CN103312772A - 一种应用于物联网的数据采集***及相应的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明披露了一种应用于物联网的数据采集***及相应的装置，该装置包括：信号叠加模块将有线传感器信号和/或无线传感器信号叠加处理成实时数据输出；数据接入模块识别和接入信号叠加模块输出的实时数据，并将数据坏值剔除后输出；主控制模块从数据接入模块接收实时数据并存储在SD卡，同时输出给嵌入式***模块；根据嵌入式***模块的指令进行数据比较或各类校准，并输出数据比较响应；嵌入式***模块接收实时视频数据和主控制模块输出的实时数据，并进行加工处理后存储在硬盘上；将设置的给定数据携带在指令中传输给主控制模块；视频信号接入模块将从摄像头阵列接收的图像信号转换成实时视频数据输出。
Description
技术领域
本发明涉及数据采集技术和物联网技术，尤其涉及用于物联网的数据采集***及相应的装置。
背景技术
物联网(The Internet of Things)技术，即通过无线射频识别(RFID，RadioFrequency Identification Devices)、基于IEEE 802.11b标准的无线局域网(WIFI，Wireless Fidelity)、紫蜂无线个域网(ZigBee)、传感器、全球定位***(GPS，Global Position System)以及激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议把各类物品与互联网连接起来进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理。通俗的说，物联网就是可实现“感知世界”的网络。
数据采集与监控(SCADA，Supervisory Control and Data Acquisition)***，是以计算机为基础的生产过程控制与调度的自动化***。它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、参数测量、参数调节、各类信号报警、数据加工后的参数报警及参数自动控制等各项功能，也就是实现在具体应用领域的“感知”。传统的SCADA***一般由监控中心、通讯网络和远程数据采集终端组成。其中，监控中心即数据处理和显示***，也称上位机人机界面(HMI，Human Machine Interface)***，由软件和硬件组成；其中硬件主要包括服务器、管理员站和操作员站，软件采用专用的SCADA***软件。通讯网络大体可以分为两类：有线和无线。远程数据采集终端，即各种智能数据采集设备，也就是通常所说的下位机，如各种远程终端设备(RTU，Remote Terminal Unit)、可编程逻辑控制器(PLC，Programmable Logic Controller)及各种智能控制设备等。
物联网技术对于当前科技领域并不是一个完全陌生的概念。因为无论是对于工厂的现场设备的控制，还是对电网、自来水管网、燃气管道、铁路、桥梁、隧道、水文水利、数字农业***的监控，甚至是对宇宙飞船、卫星运行的监测监控，无不是通过将物物相联的网络来实现的，只不过人们在传统上将这些专业领域的“物联”应用称之为SCADA***。当然从定义上来看，物联网是一个具有更广泛意义上的“感知”网络，通过物联网人们可将“感知”扩展到每台设备、每件商品甚至每个人，实现对静态和动态的物的监控与管理，以真正达到“感知中国”以及“智慧地球”的目标。因此，从严格意义上说物联网既是SCADA这一传统的“感知”技术在概念与应用上的延伸，又是对SCADA技术发展的一种质的提升。
随着网络与通信技术的发展，物联网将新一代IT技术充分运用于各行各业中，使物理世界与信息世界相联结。物联网技术必将促进SCADA***体系结构的变革与升级，使得SCADA***的应用领域越来越广，除了在传统的供水、供气、环保、能源、轨道交通、机场、铁路、电力、石油、石化等行业应用外，在大众的日常工作生活及其它各种领域中也将得到广泛应用，最终使SCADA这一物联网的具体应用***真正发展成为“感知世界”的智慧网。
通常，物联网应用***具有以下三种架构：
(1)基于RFID的物联网应用架构电子标签，它可能是三种架构技术体系中能够最灵活地将“物”改变成为智能物品的，其主要应用是将移动和非移动资产贴上电子标签，以实现对资产进行各种跟踪和管理；
(2)基于传感网络的物联网应用架构，主要是指无线传感网络(WSN，Wirelcss SensorNetworks)，它由分布在自由空间里的一组“自治的”无线传感器组成，以共同协作完成对特定周边环境状况(包括温度、湿度、化学成分、压力、声音、位移、振动以及污染颗粒等)的监控。WSN中的一个节点(或称Mote)一般是由一个无线收发器、一个微控制器以及一个电源组成。WSM是一种自治重构(Ad-Hoc或Self-Configuring)网络，包括无线网状网(Mesh Networks)和移动自重构网(MANET)等。
