阅读说明：本技术 时间同步的混合模拟、数字传感器数据采集系统及方法 (Time-synchronized hybrid analog and digital sensor data acquisition system and method ) 是由 孙毅超 宁德志 张崇伟 吴镝 周青 李和银 于 2019-12-06 设计创作，主要内容包括：本发明公开了时间同步的混合模拟、数字传感器数据采集系统及方法,包括模拟传感器、数字化模块、数字化传感器、将多个异质、异种传感器组网的集线器、局域网设备、数据处理终端。本发明解决了在现有的实验和实际工程中,不同传感器之间的采样时间不能精确同步,数据采集存在时差无法比对的问题,同时解决了不同传感器的仪器分别工作时功能单一、集成度不高、耗费人力的问题。可直接接入多种异质、异种传感器实现同步采集、同步传输、操作简单快捷。本发明较大地提高了同步采集的时间精度、幅值精度和效率,降低了人工成本,具有非常广泛的应用前景。(The invention discloses a time-synchronized hybrid analog and digital sensor data acquisition system and a time-synchronized hybrid analog and digital sensor data acquisition method. The invention solves the problems that the sampling time between different sensors can not be accurately synchronized and the data acquisition time difference can not be compared in the existing experiment and actual engineering, and simultaneously solves the problems that the instruments of different sensors have single function, low integration level and labor consumption when working respectively. The sensor can be directly connected with various heterogeneous and heterogeneous sensors to realize synchronous acquisition and synchronous transmission, and the operation is simple and rapid. The invention greatly improves the time precision, amplitude precision and efficiency of synchronous acquisition, reduces the labor cost and has very wide application prospect.)

时间同步的混合模拟、数字传感器数据采集系统及方法

技术领域

本发明涉及传感器监测技术领域，具体涉及一种时间同步的混合模拟、数字传感器数据采集系统及其信号处理方法。

背景技术

传感器广泛应用于河堤、大坝、机械、桥梁和建筑等各个行业，通过传感器来检测被测对象的压力、温度、水位、波高等多种状态，然后再由显示设备对传感器所测得的值进行显示。

现有传感器一般都采用模拟信号的方式对测值进行输出。由于模拟信号在沿线路的传输过程中会受到外界的和通信系统内部的各种噪声干扰，噪声和信号混合后难以分开，从而使得通信质量下降。线路越长，噪声的积累也就越多。从而造成所测得的数据的精度低。另外，由于模拟信号特性的限制，很难实现对多个传感器数值的组网对比，使通过监测压力值信号进行对比分析的难度较大，且难以实现信号数据的长期大批量存档。

随着数字化的发展应用，原有的通过模拟信号感测数据的传统传感器正逐渐被传输距离远、便于计算机处理的数字化传感器所替代。虽然数字化传感器有明显的应用优势，但在对一些大型项目、特别是大量传感器共同监测的项目中，组网对数据带宽、网络稳定等方面，都提出了很高的要求。从现有技术来看，多路传感器信号传输组网及其信号处理方法还不够成熟。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种可远程对多路大量传感器进行智能化监控的时钟同步数字化传感系统及测温、测力方法，解决在现有的实验和实际工程中，异质、异种传感器之间的采样时间不能精确同步，数据采集存在时差的问题，同时解决不同传感器的仪器分别工作时功能单一、集成度不高、耗费人力的问题。可直接接入多种异质、异种传感器实现同步采集、同步传输、操作简单快捷。本发明较大地提高了同步采集的精度和效率，降低了人工成本，具有非常广泛的应用前景。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

时间同步的混合模拟、数字传感器数据采集系统，包括模拟传感器、数字化模块、数字化传感器、集线器、局域网设备、数据处理终端；所述集线器通过局域网设备与数据处理终端进行数据连接；模拟传感器与数字化模块连接。

所述数字化模块包括通过控制电路依次电连接的信号调理模块、信号放大模块、A/D转换模块，还包括与集线器连接的数据接口、与集成于集线器上的时钟同步电路连接的接口；

所述集线器产生时钟同步电路，用于将数据处理终端所广播的同步信号同步，集线器产生该同步信号，并由其所连接的数字化模块或数字化传感器接收，从而实现模拟传感器和数字化传感器的同步数据采集。

所述模拟传感器检测被测对象的物理信号，并生成相应的模拟信号，然后将所述的模拟信号经信号调理模块、信号放大模块调理放大，由A/D转换模块转换为数字信号。通过A/D转换的信号，适应数据的远距离传输，简化多路系统布网的复杂度，减小信号测量因远距离传输导致的误差，信号稳定，抗干扰能力强。同时，所述时钟同步电路用于在同一网络的所有传感器按统一时钟进行采集，可在多路传感器并联测试中统一多路信号对比的时间维度，使采集数据在时间维度有统一参考点，增强可比性及科学性，使采集存储的信号具有时间维度，利于信号的分析、处理和应用。

优选的，所述带有时钟源的数字化模块还包括身份自动识别模块，所述身份识别模块集成于数字化模块的控制电路上，传感器接入网络后被自动识别，使组网更容易。

优选的，所述数字化模块的控制电路还集成了Soc芯片，外部可对Soc芯片进行编程，从而对传感器数据进行相应处理。如，通过在Soc芯片中设置算法程序，对传感器数据进行补偿运算等。

