CN112037494A - 一种无线振动数据采集装置 - Google Patents

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樊玉明
田寅
唐海川
龚明
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Abstract

本发明实施例提供一种无线振动数据采集装置，能够实现振动数据的可靠稳定采集，可用性高。装置包括：振动传感器、数据处理器、无线网络接口、数据缓存以及电源；所述数据处理器分别连接所述振动传感器、无线网络接口、数据缓存以及电源；其中，所述振动传感器用于采集振动数据，所述数据处理器设置有多种与所述数据处理器、所述振动传感器以及所述无线网络接口的工作状态相关联的功耗模式，所述数据处理器用于根据当前的功耗设定需求选择对应的功耗模式。

Description

一种无线振动数据采集装置
技术领域
本发明涉及数据采集技术领域，尤其涉及一种无线振动数据采集装置。
背景技术
机械振动时工程技术和日常生活中常见的物理现象。振动具有有害的一面，如破坏机器的正常工作、缩短机器的使用寿命、产生噪声等；振动也有可利用的一面，如可以进行振动输送、振动夯实、振动破碎、振动时效和振动加工等。为了兴利除弊，必须对振动现象进行测量和研究，比如基于采集到的振动数据进行研究等。
现有的振动数据采集装置通常基于有线传输，无线的产品体积大、工作模式单一、数据精度低、吞吐量小、数据稳定性差以及需要经常性更换电池，从而振动数据采集的稳定性和可用性低。
发明内容
本发明实施例提供一种无线振动数据采集装置，用以解决现有技术中无线网络中断导致的数据缺失的缺陷，实现振动数据的可靠稳定采集，可用性高。
本发明实施例提供一种无线振动数据采集装置，包括：振动传感器、数据处理器、无线网络接口、数据缓存以及电源；
所述数据处理器分别连接所述振动传感器、无线网络接口、数据缓存以及电源；
其中，所述振动传感器用于采集振动数据，所述数据处理器设置有多种与所述数据处理器、所述振动传感器以及所述无线网络接口的工作状态相关联的功耗模式，所述数据处理器用于根据当前的功耗设定需求选择对应的功耗模式。
根据本发明一个实施例的无线振动数据采集装置，所述功耗模式包括实时模式、定时模式以及沉睡模式。
根据本发明一个实施例的无线振动数据采集装置，所述实时模式包括：按照设定规则持续采集、存储及上报数据，以及与服务器长连接，直至低电保护关机或者配置切换。
根据本发明一个实施例的无线振动数据采集装置，所述定时模式包括第一定时模式和第二定时模式，所述第一定时模式包括：无任务期间休眠，休眠时支持网络唤醒、定时唤醒以及事件唤醒，唤醒后按照设定规则完成采集任务，之后再次进入休眠；所述第二定时模式包括：无任务期间休眠，休眠时支持定时唤醒以及事件唤醒，唤醒后按照所述设定规则完成采集任务，之后再次进入休眠。
根据本发明一个实施例的无线振动数据采集装置，所述第一定时模式和所述第二定时模式支持控制功耗模式在待机和采集之间切换。
根据本发明一个实施例的无线振动数据采集装置，所述沉睡模式包括：常态休眠，只支持外部唤醒。
根据本发明一个实施例的无线振动数据采集装置，所述振动传感器，具体采用可变精度和可变数据域配置的方式采集振动数据。
根据本发明一个实施例的无线振动数据采集装置，所述数据处理器，还用于根据获取到的射频信号质量进行射频性能评估，并根据所评估的射频性能设定发射功率。
根据本发明一个实施例的无线振动数据采集装置，若所述射频信号质量低于第一阈值，则切换为高发射功率，若所述射频信号质量高于第二阈值，则切换为低发射功率，其中，所述第一阈值小于所述第二阈值。
根据本发明一个实施例的无线振动数据采集装置，所述数据处理器采用直接存储器存取DMA通道分别连接所述振动传感器、无线网络接口以及数据缓存。
本发明实施例提供的无线振动数据采集装置，基于多种功耗模式的设计，提升能量利用效率，实现了低功耗的振动数据的采集，提高了振动数据采集的稳定性和可用性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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是本发明实施例提供的一种无线振动数据采集装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，图1为本发明实施例提供的一种无线振动数据采集装置结构示意图，如图1所示的无线振动数据采集装置包括：振动传感器10、数据处理器11、无线网络接口12、数据缓存13以及电源14；
其中，数据处理器11分别连接振动传感器10、无线网络接口12、数据缓存13以及电源14；
振动传感器10用于采集振动数据，数据处理器11设置有多种与数据处理器11、振动传感器10以及无线网络接口12的工作状态相关联的功耗模式，数据处理器11用于根据当前的功耗设定需求选择对应的功耗模式。
通常，无线振动数据采集装置可以使用低功耗的CC3200数据处理器与ADXL357振动传感器作为主要部件，采用802.11n协议WIFI进行组网数据传输。采用通用宽压供电接口设计，可以容忍3-5V供电，设计采用锂电，也可切换至其他供电平台；采用NADA_SD进行辅助数据缓存；无线振动数据采集装置中的各元器件间采用直接存储器存取(Direct MemoryAccess，DMA)通道连接；元器件集成在30*30mm的印制电路板(Printed Circuit Board，PCB)上。