(3)基于M2M的物联网应用架构，其中业界认同的M2M理念和技术架构覆盖的范围应该是最广泛的，包含有线和无线两种通信方式。M2M覆盖和拓展了工业信息化(两化融合)中传统的SCADA***。
今大，SCADA***已逐渐从最初的主机控制***、分布式控制***发展到了网络化的***，并且也大有从用专有协议的封闭式***演变为用以太网和TCP/IP协议为主流的开放式***的趋势。
例如测量一个区块的土壤水分，往往需要多点测量网格式布设及多样化的传感器配置，且不能完全采用有线的方式布设，可能需要采用无线自组网模式来建立采集体系。又如测量路桥质量变化同样需要网格式的布设，但是需要用光纤预埋的方式来建立采集体系。再如在一个特定安装环境下，由于使用环境不同而需要用不同的无线方式传输和接入到一个采集装置中进行统一处理。其中，Wifi带宽较大，传输速率高且辐射距离远，可用在那些数据量加大而且间隔远的传感器上；Rfid本身成本低，可用于小的区块里密集布设；Zigbee则用在网格式布设且数据量不是很大的条件下适用。如何根据不同的布设方式组合去适应不同的现场测量需求和安装条件，以及对于各种无线信号如何做到组合接收，是当今的数据采集装置面临现场安装需求的多样化所要解决的问题——开放式***的实现。
再有，前端的采集装置将现场采集的信号通过网络回传给上位机。当有灾害或事故出现导致网络瘫痪时，如何使得采集前端继续受操控而正常工作？由于上位机需处理和加工的来自采集前端的数据量不断增大，会消耗大量的***资源而导致效率降低，并需要提高机房建设成本以换取效率的提高，同时导致后端的维护量加大，成本会出现逐年递增的现象。而如果将以往在后端平台数据处理和加工的工作门庭前移至前端，则会省去大量的采集数据传输的网络资源和后端上位机的***资源。这是现有的数据采集装置所需考虑的一种新的设计策略——网络化***的实现。
因此，便要求研究和设计一种能适应于当今网络化、开放式的物联网***的数据采集装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种应用于物联网的数据采集***，能够灵活地适应于网络化、开放式的物联网***。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种应用于物联网的数据采集***，包括信号前端和数据采集装置，信号前端包括摄像头阵列和一个或多个传感器阵列，数据采集装置除了装置本身供电的电源模块外还包括信号叠加模块、数据接入模块、主控制模块、嵌入式***模块以及视频信号接入模块，其中：
摄像头阵列，用于布设于一个或多个测量区块内采集图像信号，作为环境参数信号的辅助信号实时输出；
传感器阵列，包括有线传感器阵列、无线传感器阵列中的一种或多种，用于为一个或多个测量区块配置传感器网格相应地实时输出有线信号和无线信号；
信号叠加模块，用于将有线传感器阵列实时输出的有线信号和/或无线传感器阵列实时输出的无线信号相应地叠加处理成实时数据输出，叠加处理包括有线信号的位扩充、端口扩充、数据整理以及无线信号网络协议的组网定义；
数据接入模块，用于识别和接入信号叠加模块输出的实时数据，并在将其中的数据坏值剔除后输出给主控制模块；
主控制模块，用于与嵌入式***模块交互，接收数据接入模块输出的实时数据并存储在SD卡，同时输出给嵌入式***模块；根据嵌入式***模块传输的指令进行数据比较或各类校准，并输出数据比较响应；
嵌入式***模块，用于接收视频信号接入模块输出的实时视频数据和主控制模块输出的实时数据，并将接收的实时视频数据和实时数据进行数据加工后存储在硬盘上；将设置的给定数据携带在相应指令中传输给主控制模块；
视频信号接入模块，用于将摄像头阵列实时输出的所述图像信号转换成实时视频数据输出。
优选地，该***包括用于传输Zigbee无线传感信号的Zigbee传感器阵列、用于传输Wifi无线传感信号的Wifi传感器阵列以及用于传输Rfid无线传感信号的Rfid传感器阵列中的一种或多种无线传感器阵列。
优选地，
信号叠加模块包括有线叠加扩展模块和/或无线叠加模块；其中包括Zigbee叠加模块、Wifi叠加模块以及Rfid叠加模块中的一种或多种无线叠加模块，用于分别相应地对Zigbee无线传感信号、Wifi无线传感信号以及Rfid无线传感信号进行信号叠加；
数据接入模块包括n个识别和接入数据的数据接入单元，n为大于1的整数；每一个信号叠加单元扩展m个接口，m为大于或等于1的整数。
优选地，信号前端还包括中继模块，其中：
Zigbee中继模块接在Zigbee传感器阵列和Zigbee叠加模块之间，用于中继输出Zigbee传感器阵列传输的Zigbee无线传感信号；
Wifi中继模块接Wifi传感器阵列与Wifi叠加模块之间，用于中继输出Wifi传感器阵列传输的Wifi无线传感信号；
Rfid中继模块接在Rfid传感器阵列与Rfid叠加模块之间，用于中继输出Rfid传感器阵列传输的Rfid无线传感信号。
优选地，
