一种数据采集设备论文和设计-曾梦琪

全文摘要

一种数据采集设备，包括：设备主体以及至少一个传感器，所述设备主体和所述传感器通信连接，其特征在于，所述设备主体还包括主控板、天线和电源，其中：所述主控板，包括控制单元、RNSS单元、RDSS单元和外部接口，所述控制单元适于打开或关闭所述数据采集设备，并接收所述传感器采集到的数据；所述RNSS单元适于获取所述数据采集设备的定位信息；所述RDSS单元适于发送所述传感器采集到的数据和所述定位信息；所述外部接口与所述电源以及所述传感器连接；所述天线，与所述控制单元耦接，适于接收和发送卫星信号；所述电源，与所述主控板耦接，适于为所述主控板供电。采用上述方案，可以高效低成本地进行数据采集。

主设计要求

1.一种数据采集设备，包括：设备主体以及至少一个传感器，所述设备主体和所述传感器通信连接，其特征在于，所述设备主体还包括主控板、天线和电源，其中：所述主控板，包括控制单元、RNSS单元、RDSS单元和外部接口，所述主控板分别与所述RNSS单元、所述RDSS单元以及所述外部接口连接，所述控制单元适于打开或关闭所述数据采集设备，并接收所述传感器采集到的数据；所述RNSS单元适于获取所述数据采集设备的定位信息；所述RDSS单元适于发送所述传感器采集到的数据和所述定位信息；所述外部接口与所述电源以及所述传感器连接；所述天线，与所述控制单元耦接，适于接收和发送卫星信号；所述电源，与所述主控板耦接，适于为所述主控板供电。

设计方案

1.一种数据采集设备，包括：设备主体以及至少一个传感器，所述设备主体和所述传感器通信连接，其特征在于，所述设备主体还包括主控板、天线和电源，其中：

所述主控板，包括控制单元、RNSS单元、RDSS单元和外部接口，所述主控板分别与所述RNSS单元、所述RDSS单元以及所述外部接口连接，所述控制单元适于打开或关闭所述数据采集设备，并接收所述传感器采集到的数据；所述RNSS单元适于获取所述数据采集设备的定位信息；所述RDSS单元适于发送所述传感器采集到的数据和所述定位信息；所述外部接口与所述电源以及所述传感器连接；

所述天线，与所述控制单元耦接，适于接收和发送卫星信号；

所述电源，与所述主控板耦接，适于为所述主控板供电。

2.如权利要求1所述的数据采集设备，其特征在于，包括：底座以及壳体；所述壳体适于容纳所述设备主体。

3.如权利要求2所述的数据采集设备，其特征在于，所述壳体与所述底座之间密封装配。

4.如权利要求2所述的数据采集设备，其特征在于，还包括：支架以及底座的支撑座；所述支架内置于所述壳体内，适于固定所述主控板以及所述天线；所述底座的支撑座垂直向上延伸，适于支撑所述支架。

5.如权利要求4所述的数据采集设备，其特征在于，所述主控板设置在所述支架的顶部与所述支架的底部之间。

6.如权利要求5所述的数据采集设备，其特征在于，还包括：适于固定所述天线的天线板，所述天线板设置在所述支架的顶部。

7.如权利要求5所述的数据采集设备，其特征在于，所述电源包括以下至少一种电源：内置电源和外置电源。

8.如权利要求7所述的数据采集设备，其特征在于，当所述电源包括内置电源时，所述内置电源固定于所述数据采集设备的底座，设置在所述支架的底部和所述底座的支撑座所形成的容纳腔中。

9.如权利要求1所述的数据采集设备，其特征在于，所述设备主体的外壳一体化。

10.如权利要求1所述的数据采集设备，其特征在于，所述数据采集设备还包括：太阳能板，与所述电源连接，适于为所述电源充电。

11.如权利要求1所述的数据采集设备，其特征在于，所述外部接口为防水插接件。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于数据采集技术领域，特别涉及一种数据采集设备。

背景技术

现有的数据采集包括：采用传感器采集人员数据、业务数据、环境数据等各类数据，然后对数据进行传输、存储、处理、分析。数据采集方法广泛应用在人类活动的各个领域，例如：健康看护、设备监测、灾害预警等。如今互联网和大数据快速发展，一般室外数据采集的过程包括：由传感器将现场的各种物理量转换为电信号，再通过本地通信网络传输给现场采集设备，最后由采集设备通过远程通信网络传输给后台的云服务平台，从而在此基础上提供各类数据服务。

