传感器数据的自动获取系统和方法与流程

本发明涉及物联网传感器数据采集领域，尤其涉及一种传感器数据的自动获取系统和方法。

背景技术：

近年来，传感器技术，无线传感器网络技术，物联网技术发展迅猛，使得人们可以实时感知和检查外部世界，观测到多种多样的现象，因此这些技术可以产生众多应用。目前，传感器技术已经广泛应用在众多生活领域。然而，受限于能源，通信，以及无线传感技术本身发展不足等原因，在一些特定领域或者偏远地区，无线传感网络还有很多限制：比如很多传感器使用干电池供电，需要频繁替换电池；为了省电，不能进行频繁的数据交互，从而影响数据的实时性；无线传感网络数据要传送到internet，从而被internet实时共享，需要添加网关实现网络转换；很多无线传感网络不能接收命令来操作传感器获取数据；有些无线传感网络结构复杂也不利于部署等等。

在偏远地区进行生态湿地的监控，森林监控等，受限于能源，通信等原因，无线传感技术不好应用，导致传感器数据获取困难。在这些领域，传感器数据通常仍然是由观测人员人工参与获取：观测人员带着传感器到达观测地点后，操作仪器，记录下传感器数据，录入系统；或者传感器采集数据后，将数据记录在存储设备中，观测人员过一段时间读取存储设备，将传感器记录录入系统；或者观测人员将待观测对象带回实验室，操作传感设备检测数据，然后将传感器记录录入系统。这些数据获取方式耗时，耗力，而且也无法获得实时的传感器数据。

传感器技术使得人们可以实时监控所需领域，如果无法按需实时获取数据，将严重影响这些领域的生产，研究。尤其在空气监测，水质污染，森林火情监控，动植物养殖监测等领域，对于环境数据的获取非常迫切。

技术实现要素：

本专利针对这些问题，提出一种传感器数据的自动获取系统与方法。

为实现上述目的，本发明提出了一种传感器数据的自动获取系统，所述系统包括服务器、至少一个监测站，所述监测站包括供电模块、通信模块、采集器、控制中心、若干传感器，所述服务器与监测站通过所述通信模块进行数据传输，所述采集器读取传感器的采集信号，并将所述采集信号转化为数字化信息，所述控制中心将数字化信息被通过所述通信模块传输至所述服务器，所述服务器接收所述数字化信息并存储、展示，所述控制中心用于所述监测站的管理控制，所述供电模块由太阳能电池板与蓄电池组成，太阳能电池板发电并将电量存储在蓄电池中，所述供电模块为所述传感器、控制中心、通信模块供电，所述通信模块用移动通信网络，比如gprs或4g于所述服务器之间进行通信，所述控制中心控制采集器采集实时的所述传感器数据。

作为本发明的优化方案，所述控制中心控制采集传感器数据的方式为主动采集方式或者被动采集方式，所述主动采集方式为：所述控制中心指示所述采集器周期性进行采集所述传感器数据。

作为本发明的优化方案，所述被动采集方式为：所述控制中心指示所述采集器即时采集所述传感器数据。

作为本发明的优化方案，所述控制中心控制所述监测站与所述服务器之间的连接，所述监测站以用户名密码登录所述服务器，登录验证通过后才可以保持所述监测站与所述服务器之间的数据交互，否则所述服务器会自动断开与监测站的连接。所述监测站周期性发送心跳报文至所述服务器，以确保保持服务器与监测站之间的连接，所述服务器在一定时间内收不到所述监测站的消息会自动断开与所述监测站的连接。

作为本发明的优化方案，所述太阳能电池板的规格可以是50v，蓄电池的容量可以是38a.h。

为实现上述目的，本发明提出了一种传感器数据的自动获取方法，服务器与一个或多个监测站连接，所述监测站包括供电模块、通信模块、采集器、控制中心、若干传感器，所述服务器与所述监测站之间通过通信模块进行通信，通信模块基于移动通信网络，比如gprs或4g，该方法包括如下几个步骤：

步骤1：启动服务器，服务器等待与监测站的连接；

步骤2：监测站中配置好各个传感器，并配置好服务器域名，启动监测站；

步骤3：监测站启动后，控制中心主动与服务器建立连接。

步骤4：监测站与服务器连接后，控制中心会根据数据采集方式进行数据采集。

步骤5：进行实时数据采集时，控制中心指示采集器读取每个传感器采集信号，采集器将采集信号转换成数字化信息，得到一个数值，控制中心获取到数值后，根据传感器类型，会给传感器数据附上数值含义。

步骤6：控制中心发送如下内容到服务器：传感器的标识符，所述传感器的标识符对应的传感器数据，所在监测站的标识符。

步骤7：服务器收到监测站数据后，记录存储下特定传感器的数值。

作为本发明的优化方案，监测站可以多次采集传感器数据，监测站与服务器建立连接后，再次采集传感器数据流程重复步骤4—7，服务器可以连接多个监测站，如果系统中添加了新的监测站，则新监测站的传感器数据采集流程重复步骤2—7。

作为本发明的优化方案，在步骤3中，用特定用户名密码登录服务器。登录通过后，服务器周期性发送心跳报文监测与监测站间联系，监测站响应心跳报文。如果服务器与监测站之间的心跳报文丢失，服务器会断开与监测站之间的连接。

作为本发明的优化方案，在步骤4中，如果管理人员通过服务器把监测站数据采集方式设置为被动采集，则监测站等待管理人员指示进行传感器数据采集；如果管理人员通过服务器把监测站数据采集方式设置为主动采集，则控制中心周期性指示采集器进行传感器数据采集，这个采集周期也是有管理人员指定。

