基于数据融合结构的电位与温度采集网络传输系统的制作方法

本发明涉及数据信号检测及网络通信领域，具体涉及一种基于数据融合结构的电位与温度采集网络传输系统。

背景技术：

在全球经济和科技迅速发展的时代，智能感知技术与传感器检测技术也不断的发展进步，在煤矿井下、石油勘探、桥梁大坝等地质环境检测中，准确的传感器信息的获取是非常关键的，如在煤矿井下采掘生产过程中，地下原始应力平衡被打破,围岩失稳现象随之大量产生,构成了煤炭安全生产危害，如桥梁大坝地质数据的检测，一旦发生洪水冲击，大坝是否安全可靠需要传感器采集准确的数据进行分析，能够及时准确的检测到准确的数据进行分析，将会很大程度的减少生产工作中的事故，因此为了预防在各种生产工作的各种突出危害，做到对各种工作过程中地质状态变化的数据实时采集，并且通过对采集数据进行融合算法分析，可靠定位突出点的位置为目的，发明了一种基于数据融合结构的电位与温度采集网络传输系统。

为了更精准的获取外部传感器感知周围环境提供的必要信息和随着工作环境与工作任务的复杂性，单个传感器已经不能较好的满足系统对鲁棒性的要求，因此多传感器的应用及其数据融合技术在系统开发设计中就不断的被使用与创新。它通过数据关联、相关和组合等方式来获得对被测环境或对象的更加精准的定位，充分利用不同时间和空间传感器的数据资源，采用计算机技术进行分析来获得被测对象的一致性解释与描述，进而实现系统相应的决策，本发明即基于此思想发明了一种基于数据融合结构的电位与温度采集网络传输系统。

技术实现要素：

本发明的目的在于通过对电位和温度采集模块连接的多传感器的测量数据，利用基于卡尔曼滤波的多传感器数据融合算法，对采集的多路数据进行融合，从而获得电位和温度变量的更准确的估计值，进而利用两变量的结合就能很好的解决突出点的位置的定位问题。

本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种基于数据融合结构的电位与温度采集网络传输系统外部传感器的构成包括：32路电极传感器、32路温度传感器；内部其他电路包括：信号差分输入电路、信号增益放大电路、温度变送器、低通滤波器电路、以太网控制电路、主控电路、TF存储卡；软件部分包括：数据融合算法技术、数据库技术。

32路电极传感器、32路温度传感器采用并行融合结构，并行多路传感器传送数据进行融合，并行多路传感器传送数据进行融合是指将32路电位采集数据和32路温度采集数据的传感器输出的数据全部同时输入给数据融合中心，32路电位采集传感器、32路温度采集传感器之间没有影响，接收数据的融合中心对各种类型的数据按适当的方法进行综合处理，最后输出结果传送给内部其他电路，进而传到主控电路。

软件程序采用卡尔曼滤波算法的基本思想将32路电位采集传感器和32路温度采集传感器数据进行处理，卡尔曼滤波算法的基本思想是用当前量测值与上一时刻的预测估计值的偏差乘以一定的权重来不断修正下一状态的估计。利用电位和温度采集传感器系统的过程模型，来预测其各自的下一状态，将卡尔曼滤波算法应用在32路电位采集传感器和32路温度采集传感器，通过对不同时刻多数据的融合以及对多传感器的融合，其结果提高了电位及温度值得精度，降低了不确定度，获得了电位和温度变量的更准确的估计值，进而利用两变量的结合就能很好的解决突出点的定位点问题。

主控电路包括互联型32位的ARM核心芯片STM32F107、以太网控制电路的核心芯片DP8384C、TF内存卡、PC人机界面，利用数据融合技术将不同传感器传来的数据通过STM32内部的两个12位的模数转换器处理模块直接组合得到一组统一的输出数据，根据不同传感器传来的不同数据形式和不同环境描述，根据不同传感器传来的不同数据形式和不同环境描述，将电极传感器传送的电压模拟量，温度传送的电流模拟量，结合其所处环境的不相同进行融合。其数据融合中心的思想是首先要把这些不同类型的数据转换成相同的形式，然后在进行相关处理，然后将处理后的32路电位采集信号、32路温度采集信和一路电流信号通过网络传输协议TCP/IP协议和太网接口通信电路传送到PC人机界面，同时还可以将数据保存在TF内存卡中备份，有效的保存了历史数据。

