本發(fā)明涉及一種無線傳感器集成裝置，尤其是一種數(shù)據(jù)同步充電倉(cāng)，可以實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中多個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)集中導(dǎo)出、時(shí)鐘同步并同步進(jìn)行充電。

背景技術(shù)：

1、隨著科技的發(fā)展與自動(dòng)化程度的提高，對(duì)工程裝備的穩(wěn)定性和可靠性提出了越來越高的要求，在工程應(yīng)用中普遍應(yīng)用有線連接的傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，提升系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。而有線連接的傳感器監(jiān)測(cè)的布線方案需要綜合考慮設(shè)備周圍復(fù)雜環(huán)境的影響，對(duì)安裝環(huán)境有著較為嚴(yán)格的要求，由于線纜的限制，有線傳感器難以安全可靠地部署在旋轉(zhuǎn)設(shè)備附近或狹窄、封閉的空間內(nèi)。此外，線纜本身的質(zhì)量和布線方案的穩(wěn)固性直接關(guān)系到傳感器能否長(zhǎng)期有效地進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2、針對(duì)有線傳感器存在的上述問題，近年來提出了通過構(gòu)建分布式、無線通信的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(wireless?sensor?networks，wsns)的解決方案。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通過多個(gè)智能傳感器節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，具有部署靈活、動(dòng)態(tài)擴(kuò)展程度高的優(yōu)點(diǎn)。利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠有效減少現(xiàn)場(chǎng)布線耗費(fèi)的成本及工時(shí)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)體積小，能夠安裝于布線困難的狹小密閉空間，且無線傳感器體積小、分布式、成本相對(duì)低廉的特點(diǎn)大大提升了設(shè)備監(jiān)測(cè)方案的靈活性及可擴(kuò)展性，可應(yīng)用于設(shè)備數(shù)量多、分布范圍廣、測(cè)點(diǎn)離散性大乃至需要頻繁移動(dòng)的監(jiān)測(cè)場(chǎng)景。同時(shí)傳統(tǒng)的有線傳感器監(jiān)測(cè)方案通過監(jiān)測(cè)裝置的核心處理器對(duì)接入的多個(gè)通道傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行集中處理，運(yùn)算、通信、存儲(chǔ)過程的壓力集中在單個(gè)核心處理器上，而通過分布式的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可進(jìn)行并行運(yùn)算處理，實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡。

3、因體積受限，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通常使用容量有限的電池維持系統(tǒng)供電，相應(yīng)的其性能、通信帶寬受到一定約束，所以早期的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)多應(yīng)用于溫度、濕度等數(shù)據(jù)量極少的緩變信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，而通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)需要對(duì)寬頻帶的振動(dòng)、噪聲等動(dòng)態(tài)信號(hào)進(jìn)行采集和分析，因而基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)尚存在以下關(guān)鍵問題：

4、為實(shí)現(xiàn)對(duì)高頻振動(dòng)、噪聲等動(dòng)態(tài)信號(hào)的采集，需要提升無線傳感器節(jié)點(diǎn)的采樣率，各個(gè)節(jié)點(diǎn)的計(jì)算、存儲(chǔ)、通信的負(fù)荷隨之增大，相應(yīng)的整體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功耗以及存儲(chǔ)壓力大大增加，使得原本容量有限的電池支撐系統(tǒng)工作的時(shí)長(zhǎng)顯著縮短，而對(duì)每個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)定期進(jìn)行電池更換又相當(dāng)繁瑣，需要尋求高速采集的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的能耗以及存儲(chǔ)問題的解決方案。

5、無線傳感器節(jié)點(diǎn)內(nèi)部會(huì)保留一定大小的本地存儲(chǔ)空間，因無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信帶寬受到限制，在長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)狀態(tài)下傳感器節(jié)點(diǎn)間通常只傳輸關(guān)鍵特征信息，而預(yù)留的本地存儲(chǔ)可用于在通信堵塞時(shí)緩存未成功上傳的數(shù)據(jù)，并且以可配置的時(shí)間間隔存儲(chǔ)一定時(shí)間段內(nèi)的原始數(shù)據(jù)，用于進(jìn)行深入的數(shù)據(jù)分析，但由于振動(dòng)、噪聲采集數(shù)據(jù)量大，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量多，如何對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中存儲(chǔ)的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行快速收集就成為了需要解決的問題。