室外数据采集设备工作一般至少需要电力基础设施和远程通信网络基础设施。由电力设施提供采集设备工作需要的电源，通过远程通信网络设施将数据传输到后台，其中，电力设施可以以电网、发电机组、电池等形式提供，远程通信网络可以以线缆(铜网、光网等)、无线通信(微波、移动通信等)、卫星通信(铱星等)等形式提供。

一般而言，数据采集的基础设施建设投入巨大，因此，完善的基础设施通常分布在人员集中的城市乡村。随着人类活动的扩展，涉足的地域越来越广阔和多样化，在海洋、深山、沙漠、荒原等偏远地区，仍旧缺乏数据采集的基础设施。其原因多种多样，例如：由于所处地域不适宜巨大投入建设基础设施；由于所处环境不适合部署建设基础设施；由于价格成本等原因不适合采用一些已有设施；由于事故或灾害使得基础设施被损毁，这些情况导致一系列众多的数据采集业务难以开展。

如今，远程通信主要通过宽带网络、GPRS\/CMDA\/3G\/4G等移动网络传输数据。然而，上述的远程通信对网络设施的依赖性较强，存在一定的地域性的要求，一旦断电断网便不能工作。同时，使用铱星通信的价格高昂，其应用并不普及。

实用新型内容

本实用新型解决的是如何高效低成本地进行数据采集。

为解决上述问题，本实用新型提供一种数据采集设备，数据采集设备包括：设备主体以及至少一个传感器，所述设备主体和所述传感器通信连接，其特征在于，所述设备主体还包括主控板、天线和电源，其中：所述主控板，包括控制单元、RNSS单元、RDSS单元和外部接口，所述主控板分别与所述RNSS单元、所述RDSS单元以及所述外部接口连接，所述控制单元适于打开或关闭所述数据采集设备，并接收所述传感器采集到的数据；所述RNSS单元适于获取所述数据采集设备的定位信息；所述RDSS单元适于发送所述传感器采集到的数据和所述定位信息；所述外部接口与所述电源以及所述传感器连接；所述天线，与所述控制单元耦接，适于接收和发送卫星信号；所述电源，与所述主控板耦接，适于为所述主控板供电。

可选的，所述数据采集设备包括：底座以及壳体；所述壳体适于容纳所述设备主体。

可选的，所述壳体与所述底座之间密封装配。

可选的，所述数据采集设备还包括：支架以及底座的支撑座；所述支架内置于所述壳体内，适于固定所述主控板以及所述天线；所述底座的支撑座垂直向上延伸，适于支撑所述支架。

可选的，所述主控板设置在所述支架的顶部与所述支架的底部之间。

可选的，所述数据采集设备还包括：适于固定所述天线的天线板，所述天线板设置在所述支架的顶部。

可选的，所述电源包括以下至少一种电源：内置电源和外置电源。

可选的，当所述电源包括内置电源时，所述内置电源固定于所述数据采集设备的底座，设置在所述支架的底部和所述底座的支撑座所形成的容纳腔中。

可选的，所述设备主体的外壳一体化。

可选的，所述数据采集设备还包括：太阳能板，与所述电源连接，适于为所述电源充电。

可选的，所述外部接口为防水插接件。

与现有技术相比，本实用新型的技术方案具有以下优点：

设备主体包括主控板、天线和电源，其中：所述主控板，包括控制单元、RNSS单元、RDSS单元和外部接口，通过将各个单元集成在一个主控板上，并置于一个设备主体中，相较于现有技术中分体式的数据采集设备，结构简单、可靠性高，无需较多的人工干预和施工部署；进一步，通过RDSS单元发送所述传感器采集到的数据和所述定位信息，应用条件广泛，可以不依赖于发送数据的地面基础设施，不受限于数据采集的环境，从而高效低成本地进行户外数据采集。

附图说明

图1是本实用新型一种数据采集设备的结构示意图；

图2是本实用新型一种数据采集设备的主体内部结构示意图；

图3是本实用新型一种数据采集设备的主体结构示意图。

具体实施方式

本实用新型实施例中，设备主体包括主控板、天线和电源，其中：所述主控板，包括控制单元、RNSS单元、RDSS单元和外部接口，通过将各个单元集成在一个主控板上，并置于一个设备主体中，相较于现有技术中分体式的数据采集设备，结构简单、可靠性高，无需较多的人工干预和施工部署；进一步，通过RDSS单元发送所述传感器采集到的数据和所述定位信息，应用条件广泛，可以不依赖于发送数据的地面基础设施，不受限于数据采集的环境，从而高效低成本地进行户外数据采集。

