专利名称：一种可改变采样频率的传感器设备及其控制方法
技术领域：
本发明涉及智能传感技术领域，尤其涉及一种可改变采样频率智能传感器设备及其控制方法。
背景技术：
传感器数据采集的采样频率首先要考虑采集卡支持的最大频率。但是，较长时间使用很高的采样率可能会导致没有足够的内存或者硬盘存储数据，从而造成浪费和信息量爆炸。而采集频率过低会造成信息量不准确，难以做出恰当判断和处理。理论上设置采样频率为被采集信号最高频率成分的2倍就够了，实际上工程中选用5 10倍，有时为了较好地还原波形，甚至更高一些。在实际应用中，为了使控制系统更加细化，能合理应对更多异常情况，本发明考虑在现有技术上进行改进，根据传感器设备感知到的信息正常与否来自动地调整传感器设备的采集和处理信息。这样一方面在正常情况下减少数据的采集、降低成本；另一方面在异常情况下加大采集数据的频率，以求获得更准确的信息做出恰当的判断，以实现自适应传感器设备智能控制。现有技术的传感器采集频率是固定的，一旦出现问题，只能采用固定模式进行处理，不够灵活。本发明提供的一种可改变采样频率的传感器设备及其控制方法，可以根据具体情况采用不同的频率与处理方式，以合理应对异常情况。在正常情况下减少数据的采集、 降低成本；在异常情况下加大采集数据的频率，以求获得更准确的信息做出恰当的判断。
发明内容
本发明提供了一种可改变采样频率的传感器设备，包括感应装置、信号采集装置、 处理装置、控制装置和驱动执行装置。其中，感应装置以某个固定频率接收外界数据；信号采集装置采集感应装置接收到的数据；处理装置接收信号采集装置发送的数据，将数据经过放大、滤波、A/D转换后发送给控制装置；控制装置接收处理装置发送的数据，将数据与预设数据进行比较，获得信息状态，根据信息状态控制信号采集装置采样频率的改变，并调用相应的控制算法并输出处理建议；驱动执行装置将控制装置的控制结果反馈到信号采集装置。另外还可以设置接收装置和发送装置；将感应装置接收到的数据传递给相邻传感器设备。本发明还提供了一种采用可改变采样频率的传感器设备的控制方法，过程包括 设定时间参数，时间参数即为信号采集装置的采样周期，时间参数的设定是依据现场数据的误差，误差较大时可将时间参数缩短；通过感应装置获得外部数据后，信号采集装置以预设的频率接收感应装置接收到的数据，在处理装置中将所述数据经过放大、滤波、A/D转换后发送给控制装置，控制装置将所述数据与预设数据进行比较，获得信息状态，根据所述信息状态，改变信号采集装置的采样频率并进行信息处理。当接收到数据与正常数据误差在 0 0. 1%时，保持原采样频率不变；当接收到数据与正常数据误差在0. 1% 0. 5%时，将信号采集装置的采样频率提高至原来的两倍，显示器显示情况异常；当接收到数据与正常数据误差大于0. 5%时，调用PID算法并将信号采集装置的采样频率提高至原来的三倍，显示器显示处理建议。本发明的创新之一是在于，采样频率可根据传输的信息状态改变，并且能够根据实际情况改变处理方式。本发明相较于现有技术，数据采集的过程是一致的，控制算法使用的也是用得最多的PID算法。感知和传输信息的方式是传统方式，即传感器设备将现场采集的数据经过 A/D转换后输入到控制单元。本发明可改变采用频率的传感器设备根据感应装置感知到的信息正常与否来自动调整信息采集装置的采样频率。这样一方面在正常情况下减少数据的采集、降低成本；另一方面在异常情况下加大采集数据的频率，以求获得更准确的信息做出恰当的判断，以实现自适应传感器设备智能控制。本发明提供的可改变采样频率的传感器设备的控制方法，能够根据感知到的信息正常与否自动调整信号采集装置的采集频率并进行信息处理，不仅能够尽可能地优化传感器设备感知和传递信息，提高响应机制，而且采样频率参数可以根据应用的改变灵活配置， 既实现传统智能传感器设备的控制功能，而且可以有效针对现场异常情况及时调整信号采集装置的运作频率，从而达到优化传感器设备感知和传递信息的目的。
图1是本发明可改变采样频率的传感器设备的结构图； 图2是无线传输数据格式示意图3是本发明可改变采样频率的传感器设备的控制方法的流程图； 图4是本发明可改变采样频率的传感器设备的控制装置的工作流程图。
具体实施例方式以下结合附图和实施例，进一步详细描述本发明，并非是对本发明的限制。凡本领域技术人员依据本发明的构思通过逻辑分析，推理或者有限的实现可以得到的技术方案， 皆应在本发明的保护范围内。实施例1