嵌入式***模块设置包括在预置预警级别下的要素预警值、数据给定值、时间校准值以及数据通道校准值中的一种或多种给定数据，分别相应地携带在预警比较指令、数据比较指令、时间校准指令以及数据通道校准指令中传输给所述主控制模块；进行的数据加工包括实时数据搜索及显示、预警显示以及视频数据分析中的一种或多种；
主控制模块将所述实时数据与预警比较指令中携带的要素预警值比较，将超出预警值范围的比较结果输出给嵌入式***模块；或将实时数据与数据比较指令中携带的数据给定值比较，若比较结果为超出数据给定值范围，则向电源模块输出供电控制指令；或根据时间校准指令中携带的时间校准值对当前时间进行校准；或根据数据通道校准指令中携带的数据通道校准值对各个数据采集通道进行曲线补偿校准。
优选地，
嵌入式***模块收到所述主控制模块输出的实时数据后回执数据确认指令；
主控制模块若在一定时间内未就相应的数据收到所述数据确认指令，则用指针指向SD卡上相应的数据，待重传给嵌入式***模块；直至收到数据确认指令后删除该指针。
优选地，
嵌入式***模块还根据数据加工的结果生成分析图形；定期或按用户要求通过互联网向后端平台传输硬盘上存储的数据；对数据加工结果进行自定义并导出数据；进行装置内的设备、权限管理以及前端传感器管理。
优选地，电源模块包括一供电输入模块和两个远程供电控制模块，其中：
电源开关模块布设有外接电池供电端口以及电池状态指示灯；
供电输入模块含有一电源仓和一温控模块；其中电源仓内布设有一电源适配器端口及电源自检指示灯；温控模块通过热敏电阻感测装置内温度，当感测温度小于预设温度时，控制启动装置内的硅胶电热板加热至预设温度；
供电控制模块布设有多个远程供电控制开关端口和相应的供电自检指示灯；当接收到主控制模块输出的供电控制指令时，通过远程供电控制开关端口输出供电控制开关信号，并通过供电自检指示灯指示供电状态。
优选地，数据采集装置的前端盖仓内除了包括电源模块所处的电源区外，还包括其它三个区：
信号采集区，最多可布设n个数据接入单元，每一数据接入单元包括数据接入端口和相应的数据自检指示灯；测量现场采集的有线或无线传感信号，其中每m个信号通过一个相应的信号叠加单元***数据接入端口；
网络通讯区，在一个***接口模块上布设有一RJ45网络端口，一音频输入端口，一音频输出端口，一有线传输端口，一VGA显示端口；
存储区，布设一用于装载t级容量硬盘的硬盘仓。
优选地，数据采集装置的外形结构包括上端面的可拆卸拎手和两侧端面的风扇散热孔和安装预留孔；其中，风扇散热孔的内侧装配有用于防虫防尘的砂网。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种应用于物联网的数据采集装置，除包括内置的电源模块外，还包括信号叠加模块、信号接入模块、主控制模块、嵌入式***模块以及视频信号接入模块，其中：
信号叠加模块，用于将有线传感器阵列实时输出的有线信号和/或无线传感器阵列实时输出的无线信号相应地叠加处理成实时数据输出，叠加处理包括有线信号的位扩充、端口扩充、数据整理以及无线信号网络协议的组网定义；
数据接入模块，用于识别和接入信号叠加模块输出的实时数据，并在将其中的数据坏值剔除后输出给主控制模块；
主控制模块，用于与嵌入式***模块交互，接收数据接入模块输出的实时数据并存储在SD卡，同时输出给嵌入式***模块；根据嵌入式***模块传输的指令进行数据比较或各类校准，并输出数据比较响应；
嵌入式***模块，用于接收视频信号接入模块输出的实时视频数据和主控制模块输出的实时数据，并将接收的实时视频数据和实时数据进行数据加工后存储在硬盘上；将设置的给定数据携带在相应指令中传输给主控制模块；
视频信号接入模块，用于将摄像头阵列实时输出的图像信号转换成实时视频数据输出。
优选地，
信号叠加模块包括有线叠加扩展模块和/或无线叠加模块；其中包括Zigbee叠加模块、Wifi叠加模块以及Rfid叠加模块中的一种或多种无线叠加模块，用于分别相应地对Zigbee无线传感信号、Wifi无线传感信号以及Rfid无线传感信号进行信号叠加；
数据接入模块包括n个识别和接入数据的数据接入单元，n为大于1的整数；每一个信号叠加单元扩展m个接口，m为大于或等于1的整数。
优选地，
嵌入式***模块设置包括在预置预警级别下的要素预警值、数据给定值、时间校准值以及数据通道校准值中的一种或多种给定数据，分别相应地携带在预警比较指令、数据比较指令、时间校准指令以及数据通道校准指令中传输给所述主控制模块；进行的数据加工包括实时数据搜索及显示、预警显示以及视频数据分析中的一种或多种；
主控制模块将所述实时数据与预警比较指令中携带的要素预警值比较，将超出预警值范围的比较结果输出给嵌入式***模块；或将实时数据与数据比较指令中携带的数据给定值比较，若比较结果为超出数据给定值范围，则向电源模块输出供电控制指令；或根据时间校准指令中携带的时间校准值对当前时间进行校准；或根据数据通道校准指令中携带的数据通道校准值对各个数据采集通道进行曲线补偿校准。
优选地，
嵌入式***模块收到主控制模块输出的实时数据后回执数据确认指令；
主控制模块若在一定时间内未就相应的数据收到数据确认指令，则用指针指向SD卡上相应的数据，待重传给嵌入式***模块；直至收到数据确认指令后删除该指针。