基于上述无线振动数据采集装置描述的内容，在上述无线振动数据采集装置结构示意图下，下面对低功耗电源控制方法进行说明，具体地：
采用分级电源管理模式，数据处理器11作为电源管理的核心执行者，由高到低设计功耗模式，如实时模式、定时模式以及沉睡模式。具体地，可以由高到低设计4种功耗模式，依次为实时模式、第一定时模式、第二定时模式以及沉睡模式。各功耗模式定义如下：
实时模式：按照设定规则持续采集、存储数据并按照规则采集上报数据，与服务器长连接，保证数据连续性，直至低电保护关机或者配置切换；
第一定时模式：无任务期间休眠，休眠时可支持网络唤醒、定时唤醒、事件唤醒；其中主要唤醒模式为定时唤醒，唤醒后按照规则完成采集任务，之后再次进入休眠；
第二定时模式：无任务期间休眠，休眠时可支持定时唤醒、事件唤醒；其中主要唤醒模式为定时唤醒，唤醒后按照规则完成采集任务，之后再次进入休眠；
沉睡模式：常态休眠，只支持外部唤醒。
其中，第一定时模式和第二定时模式可以单独按需控制功耗模式在待机和采集之间切换，从而改变整体功耗。
根据功耗与数据需求可远程控制功耗模式切换，灵活配置采集任务，进行精细化功耗管理，在不同的功耗模式对应的功耗等级之间切换，以适合任务需求的最低功耗运行。具体地，如下表1所示：
Figure BDA0002619268590000051
表1
下面对低功耗数据采集控制方法进行说明，具体地：
振动传感器10在进行数据采集时，采用可变精度和可变数据域配置的方法，数据处理器11可以设定为只采集感兴趣的最小量数据位，用于处理和传输，降低数据吞吐量，减少不必要的数据吞吐，以适合任务的最小资源工作，达到最低功耗。
下面对低功耗无线射频控制方法进行说明，具体地：
数据处理器11根据获取到的射频信号质量进行射频性能评估，根据所评估的射频性能选取合适的发射功率，以降低输出功耗。
下面对低功耗控制流程进行说明，具体地：
无线振动数据采集装置上电或启动后，根据当前的功耗设定需求和功能需求，可人工或者自动选择对应模式的功耗等级进行***配置；
无线振动数据采集装置运行时根据对数据的需求选择合理的功耗模式进行配置以及传输；
无线振动数据采集装置运行时，根据射频信号质量采样进行射频性能评估，如果射频信号质量降低到低于第一阈值，切换为高发射功率，如果射频信号质量高于第二阈值，切换为低发射功率，第一阈值和第二阈值可以根据现场信号分布情况按需选取，且第一阈值小于第二阈值。
综上，本发明采用低功耗的硬件架构设计和工作方法设计，实现了低功耗的无线振动数据的采集，可以明显减小无线振动数据采集装置的体积，提高无线振动数据采集装置的可用性和稳定性。使用精细化灵活的功耗管理模式，综合提升能量利用效率。可以有效延长无线振动数据采集装置的使用周期，减少维护频次。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种无线振动数据采集装置，其特征在于，包括：
振动传感器、数据处理器、无线网络接口、数据缓存以及电源；
所述数据处理器分别连接所述振动传感器、无线网络接口、数据缓存以及电源；
其中，所述振动传感器用于采集振动数据，所述数据处理器设置有多种与所述数据处理器、所述振动传感器以及所述无线网络接口的工作状态相关联的功耗模式，所述数据处理器用于根据当前的功耗设定需求选择对应的功耗模式。
2.根据权利要求1所述的无线振动数据采集装置，其特征在于，所述功耗模式包括实时模式、定时模式以及沉睡模式。
3.根据权利要求2所述的无线振动数据采集装置，其特征在于，所述实时模式包括：按照设定规则持续采集、存储及上报数据，以及与服务器长连接，直至低电保护关机或者配置切换。
4.根据权利要求2所述的无线振动数据采集装置，其特征在于，所述定时模式包括第一定时模式和第二定时模式，所述第一定时模式包括：无任务期间休眠，休眠时支持网络唤醒、定时唤醒以及事件唤醒，唤醒后按照设定规则完成采集任务，之后再次进入休眠；所述第二定时模式包括：无任务期间休眠，休眠时支持定时唤醒以及事件唤醒，唤醒后按照所述设定规则完成采集任务，之后再次进入休眠。
5.根据权利要求4所述的无线振动数据采集装置，其特征在于，所述第一定时模式和所述第二定时模式支持控制功耗模式在待机和采集之间切换。
6.根据权利要求2所述的无线振动数据采集装置，其特征在于，所述沉睡模式包括：常态休眠，只支持外部唤醒。
7.根据权利要求1所述的无线振动数据采集装置，其特征在于，所述振动传感器，具体采用可变精度和可变数据域配置的方式采集振动数据。
8.根据权利要求1所述的无线振动数据采集装置，其特征在于，所述数据处理器，还用于根据获取到的射频信号质量进行射频性能评估，并根据所评估的射频性能设定发射功率。
9.根据权利要求8所述的无线振动数据采集装置，其特征在于，若所述射频信号质量低于第一阈值，则切换为高发射功率，若所述射频信号质量高于第二阈值，则切换为低发射功率，其中，所述第一阈值小于所述第二阈值。
10.根据权利要求1-9任一项所述的无线振动数据采集装置，其特征在于，所述数据处理器采用直接存储器存取DMA通道分别连接所述振动传感器、无线网络接口以及数据缓存。
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