一种数据采集系统的制作方法

本实用新型涉及控制技术领域，特别是设计一种数据采集系统。

背景技术：

在工业领域，存在对占地面积很大的区域进行数据采集的需求。例如：雪场温度监测，桥梁状态监测，以及楼宇保温效果监测等。一般情况下，根据实际需要，在该占地面积很大的区域内，安装多个无线发射端以及多个无线传感器，一个无线发射端可以与该无线发射端的信号所覆盖的范围内的多个无线传感器进行无线通信。

无线传感器采集所需的数据，将该数据传输给与其通过无线进行通信的无线发射端，无线发射端再将该数据传输至中心监控系统。中心站监控系统将该数据显示给技术人员。

由于无线传感器与无线发射端采用无线通信方式，在占地面积很大的区域内布设无线发射端以及无线传感器时，需要保证无线传感器与无线发射端之间需要无遮挡布设，若无线传感器与无线发射端之间有障碍物时，会影响无线传感器与无线发射端之间的信息传输。但是，无遮挡布设难度大，灵活性低。布设无线发射端的设备成本和网络通信电缆光缆的成本较高，布设施工时间较长。

技术实现要素：

本实用新型解决的技术问题在于提供一种数据采集系统，从而能够灵活的采集无线传感器的探测数据，不受区域内遮挡的影响，且能够快速部署无线传感器，数据采集方案灵活方便。

为此，本实用新型解决技术问题的技术方案是：

一种数据采集系统，所述系统包括：

中心站的监控系统，无人机，多个无线传感器；

所述中心站的监控系统与所述无人机采用无线通信连接，所述无人机与所述多个无线传感器采用无线通信连接；

所述中心站的监控系统向所述无人机发送采集控制指令，所述采集控制指令包括飞行轨迹信息和采集要求信息；

所述无人机接收所述采集控制指令，按照所述采集控制指令中的飞行轨迹信息，由所述中心站依次飞经所述多个无线传感器再返回所述中心站，所述无人机将从所述多个无线传感器采集的探测数据发送给所述中心站的监控系统；

所述无人机飞经任意一个无线传感器时，给该无线传感器发送采集请求指令，该无线传感器响应所述采集请求指令，根据所述采集请求指令中的采集要求信息将探测数据发送给所述无人机。

可选的，所述无人机包括：

无线通信设备，GPS，第一电池，电调电路，电机，控制芯片；

所述控制芯片内置处理器，气压计以及惯性测量单元，所述惯性测量单元包括三轴陀螺仪，三轴加速计，以及三轴电子罗盘；

所述无线通信设备，所述GPS，所述第一电池，以及所述电调电路，分别与所述控制芯片相连，所述电机与所述电调电路相连；

所述无线通信设备提供无线通信功能；

所述GPS采集GPS信号，所述气压计采集气压信号，所述GPS信号以及所述气压信号用于给所述无人机进行定位；

所述控制芯片和所述电机由所述第一电池供电源，所述控制芯片根据所述采集控制指令中的飞行轨迹信息，所述惯性测量单元传感信号，以及所述GPS信号生成所述电机的电机控制信号；

所述电调电路将所述控制芯片发送的所述电机控制信号转换成电信号，控制电机的转速，进而控制无人机的飞行轨迹。

可选的，

所述控制板是Pixhawk控制板；

所述GPS是3DR uBlox LEA-6H高精度GPS。

可选的，所述无人机还包括：

声呐，SD接口，I2C接口，SPI接口，以及CAN总线接口中的任意一种或多种；

所述声呐，所述I2C接口，所述SPI接口，以及所述CAN总线接口分别与所述控制芯片相连；

所述SD接口内置在所述控制芯片上。

可选的，

所述声呐是MB1210XL-Max高精度声呐。

可选的，所述无线传感器包括：

密封壳体，片上系统，无线通信天线，第二电池以及传感器探头；

所述片上系统，所述无线通信天线，所述第二电池，以及所述传感器探头封装在所述密封壳体内；

所述无线通信天线，所述第二电池，以及所述传感器探头分别与所述片上系统相连；

所述片上系统分别控制所述无线通信天线，所述第二电池，以及所述传感器探头；

所述传感器探头向所述片上系统发送传感信号，所述片上系统根据所述传感信号获得探测数据；所述片上系统通过所述无线通信天线接收到所述无人机发送的所述采集请求指令后，根据所述采集请求指令中的采集要求信息将所述探测数据通过所述无线通信天线发送至所述无人机。