优选地，
嵌入式***模块还根据数据加工的结果生成分析图形；定期或按用户要求通过互联网向后端平台传输硬盘上存储的数据；对数据加工结果进行自定义并导出数据；进行装置内的设备、权限管理以及前端传感器管理。
优选地，电源模块包括一供电输入模块和两个远程供电控制模块，其中：
电源开关模块布设有外接电池供电端口以及电池状态指示灯；
供电输入模块含有一电源仓和一温控模块；其中电源仓内布设有一电源适配器端口及电源自检指示灯；温控模块通过热敏电阻感测装置内温度，当感测温度小于预设温度时，控制启动装置内的硅胶电热板加热至预设温度；
供电控制模块布设有多个远程供电控制开关端口和相应的供电自检指示灯；当接收到主控制模块输出的供电控制指令时，通过远程供电控制开关端口输出供电控制开关信号，并通过供电自检指示灯指示供电状态。
优选地，该装置的前端盖仓内除了包括电源模块所处的电源区外，还包括其它三个区：
信号采集区，最多可布设n个数据接入单元，每一数据接入单元包括数据接入端口和相应的数据自检指示灯；测量现场采集的有线或无线传感信号，其中每m个信号通过一个相应的信号叠加单元***数据接入端口；
网络通讯区，在一个***接口模块上布设有一RJ45网络端口，一音频输入端口，一音频输出端口，一有线传输端口，一VGA显示端口；
存储区，布设一用于装载t级容量硬盘的硬盘仓。
优选地，该装置的外形结构包括上端面的可拆卸拎手和两侧端面的风扇散热孔和安装预留孔；其中，风扇散热孔的内侧装配有用于防虫防尘的砂网。
优选地，根据客户要求按如下一种或多种方式重新定制和更新嵌入式***模块：
第一，根据改变的行业应用内容设置相应的数据加工、设备管理内容；
第二，开放该装置设置的远程升级端口，与网络上的升级管理服务器相对应，所述服务器对于每个装置上的嵌入式***模块有唯一的ID及对应的客户信息，用于进行日常的***客户定制升级；
第三，当客户提出嵌入式***升级请求后，若运行资源无法满足升级后的运行条件，则更换嵌入式***模块。
本发明基于模块化组合设计思想，可根据数据采集现场情况灵活、适应性强地构成数据采集传感网，并为此配备各种传感器接入模块，使得数据采集装置能够极强地做到开放式；另外，本发明使用稳定的工业级主板设计并将嵌入式***结构引入布设在监测的节点装置上，共同担负对采集的各种参数和接收的视频数据进行加工、预警条件设置、广域网发布等处理，由此实现数据加工处理的工作门庭前移，在本地对数据进行分级管理，降低网络数据传输及后平台海量数据加工的重负，提高***的整体效率，避免因网络原因造成的数据传输稳定性降低及丢包等数据安全性问题的出现，从而大大提高和拓展了物联网技术的可应用性。
附图说明
图1为本发明的应用于物联网的数据采集***实施例的结构框图；
图2为应用图1所示装置实施例中从现场测量区块传感器网格接入有线或无线信号的示意图；
图3为图1所示装置实施例前端盖仓内设计布局示意图；
图4为图1所示的***实施例中数据采集装置的外形结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和优选实施例对本发明的技术方案进行详细地阐述。应该理解，以下列举的实施例仅用于说明和解释本发明，而不构成对本发明技术方案的限制。
如图1所示，表示了本发明的应用于物联网的数据采集***实施例的结构，包括信号前端和数据采集装置；信号前端包括摄像头阵列和一个或多个传感器阵列，数据采集装置除了装置本身供电的电源模块外，还包括信号叠加模块、数据接入模块、主控制模块、嵌入式***模块以及视频信号接入模块，其中：
摄像头阵列，用于布设于一个或多个测量区块内采集图像信号，作为环境参数信号辅助信号实时输出；
传感器阵列，包括有线传感器阵列、无线传感器阵列中的一种或多种，用于为一个或多个测量区块配置传感器网格相应地实时输出有线信号和无线信号；
信号叠加模块，用于将有线传感器阵列实时输出的有线信号和/或无线传感器阵列实时输出的无线信号相应地进行叠加处理成实时数据输出，叠加处理包括有线信号的位扩充、端口扩充、数据整理以及无线信号网络协议的组网定义；
数据接入模块，用于识别和接入信号叠加模块输出的实时数据，并在将其中的数据坏值剔除后输出给主控制模块；
主控制模块，用于与嵌入式***模块交互，接收数据接入模块输出的实时数据并存储在SD卡，同时输出给嵌入式***模决；根据嵌入式***模块传输的指令进行数据比较或各类校准，并输出数据比较响应；
嵌入式***模块，用于接收视频信号接入模块输出的实时视频数据和主控制模块输出的实时数据，并将接收的实时视频数据和实时数据进行数据加工后存储在硬盘上；将设置的给定数据携带在相应指令中传输给主控制模块；
视频信号接入模块，用于将摄像头阵列实时输出的所述图像信号转换成实时视频数据输出。
在上述***实施例中，
包括用于传输Zigbee无线传感信号的Zigbee传感器阵列、用于传输Wifi无线传感信号的Wifi传感器阵列以及用于传输Rfid无线传感信号的Rfid传感器阵列中的一种或多种无线传感器阵列。
在上述***实施例中，