以太网控制电路的作用主要是将STM32F107采集到的数据，并且经过并行融合结构算法处理后的32路电位值和32路温度值发送到服务器。以太网控制电路主要采用嵌入式芯片加以太网网卡芯片，以太网网卡芯片采用DP83848C芯片，DP83848C PHY层芯片提供的功能相当于TCP/IP参考模型的物理层，STM32F107自带的MAC层相当于数据链路层，硬件接口采用RMII接口模式，网络控制电路有效的实现了数据的可靠、稳定的传输，保证了数据实时更新的目的。

数据库技术采用实时数据库和非实时数据库两种数据库存储类型，实时数据库提供当前传感器的观测结果能够及时准确的提供给融合中心，供计算使用，即电位、温度实时变化的采集值。非实时数据库存储一些传感器的历史数据以及融合计算的历史信息，即电位、温度实历史采集存储值。数据库存储的信息容量的大小可以通过外部扩展存储单元TF存储卡扩大存储容量。

附图说明

图1为本发明的整体控制框架图

图2为本发明卡尔曼滤波控制算法框架图

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

如图1所示一种基于数据融合结构的电位与温度采集网络传输系统外部传感器的构成包括：32路电极传感器(1)、32路温度传感器(2)；内部其他电路包括：信号差分输入电路(3)、信号增益放大电路(4)、温度变送器(5)、电压取样(6)、低通滤波器电路(7)、以太网控制电路(8)、主控电路(9)、TF存储卡(10)、32路电位采集电路(11)、32路温度采集电路(12)；软件部分包括：数据融合算法技术、数据库技术。

32路电极传感器(1)、32路温度传感器(2)采用并行融合结构，并行多路传感器传送数据进行融合，并行多路传感器传送数据进行融合是指将32路电位采集数据和32路温度采集数据的传感器输出的数据都同时输入给数据融合中心，并且32路电极传感器(1)、32路温度传感器(2)之间没有影响，接收数据的融合中心对各种类型的数据按适当的方法进行综合处理，最后输出结果传送给内部电路，进而传到主控电路。

如图2所示一种基于数据融合结构的电位与温度采集网络传输系统，软件程序采用卡尔曼滤波算法的基本思想将32路电极传感器(1)、32路温度传感器(2)采集的数据进行处理；卡尔曼滤波算法的基本思想是用当前量测值与上一时刻的预测估计值的偏差乘以一定的权重来不断修正下一状态的估计。利用电位和温度采集传感器系统的过程模型，来预测其各自的下一状态，将卡尔曼滤波算法应用在32路电极传感器(1)和32路温度传感器(2)，通过对不同时刻多数据的融合以及对多传感器的融合，提高了电位与温度采集值，使其结果精度得到了保证，降低了不确定度，获得了电位和温度这两个变量更准确的估计值，进而利用这两个变量的结合能很好的解决突出点的位置定位的问题。

主控电路包括互联型的32位ARM核心芯片STM32F107(9)、以太网控制电路(8)的核心芯片DP8384C、TF存储卡(10)、PC人机界面(13)，利用数据融合技术将不同传感器传来的数据，通过STM32F107(9)内部的两个12位的模数转换器处理模块，将采集到的两种变量值直接组合得到一组统一的输出数据；根据不同传感器传来的不同数据形式和不同环境描述，将电极传感器传送的电压模拟量，温度传送的电流模拟量，结合其所处环境的不相同进行融合。其数据融合中心的思想是首先要把这些不同类型的数据转换成相同的形式，然后在进行相关处理，进而将处理后的32路电位采集信号、32路温度采集信号两组变量作为一个坐标点，即坐标特征数据，通过网络传输协议TCP/IP协议和太网接口控制电路(8)传送到PC人机界面(13)，同时还可以将数据保存在TF存储卡(10)中备份，有效的保存了历史数据。

以太网控制电路(8)的作用主要是将STM32F107(9)采集到的数据，并且经过并行融合结构算法处理后的32路电位值和32路温度值发送到服务器。以太网控制电路(8)主要采用嵌入式芯片加以太网网卡芯片，以太网网卡芯片采用DP83848C芯片，DP83848C PHY层芯片提供的功能相当于TCP/IP参考模型的物理层，STM32F107(9)自带的MAC层相当于数据链路层，硬件接口采用RMII接口模式，网络控制电路有效的实现了数据的可靠、稳定的传输，保证了数据实时更新的目的。

数据库技术采用了实时数据库和非实时数据库两种数据库存储类型，实时数据库提供当前传感器的观测结果能够及时准确的提供给融合中心，供计算使用，即电位、温度实时变化的采集值。非实时数据库存储一些传感器的历史数据以及融合计算的历史信息，即电位、温度实历史采集存储值。数据库存储的信息容量可以通过外部扩展存储单元TF存储卡(10)扩大存储容量。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。