本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)信號(hào)檢測(cè)及網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域，具體涉及一種基于數(shù)據(jù)融合結(jié)構(gòu)的電位與溫度采集網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在全球經(jīng)濟(jì)和科技迅速發(fā)展的時(shí)代，智能感知技術(shù)與傳感器檢測(cè)技術(shù)也不斷的發(fā)展進(jìn)步，在煤礦井下、石油勘探、橋梁大壩等地質(zhì)環(huán)境檢測(cè)中，準(zhǔn)確的傳感器信息的獲取是非常關(guān)鍵的，如在煤礦井下采掘生產(chǎn)過程中，地下原始應(yīng)力平衡被打破,圍巖失穩(wěn)現(xiàn)象隨之大量產(chǎn)生,構(gòu)成了煤炭安全生產(chǎn)危害，如橋梁大壩地質(zhì)數(shù)據(jù)的檢測(cè)，一旦發(fā)生洪水沖擊，大壩是否安全可靠需要傳感器采集準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，能夠及時(shí)準(zhǔn)確的檢測(cè)到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，將會(huì)很大程度的減少生產(chǎn)工作中的事故，因此為了預(yù)防在各種生產(chǎn)工作的各種突出危害，做到對(duì)各種工作過程中地質(zhì)狀態(tài)變化的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，并且通過對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行融合算法分析，可靠定位突出點(diǎn)的位置為目的，發(fā)明了一種基于數(shù)據(jù)融合結(jié)構(gòu)的電位與溫度采集網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)。

為了更精準(zhǔn)的獲取外部傳感器感知周圍環(huán)境提供的必要信息和隨著工作環(huán)境與工作任務(wù)的復(fù)雜性，單個(gè)傳感器已經(jīng)不能較好的滿足系統(tǒng)對(duì)魯棒性的要求，因此多傳感器的應(yīng)用及其數(shù)據(jù)融合技術(shù)在系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)中就不斷的被使用與創(chuàng)新。它通過數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、相關(guān)和組合等方式來獲得對(duì)被測(cè)環(huán)境或?qū)ο蟮母泳珳?zhǔn)的定位，充分利用不同時(shí)間和空間傳感器的數(shù)據(jù)資源，采用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行分析來獲得被測(cè)對(duì)象的一致性解釋與描述，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)相應(yīng)的決策，本發(fā)明即基于此思想發(fā)明了一種基于數(shù)據(jù)融合結(jié)構(gòu)的電位與溫度采集網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于通過對(duì)電位和溫度采集模塊連接的多傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)，利用基于卡爾曼濾波的多傳感器數(shù)據(jù)融合算法，對(duì)采集的多路數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，從而獲得電位和溫度變量的更準(zhǔn)確的估計(jì)值，進(jìn)而利用兩變量的結(jié)合就能很好的解決突出點(diǎn)的位置的定位問題。

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種基于數(shù)據(jù)融合結(jié)構(gòu)的電位與溫度采集網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)外部傳感器的構(gòu)成包括：32路電極傳感器、32路溫度傳感器；內(nèi)部其他電路包括：信號(hào)差分輸入電路、信號(hào)增益放大電路、溫度變送器、低通濾波器電路、以太網(wǎng)控制電路、主控電路、TF存儲(chǔ)卡；軟件部分包括：數(shù)據(jù)融合算法技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)。

32路電極傳感器、32路溫度傳感器采用并行融合結(jié)構(gòu)，并行多路傳感器傳送數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，并行多路傳感器傳送數(shù)據(jù)進(jìn)行融合是指將32路電位采集數(shù)據(jù)和32路溫度采集數(shù)據(jù)的傳感器輸出的數(shù)據(jù)全部同時(shí)輸入給數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的融合中心對(duì)各種類型的數(shù)據(jù)按適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行綜合處理，最后輸出結(jié)果傳送給內(nèi)部其他電路，進(jìn)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(shù)據(jù)進(jìn)行處理，卡爾曼濾波算法的基本思想是用當(dāng)前量測(cè)值與上一時(shí)刻的預(yù)測(cè)估計(jì)值的偏差乘以一定的權(quán)重來不斷修正下一狀態(tài)的估計(jì)。利用電位和溫度采集傳感器系統(tǒng)的過程模型，來預(yù)測(cè)其各自的下一狀態(tài)，將卡爾曼濾波算法應(yīng)用在32路電位采集傳感器和32路溫度采集傳感器，通過對(duì)不同時(shí)刻多數(shù)據(jù)的融合以及對(duì)多傳感器的融合，其結(jié)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(zhǔn)確的估計(jì)值，進(jìn)而利用兩變量的結(jié)合就能很好的解決突出點(diǎn)的定位點(diǎn)問題。

