基于數據融合結構的電位與溫度采集網絡傳輸系統的制作方法

本發明涉及數據信號檢測及網絡通信領域，具體涉及一種基于數據融合結構的電位與溫度采集網絡傳輸系統。

背景技術：

在全球經濟和科技迅速發展的時代，智能感知技術與傳感器檢測技術也不斷的發展進步，在煤礦井下、石油勘探、橋梁大壩等地質環境檢測中，準確的傳感器信息的獲取是非常關鍵的，如在煤礦井下采掘生產過程中，地下原始應力平衡被打破,圍巖失穩現象隨之大量產生,構成了煤炭安全生產危害，如橋梁大壩地質數據的檢測，一旦發生洪水沖擊，大壩是否安全可靠需要傳感器采集準確的數據進行分析，能夠及時準確的檢測到準確的數據進行分析，將會很大程度的減少生產工作中的事故，因此為了預防在各種生產工作的各種突出危害，做到對各種工作過程中地質狀態變化的數據實時采集，并且通過對采集數據進行融合算法分析，可靠定位突出點的位置為目的，發明了一種基于數據融合結構的電位與溫度采集網絡傳輸系統。

為了更精準的獲取外部傳感器感知周圍環境提供的必要信息和隨著工作環境與工作任務的復雜性，單個傳感器已經不能較好的滿足系統對魯棒性的要求，因此多傳感器的應用及其數據融合技術在系統開發設計中就不斷的被使用與創新。它通過數據關聯、相關和組合等方式來獲得對被測環境或對象的更加精準的定位，充分利用不同時間和空間傳感器的數據資源，采用計算機技術進行分析來獲得被測對象的一致性解釋與描述，進而實現系統相應的決策，本發明即基于此思想發明了一種基于數據融合結構的電位與溫度采集網絡傳輸系統。

技術實現要素：

本發明的目的在于通過對電位和溫度采集模塊連接的多傳感器的測量數據，利用基于卡爾曼濾波的多傳感器數據融合算法，對采集的多路數據進行融合，從而獲得電位和溫度變量的更準確的估計值，進而利用兩變量的結合就能很好的解決突出點的位置的定位問題。

本發明所要解決的技術問題采用以下技術方案來實現：

一種基于數據融合結構的電位與溫度采集網絡傳輸系統外部傳感器的構成包括：32路電極傳感器、32路溫度傳感器；內部其他電路包括：信號差分輸入電路、信號增益放大電路、溫度變送器、低通濾波器電路、以太網控制電路、主控電路、TF存儲卡；軟件部分包括：數據融合算法技術、數據庫技術。

32路電極傳感器、32路溫度傳感器采用并行融合結構，并行多路傳感器傳送數據進行融合，并行多路傳感器傳送數據進行融合是指將32路電位采集數據和32路溫度采集數據的傳感器輸出的數據全部同時輸入給數據融合中心，32路電位采集傳感器、32路溫度采集傳感器之間沒有影響，接收數據的融合中心對各種類型的數據按適當的方法進行綜合處理，最后輸出結果傳送給內部其他電路，進而傳到主控電路。

軟件程序采用卡爾曼濾波算法的基本思想將32路電位采集傳感器和32路溫度采集傳感器數據進行處理，卡爾曼濾波算法的基本思想是用當前量測值與上一時刻的預測估計值的偏差乘以一定的權重來不斷修正下一狀態的估計。利用電位和溫度采集傳感器系統的過程模型，來預測其各自的下一狀態，將卡爾曼濾波算法應用在32路電位采集傳感器和32路溫度采集傳感器，通過對不同時刻多數據的融合以及對多傳感器的融合，其結果提高了電位及溫度值得精度，降低了不確定度，獲得了電位和溫度變量的更準確的估計值，進而利用兩變量的結合就能很好的解決突出點的定位點問題。

主控電路包括互聯型32位的ARM核心芯片STM32F107、以太網控制電路的核心芯片DP8384C、TF內存卡、PC人機界面，利用數據融合技術將不同傳感器傳來的數據通過STM32內部的兩個12位的模數轉換器處理模塊直接組合得到一組統一的輸出數據，根據不同傳感器傳來的不同數據形式和不同環境描述，根據不同傳感器傳來的不同數據形式和不同環境描述，將電極傳感器傳送的電壓模擬量，溫度傳送的電流模擬量，結合其所處環境的不相同進行融合。其數據融合中心的思想是首先要把這些不同類型的數據轉換成相同的形式，然后在進行相關處理，然后將處理后的32路電位采集信號、32路溫度采集信和一路電流信號通過網絡傳輸協議TCP/IP協議和太網接口通信電路傳送到PC人機界面，同時還可以將數據保存在TF內存卡中備份，有效的保存了歷史數據。

以太網控制電路的作用主要是將STM32F107采集到的數據，并且經過并行融合結構算法處理后的32路電位值和32路溫度值發送到服務器。以太網控制電路主要采用嵌入式芯片加以太網網卡芯片，以太網網卡芯片采用DP83848C芯片，DP83848C PHY層芯片提供的功能相當于TCP/IP參考模型的物理層，STM32F107自帶的MAC層相當于數據鏈路層，硬件接口采用RMII接口模式，網絡控制電路有效的實現了數據的可靠、穩定的傳輸，保證了數據實時更新的目的。