信号叠加模块包括有线叠加扩展模块和无线叠加模块，其中包括Zigbee叠加模块、Wifi叠加模块以及Rfid叠加模块中的一种或多种无线叠加模块，用于分别对Zigbee无线传感信号、Wifi无线传感信号以及Rfid无线传感信号相应地进行信号叠加；
数据接入模块包括n(n为大于1的整数)个识别和接入数据的数据接入单元。若每一个信号叠加单元扩展m(m为大于或等于1的整数)个接口，则本装置最大可扩展：m*n个传感器接入。
在上述***实施例中，信号前端还包括中继模块，其中包括Zigbee中继模块、Wifi中继模块以及中继模块的一种或多种无线中继模块，用于相应地按在Zigbee传感器阵列与Zigbee叠加模块之间、Wifi传感器阵列与Wifi叠加模块之间以及Rfid传感器阵列与Rfid叠加模块之间，分别相应地对Zigbee无线传感信号、Wifi无线传感信号以及Rfid无线传感信号进行中继输出。
中继模块用于提高各类无线信号的传输功率。在无线传感器阵列和无线叠加模块之间相应的无线中继模块的个数由无线传感器阵列所处测量区块位置的远近及无线传感器信号强弱确定。
在上述***实施例中，
嵌入式***模块设置包括在预置预警级别下的要素预警值、数据给定值、时间校准值以及数据通道校准值中的一种或多种给定数据，分别相应地携带在预警比较指令、数据比较指令、时间校准指令以及数据通道校准指令中传输给主控制模块；进行的数据加工包括实时数据搜索及显示、预警显示以及视频数据分析中的一种或多种；
主控制模块将实时数据与预警比较指令中携带的要素预警值比较，将超出预警值范围的比较结果输出给嵌入式***模块；或将实时数据与数据比较指令中携带的数据给定值比较，若比较结果为超出数据给定值范围，则向电源模块输出供电控制指令；或根据时间校准指令中携带的时间校准值对当前时间进行校准；或根据数据通道校准指令中携带的数据通道校准值对数据采集通道进行曲线补偿校准。
在上述***实施例中，
嵌入式***模块收到主控制模块输出的实时数据后回执数据确认指令；
主控制模块若在一定时间内未就相应的数据收到数据确认指令，则用指针指向SD卡上相应的数据，待重传给嵌入式***模块；直至收到数据确认指令后删除指针。
在上述***实施例中，
嵌入式***模块还根据数据加工的结果生成分析图形；定期或按用户要求通过互联网向后端平台传输硬盘上存储的数据；对数据加工结果进行自定义并导出数据；进行装置内的设备、权限管理以及前端传感器管理。
由于现有机箱的有线传感器模块接口会接入各种不同类型的传感器，处于饱和状态。在这样的条件下，有线叠加扩展模决的作用是对各种有线传感器输出的不同类型的信号进行扩展。
由于要监测的环境需要在不同的地点安装传感器，且距离相对比较远；或者，有的环境由于受现场的工作条件的限制根本不容用有线方式连接，故本发明提供使用无线方式布设无线传感器来适应现场的安装条件。本发明无论从理论上还是实际操作上均可使用于各种无线传输模式的传感器阵列，以适应现代物联网的传感器网格的需求。
如图2所示，表示了图1所示的本发明的装置实施例中从现场测量区块的传感器网格接入有线传感信号或无线传感信号的示意。其中的信号叠加单元与图1所示的信号叠加模块相对应，每一个信号叠加单元可以是有线叠加扩展模块或Zigbee、Wifi以及Rfid三种无线叠加模块中的一个。本发明的上述装置通过测量区块号识别该区块归属哪一个传感器网格，通过有线或无线传感器所在传感器网格的位置(列号或行号)识别该传感器连接哪一个信号叠加单元。
若每一个信号叠加单元可扩展m个接口，则本发明的数据采集装置实施例最大可扩展：m*n个传感器接入。譬如图3中n＝24，m＝5，则最大可扩展120个传感器接入。由此可看出本发明上述***实施例提供了一个极强的开放式前端采集***，完全可以满足各个行业的不同数据采集的应用需求。
如图3所示，是图1所示装置实施例的前端盖仓内布局设计，共有四块区域：
1)电源区的电源模块，包括一电源开关模块，一供电输入模块，一个或多个(譬如2个)远程供电控制模块，其中：
电源开关模块：布设有电源开关，电源指示灯，外接电池供电端口，电池状态指示灯；
供电输入模块：含有一电源仓，仓内布设有一电源适配器(譬如220VAC-24VDC)端口，一电源自检指示灯；
供电控制模块：布设有多个(譬如5个)远程供电控制开关端口和相应的供电自检指示灯；当接收到主控制模块输出的供电控制指令时，通过远程供电控制开关端口输出供电控制开关信号，并通过供电自检指示灯指示供电状态。
2)信号采集区，最多可布设n＝24个数据接入单元，每一数据接入单元包括数据接入端口和相应的数据自检指示灯；测量现场采集的有线或无线传感信号，其中每m＝5个信号通过一个相应的信号叠加单元***数据接入端口，如图2所示意的。
3)网络通讯区，在一个***接口模块(它是嵌入式***模块的***端口设备)上布设有一网络端口(RJ45)，一音频输入端口，一音频输出端口，一有线传输端口(232、485、urat串口中的一种)，一VGA显示端口，两个USB。
4)存储区，布设一硬盘仓，用于装载一容量为t级的硬盘。
在上述装置实施例中，供电输入模块还包括一散热模块和一温控模块，其中：
