CN110505133A - 传感器信号采集器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种传感器信号采集器，该传感器信号采集器包括：采集模块、压缩和滤波模块、模式识别模块、通讯模块、控制器、显示模块、输出模块、电源模块。通过更改采集模块，能够接入不同的传感器信号并转换为统一的CAN总线信号，用以将不同传感器接入物联网***。同时，滤波与压缩模块能对传感器信号进行滤波与压缩处理，分担网关与服务器的计算压力，减少数据传输带宽。最后，自检功能能够实现采集器的快速调试与检修，减少工程时间。

Description

传感器信号采集器
技术领域
本发明涉及物联网技术领域，具体设计一种物联网用传感器信号采集器。
背景技术
物联网是新一代信息技术的重要组成部分，其一般的定义是指：“通过射频识别、红外感应器、全球定位***、气体感应器等信息传感设备，按照约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化的识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。简而言之，就是物物相连的互联网。”
物联网***需要使用到大量的传感器，而由于传感器的输出信号不同，物联网***无法同时兼容所有的传感器。同时，传感器所感测的原始数据存在以下问题。首先，物联网收集信息主要用于控制与分析两部分，无论是起到哪一种用途，都要求记录的数据尽可能的准确，然而由于现场干扰，传感器本身稳定性等问题，往往记录的数据都带有许多上下起伏的毛刺，如果不对毛刺进行处理，则会影响***通过数据进行控制或分析时的精度。同时，物联网***往往需要记录突变的数据，为此需要设定极高的采集速度，但快速的采样频率又会带来大量的数据，占用带宽以及存储空间。最后，由于物联网设备的使用环境恶劣，传感器信号采集器一旦发生错误只能等待工程人员到现场才能了解错误原因，排查故障时间较长。
发明内容
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种能对传感器信号进行转换、滤波、压缩的自诊断传感器信号采集器。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种传感器信号采集器，由采集模块、压缩和滤波模块、模式识别模块、通讯模块、控制器、显示模块、输出模块、电源模块构成。
所述采集模块有以下几种：1、连续信号采集类：由传感器、信号调理与模数转换器构成。其中传感器负责将任意物理量转化成电信号，信号调理模块主要负责将外部输入信号处理成模数转换器的输入范围，同时保护整个***不受外部输入信号的干扰。模数转换器负责将模拟信号转换成数字信号，供后级模块使用。2、开关信号采集类：由信号整形器构成。将外部输入的开关脉冲信号进行整形，直接当数字信号输入到下一级模块。3、总线信号：由总线收发器与协议翻译器构成，将其他总线协议进行解析，解析出原始的数据后输入到下一级模块。
所述模式识别模块主要将信号进行识别，将有价值的结论通过通讯模块发送至网关。
所述通讯模块采用总线形式与网关通讯，用以上传传感器数据和采集器状态，同时接收网关的控制信息。
所述压缩与滤波模块负责将采集模块的数字信号进行处理，滤除干扰杂波，同时对数据进行压缩以节省总线带宽。
所述控制器用以控制各模块的运行，同时通过收集各模块的状态，将模块信息通过CAN总线发送至网关，根据需要控制显示模块发布信息，实现采集器自检。
所述显示模块用以显示控制器与网关传输的采集器状态信息，缩减采集器调试及检修的时间。
所述输出模块用以将采集器状态或网关指令直接以模拟或数字信号形式输出，在控制器的作用下完成逻辑控制，实现与外部设备的联动。
所述电源模块用以为其他模块供电。
本发明所能产生的有益技术效果为通过更改采集模块，能够接入不同的传感器信号并转换为统一的CAN总线信号，用以将不同传感器接入物联网***。同时，滤波与压缩模块能对传感器信号进行滤波与压缩处理，分担网关与服务器的计算压力，减少数据传输带宽。最后，自检功能能够实现采集器的快速调试与检修，减少工程时间。
附图说明
图1为本发明的***模组组成示意图。
图2为本发明一种具体实施例的结构示意图。
图3为本发明实施例压缩与滤波模块、模式识别模块、控制器模块以及采集器模块具体实施例结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所有实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本实施例采样模块选用连续信号采集模块，传感器信号采集器输入4-20mA电流信号，输出CAN总线信号。电源模块使用Morsun公司的VBR2424一体化隔离电源模块，电源模块将总线提供的24V电源做电气隔离后为***供电。通讯模块使用TI公司的ISO1050 CAN隔离型总线收发器。压缩与滤波模块、模式识别模块、控制模块以及采集模块的数模转换器部分均由ST公司的STM32F103单片机实现。ISO1050 CAN隔离型总线收发器与STM32F103单片机的CAN Tx与Rx连接。显示模块使用2只LED灯组成，分别指示运行与故障状态。
传感器信号转换、滤波、压缩的具体实施过程如下：
首先，传感器信号采集器使用采样电阻将电流信号转换为电压信号，经过LM258进行滤波放大后调理成0-3V的信号输入STM32F103内置的模数转换器中，完成信号调理。继而由STM32F103单片机对信号进行压缩、滤波、识别。如图2所示，STM32F103内部包括12BitADC、滤波模块、压缩模块、收发模块、控制模块与显示模块。12BitADC在控制模块的控制下以1KSps的速率对调理结束后的信号进行采样，将采样信号送入滤波模块。滤波模块根据配置选择使用何种滤波器对采样信号进行处理，作为本技术方案的一种优选方案，本实施例中使用卡尔曼滤波器与均值滤波器，用以将采样信号进行平滑处理，去除由于随机的信号噪声产生的毛刺。其后，采样信号转入压缩模块，压缩模块根据控制器的配置选择使用何种压缩算法对采样信号进行处理，作为本技术方案的一种优选方案，本实施例中使用统计方差压缩算法与斜率压缩算法。同时，压缩模块也用以根据控制器的配置，决定该采样信号是否传送至收发模块。转至收发模块的采样信号经由收发模块制成标准CAN数据帧，交由外部的ISO收发芯片，将数据通过CAN总线发送至网关。
在本实施例中，控制模块用以控制12BitADC的采样速率、选择滤波与压缩算法与控制参数、配置收发模块地址与配置波特率。同时，控制模块也用以收集各个模块的状态，将模块的状态信息通过CAN总线发送至网关并通过GPI0点亮显示模块的LED灯实现自检功能。