6、無線傳感器節(jié)點(diǎn)具備固定時(shí)間間隔采集的功能，并且無線傳感器節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)會(huì)記錄該條數(shù)據(jù)采集時(shí)的系統(tǒng)時(shí)間作為時(shí)間戳。因此無線傳感器節(jié)點(diǎn)內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)間長(zhǎng)期運(yùn)行的準(zhǔn)確性至關(guān)重要，需要實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)時(shí)間校正與同步。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明是要提供一種用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)同步充電倉(cāng)，用于解決無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于振動(dòng)、噪聲等寬頻動(dòng)態(tài)信號(hào)場(chǎng)景下存在的關(guān)鍵問題，實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)快速收集、集中充電，同時(shí)完成無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)時(shí)間校正與同步。

2、為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、一種用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)同步充電倉(cāng)，包括數(shù)據(jù)同步倉(cāng)本體結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)同步控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)同步倉(cāng)本體結(jié)構(gòu)在數(shù)據(jù)同步倉(cāng)本體上開設(shè)多個(gè)凹槽，每個(gè)凹槽用于放置一個(gè)無線傳感器，無線傳感器的充電與通信接口采用磁吸連接器形式，數(shù)據(jù)同步倉(cāng)本體外殼配備有顯示屏、控制按鍵及指示燈，顯示屏用于顯示每個(gè)置入的無線傳感器電量、剩余的存儲(chǔ)容量以及數(shù)據(jù)導(dǎo)出進(jìn)度，控制按鍵用于使能無線傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)出；數(shù)據(jù)同步倉(cāng)對(duì)外設(shè)置有千兆網(wǎng)絡(luò)通訊接口，用于與上位機(jī)、服務(wù)器終端進(jìn)行連接，通過上位機(jī)、服務(wù)器終端控制進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存或數(shù)據(jù)截取分析，以及通過指示燈來指示無線傳感器節(jié)點(diǎn)充電是否完成及數(shù)據(jù)導(dǎo)出是否完成；數(shù)據(jù)同步控制模塊包括arm主控模塊、存儲(chǔ)模塊、通信模塊以及北斗授時(shí)模塊以及電源管理模塊，其中，數(shù)據(jù)同步倉(cāng)采用外部220v電源作為供電，電源管理模塊用于識(shí)別數(shù)據(jù)同步倉(cāng)每一路充電電源是否有電流向無線傳感器負(fù)載輸出來判斷無線傳感器的接入情況；arm主控模塊用于讀取每個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)接入，并利用北斗授時(shí)模塊向接入的無線傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送pps秒脈沖同步信號(hào)與秒脈沖信號(hào)對(duì)應(yīng)的絕對(duì)時(shí)間信息，從而實(shí)現(xiàn)無線傳感器節(jié)點(diǎn)的時(shí)間同步；通信模塊通過phy芯片與接入的無線傳感器節(jié)點(diǎn)以及上位機(jī)、服務(wù)器終端進(jìn)行通信連接；存儲(chǔ)模塊由多個(gè)固態(tài)硬盤按照raid5形式組成磁盤陣列，使用一部分冗余空間來確保數(shù)據(jù)的安全性。

4、進(jìn)一步，數(shù)據(jù)同步倉(cāng)本體的凹槽中通過導(dǎo)軌定位結(jié)構(gòu)放置無線傳感器，用于確保無線傳感器安裝位置的準(zhǔn)確并可靠固定，同時(shí)利用該導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)主動(dòng)防呆，防止無線傳感器充電及通信接口反接。

5、進(jìn)一步，無線傳感器的充電與通信接口采用的磁吸連接器形式，為6pin接口，其中2pin實(shí)現(xiàn)電源充電，4pin實(shí)現(xiàn)百兆網(wǎng)通信。

6、進(jìn)一步，指示燈具有三色，其中，無線傳感器接入后充電指示燈及數(shù)據(jù)導(dǎo)出指示燈均為紅色，當(dāng)完成充電后，充電指示燈變?yōu)榫G色，數(shù)據(jù)同步完成后，指示燈變?yōu)樗{(lán)色。

7、進(jìn)一步，當(dāng)上位機(jī)、服務(wù)器終端接入時(shí)，arm主控模塊通過通信模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存，以及利用上位機(jī)、服務(wù)器終端對(duì)關(guān)注測(cè)點(diǎn)、關(guān)注時(shí)間段的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

8、進(jìn)一步，當(dāng)用戶控制按鍵啟動(dòng)無線傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)導(dǎo)出時(shí)，arm主控模塊與無線傳感器節(jié)點(diǎn)間建立網(wǎng)絡(luò)通訊連接，用于向其請(qǐng)求存儲(chǔ)的測(cè)量數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)模塊。

