一种智慧地钉及智慧地钉的增强型数据采集处理方法与流程

本发明涉及通信，具体是一种智慧地钉及智慧地钉的增强型数据采集处理方法。

背景技术：

1、智慧地钉是一种对地表震动情况进行实时监测和实时上报的新型物联网应用。传统的震动检测装置通常是将震动传感器附着在被检测设备上，对设备的震动进行持续的测量，检测目标单一。

2、智慧地钉的应用场景是铺设在路面上，利用加速度传感器对经过的交通工具，人，或者在检测有效范围内发生的震动事件进行检测。通过对震动数据的分析，查找出是否有符合应用要求的震动事件发生，比如说有暴力施工或者地面破坏的可能性。智慧地钉的安装方式是将整个检测装置嵌入到地面或者管道里。因为传感器需要被固定在较为坚固的壳体中，防止被雨水或者外部压力破坏，所以无法将传感器直接紧贴到震动源。智慧地钉的壳体和外部介质(比如水泥路面，柏油路面等)直接接触，通过共振的形式将震动事件传递到传感器上，在一定程度上减弱了数据源的清晰程度。另外重要的一点是，在路面上产生震动的事件往往是混合发生的，比如电动自行车和汽车可能同时经过路面，不同种类的震源具备不同的震动频率和随之引起的振幅大小。智慧地钉需要通过算法分辨出当前震动源的特征来完成监控任务。

3、震动检测的第一步是计算出震动的频率，振幅大小，以及震动持续时间等参数，然后根据相应的算法再次分析，得出分析结果。在检测路面上发生震动事件时，经常会遇到的困难是事件发生的突然性以及事件的持续时间不可预知。所以尽快完成有效的检测过程是系统设计需要面对的问题。通常震动检测可以采用三轴加速度传感器来判断检测对象的震动情况。加速度传感器可以设定不同的加速度量程来检测震动的大小。比如通用的微型加速度传感器的加速度量程可以有±2/±4/±8/±16g。加速度量程的含义是传感器能够测得的加速度在正反方向上的最大值。如果选择较小的量程，可以对震动幅度较小的震动进行较为准确的描述，但是如果加速度值超过量程，将无法检测完整。在实际使用中，比如某次测量完成后，数据中发现有数值偏大的情况，意味着震动强度超过了有效量程，需要再次调整参数，使用较大的量程继续测量。可是震动事件有可能已经结束，无法进行再次采样，会错失数据采集的完整度和有效性。因此需要在硬件电路和程序处理时考虑到这种情况，采取合适的设计加以完善。

技术实现思路

1、现有技术中单个传感器的智慧地钉，如果选择较小的量程，可以对震动幅度较小的震动进行较为准确的描述，但是震动事件的加速度值超过量程将无法检测完整，而如果选择较大量程，无法精确描述轻微的震动；针对这个问题，本发明提供一种智慧地钉及智慧地钉的增强型数据采集处理方法。

2、技术方案：一种智慧地钉，所述智慧地钉包括第一加速度传感器、第二加速度传感器、单片机及spi选择器；所述第一加速度传感器和第二加速度传感器安装在同一块电路板上；所述单片机与第一加速度传感器、第二加速度传感器通过spi选择器和spi通信总线相连；所述spi选择器用来区分单片机需要通信的spi客户端是第一加速度传感器或者第二传感器；所述单片机工作在spi主模式，所述第一加速度传感器和第二加速度传感器工作在spi从模式；所述单片机上还设有第一spi通信端口、第二spi通信端口和外部唤醒中断信号接口；所述单片机通过所述第一spi通信端口和第二spi通信端口分别于所述第一加速度传感器和所述第二加速度传感器连接；所述外部唤醒中断信号接口与第一加速度传感器相连，用于接收第一加速度传感器发出的中断信号。

3、进一步的，第一加速度传感器、第二加速度传感器的采样频率和预设的采样数量相同，且第一加速度传感器的量程小于所述第二加速度传感器的量程。

4、本发明还公开了一种智慧地钉的增强型数据采集处理方法，包括如下步骤：

5、步骤一、第一加速度传感器检测到有震动事件产生，震动产生的加速度不超过设定的震动触发阈值t时，第一加速度传感器采样到n个数据后完成采样，将采集的数据返回给单片机，单片机对数据进行处理分析，计算出震动事件的特点；

6、步骤二、第一加速度传感器检测到有震动事件产生，且震动产生的加速度超过震动触发阈值t时，包括如下采集步骤：

7、s1：第一加速传感器唤醒单片机，单片机通过第一spi通信端口和第二spi通信端口分别设定第一加速度传感器和第二加速度传感器进行连续采样；

8、s2：当第一加速度传感器和第二传感器采样到n个数据后，完成采样；第一加速度传感器和第二传感器分别将采样数据返回给单片机；

9、s3：单片机对第一加速度传感器和第二传感器采集的数据进行筛选，获取准确的量程数据。

10、s4：单片机对第一加速度传感器和第二传感器采集的数据进行筛选，获取准确的量程数据。

11、s5：对筛选后的数据进行处理分析，计算出震动事件的特点。

12、进一步的，所述s4中，单片机对第一加速度传感器和第二传感器采集的数据进行筛选时，从第一加速度传感器的数据开始筛选，具体筛选过程如下：

13、1)如果第一加速度传感器采集的数据中，排序为m的数据d1m接近g1，其中m<n，且d1m与g1差值小于g1的x％；

14、则单片机判断这个数据可能因为超量程而变得不准确，单片机需要检查第二加速度传感器返回的排序为m的数据d2m，进行进一步判断；

15、2)如果d2m大于d1m，且d2m与d1m的差值大于g1的y％，

16、则确定d1m因为超量程的原因，已经不适合使用，则用d2m取代d1m；

17、3)直到第一加速传感器返回的n个采样数据都被筛选后，筛选过程结束；

18、其中，x％和y％是基于所述智慧地钉的应用场景进行人为设定的。

19、进一步的，智慧地钉在采集数据前对第一加速度传感器、第二加速度传感器和单片机的初始化操作步骤如下：

20、1)通过单片机设定第一加速度传感器和第二加速度传感器的采样频率、第一加速度传感器和量程；

21、所述第一加速度传感器和第二加速度传感器的采样频率均设置为sf，采样数量均设置为n；所述第一加速度传感器的量程设置为g1，所述第二加速度传感器的量程设置为g2，且g2>g1；

22、2)通过单片机设定第一加速度传感器的震动触发阈值t，然后命令第一加速度传感器进入低功耗工作状态；第一加速度传感器保持低功耗工作状态下对震动事件采样；

23、3)通过mcu设定第二加速度传感器进入低功耗休眠模式；设定mcu开启中断唤醒功能后进入低功耗休眠模式。

24、进一步的，所述第一加速度传感器的量程g1为智慧地钉为特定应用场景下震动检测使用的主要量程。

25、进一步的，所述智慧地钉的应用场景为铺设在路面上时，所述第一加速度传感器的量程g1用于检测行人或自行车经过的普通震动，设定为±2g或者±4g；所述第二加速度传感器的量程g2用于检测机械施工产生的强烈震动，设定为±8g或者±16g。

26、有益效果：本发明通过在智慧地钉上集成两个设定了不同参数的加速度传感器对震动事件进行同时测量，获取在相同时间段内相同事件的更多数据，既能测量量程较小的震动幅度较小的震动事件，又能测量量程较大震动强烈的事件，改善了单个传感器因为参数设置的原因而无法进行准确测量震动事件的问题。