Claims (10)

1.一种传感器信号采集器，其特征在于，包含采集模块、压缩与滤波模块、模式识别模块、通讯模块、控制器、显示模块、输出模块和电源模块，用以将传感器信号采集、滤波、压缩后输出为CAN总线信号与网关通信。
2.根据权利要求1所述的传感器信号采集器，其特征在于，所述采集模块用于将传感器信号转换为数字信号输出至下一模块。
3.根据权利要求2所述的传感器信号采集器，其特征在于，所述采集模块为连续信号采集模块、开关信号采集模块、总线信号采集模块的其中一种。
4.根据权利要求3所述的传感器信号采集器，其特征在于，所述连续信号采集模块可接入的信号种类为4-20mA电流信号、0-5A电流信号、0-5V电压信号、0-10V电压信号、0-100V电压信号的其中一种。
5.根据权利要求1所述的传感器信号采集器，其特征在于，所述压缩与滤波模块用于通过滤波算法与压缩算法将采集模块的数字信号进行处理，滤除干扰杂波，同时对数据进行压缩以节省总线带宽。
6.根据权利要求1所述的传感器信号采集器，其特征在于，所述控制器用于控制各模块间的运行，同时实现采集器的自诊断功能，诊断由内部或外部所引发的错误。
7.根据权利要求1所述的传感器信号采集器，其特征在于，显示模块用于显示其他模块的通讯信息。
8.根据权利要求1所述的传感器信号采集器，其特征在于，模式识别模块用以信号识别，决定信号是否要发送至网关。
9.根据权利要求1所述的传感器信号采集器，其特征在于，输出模块用以将采集器状态或网关指令直接以模拟或数字信号形式输出，在控制器的作用下完成逻辑控制，实现与外部设备的联动。
10.根据权利要求1所述的传感器信号采集器，其特征在于，所述电源模块用以为其他模块供电。
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