9、進(jìn)一步，數(shù)據(jù)同步控制模塊中具有同步數(shù)據(jù)庫(kù)，同步數(shù)據(jù)庫(kù)按照時(shí)間序列以及不同測(cè)點(diǎn)進(jìn)行存儲(chǔ)，方便數(shù)據(jù)管理及查詢；在獲取數(shù)據(jù)寫入同步數(shù)據(jù)庫(kù)過程中，采用數(shù)據(jù)校驗(yàn)與加密傳輸機(jī)制，確保獲取的數(shù)據(jù)安全可靠。

10、進(jìn)一步，數(shù)據(jù)同步控制模塊對(duì)接上位機(jī)，用于管理與數(shù)據(jù)分析。

11、進(jìn)一步，數(shù)據(jù)同步控制模塊連接顯示屏，用于顯示各個(gè)無線傳感器測(cè)點(diǎn)記錄的速度通頻值、主頻幅值特征信號(hào)的長(zhǎng)期趨勢(shì)圖譜，使用者根據(jù)趨勢(shì)圖譜針對(duì)性的篩選出具有代表性或具有分析價(jià)值的時(shí)間序列數(shù)據(jù)，再根據(jù)篩選出的數(shù)據(jù)分布時(shí)間段，導(dǎo)出該時(shí)間段內(nèi)的時(shí)間序列數(shù)據(jù)，從而有效保證所提取數(shù)據(jù)的實(shí)用性。

12、本發(fā)明的有益效果是：

13、1、按照本發(fā)明，根據(jù)無線傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)置的采樣頻率、采集時(shí)長(zhǎng)、采集間隔以及采集特征信息等參數(shù)不同，采集高頻振動(dòng)、噪聲等動(dòng)態(tài)信號(hào)的無線傳感器節(jié)點(diǎn)功耗較高，會(huì)在一段時(shí)間后發(fā)出低電量預(yù)警，此時(shí)可通過數(shù)據(jù)同步交換倉(cāng)對(duì)多個(gè)無線傳感器進(jìn)行統(tǒng)一充電，可避免逐個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行充電或更換電池。

14、2、按照本發(fā)明，利用數(shù)據(jù)同步倉(cāng)可對(duì)倉(cāng)內(nèi)接入的多個(gè)無線傳感器內(nèi)部存儲(chǔ)的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行同步導(dǎo)出，可避免點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)拷貝，有效減少無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中收集數(shù)據(jù)耗費(fèi)的時(shí)間，導(dǎo)出數(shù)據(jù)帶有時(shí)間戳及無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)id，可將存儲(chǔ)數(shù)據(jù)與測(cè)量時(shí)間與測(cè)點(diǎn)位置對(duì)應(yīng)，可收集信息更為豐富的原始數(shù)據(jù)以及更多的特征信息，為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)的機(jī)械設(shè)備開展進(jìn)一步深入分析提供數(shù)據(jù)支撐。

15、3、按照本發(fā)明，無線傳感器在接入數(shù)據(jù)同步倉(cāng)后，可通過數(shù)據(jù)同步倉(cāng)上的顯示屏顯示該傳感器的剩余電量及剩余存儲(chǔ)空間，并且在無線傳感器充電及數(shù)據(jù)導(dǎo)出過程中，顯示屏可實(shí)時(shí)顯示充電及數(shù)據(jù)導(dǎo)出的進(jìn)度，同時(shí)可通過指示燈觀察充電及數(shù)據(jù)導(dǎo)出是否完成。

16、4、按照本發(fā)明，數(shù)據(jù)同步充電倉(cāng)可通過有線網(wǎng)絡(luò)連接至上位機(jī)，當(dāng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)某設(shè)備振動(dòng)烈度等關(guān)鍵特征出現(xiàn)異常時(shí)，可利用上位機(jī)軟件可選取關(guān)注的測(cè)點(diǎn)及時(shí)間段，截取異常時(shí)間點(diǎn)附近的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分析，可以有效幫助對(duì)設(shè)備故障原因進(jìn)行定位。

17、5、按照本發(fā)明，無線傳感器節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)時(shí)間會(huì)隨著節(jié)點(diǎn)長(zhǎng)期運(yùn)行出現(xiàn)偏差，數(shù)據(jù)同步充電倉(cāng)可利用北斗授時(shí)模塊對(duì)無線傳感器的系統(tǒng)時(shí)間偏差進(jìn)行校正，當(dāng)無線傳感器接入該數(shù)據(jù)同步充電倉(cāng)后，充電倉(cāng)會(huì)自動(dòng)發(fā)送秒脈沖同步信號(hào)以及同步時(shí)間信息，從而實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定期采集功能穩(wěn)定，記錄數(shù)據(jù)時(shí)間戳準(zhǔn)確，校時(shí)完成后會(huì)在顯示屏上進(jìn)行結(jié)果顯示。