优选的，所述集线器为可将传感器的485总线接口转换为局域网的接口的485集线器，以方便组成更大的网络系统。485集线器就地组网，简化了布网线路的复杂度。

优选的，所述局域网设备包括路由器，路由器一端可与多个485集线器数据连接，另一端与数据处理终端数据连接。

优选的，所述路由器与数据处理终端的数据连接为光纤连接。光纤网络传输，突破传统485传输速率瓶颈，使多个集线器信号就地集中后通过路由经广域网络传输。

另外，本发明还提供时间同步的混合模拟、数字传感器数据采集系统的信号处理方法，包括如下步骤：

第一步，系统中的模拟传感器和数字化传感器感测受测目标的值，并进行数字化补偿和时钟同步控制，将受测值进行数字化矫正和补偿处理；

第二步，集线器通过数据连接，将第一步处理后的模拟传感器和数字化传感器感测到的数据进行集中，通过输出端输出给局域网设备；

第三步，局域网设备将集线器传来的数据综合后，通过网络传输到数据处理终端进行处理；

第四步，数据处理终端通过程序进行基于时间轴的数据比较和可视化显示，根据监测需要输出监测结果。

优选的，所述时间同步的混合模拟、数字传感器数据采集系统的信号处理方法还包括数据处理终端对数字化传感器进行参数预设和发出指令，数字化传感器根据参数指令进行感测反馈。

本发明的有益效果为，时间同步的混合模拟、数字传感器数据采集系统，通过时钟同步的模拟传感器及数字化模块、数字化传感器将模拟信号转化为数字信号，并赋予感测的信号以时间轴特征，从而增强了多路信号的可比性及科学性，利于信号的分析、处理和应用；通过身份识别模块，赋予每一个传感器唯一身份标识，使传感器入网后即可被自动识别，最终实现远程数据处理终端对每一传感器的定位及远程监控；通过集成Soc芯片，使传感器可编程控制，实现了智能化。通过485集线器、数据存储收集器、局域网等设计，使系统降低了对网络的依赖性，能对大量传感器数据进行持续采集，从而使系统具有可靠性、稳定性、广泛性和远距离传输的优点。

附图说明

图1为本发明一种时间同步的混合模拟、数字传感器数据采集系统实施例的结构示意图；

图2为本发明一种时间同步的混合模拟、数字传感器数据采集系统实施例的时钟同步数字化传感器的电路结构示意图；

图3为本发明一种时间同步的混合模拟、数字传感器数据采集系统信号处理方法实施例的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅仅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。

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步详细说明。

参照图1、图2所示，时间同步的混合模拟、数字传感器数据采集系统，包括模拟传感器、数字化模块、数字化传感器、将多个传感器组网的集线器、局域网设备、数据处理终端，所述数字化模块包括通过控制电路依次电连接的信号调理模块、信号放大模块、A/D转换模块，与控制电路连接的数据接口，集成于控制电路上的时钟同步电路，所述数字化模块和数字化传感器与集线器数据连接，所述集线器通过局域网设备与数据处理终端数据连接。

参照图2所示，所述数字化模块还包括身份自动识别模块，所述身份识别模块可集成于控制电路上，传感器接入网络后被自动识别，使组网更容易。

所述数字化模块还包括恒流控制模块，用于给传感器供电。

所述控制电路还集成了Soc芯片，外部可对Soc芯片进行编程，从而对传感器数据进行相应处理。如，通过在Soc芯片中设置算法程序，对传感器数据进行补偿运算等。

本实施例中，所述集线器为可将传感器的485总线接口转换为局域网的接口的485集线器，以方便组成更大的网络系统。485集线器就地组网，简化了布网线路的复杂度。

所述局域网设备包括路由器，路由器一端可与多个485集线器数据连接，另一端与数据处理终端数据连接。

所述路由器与数据处理终端的数据连接为光纤连接。光纤网络传输，突破传统485传输速率瓶颈，使多个集线器信号集中后通过路由经广域网络传输。

参照图1、图2、图3所示，结合上述时间同步的混合模拟、数字传感器数据采集系统，本发明还提供了时间同步的混合模拟、数字传感器数据采集系统的信号处理方法，由于传感器初始化运行、数据处理终端启动运行程序等均为公知常识及软件程序设计问题，在于不作叙述，具体地，这种信号处理方法包括如下步骤：

第一步，系统中的模拟传感器和数字化传感器感测受测目标的值，并进行数字化补偿和时钟同步控制，将受测值进行数字化矫正和补偿处理；

第二步，集线器通过数据连接，将第一步处理后的模拟传感器和数字化传感器感测到的数据进行集中，通过输出端输出给局域网设备；

第三步，局域网设备将集线器传来的数据综合后，通过网络传输到数据处理终端进行处理；

第四步，数据处理终端通过程序进行基于时间轴的数据比较和可视化显示，根据监测需要输出监测结果。

这里，通过数据处理终端的程序处理，可将接收的传感器数据整理为表格、曲线、声光信号，向操作人员提供报警、分析研究观测数据等情况。

参照图3所示，所述时间同步的混合模拟、数字传感器数据采集系统的信号处理方法还包括数据处理终端对数字化传感器进行参数预设和发出指令，数字化传感器根据参数指令进行感测反馈，返回操作数据或状态。

最后应说明的是：以上所述实施例仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。