可选的，

所述密封壳体是IP65或IP67的ABS密封壳体。

可选的，

所述片上系统是Cypress的CY8CKIT-042-BLELow Energy片上系统。

可选的，所系统还包括：

无线汇聚器；

在紧急情况下，所述无线汇聚器采用无线通信方式获取该无线汇聚器覆盖范围内的无线传感器的探测数据和报警信息，将所获取的探测数据和报警信息通过短信息发送至所述中心站的监控系统。

可选的，

所述无线汇聚器还包括远程无线通信设备，所述远程无线通信设备包括GPRS，3G，4G以及低功耗广域网络的技术LPWAN中的任意一种或多种；

在紧急情况下，所述无线汇聚器通过所述远程无线通讯设备将所获取的探测数据和报警信息发送至所述中心站的监控系统。

通过上述技术方案可知，本实用新型有如下有益效果：

本实用新型提供了一种数据采集系统，包括中心站的监控系统，无人机，多个无线传感器；中心站的监控系统与无人机采用无线通信连接，无人机与多个无线传感器采用无线通信连接；中心站的监控系统向无人机发送采集控制指令，无人机按照采集控制指令中的飞行轨迹信息，由中心站依次飞经多个无线传感器再返回中心站，无人机飞经每个无线传感器时，给该无线传感器发送采集请求指令，根据采集请求指令中的采集要求信息获得该无线传感器的探测数据，无人机将从多个无线传感器采集的探测数据发送给中心站的监控系统。利用无人机采集多个无线传感器的探测数据，无人机飞行到无线传感器安装处，采集无线传感器的探测数据，避免障碍物遮挡对采集探测数据的影响，灵活性高。

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为本实用新型提供的一种数据采集系统结构示意图；

图2为本实用新型提供的无人机结构示意图；

图3为本实用新型提供的无线传感器示意图。

具体实施方式

为了给出灵活的采集无线传感器的探测数据的实现方案，本实用新型实施例提供了一种数据采集系统，以下结合说明书附图对本实用新型的优选实施例进行说明。

图1为本实用新型提供的一种数据采集系统结构示意图，包括：

中心站的监控系统101，无人机102，多个无线传感器103。

中心站指的是技术人员所处的控制中心，中心站中包括监控系统101，监控系统101一般采用计算机实现。监控系统101能够发送采集控制指令，该采集控制指令包括飞行轨迹信息和采集要求信息。此外，该采集控制指令还包括飞行高度，工作周期等。监控系统101还能够将无人机102从多个无线传感器103所采集的探测数据，进行存储，分析以及显示。

在数据采集系统中，可以只有一个无人机102，也可以有多个无人机102。一般情况下，若探测区域很大，布设的无线传感器103很多时，则可以一次性设置多个无人机102同时采集探测数据，提高数据采集的速度。根据实际需要具体设置即可，这里不再赘述。在本实施例中，以一个无人机102为例进行说明，无人机102有多个时，每个无人机102的实现方法类似。

这里需要说明的是，设置多个无人机102时，每个无人机102所采集的无线传感器103的编号以及个数都由监控系统101决定。无线传感器的编号可以唯一标识该无线传感器。并且，不同无人机102所采集的无线传感器103可以完全不同；也可以部分相同，部分不同；还可以完全相同；按照实际情况具体设置即可。

无线传感器103布设在探测区域中，在实际应用中，可以根据实际需要，设置能够采集所需数据的无线传感器103。例如：无线传感器103可以是温度传感器，也可以是风速传感器，还可以是力学传感器等。

多个无线传感器103固定安装在探测区域内，由工作人员根据探测区域的数据采集需求进行布设。一般情况下，无线传感器103的个数，由探测区域的面积，以及每个无线传感器能够探测的面积确定。布设的无线传感器103的个数，保证能够采集到整个探测区域内的探测数据。

中心站的监控系统101与无人机102采用无线通信连接，无人机102与多个无线传感器103采用无线通信连接。

中心站的监控系统101与无人机采用无线通信连接，可以是WiFi，也可以是蓝牙(Bluetooth)，还可以是红外或者紫峰(ZigBee)等。同理，无人机102与每个无线传感器103之间也采用无线通信连接，可以是WiFi，也可以是Bluetooth，还可以是ZigBee或者红外等。其中，无人机102与监控系统101所采用的无线通信连接的方式，以及无人机102与无线传感器103所采用的无线通信连接的方式，可以相同，也可以不同。举例说明：无人机102与监控系统101可以采用WIFI进行无线通信，无人机102与无线传感器之间采用蓝牙进行无线通信。再举例说明：无人机102与监控系统101之间，以及无人机102与无线传感器之间都采用蓝牙进行无线通信。