图1为本发明传感器设备结构图，如图1所示，包括感应装置、信号采集装置、处理装置、控制装置和驱动执行装置。其中，感应装置以某个固定频率接收外界数据；信号采集装置以一定的频率采集感应装置接收到的数据；处理装置，其接收信号采集装置发送的数据，将数据经过放大、滤波、A/D转换后发送给控制装置；控制装置，接收所述处理装置发送的数据，将数据与预设数据进行比较，调整信号采集装置的采样频率，并调用相应的控制算法并输出处理建议；驱动执行装置，其将控制装置调整后的采样频率反馈到信号采集装置。驱动执行装置将控制装置调整后的采样频率反馈到感应装置。图3为可改变频率的传感器设备控制方法的流程图，本实施例中采用可改变采样频率的传感器设备的控制方法，其过程包括设定时间参数和预设数据；通过感应装置获得外部数据，信号采集装置以预设的频率接收感应装置接收到的数据；处理装置中将所述数据经过放大、滤波、A/D转换等数据处理后发送给控制装置；如图4所示，控制装置将接收到的数据与预设数据进行比较，获得信息状态，根据所述信息状态，改变信号采集装置的采样频率并进行信息处理。当接收到数据与预设数据误差在0 0. 1%时，保持原采样频率不变；当接收到数据与预设数据误差在0. 1% 0. 5%时，将所述信号采集装置的采样频率提高至原来的两倍，显示器显示情况异常；当接收到数据与预设数据误差大于0. 5%时，调用PID 算法并将信号采集装置的采样频率提高至原来的三倍，显示器显示处理建议。本发明还可设置接收装置和发送装置，可将感应装置接收到的数据传递给相邻传感器设备。接收装置和发送装置间传递的信息是相邻传感器设备采集到的数据以及控制传感器设备工作状态的控制信息，传感器设备间的传输格式为无线传输格式。这样实现多传感器设备之间的相互通，可以让传感器设备之间进行信息传递，一旦一个传感器设备不能满足需求，可以启动更多地传感器设备以感知现场。有时候启用太多传感器设备会造成资源浪费，那么这些不被启动的传感器设备节点虽然不采样，但可以感知其他传感器设备的采样数据，并根据具体情况做出启动选择——比如此时现场异常，那么此传感器设备就要启动，开始采样。图2即为无线传输信息格式的示意图 其中，数据头长为:3byte，初始状态可设置为ccc。命令字长为lbyte，节点中的接收装置和发送装置的控制可通过将命令字设置为 01-发送数据；02-接受数据来实现。为了延长智能传感器系统的生命周期，可利用命令字将智能传感器节点设置为03-休眠；04-唤醒休眠。数据长度长为1 byte，为后面“数据”的字节数，“数据”即为传感器设备接收到的数据。数据长为0-20 byte，为有效数据，包括各起始位、地址位、采集通道的实时数据、
停止位。CRC长为2 byte，对命令字到数据的所有数据进行校验。本发明中的感应装置以某个固定频率接收外界数据，然后将其传递给信号采集装置，信号采集装置的频率比感应装置的频率低，即感应装置每采集几个周期，信号采集装置才采集一次数据。发明的感应装置随时监测现场器件的相关数据，并以固定的频率将数据传输到信号采集装置。但信号采集装置不是每组数据都采集，它有自己的采样频率。信号采集装置采集到的数据经处理装置的处理后输入到控制装置，控制装置调用相应的控制算法并输出相应的数据到驱动执行装置；驱动执行装置通过改变开关电量来控制流量等的大小，这样下一时刻信号采集装置采集到的数据即是经过改变的数据了 ；下一轮依然是这个过程。感应装置采集的频率比信号采集装置的频率要大，此处信号采集装置实际上是软件控制的，所以感应装置虽然采集到的数据很多，如0.1秒采集一次，而信号采集装置可能1 秒才采集一次，那么信号采集装置采到的数据就是感应装置在第1秒、第2秒、第3秒…… 采集到的数据。当采集到的现场数据与预设数据误差在0 0. 1%以内时表明正常；误差在 0. 1% 0. 5%之间表明情况异常；误差在0. 5%以上，要调用PID算法并提供处理建议；由于异常情况有时候只是某一短暂时间段内受外界影响导致，并不是真正的异常，所以要提高采样频率，及时精确地确定到底是否为异常。一旦确定为异常，则需要调用控制算法来控制现场设备的运作。本发明中处理装置发送给控制装置的控制信息为数字信号，如将流量加到100方 /分钟，而此数字信号经过D/A转换后，传递给现场，表现为控制流量的开关电流大小进而控制电流，流量开关即为驱动执行装置。处理装置实际上指的就是执行机构，就是将控制的数字信息反映在具体设备的操作上；控制信息的具体作用是指导设备的运转。