本实用新型通过卫星无线电测定业务(Radio Determination SatelliteService，RDSS)，即北斗短报文业务，进行数据传输。北斗短报文是北斗导航系统的特有功能，在目前运行的北斗二号系统中通过5颗地球同步轨道(Geostationary Earth Orbit，GEO)卫星实现RDSS通信功能。北斗短报文通信的过程包括：发送方将接收方账号和数据申请信号加密，再通过卫星转发入地面站，地面站接收到通讯申请后，对通信数据进行脱密、再加密，然后加入持续广播的出站广播电文中，经卫星广播给接收方。接收方则接收出站信号，解调解密出站电文，进而完成一次通讯。北斗短报文通讯的传输时延约0.5秒，通讯的最高频度1秒1次。短报文一次最多传输140个字的信息，可以支持一次同时传输多个传感器的数据。

同时，本实用新型通过北斗卫星提供的卫星无线电导航业务(Radio NavigationSatellite System，RNSS)对数据采集设备进行定位。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。

参照图1，给出了本实用新型实施例一种数据采集设备的结构示意图。图2是本实用新型一种数据采集设备的主体内部结构示意图。图3是本实用新型一种数据采集设备的主体结构示意图。下面结合图1～图3对所述数据采集设备的结构进行说明。

本实用新型提供的数据采集设备，包括：设备主体100以及至少一个传感器202，所述设备主体100和所述传感器202通信连接，所述设备主体100还包括主控板106、天线102和电源(内置电池105、外置电源200以及外置电源201)，其中：所述主控板106，包括控制单元、RNSS单元、RDSS单元和外部接口101，所述主控板106分别与所述RNSS单元、所述RDSS单元以及所述外部接口101连接；所述控制单元适于打开或关闭所述数据采集设备，并接收所述传感器202采集到的数据；所述RNSS单元适于获取所述数据采集设备的定位信息；所述RDSS单元适于发送所述传感器202采集到的数据和所述定位信息；所述外部接口101与所述电源以及所述传感器202连接；所述天线102，与所述控制单元耦接，适于接收和发送卫星信号；所述电源，与所述主控板106耦接，适于为所述主控板106供电。

在实际应用中，本实用新型通过将各单元全部集成在一块主控板106上，天线102连接主控板106上的RDSS单元和RNSS单元，实现了一体化设计，可以完成数据采集、存储、处理和传输的所有功能，达到了数据采集设备结构简单、可靠性高的目的。

在实际应用中，控制单元使用高性能微控制器、高效电源管理方案、实时操作系统，负责电源管理、读写配置参数、接收RNSS单元的定位信息、控制外部传感器202的电源和通信，读取传感器202采集的数据，可根据配置参数调整各项任务调度的频度，从而可以调整运行功耗。在无任务的情况下，控制单元控制数据采集设备进入待机状态，实现超低功耗，待机时间可长达数年。

同时，控制单元可以采用双界面(有线和无线)带电可擦可编程读写存储器(Electrically Erasable Programmable read only memory，EEPROM)存储配置和诊断参数，适用于识别设备、配置运行参数和错误诊断。并带有NFC接口，也可以用RFID读卡器读写。采用大容量存储模块存储定位数据和传感器数据，保证获得的各类数据可以可靠地保存。

在实际应用中，电源用于向主控板106提供电源，具有电源反接、过压、过流和高压脉冲等保护功能。当电源采用高容量锂电池或铅酸蓄电池时，容量最少可达30000mAH，同时还可选用太阳能电板对电源进行充电，由于主控板106的各芯片组件均采用低静态电流的低压差线性稳压器(Low Dropout Regulator，LDO)和DC\/DC转换器，使得数据采集设备的待机功耗达到微安级，可以进一步延长数据采集设备的工作时间。

在实际应用中，RNSS单元使用高性能、低功耗定位导航模块，支持GPS\/北斗双模定位。

在实际应用中，RDSS单元是北斗一号短报文模块，可以用于接收控制单元收到的采集数据，并通过天线102发送数据，使得数据采集设备可不受地域限制，应用在在无远程通信网络设施的地区，解决因基础设施的缺乏导致无法进行数据采集工作的问题。

在实际应用中，天线102的三个收发频点可以集成在一个天线中，以减小天线102体积，进一步减小数据采集设备的体积。

在本实用新型一实施例中，数据采集设备接通电源后，控制单元开始工作。根据控制单元的设置，控制单元可以定时从待机状态中恢复，并打开RNSS单元的电源，以接收定位信息；打开外部接口101的电源，以读取传感器202采集到的数据。在接收完所有数据后，将数据打包通过RDSS单元发送到后台接收机。在此期间，控制单元在各单元开始工作时，控制电源向各单元进行供电，并且，在各个单元工作完成后，控制电源关闭。最后，在完成所有工作后，控制单元控制数据采集设备进入待机模式。

