在外接电压接入时，其工作状态为放电状态。

7.根据权利要求6所述的数据采集仪，其特征在于，还包括：与所述充放电模块连接的电源模块，用于当存在外接电压接入时，通过所述充放电模块利用所述外接电压进行充电；当不存在外接电压接入时，通过所述充放电模块为所述数据采集仪供电。

8.根据权利要求1所述的数据采集仪，其特征在于，所述核心控制模块通过RS232分别与所述GPS模块和所述4G通讯模块进行通讯。

9.根据权利要求1所述的数据采集仪，其特征在于，所述核心控制模块通过SPI总线与所述信号处理模块进行通讯。

10.根据权利要求1所述的数据采集仪，其特征在于，所述核心控制模块通过SDIO与所述数据存储模块进行通讯。

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