主控電路包括互聯(lián)型32位的ARM核心芯片STM32F107、以太網(wǎng)控制電路的核心芯片DP8384C、TF內(nèi)存卡、PC人機(jī)界面，利用數(shù)據(jù)融合技術(shù)將不同傳感器傳來的數(shù)據(jù)通過STM32內(nèi)部的兩個(gè)12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器處理模塊直接組合得到一組統(tǒng)一的輸出數(shù)據(jù)，根據(jù)不同傳感器傳來的不同數(shù)據(jù)形式和不同環(huán)境描述，根據(jù)不同傳感器傳來的不同數(shù)據(jù)形式和不同環(huán)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(jié)合其所處環(huán)境的不相同進(jìn)行融合。其數(shù)據(jù)融合中心的思想是首先要把這些不同類型的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相同的形式，然后在進(jìn)行相關(guān)處理，然后將處理后的32路電位采集信號(hào)、32路溫度采集信和一路電流信號(hào)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議TCP/IP協(xié)議和太網(wǎng)接口通信電路傳送到PC人機(jī)界面，同時(shí)還可以將數(shù)據(jù)保存在TF內(nèi)存卡中備份，有效的保存了歷史數(shù)據(jù)。

以太網(wǎng)控制電路的作用主要是將STM32F107采集到的數(shù)據(jù)，并且經(jīng)過并行融合結(jié)構(gòu)算法處理后的32路電位值和32路溫度值發(fā)送到服務(wù)器。以太網(wǎng)控制電路主要采用嵌入式芯片加以太網(wǎng)網(wǎng)卡芯片，以太網(wǎng)網(wǎng)卡芯片采用DP83848C芯片，DP83848C PHY層芯片提供的功能相當(dāng)于TCP/IP參考模型的物理層，STM32F107自帶的MAC層相當(dāng)于數(shù)據(jù)鏈路層，硬件接口采用RMII接口模式，網(wǎng)絡(luò)控制電路有效的實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的可靠、穩(wěn)定的傳輸，保證了數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新的目的。

數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)兩種數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)類型，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)提供當(dāng)前傳感器的觀測(cè)結(jié)果能夠及時(shí)準(zhǔn)確的提供給融合中心，供計(jì)算使用，即電位、溫度實(shí)時(shí)變化的采集值。非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)一些傳感器的歷史數(shù)據(jù)以及融合計(jì)算的歷史信息，即電位、溫度實(shí)歷史采集存儲(chǔ)值。數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)的信息容量的大小可以通過外部擴(kuò)展存儲(chǔ)單元TF存儲(chǔ)卡擴(kuò)大存儲(chǔ)容量。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的整體控制框架圖

圖2為本發(fā)明卡爾曼濾波控制算法框架圖

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。

如圖1所示一種基于數(shù)據(jù)融合結(jié)構(gòu)的電位與溫度采集網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)外部傳感器的構(gòu)成包括：32路電極傳感器(1)、32路溫度傳感器(2)；內(nèi)部其他電路包括：信號(hào)差分輸入電路(3)、信號(hào)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(wǎng)控制電路(8)、主控電路(9)、TF存儲(chǔ)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(shù)據(jù)融合算法技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)。

