一种多功能数据采集节点研究

摘要

随着传感器技术和通讯技术的发展，搭载特定监测和传输功能的电子信息设备出现井喷式增长，当今社会正面临工业、医疗、环境、家居以及物流等全面信息化变革。在爆发式增长的测量数据中，人们更加迫切地需要以一种更快速、经济而有效的方式获取自己所需要的有意义的结果，提高数据采集节点的智能化程度，就近对原始数据进行处理是大势所趋。多功能采集终端凭借其便携性、低成本、功能可扩展性强等独特优势，在信息化过程中得到不断发展。
　　本文以低成本的嵌入式微处理器为基础，从多功能采集结点系统方案设计、丰富的通讯方式实现以及跨平台特性、信号处理功能的集成等多个方面展开了研究。并最终将整个研究成果应用到一个实际的应用环境下进行了相应的测试。
　　本文主要完成的研究工作如下：
　　(1)分析了目前对于多功能采集节点的功能需求，基于此设计了一套完整的采集节点硬件架构，并对其关键组成进行了详细说明；对比了不同的可配置采集节点实现方案，对基于MicroPython的脚本式采集和传统的通讯协议式的方案进行了尝试，最终选择了后者展开深入研究。
　　(2)基于系统方案，重点研究了蓝牙、USB和WIFI三种通信方式的技术难点；对远程采集模式进行了研究，并通过内网穿透技术实现了远程服务器负载的降低；在对跨平台传输模式进行了对比的基础之上提出了基于WebSocket的解决方案。
　　(3)为了提高滤波器使用的灵活性，提出了一种滤波器参数动态配置的方法，给出了具体实现原理；对多种数字信号处理函数进行了微处理器平台下的集成，尽可能降低了使用各种不同数字信号处理函数的限制。
　　(4)对振动采集前端硬件电路进行了介绍，然后对硬件系统的本底噪声进行了测量，并使用振动传感器校准仪对其测量精度进行了检验，通过实际测试验证了多种通信方式和跨平台实现以及数字信号处理功能的使用效果；最后，给出了本课题研究的成果的一个实际应用案例。

目录

声明

第1章 绪论

1.1课题来源及研究背景

1.2课题研究目的和意义

1.3国内外研究概况

1.4论文主要研究内容

第2章 多功能采集节点系统方案设计

2.1功能需求分析

2.2多功能数据采集节点系统架构设计

2.3采集功能可配置实现方案选择

2.4关键技术选择

2.5本章小结

第3章 采集节点多种通信方式实现

3.1蓝牙通信方式实现

3.2 USB通信方式实现

3.3 WIFI通信方式实现

3.4多种通信方式的统一封装

3.5本章小结

第4章 远程数据采集及跨平台传输实现

4.1内网穿透在远程数据采集中的应用

4.2基于HTML5的跨平台采集

4.3本章小结

第5章 数字信号处理功能库的开发

5.1常用数字信号处理函数集成

5.2数字信号处理函数库的封装

5.3本章小结

第6章 采集节点的测试及应用

6.1硬件系统搭建

6.2采集节点基本功能测试

6.3基于手机指令域示波器的机床振动监测

6.4本章小结

第7章 总结与展望

7.1全文总结

7.2研究展望

致谢

参考文献

附录Ⅰ 攻读硕士期间研究成果