中心站的监控系统101向无人机102发送采集控制指令，所述采集控制指令包括飞行轨迹信息和采集要求信息。

无人机102接收所述采集控制指令，按照所述采集控制指令中的飞行轨迹信息，由中心站依次飞经所述多个无线传感器103再返回所述中心站，无人机102将从所述多个无线传感器采集的探测数据发送给所述中心站的监控系统101。

无人机102飞经任意一个无线传感器103时，给该无线传感器103发送采集请求指令，该无线传感器103响应所述采集请求指令，根据所述采集请求指令中的采集要求信息将探测数据发送给所述无人机102。

中心站的监控系统101向无人机发送采集控制指令，该采集控制指令中包括飞行轨迹信息和采集要求信息，如图1所示。中心站的监控系统101中存储有所有在探测区域内布设的无线传感器的位置。中心站的监控系统101依据无人机102所采集的所有无线传感器的位置确定无人机102的飞行轨迹信息，确保无人机102能够经由每个该无人机102所需采集的无线传感器103。即飞行轨迹信息包括无人机所要采集的每个无线传感器的位置信息。

一般情况下，中心站的监控系统101确定无人机102的飞行轨迹信息时，以最短飞行路线为原则，在保证能够经由所有所需采集的无线传感器103的前提下，制定一条最短的飞行轨迹信息，从而减少无人机102的飞行路径的长度。则采集控制指令中的飞行轨迹信息包括该无人机所需采集的所有无线传感器的位置信息。

无人机102按照所述采集控制信号中的飞行轨迹信息，由中心站出发依次飞经所述多个无线传感器103再返回所述中心站，无人机102从每个无线传感器103采集探测数据，再将从飞机轨迹中所有无线传感器所采集的探测数据发送给中心站的监控系统101。

中心站的监控系统101给无人机102发送的采集控制指令还包括对每个无线传感器进行数据采集时所需的采集要求信息。无人机102根据该采集要求信息从无线传感器采集探测数据。这里需要说明的是，根据实际需要，每个无线传感器的采集要求信息可以相同，也可以不同。

无人机102从飞行轨迹信息中确定每个无线传感器103的位置信息，当飞经一个无线传感器103时，可以在该无线传感器103很近的范围内，采用无线通信方式，向无线传感器103发送采集请求指令。无线传感器103接收到该采集请求指令后，将所采集的探测数据发送给无人机102。无人机102接收到该探测数据后，存储该无线传感器的编号与所接收到的探测数据，并按照飞行轨迹飞往下一个无线传感器。

由于无人机102在飞经一个无线传感器时，在一个很近的范围内采集该无线传感器的探测数据，不受障碍物的阻挡，采集探测数据时，传输探测数据的信号不会受到干扰。中心站的监控系统101可以灵活的确定无人机102采集探测数据的飞经轨迹，使得采集探测数据灵活可变。当无线传感器的个数增加时，只需要根据无线传感器的位置信息，修改无人机102的飞行轨迹即可。

在一个例子中，如图2所示，所述无人机102包括：

无线通信设备201，GPS(Global Positioning System)202，第一电池203，电调电路204，电机205，控制芯片206。

所述控制芯片206内置处理器，气压计以及惯性测量单元，所述惯性测量单元包括三轴陀螺仪，三轴加速计，以及三轴电子罗盘。

所述无线通信设备201，所述GPS 202，所述第一电池203，以及所述电调电路204分别与所述控制芯片206相连，所述电机205与所述电调电路204相连。

所述无线通信设备201提供无线通信功能。

所述GPS 202采集GPS信号，所述气压计采集气压信号，所述GPS信号以及所述气压信号用于给所述无人机进行定位。

所述控制芯片206和所述电机205由所述第一电池203供电源，所述控制芯片206根据所述采集控制指令中的飞行轨迹信息，所述惯性测量单元传感信号，以及所述GPS202信号生成所述电机的电机控制信号。

所述电调电路204将所述控制芯片206发送的电机控制信号转换成电信号，控制电机205的转速，进而控制无人机的飞行轨迹。

控制芯片206是所述无人机的控制中心，控制芯片206接收中心站的监控系统发送的采集控制指令，根据采集控制指令中的飞行轨迹信息，以及GPS信号，以及气压信号生成电机控制信号，将该电机控制信号发送电调电路204，电调电路204将电机控制信号转换成电信号，控制电机的转速，进而控制无人机的飞行轨迹。其中，气压信号是由控制芯片206中内置的气压计获得，能够表征无人机的飞行高度。