散热模块，用于通过装置内的风扇吹风散热；
温控模块，用于通过热敏电阻感测装置内温度，当感测温度小于预设温度时，控制启动装置内的硅胶电热板加热至预设温度。
本发明的上述装置通过上述温控模块、散热模块使得装置能够适应室外极端大气下的恶劣环境。
本发明的上述装置实施例中，嵌入式***模块主要的作用是接收视频数据，对视频数据和采集前端采集的进行数据加工、设置预警条件、进行数据的广域网发布。通过该嵌入式***模块的使用提倡将***以往放在后端平台上的操作前移到前端装置上，分级管理数据，以大大提高本地执行效率，避免因网络原因造成的数据传输稳定性差以及丢包等问题。
现有的许多设备本身不带数据处理***，不能在现场实现可视化，数据往往需要通过有线网络或无线(如GPRS等)网络形式回传到后平台进行加工整理。这样不可避免地需大量的人力资源、设备资源及房屋使用资源，由此会大大降低***的整体效率。虽然也有一些现有的设备带有数据处理***，但由于是按照整体的行业需求而特别定制的***，特制的嵌入式处理不能适应现场传感器的类型及数据加工形式的改变，往往需要推翻旧***重新设计新***，由此大大增加客户的设备重冗及其应用成本。另外当***出现故障时，需要停机维修，使得***整体的工作停顿下来，导致一个时间段采集数据的缺失，这在专业行业领域里是不允许出现的。
本发明的上述装置中使用嵌入式***模块和主控制模块便解决了上述所有这些问题。针对不同客户的需求，本发明设计开放式***的多种模块，客户可根据自己的需求任意选择或升级各类模块。在需要***维修时，通过***自检迅速得知故障模块，并只需将故障模块拆卸下来维修即可，而设备主体依然可保持运行，继续采集数据，并把未上传的数据存储下来，等***中故障模块修好或更换后，自动将数据上传。另外要说明的是，本发明为了保证***安全，***中各种模块本身与SD卡或硬盘上的数据库不是一体连接，故障模块拆卸后经处理或加工的数据依然在装置主体的存储区上。本发明的上述装置支持本地显示功能，可方便地实现本地***可视化管理和维护。并且，通过对本地报警及语音输出、输入功能的支持，可以实现本地测量现场与网络另一端进行视频对讲联络。并且，如果嵌入式***模块出现故障，主控制模块依然可通过正常运行把实时采集、处理的数据存入到SD卡中，待嵌入式***模块修复或更替后把未上传的数据依次上传，确保***整体数据最大程度的完整性，也就是说建立双向确认机制。
图4为图1所示的***实施例中数据采集装置的外形结构，它包括上端面的可拆卸拎手和两侧端面的风扇散热孔和安装预留孔。其中，风扇散热孔的内侧装配有用于防虫防尘的砂网；通过两侧的安装预留孔可以安装支架(譬如角铁)，便于在装置需要安装在一个机箱内时，利用安装预留孔及其安装的支架与机箱装配在一起。
物联网的应用领域非常广泛，譬如有定位***、仓储管理、流量管理，或者仓储管理与环境监测需要管理在同一个设备上等等多种用途，并且可对其进行组合，构成复合型应用。因此，在这样的条件下，本发明嵌入式***模块根据客户要求的应用领域的不同选择具体适用的功能；同时可针对使用环境变化后根据需要增添或更改的使用需求，重新定制该模块，并在现有的设备上更换模块达到升级目的。本发明按照如下方式中的一种或多种进行模块更新：
第一，嵌入式***模块可针对行业应用的改变而更改，即根据不同行业应用设置相应的数据加工、设备管理内容。
第二，开放本装置***内设置的远程升级端口，与网络上的升级管理服务器相对应，该服务器对于每个设备上的嵌入式***模块都有一个唯一的ID及对应的客户信息，可进行日常***的客户定制升级。
第三，当客户提出嵌入式***升级请求后，如果现有的嵌入式***模块的运行资源无法满足升级后的运行条件，则采取硬件配置升级，即更换整个嵌入式***模块，以提高配置及芯片级别。
本发明的上述设计可避免现有设备在此方面的缺陷：当要进行硬件升级时需更换整体设备，且数据线、网线均需重新连接，以及设备要重新调试等等。而在实际的工程中则要面临更大的工作量。本发明的的上述模块更换的设计，在整体上无论是设备本身还是工程的繁复工作量都可被降到最低，由此大大增加了设备的工作和管理效率。
Claims (19)
1.一种应用于物联网的数据采集***，其特征在于，包括信号前端和数据采集装置，信号前端包括摄像头阵列和一个或多个传感器阵列，数据采集装置除了装置本身供电的电源模块外还包括信号叠加模块、数据接入模块、主控制模块、嵌入式***模块以及视频信号接入模块，其中：
摄像头阵列，用于布设于一个或多个测量区块内采集图像信号，作为环境参数信号的辅助信号实时输出；
传感器阵列，包括有线传感器阵列、无线传感器阵列中的一种或多种，用于为一个或多个测量区块配置传感器网格相应地实时输出有线信号和无线信号；
信号叠加模块，用于将有线传感器阵列实时输出的有线信号和/或无线传感器阵列实时输出的无线信号相应地叠加处理成实时数据输出，叠加处理包括有线信号的位扩充、端口扩充、数据整理以及无线信号网络协议的组网定义；
数据接入模块，用于识别和接入信号叠加模块输出的实时数据，并在将其中的数据坏值剔除后输出给主控制模块；
