一种多类型传感器数据采集与传输方法及装置与流程

本发明涉及传感器数据采集与传输，特别涉及一种多类型传感器数据采集与传输方法及装置。

背景技术：

1、艰险复杂山区由于环境恶劣，传感器部署及数据传输都存在较大的困难，急需一种基于无线网络的传感器数据采集、传输设备。在实际工程应用中，单跳型无线星状网络传输存在易受障碍物遮挡，监测范围小等缺点，无法满足复杂山区地势起伏大，树木遮挡严重情况下的使用要求。因此急需开发一种抗损毁、自组织的无线传感器监测系统。

2、结合当前物联网、数据采集与传输发展现状，针对艰险复杂山区铁路基础设施与地质灾害自动化监测中存在的传感器类型多、无线数据传输困难等问题，本文设计了一种多类型传感器数据采集与传输系统，可实现多个通道多种不同类型传感器数据采集，同时克服了山区地势起伏大，树木遮挡严重引起的无线数据传输困难。

3、该系统实际运行中，通过mcu控制硬件通道切换，完成接入通道与传感器类型相匹配。由uc/os操作系统完成传感器数据分时采集、无线自组织网络建立与维护，将节点采集到的传感器数据实时传送至汇聚节点，最后由汇聚点汇总后通过gprs上传至远程服务器。从而实现了对艰险复杂山区灾害实时在线远程监测，确保沿线铁路运营安全。

技术实现思路

1、本发明的方法通过多个通道采集多种不同类型传感器数据，提出了一种多类型传感器数据采集与传输方法及装置，实现对艰险复杂山区灾害实时在线远程监测，确保沿线铁路运营安全。

2、为了实现上述目的，提出了以下技术方案：

3、一种多类型传感器数据采集与传输装置，包括传感器、主控芯片、终端节点和汇聚节点；

4、所述主控芯片控制终端节点采集传感器数据上传至所述汇聚节点，所述主控芯片控制汇聚节点对所述传感器数据汇总后上传至数据中心，所述数据中心对所述传感器数据进行实时存储与解析；

5、所述传感器数据由若干个数字量传感器和若干个模拟量传感器采集。

6、该装置可应用于艰险复杂山区铁路自动化监测中，实现多类型传感器数据的实时采集与无线自组织网络传输，运行效果良好。

7、优选的，所述主控芯片采用stm32f103。

8、优选的，所述终端节点包括数据采集模块、电量监测模块、无线433mhz模块、串口通信模块；

9、所述数据采集模块包括数字量传感器、模拟量传感器和振弦式传感器；所述数据采集模块采集所述传感器数据输入主控芯片；

10、所述电量监测模块通过与主控芯片连接监测所述终端节点的电池电量；

11、所述串口通信模块通过与主控芯片连接转换所述传感器数据为实际物理量；

12、所述无线433mhz模块通过与主控芯片和汇聚节点相连传输所述传感器数据。

13、优选的，所述汇聚节点包括gprs模块、无线433mhz模块、sd卡存储模块和时钟模块；

14、所述无线433mhz模块通过与主控芯片和终端节点相连无线传输所述传感器数据；

15、所述gprs模块与主控芯片和远程服务器相连传输所述传感器数据；

16、所述sd卡存储模块和时钟模块与主控芯片相连，所述sd卡存储模块在所述gprs模块网络掉线时通过sd卡存储所述传感器数据；

17、所述时钟模块通过与主控芯片相连对汇聚节点进行时间标记。

18、优选的，所述模拟量传感器的电路包括若干个模拟量传感器、多通道选择开关、信号调理电路选择开关、信号调理电路、ad转换电路和无线433mhz模块；

19、所述若干个模拟量传感器接入所述终端节点，通过所述多通道选择开关进行采样通道选择，并通过所述信号调理电路选择开关选择所述若干个模拟量传感器对应的信号调理电路，所述模拟量传感器输出的模拟信号经过所述信号调理电路后输入至所述ad转换电路，所述ad转换电路将所述模拟信号转换成数字信号，所述主控芯片对数字信号进行处理后发送至所述汇聚节点。