數據庫技術采用實時數據庫和非實時數據庫兩種數據庫存儲類型，實時數據庫提供當前傳感器的觀測結果能夠及時準確的提供給融合中心，供計算使用，即電位、溫度實時變化的采集值。非實時數據庫存儲一些傳感器的歷史數據以及融合計算的歷史信息，即電位、溫度實歷史采集存儲值。數據庫存儲的信息容量的大小可以通過外部擴展存儲單元TF存儲卡擴大存儲容量。

附圖說明

圖1為本發明的整體控制框架圖

圖2為本發明卡爾曼濾波控制算法框架圖

具體實施方式

為了使本發明實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本發明。

如圖1所示一種基于數據融合結構的電位與溫度采集網絡傳輸系統外部傳感器的構成包括：32路電極傳感器(1)、32路溫度傳感器(2)；內部其他電路包括：信號差分輸入電路(3)、信號增益放大電路(4)、溫度變送器(5)、電壓取樣(6)、低通濾波器電路(7)、以太網控制電路(8)、主控電路(9)、TF存儲卡(10)、32路電位采集電路(11)、32路溫度采集電路(12)；軟件部分包括：數據融合算法技術、數據庫技術。

32路電極傳感器(1)、32路溫度傳感器(2)采用并行融合結構，并行多路傳感器傳送數據進行融合，并行多路傳感器傳送數據進行融合是指將32路電位采集數據和32路溫度采集數據的傳感器輸出的數據都同時輸入給數據融合中心，并且32路電極傳感器(1)、32路溫度傳感器(2)之間沒有影響，接收數據的融合中心對各種類型的數據按適當的方法進行綜合處理，最后輸出結果傳送給內部電路，進而傳到主控電路。

如圖2所示一種基于數據融合結構的電位與溫度采集網絡傳輸系統，軟件程序采用卡爾曼濾波算法的基本思想將32路電極傳感器(1)、32路溫度傳感器(2)采集的數據進行處理；卡爾曼濾波算法的基本思想是用當前量測值與上一時刻的預測估計值的偏差乘以一定的權重來不斷修正下一狀態的估計。利用電位和溫度采集傳感器系統的過程模型，來預測其各自的下一狀態，將卡爾曼濾波算法應用在32路電極傳感器(1)和32路溫度傳感器(2)，通過對不同時刻多數據的融合以及對多傳感器的融合，提高了電位與溫度采集值，使其結果精度得到了保證，降低了不確定度，獲得了電位和溫度這兩個變量更準確的估計值，進而利用這兩個變量的結合能很好的解決突出點的位置定位的問題。

主控電路包括互聯型的32位ARM核心芯片STM32F107(9)、以太網控制電路(8)的核心芯片DP8384C、TF存儲卡(10)、PC人機界面(13)，利用數據融合技術將不同傳感器傳來的數據，通過STM32F107(9)內部的兩個12位的模數轉換器處理模塊，將采集到的兩種變量值直接組合得到一組統一的輸出數據；根據不同傳感器傳來的不同數據形式和不同環境描述，將電極傳感器傳送的電壓模擬量，溫度傳送的電流模擬量，結合其所處環境的不相同進行融合。其數據融合中心的思想是首先要把這些不同類型的數據轉換成相同的形式，然后在進行相關處理，進而將處理后的32路電位采集信號、32路溫度采集信號兩組變量作為一個坐標點，即坐標特征數據，通過網絡傳輸協議TCP/IP協議和太網接口控制電路(8)傳送到PC人機界面(13)，同時還可以將數據保存在TF存儲卡(10)中備份，有效的保存了歷史數據。

以太網控制電路(8)的作用主要是將STM32F107(9)采集到的數據，并且經過并行融合結構算法處理后的32路電位值和32路溫度值發送到服務器。以太網控制電路(8)主要采用嵌入式芯片加以太網網卡芯片，以太網網卡芯片采用DP83848C芯片，DP83848C PHY層芯片提供的功能相當于TCP/IP參考模型的物理層，STM32F107(9)自帶的MAC層相當于數據鏈路層，硬件接口采用RMII接口模式，網絡控制電路有效的實現了數據的可靠、穩定的傳輸，保證了數據實時更新的目的。

數據庫技術采用了實時數據庫和非實時數據庫兩種數據庫存儲類型，實時數據庫提供當前傳感器的觀測結果能夠及時準確的提供給融合中心，供計算使用，即電位、溫度實時變化的采集值。非實時數據庫存儲一些傳感器的歷史數據以及融合計算的歷史信息，即電位、溫度實歷史采集存儲值。數據庫存儲的信息容量可以通過外部擴展存儲單元TF存儲卡(10)擴大存儲容量。

以上顯示和描述了本發明的基本原理和主要特征和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和范圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明范圍內。本發明要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。