主控制模块，用于与嵌入式***模块交互，接收数据接入模块输出的实时数据并存储在SD卡，同时输出给嵌入式***模块；根据嵌入式***模块传输的指令进行数据比较或各类校准，并输出数据比较响应；
嵌入式***模块，用于接收视频信号接入模块输出的实时视频数据和主控制模块输出的实时数据，并将接收的实时视频数据和实时数据进行数据加工后存储在硬盘上；将设置的给定数据携带在相应指令中传输给主控制模块；
视频信号接入模块，用于将摄像头阵列实时输出的所述图像信号转换成实时视频数据输出。
2.按照权利要求1所说的***，其特征在于，包括用于传输Zigbee无线传感信号的Zigbee传感器阵列、用于传输Wifi无线传感信号的Wifi传感器阵列以及用于传输Rfid无线传感信号的Rfid传感器阵列中的一种或多种无线传感器阵列。
3.按照权利要求2所述的***，其特征在于，
所述信号叠加模块包括有线叠加扩展模块和/或无线叠加模块；其中包括Zigbee叠加模块、Wifi叠加模块以及Rfid叠加模块中的一种或多种无线叠加模块，用于分别相应地对Zigbee无线传感信号、Wifi无线传感信号以及Rfid无线传感信号进行信号叠加；
所述数据接入模块包括n个识别和接入数据的数据接入单元，所述n为大于1的整数；每一个信号叠加单元扩展m个接口，所述m为大于或等于1的整数。
4.按照权利要求3所述的***，其特征在于，所述信号前端还包括中继模块，其中：
Zigbee中继模块接在Zigbee传感器阵列和Zigbee叠加模块之间，用于中继输出Zigbee传感器阵列传输的Zigbee无线传感信号；
Wifi中继模块接Wifi传感器阵列与Wifi叠加模块之间，用于中继输出Wifi传感器阵列传输的Wifi无线传感信号；
Rfid中继模块接在Rfid传感器阵列与Rfid叠加模块之间，用于中继输出Rfid传感器阵列传输的Rfid无线传感信号。
5.按照权利要求1至4任一项所述的***，其特征在于，
所述嵌入式***模块设置包括在预置预警级别下的要素预警值、数据给定值、时间校准值以及数据通道校准值中的一种或多种给定数据，分别相应地携带在预警比较指令、数据比较指令、时间校准指令以及数据通道校准指令中传输给所述主控制模块；进行的数据加工包括实时数据搜索及显示、预警显示以及视频数据分析中的一种或多种；
所述主控制模块将所述实时数据与所述预警比较指令中携带的所述要素预警值比较，将超出预警值范围的比较结果输出给所述嵌入式***模块；或将所述实时数据与所述数据比较指令中携带的所述数据给定值比较，若比较结果为超出数据给定值范围，则向所述电源模块输出供电控制指令；或根据所述时间校准指令中携带的所述时间校准值对当前时间进行校准；或根据所述数据通道校准指令中携带的所述数据通道校准值对各个数据采集通道进行曲线补偿校准。
6.按照权利要求5所述的***，其特征在于，
所述嵌入式***模块收到所述主控制模块输出的实时数据后回执数据确认指令；
所述主控制模块若在一定时间内未就相应的数据收到所述数据确认指令，则用指针指向SD卡上相应的数据，待重传给所述嵌入式***模块；直至收到所述数据确认指令后删除所述指针。
7.按照权利要求1至4任一项所述的***，其特征在于，
所述嵌入式***模块还根据数据加工的结果生成分析图形；定期或按用户要求通过互联网向后端平台传输硬盘上存储的数据；对数据加工结果进行自定义并导出数据；进行装置内的设备、权限管理以及前端传感器管理。
8.按照权利要求5所述的***，其特征在于，所述电源模块包括一供电输入模块和两个远程供电控制模块，其中：
电源开关模块布设有外接电池供电端口以及电池状态指示灯；
供电输入模块含有一电源仓和一温控模块；其中电源仓内布设有一电源适配器端口及电源自检指示灯；温控模块通过热敏电阻感测装置内温度，当感测温度小于预设温度时，控制启动装置内的硅胶电热板加热至预设温度；
供电控制模块布设有多个远程供电控制开关端口和相应的供电自检指示灯；当接收到所述主控制模块输出的供电控制指令时，通过远程供电控制开关端口输出供电控制开关信号，并通过供电自检指示灯指示供电状态。
9.按照权利要求8所述的***，其特征在于，所述数据采集装置的前端盖仓内除了包括所述电源模块所处的电源区外，还包括其它三个区：
信号采集区，最多可布设n个数据接入单元，每一数据接入单元包括数据接入端口和相应的数据自检指示灯；测量现场采集的有线或无线传感信号，其中每m个信号通过一个相应的信号叠加单元***数据接入端口；
网络通讯区，在一个***接口模块上布设有一RJ45网络端口，一音频输入端口，一音频输出端口，一有线传输端口，一VGA显示端口；
存储区，布设一用于装载t级容量硬盘的硬盘仓。
10.按照权利要求1至4、6、8、9任一项所述的***，其特征在于，所述数据采集装置的外形结构包括上端面的可拆卸拎手和两侧端面的风扇散热孔和安装预留孔；其中，风扇散热孔的内侧装配有用于防虫防尘的砂网。
11.一种应用于物联网的数据采集装置，包括内置的电源模块，其特征在于还包括信号叠加模块、信号接入模块、主控制模块、嵌入式***模块以及视频信号接入模块，其中：