数据采集设备的硬件均使用低静态电流的器件，设备总体待机电流低于10μA。数据采集设备中各单元(例如RNSS单元等)电源均由控制单元独立控制，可以将不工作的单元电源关闭以减少功耗。数据采集设备工作时，控制单元可以预设程序，统一控制各单元涉及的任务，精确同步各任务之间的调度和运行，缩小工作时长以减少功耗。通过采用以上技术，同时根据配置的工作频度，本实用新型提供的数据采集设备工作时间最长可达数年，大大地提高了数据采集的工作时长。

在具体实施中，所述数据采集设备还可以包括：底座107以及壳体108；所述壳体108适于容纳所述设备主体100。外部接口101自主控板106延伸至底座107，且贯穿底座107。外部接口101在底座107外部的接口可以用于连接外部电源，也可以连接传感器202。例如，通过RS-485标准的信号线与传感器通信，或者通过电源线给传感器供电。即传感器202可以由数据采集设备主体100供电，也可以自行供电。

在具体实施中，所述壳体108与所述底座107之间密封装配。壳体108可以是塑料壳体结构，并通过螺栓与底座107紧固。

在实际应用中，数据采集设备采用全密闭设计，连接处均做密封处理，具有IP67防护等级，具备防水、防盐雾、防腐蚀的优点，可以适用于绝大部分的使用环境，可以可靠有效地进行数据采集。

在具体实施中，还可以包括：支架104以及底座107的支撑座(图中未示出)；所述支架104内置于所述壳体108内，适于固定所述主控板106、所述天线102和固定天线102的天线板103；所述底座107的支撑座垂直向上延伸，适于支撑所述支架。支架104可以使用金属制成，以固定可选的内置电池105、主控板106和天线板103。

在具体实施中，所述主控板106可以设置在所述支架104的顶部与所述支架104的底部之间。

在具体实施中，数据采集设备还可以包括：适于固定所述天线102的天线板103，所述天线板103设置在所述支架104的顶部。采用天线板103，可增强所述天线102的接收性能并隔离其下部干扰。同时，数据采集设备竖直放置并固定，可以使天线102充分收发卫星信号。

在具体实施中，所述电源可以包括以下至少一种电源：内置电源105、外置电源200以及外置电源201。

在实际应用中，内置电源可以为锂电池。外置电源200可以为市电电源，也即可以接入至家用电网或工业电网。外置电源201可以为蓄电池等。

可以理解的是，用户可以根据自身不同的需求，采用不同种类的内置电源和外置电源，例如采用大容量锂电池、可使用太阳能发电板充电的铅酸蓄电池以及适配器电源来对数据采集设备进行供电，即只要能保证电源的供电性能满足客户自身需求，不限定采用电源的种类，本实用新型在此不作赘述。

在实际应用中，本实用新型电压使用范围大，可以使用内外置大容量电池或外置电源，解决了传感器数据采集供电单一或电池容量小的问题。

在本实用新型一实施例中，内置电源装配6节1号圆柱形电池。但用户也可以根据自身的不同需求，使用外部电池或电源。

在具体实施中，当所述电源包括内置电源时，所述内置电源固定于所述数据采集设备的底座107，设置在所述支架104的底部和所述底座107的支撑座所形成的容纳腔中。

参照图2，给出了本实用新型一种数据采集设备的主体100隐藏部分壳体108和外部接口101后的内部结构示意图。支架104安装在数据采集设备主体100的中部，支架104上安装主控板106和天线板103；天线板103以及其正上方的天线102安装在数据采集设备主体100的顶部；形成有容纳腔的支架104的底部和所述底座107的支撑座内置于有可选的内置电源。

在具体实施中，所述设备主体100的外壳一体化。

在具体实施中，所述数据采集设备还可以包括：太阳能板(图中未示出)，与所述电源连接，适于为所述电源充电。在无电力设施为数据采集设备供电的情况下，也可以保证数据采集设备长时间独立工作。

在具体实施中，所述外部接口101为防水插接件，以达到密封防水的效果，保证数据采集设备可以适用于野外等恶劣环境。

本实用新型将数据采集设备的控制部分和北斗短报文通信装置集成在一起，并采用数据采集、存储、处理、传输一体式结构，以解决以往分体式结构系统中的各种问题，具有结构简单、可靠性高、应用广泛、部署方便等优点。同时，使用北斗短报文通讯，依靠北斗导航系统提供的稳定服务，使数据采集工作不受地域限制。

虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

设计图

一种数据采集设备论文和设计

一种数据采集设备论文和设计-曾梦琪

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主设计要求

设计方案

设计说明书

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