本发明中的控制装置分为三种情况控制频率，本发明的采样频率是指信号采集装置的频率，而不是感应装置的固定频率，因为修改感应装置的频率，需做硬件上的修改。本发明中将接收到的数据对照预设数据，判断现场情况的异常程度，根据异常程度的不同，由控制装置输出控制信号以控制信号采集装置的采样频率，例如异常情况非常严重时，需要更加频繁地采集数据以指导下一步应该怎么处理。从而达到控制的功能。如果采样频率较小，也就是采用周期较长，此时传递的异常数据有可能是偶然数据，如果要确定是否真的异常，必须提高采用频率以判断是否在更加稠密的时间内依然采集到异常数据， 较精确就是指能够明确判断是否异常的大量数据。情况异常时，再采集1分钟，如果采集到的数据和预设数据比较依然异常，则调用控制算法改变现场设备的运作，如无异常，则不做改变。本发明在信号传输异常时，会给出处理建议，如要调节现场设备的运转，则具体建议如增加排量等，接下来就需要控制器采用控制算法控制排量。实施例2
本实施例将本发明应用于检测压裂混砂车系统中的砂量，本实施例中的可改变采样频率的传感器与实施例1相同的结构，不再赘述。本实施例中可改变采样频率的传感器的控制方法具体过程如下将时间参数设定为ls，预设数据即为砂的流量设定为20方/分钟。开始接收数据，接收到的数据为20. 2方 /分钟，经处理装置比对两者误差为1%，调用控制模块中的PID控制算法，并显示情况异常， 同时将信号采集装置的采样频率调整到0. 33s，继续接收数据；接收到的数据为20. 05方/ 分钟，经处理装置比对两者误差为0. 25%，因此信号采集装置的采样频率调整到0. 16s，继续接收数据后接收到的数据为20.方/分钟。综上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效变化与修饰，都应属于本发明的技术范畴。
权利要求
1.一种可改变采样频率的传感器设备，其特征在于，包括感应装置、信号采集装置、处理装置、控制装置和驱动执行装置；感应装置，其以某个固定频率接收外部数据；信号采集装置，其采集感应装置接收到的数据，并向处理装置发送所述数据；处理装置，其接收信号采集装置发送的数据，将所述数据经过放大、滤波、A/D转换后发送给控制装置；控制装置，接收所述处理装置发送的数据，将所述数据与预设数据进行比较，调整信号采集装置的采样频率，并调用相应的控制算法并输出处理建议；驱动执行装置，其将控制装置调整后的采样频率反馈到信号采集装置。
2.如权利要求1所述的可改变采样频率的传感器设备，其特征在于，还可以设置接收装置和发送装置；所述接收装置和发送装置间传递的信息是相邻传感器设备采集到的数据以及控制传感器设备工作状态的控制信息。
3.采用权利要求1所述的可改变采样频率的传感器设备的控制方法，其特征在于，设定时间参数和预设数据；通过感应装置获得外部数据，信号采集装置以预设的频率接收感应装置接收到的数据；在处理装置中，将所述数据经过放大、滤波、A/D转换后发送给控制装置；控制装置将所述数据与预设数据进行比较，获得信息状态，根据所述信息状态，改变信号采集装置的采样频率并进行信息处理。
4.如权利要求3所述的可改变采样频率的传感器设备的控制方法，其特征在于，当接收到的外部数据与预设数据误差在0 0. 1%时，保持原采样频率不变。
5.如权利要求3所述的可改变采样频率的传感器设备的控制方法，其特征在于，当接收到的外部数据与预设数据误差在0. 1% 0. 5%时，将所述信号采集装置的采样频率提高至原来的两倍，显示情况异常。
6.如权利要求3所述的可改变采样频率的传感器设备的控制方法，其特征在于，当接收到的外部数据与预设数据误差大于0. 5%时，将所述信号采集装置的采样频率提高至原来的三倍，显示处理建议。
全文摘要
本发明公开了一种可改变采样频率的传感器设备，其特征在于，包括感应装置、信号采集装置、处理装置、多版本控制装置和驱动执行装置。本发明还公开了可改变采样频率的传感器设备的控制方法，其特征在于，设定时间参数和预设数据；通过感应装置接收外界数据后获得信息状态，根据信息状态改变信号采集装置的采样频率并进行信息处理。本发明可以根据具体情况采用不同的频率与处理方式，以合理应对异常情况。
文档编号G01D3/036GK102175269SQ201110024869
公开日2011年9月7日 申请日期2011年1月24日 优先权日2011年1月24日
发明者王娜, 陈仪香 申请人:华东师范大学