信号叠加模块，用于将有线传感器阵列实时输出的有线信号和/或无线传感器阵列实时输出的无线信号相应地叠加处理成实时数据输出，叠加处理包括有线信号的位扩充、端口扩充、数据整理以及无线信号网络协议的组网定义；
数据接入模块，用于识别和接入信号叠加模块输出的实时数据，并在将其中的数据坏值剔除后输出给主控制模块；
主控制模块，用于与嵌入式***模块交互，接收数据接入模块输出的实时数据并存储在SD卡，同时输出给嵌入式***模块；根据嵌入式***模块传输的指令进行数据比较或各类校准，并输出数据比较响应；
嵌入式***模块，用于接收视频信号接入模块输出的实时视频数据和主控制模块输出的实时数据，并将接收的实时视频数据和实时数据进行数据加工后存储在硬盘上；将设置的给定数据携带在相应指令中传输给主控制模块；
视频信号接入模块，用于将摄像头阵列实时输出的所述图像信号转换成实时视频数据输出。
12.按照权利要求11所述的装置，其特征在于，
所述信号叠加模块包括有线叠加扩展模块和/或无线叠加模块；其中包括Zigbee叠加模块、Wifi叠加模块以及Rfid叠加模块中的一种或多种无线叠加模块，用于分别相应地对Zigbee无线传感信号、Wifi无线传感信号以及Rfid无线传感信号进行信号叠加；
所述数据接入模块包括n个识别和接入数据的数据接入单元，所述n为大于1的整数；每一个信号叠加单元扩展m个接口，所述m为大于或等于1的整数。
13.按照权利要求12所述的装置，其特征在于，
所述嵌入式***模块设置包括在预置预警级别下的要素预警值、数据给定值、时间校准值以及数据通道校准值中的一种或多种给定数据，分别相应地携带在预警比较指令、数据比较指令、时间校准指令以及数据通道校准指令中传输给所述主控制模块；进行的数据加工包括实时数据搜索及显示、预警显示以及视频数据分析中的一种或多种；
所述主控制模块将所述实时数据与所述预警比较指令中携带的所述要素预警值比较，将超出预警值范围的比较结果输出给所述嵌入式***模块；或将所述实时数据与所述数据比较指令中携带的所述数据给定值比较，若比较结果为超出数据给定值范围，则向所述电源模块输出供电控制指令；或根据所述时间校准指令中携带的所述时间校准值对当前时间进行校准；或根据所述数据通道校准指令中携带的所述数据通道校准值对各个数据采集通道进行曲线补偿校准。
14.按照权利要求13所述的装置，其特征在于，
所述嵌入式***模块收到所述主控制模块输出的实时数据后回执数据确认指令；
所述主控制模块若在一定时间内未就相应的数据收到所述数据确认指令，则用指针指向SD卡上相应的数据，待重传给所述嵌入式***模块；直至收到所述数据确认指令后删除所述指针。
15.按照权利要求11至14任一项所述的装置，其特征在于，
所述嵌入式***模块还根据数据加工的结果生成分析图形；定期或按用户要求通过互联网向后端平台传输硬盘上存储的数据；对数据加工结果进行自定义并导出数据；进行装置内的设备、权限管理以及前端传感器管理。
16.按照权利要求13所述的装置，其特征在于，所述电源模块包括一供电输入模块和两个远程供电控制模块，其中：
电源开关模块布设有外接电池供电端口以及电池状态指示灯；
供电输入模块含有一电源仓和一温控模块；其中电源仓内布设有一电源适配器端口及电源自检指示灯；温控模块通过热敏电阻感测装置内温度，当感测温度小于预设温度时，控制启动装置内的硅胶电热板加热至预设温度；
供电控制模块布设有多个远程供电控制开关端口和相应的供电自检指示灯；当接收到所述主控制模块输出的供电控制指令时，通过远程供电控制开关端口输出供电控制开关信号，并通过供电自检指示灯指示供电状态。
17.按照权利要求16所述的装置，其特征在于，该装置的前端盖仓内除了包括所述电源模块所处的电源区外，还包括其它三个区：
信号采集区，最多可布设n个数据接入单元，每一数据接入单元包括数据接入端口和相应的数据自检指示灯；测量现场采集的有线或无线传感信号，其中每m个信号通过一个相应的信号叠加单元***数据接入端口；
网络通讯区，在一个***接口模块上布设有一RJ45网络端口，一音频输入端口，一音频输出端口，一有线传输端口，一VGA显示端口；
存储区，布设一用于装载t级容量硬盘的硬盘仓。
18.按照权利要求11至14、17任一项所述的装置，其特征在于，该装置的外形结构包括上端面的可拆卸拎手和两侧端面的风扇散热孔和安装预留孔；其中，风扇散热孔的内侧装配有用于防虫防尘的砂网。
19.按照权利要求11至14、17任一项所述的装置，其特征在于，
根据客户要求按如下一种或多种方式重新定制和更新所述嵌入式***模块：
第一，根据改变的行业应用内容设置相应的数据加工、设备管理内容；
第二，开放所述装置设置的远程升级端口，与网络上的升级管理服务器相对应，所述服务器对于每个装置上的所述嵌入式***模块有唯一的ID及对应的客户信息，用于进行日常的***客户定制升级；
第三，当客户提出嵌入式***升级请求后，若运行资源无法满足升级后的运行条件，则更换所述嵌入式***模块。
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