32路電極傳感器(1)、32路溫度傳感器(2)采用并行融合結(jié)構(gòu)，并行多路傳感器傳送數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，并行多路傳感器傳送數(shù)據(jù)進(jìn)行融合是指將32路電位采集數(shù)據(jù)和32路溫度采集數(shù)據(jù)的傳感器輸出的數(shù)據(jù)都同時(shí)輸入給數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的融合中心對(duì)各種類型的數(shù)據(jù)按適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行綜合處理，最后輸出結(jié)果傳送給內(nèi)部電路，進(jìn)而傳到主控電路。

如圖2所示一種基于數(shù)據(jù)融合結(jié)構(gòu)的電位與溫度采集網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)，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(shù)據(jù)進(jìn)行處理；卡爾曼濾波算法的基本思想是用當(dāng)前量測(cè)值與上一時(shí)刻的預(yù)測(cè)估計(jì)值的偏差乘以一定的權(quán)重來不斷修正下一狀態(tài)的估計(jì)。利用電位和溫度采集傳感器系統(tǒng)的過程模型，來預(yù)測(cè)其各自的下一狀態(tài)，將卡爾曼濾波算法應(yīng)用在32路電極傳感器(1)和32路溫度傳感器(2)，通過對(duì)不同時(shí)刻多數(shù)據(jù)的融合以及對(duì)多傳感器的融合，提高了電位與溫度采集值，使其結(jié)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(gè)變量更準(zhǔn)確的估計(jì)值，進(jìn)而利用這兩個(gè)變量的結(jié)合能很好的解決突出點(diǎn)的位置定位的問題。

主控電路包括互聯(lián)型的32位ARM核心芯片STM32F107(9)、以太網(wǎng)控制電路(8)的核心芯片DP8384C、TF存儲(chǔ)卡(10)、PC人機(jī)界面(13)，利用數(shù)據(jù)融合技術(shù)將不同傳感器傳來的數(shù)據(jù)，通過STM32F107(9)內(nèi)部的兩個(gè)12位的模數(shù)轉(zhuǎn)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(tǒng)一的輸出數(shù)據(jù)；根據(jù)不同傳感器傳來的不同數(shù)據(jù)形式和不同環(huán)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(jié)合其所處環(huán)境的不相同進(jìn)行融合。其數(shù)據(jù)融合中心的思想是首先要把這些不同類型的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相同的形式，然后在進(jìn)行相關(guān)處理，進(jìn)而將處理后的32路電位采集信號(hào)、32路溫度采集信號(hào)兩組變量作為一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，即坐標(biāo)特征數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議TCP/IP協(xié)議和太網(wǎng)接口控制電路(8)傳送到PC人機(jī)界面(13)，同時(shí)還可以將數(shù)據(jù)保存在TF存儲(chǔ)卡(10)中備份，有效的保存了歷史數(shù)據(jù)。

以太網(wǎng)控制電路(8)的作用主要是將STM32F107(9)采集到的數(shù)據(jù)，并且經(jīng)過并行融合結(jié)構(gòu)算法處理后的32路電位值和32路溫度值發(fā)送到服務(wù)器。以太網(wǎng)控制電路(8)主要采用嵌入式芯片加以太網(wǎng)網(wǎng)卡芯片，以太網(wǎng)網(wǎng)卡芯片采用DP83848C芯片，DP83848C PHY層芯片提供的功能相當(dāng)于TCP/IP參考模型的物理層，STM32F107(9)自帶的MAC層相當(dāng)于數(shù)據(jù)鏈路層，硬件接口采用RMII接口模式，網(wǎng)絡(luò)控制電路有效的實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的可靠、穩(wěn)定的傳輸，保證了數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新的目的。

數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)采用了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)兩種數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)類型，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)提供當(dāng)前傳感器的觀測(cè)結(jié)果能夠及時(shí)準(zhǔn)確的提供給融合中心，供計(jì)算使用，即電位、溫度實(shí)時(shí)變化的采集值。非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)一些傳感器的歷史數(shù)據(jù)以及融合計(jì)算的歷史信息，即電位、溫度實(shí)歷史采集存儲(chǔ)值。數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)的信息容量可以通過外部擴(kuò)展存儲(chǔ)單元TF存儲(chǔ)卡(10)擴(kuò)大存儲(chǔ)容量。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。