20、优选的，所述模拟量传感器包括振弦式传感器，所述振弦式传感器的电路包括振弦式传感器、电子开关、激振电路和拾振电路；

21、所述激振电路包括扫频激励源、功率放大电路和隔离防护电路；所述拾振电路包括无源高通滤波电路、第一次放大电路、二次有源带通滤波电路、第二次放大电路、波形整形电路和光耦隔离电路；

22、所述激振电路通过所述主控芯片输出一个频率可调的扫频激励信号，所述扫频激励信号通过所述功率放大电路和隔离防护电路后再通过所述电子开关的分时控制去激励所述振弦式传感器起振；

23、所述振弦式传感器通过所述扫频激励信号起振后产生毫伏级的衰减振荡正弦信号，所述正弦信号首先经过所述无源高通滤波电路滤除工频干扰，然后经过所述第一次放大电路将所述正弦信号放大100倍，再通过所述二阶有源带通滤波电路进行低频和高频噪声的滤除；然后再次经过第二次放大电路再次放大37倍，信号放大至主控芯片的输入范围，最后经过所述波形整形电路将所述正弦信号转化成标准的方波信号，所述方波信号最终通过光耦隔离电路将整形后的信号输入到主控芯片的脉冲捕获输入端口，完成信号频率的测量。

24、基于相同的构思，还提出了一种多类型传感器数据采集与传输方法，包括以下步骤：

25、根据数字量传感器和模拟量传感器调用对应的传感器软件程序采集传感器数据；

26、建立无线自组织传感器网络传输所述传感器数据；终端节点采集传感器数据上传至所述汇聚节点，所述汇聚节点对所述传感器数据汇总后上传至数据中心，所述数据中心对所述传感器数据进行实时存储与解析。

27、优选的，所述终端节点对所述模拟量传感器的数据采集软件流程包括以下步骤：

28、1、配置参数，包括接入通道数、接入通道编号、通道转换参数、传感器编号和超限阈值；

29、2、读取所述参数，调动对应模拟量传感器的驱动程序；

30、3、根据所述驱动程序完成模拟量传感器的电路中的通道选择、信号处理电路选择；

31、4、完成所述选择后读取传感器数据判断数据是否超限，如果超限则发出报警，否则再次读取所述传感器数据。

32、优选的，所述终端节点对所述振弦式传感器的数据采集软件流程包括以下步骤：

33、设置相关参数初始化，控制电子开关接通激振电路，主控芯片发出设定频率的pwm波激振传感器，待传感器起振后控制电子开关接通拾振电路，调理传感器传递回来的频率信号并计算频率值，将测量频率与设定激振频率值比较，判断传感器是否产生共振，如果产生共振，则该测量频率即为此时传感器的固有频率；

34、如果未产生共振，需按设定步进值递增pwm波频率，并判断pwm波频率值是否超出设定的范围，若超出范围，则说明传感器钢弦起振效果差，测量失败；若未超出范围，则重新进行激振测频过程，直到传感器产生共振，此时的测量的频率值即为传感器的固有频率，输出频率值。

35、优选的，所述无线433mhz模块构成无线自组织传感器网络，具体实现步骤包括：

36、汇聚节点广播组网信息；

37、终端节点感知网络信息，更新邻居节点路由信息表，计算自身路由权重值；

38、节点收到新的邻居信息，不断更新信息表，同时计算自身路由权重值；

39、通过比较节点信息表中节点路由权重值，加入局部最优路由节点，并上传节点收集到的邻居节点信息。每个节点从邻居信息中选择最优路由父节点，并等待一段时间至不再有新的邻居节点信息后，将收集到的邻居节点信息表与自身节点当前能量值上传至远程服务器。

40、与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明的方法可以在可实现多个通道多种不同类型传感器数据采集，同时克服了山区地势起伏大，树木遮挡严重引起的无线数据传输困难。