在一个例子中，控制芯片206是Pixhawk控制板。

一个例子中，无人机中的无线通信设备201，可以仅提供一种无线通信方式，既能够提供无人机与中心站的监控系统的无线通信连接，还能提供无人机与无线传感器的无线通信连接。

另一个例子中，无人机中的无线通信设备201还可以设置两个不同的无线通信子设备，一个无线通信子设备提供无人机与中心站的监控系统的无线通信连接，另外一个无线通信子设备提供无人机与无线传感器的无线通信连接。

GPS 202能够实时的提供无人机当前的GPS位置信息。

在一个例子中，GPS是3DR uBlox LEA-6H高精度GPS。

第一电池203能够给无人机各个用电部件提供电能。

在一个例子中，所述无人机还包括：

声呐，SD(Secure Digital Memory Card，安全数字存储卡)接口，I2C(Inter－Integrated Circuit)接口，SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)接口，以及CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)总线接口中的任意一种或多种。

所述声呐，所述I2C接口，所述SPI接口，以及所述CAN总线接口分别与所述控制芯片相连。

声呐与控制芯片相连，控制芯片通过分析声呐的探测信号，能够探测到沿着无人机飞行的方向上一定范围内是否有障碍物。

无人机还提供各种数据传输接口，包括SD接口，I2C接口，SPI接口，以及CAN总线接口中的任意一种或多种。当然，还可以根据实际需要，在无人机上设置其他接口，这里不再赘述。

其中，SD接口内置在控制芯片上。

在一个例子中，声呐是MB1210XL-Max 高精度声呐。

在一个例子中，如图3所示，所述无线传感器包括：

密封壳体301，片上系统302，无线通信天线303，第二电池304以及传感器探头305。

所述片上系统302，所述无线通信天线303，所述第二电池304，以及所述传感器探头305封装在所述密封壳体301内。

所述无线通信天线303，所述第二电池304，以及所述传感器探头305分别与所述片上系统302相连。

所述片上系统302分别控制所述无线通信天线303，所述第二电池304，以及所述传感器探头305。

所述传感器探头305向所述片上系统301发送传感信号，所述片上系统301根据所述传感信号获得探测数据；所述片上系统301通过所述无线通信天线303接收到所述无人机发送的所述采集请求指令后，根据所述采集请求指令中的采集要求信息将所述探测数据通过所述无线通信天线303发送至所述无人机。

片上系统302是无线传感器的控制中心，控制无线传感器中的其他部件。传感器探头305采集传感信号，将传感信号发送至片上系统301。片上系统301将传感信号进行处理，获得探测数据进行存储。片上系统301接收到无人机发送的采集请求指令后，根据所述采集请求指令中的采集要求信息将所存储的探测数据通过无线通信天线，发送给无人机。

在一个例子中，片上系统是Cypress的CY8CKIT-042-BLELow Energy片上系统。

每个无线传感器中的所有部件都封装在密封壳体301内。其中，该密封壳体可以采用IP65或IP67的ABS密封壳体，方便安装，并且密封性好。

其中，无线通信天线可以采用0-3db的微型天线，减小天线体积，以便封装在密封壳体301中。在实际应用中，若存在增大通信功率进而增大通信距离的需求时，天线303也可以从密封壳体301中伸出，根据实际需要具体设置即可。

在一个例子中，所述无线传感器还包括：

无线汇聚器；

在紧急情况下，所述无线汇聚器采用无线通信方式获取该无线汇聚器覆盖范围内的无线传感器的探测数据和报警信息，将所获取的探测数据和报警信息通过短信息发送至所述中心站的监控系统。在一个例子中，

所述无线汇聚器还包括远程无线通信设备，所述远程无线通信设备包括GPRS，3G，4G以及低功耗广域网络的技术LPWAN中的任意一种或多种；

在紧急情况下，所述无线汇聚器通过所述远程无线通讯设备将所获取的探测数据和报警信息发送至所述中心站的监控系统。

系统中还包括无线汇聚器(Cluster)，该无线汇聚器可以给中心站的监控系统发送短消息。可以在无线传感器所处的环境出现紧急情况时，利用无线汇聚器将无线传感器的探测数据发送至中心站的监控系统，或者发送到中心站的工作人员的手机中，进行紧急报警。从而能够及时提醒工作人员及时处理该紧急情况，以免发生危险。

在具体实现时，还可以给无线汇聚器上安装一个远程无线通信设备，该无线通信设备包括GPRS，3G，4G以及低功耗广域网络的技术(Low-Power Wide-Area Network，LPWAN)中的任意一种或多种，以实现无线汇聚器与中心站的监控系统的远程及时通信，用以实现在紧急情况下，进行及时告警。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。