作为本发明的优化方案，所述供电模块包括太阳能电池板与蓄电池，太阳能电池板发电并将电量存储在蓄电池中，所述供电模块为所述传感器、控制中心、通信模块供电。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明：

图1是系统结构构成图。

图2是传感器数据采集流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请技术方案做进一步详细说明，以下实施例不构成对本申请的限定。

首先介绍系统的组成：该系统采用服务器-监测站的结构。服务器可以与多个监测站相连，服务器与监测站通过移动通信网络，比如gprs或4g实现网络通信。服务器端的职责有：接收监测站发送过来的传感器数据并负责数据存储，数据展示，转发管理员命令给监测站及传感器。监测站负责采集实时的传感器数据并发送给服务器；监测站包含以下主要模块：供电模块，通信模块，采集器，传感器，控制中心。系统中会存在众多的监测站，每个监测站用一个特定的标识符表示。

监测站是本系统的核心部分，它的各个模块功能如下：

供电模块由太阳能电池板和蓄电池组成，太阳能电池板发电并将多余电量存储在蓄电池中。监测站的用电量主要用在传感器，控制中心，通信模块，这些模块的用电量并不是很大，比如太阳能电池板的规格是50v，蓄电池的容量是38a.h。这样的供电能力，在光照较好的时候，一天的发电量可以支持系统一个月的耗电。通过这样的供电方案，可以解决在偏远地区电源的问题。

通信模块用移动通信网络来与服务器通信，可以使用gprs，3g或者4g实现数据通信。

一个监测站上可以连接多个传感器，比如风速传感器，降雨量传感器，pm2.5传感器，温度传感器等等。传感器与采集器直接相连，通过有线连接。采集器下的每个传感器都有一个唯一标识符，用以区分不同的传感器。

采集器模块读取传感器的采集信号，并将采集信号转化为数字化信息，方便传播存储。采集器不需要清楚每个传感器数据的含义，它只负责单纯的收集传感器信号并转化为数值信号。数值的含义，由控制中心进行解释。

控制中心模块负责监测站的管理控制，它负责监测站与服务器之间的安全，可靠连接；负责指示采集器采集数据，并解释数据内容，并将数据发送给服务器。

下面介绍系统中有以下几个重点功能：

监测站与服务器间连接管理：监测站会预先设置好服务器的域名，当监测站开始运行后，控制中心会通过通信模块会访问服务器域名，主动与服务器建立连接。监测站需要以用户名密码登录服务器，登陆验证通过后，才可以继续保持与服务器的交互，否则服务器会自动断开与该监测站的连接。监测站还需要周期性发送心跳报文到服务器，以确保连接处于保持状态，否则服务器长时间收不到监测站的消息有可能会断开与监测站的连接。

传感器数据采集管理：控制中心会指示采集传感器信息，可以是主动采集，也可以是被动采集。主动采集是指控制中心周期性的指示采集器采集传感器信息，采集后发送给服务器，主动采集模式开始前，服务器把采集周期发送到监测站控制中心。被动采集是指当控制中心收到服务器端的特定指示后，通过采集器采集特定传感器的信息，采集后发送给服务器。控制中心指示采集器读取传感器采集信号，采集器将采集信号转换成数字化信息，得到一个数值，控制中心获取到数值后，根据传感器类型，会给传感器数据附上数值含义。在控制中心把传感器数据发送到服务器的时候，服务器会以监测站标识符和传感器标识符一起，作为该传感器数值的全局标识符。从而系统可以准确识别，区分众多的传感器。

服务器端数据处理：数据存储在服务器后，可以以多种形式展示数据；或者对外提供接口，方便管理人员获取传感器数据；或者对数据进行分析处理。掌握数据后，数据如何处理不是本专利关注重点，这里不再一一列举。

一种传感器数据的自动获取系统，如图1所示。

系统采用监测站-服务器的结构：监测站负责采集实时的传感器数据并发送给云端服务器；服务器接收监测站发送过来的传感器数据，并负责数据存储与展示。监测站包含以下主要模块：供电模块，通信模块，控制中心，采集器，传感器。供电模块由太阳能电池板和蓄电池组成；通信模块用移动通信网络，比如gprs或4g来与服务器通信；控制中心模块负责监测站的管理控制，它负责监测站与服务器之间的安全，可靠连接，负责触发采集器采集数据，并解释数据内容；采集器模块读取传感器的采集信号，并将采集信号转化为数字化信息；传感器感受到被测量的信息，并将感受到的信息，输出到采集器。

基于以上系统结构，系统采集传感器数据的流程图2所示，各个步骤如下：

步骤1：启动服务器，服务器等待各个监测站的连接；

步骤2：监测站中配置好各个传感器，并配置好服务器域名，启动监测站；

步骤3：监测站启动后，控制中心主动与服务器建立连接，用特定用户名密码登录服务器。登录通过后，服务器周期性发送心跳报文检测与监测站间联系，监测站响应心跳报文。如果服务器与监测站之间的心跳报文丢失，服务器会断开与监测站之间的连接。

步骤4：监测站与服务器连接后，控制中心会根据数据采集方式进行数据采集。如果管理人员通过服务器把监测站数据采集方式设置为被动采集，则监测站等待管理人员指示进行传感器数据采集；如果管理人员通过服务器把监测站数据采集方式设置为主动采集，则控制中心周期性指示采集器进行传感器数据采集，这个采集周期也是有管理人员指定，比如采集周期设置为10分钟，控制中心则每10分钟指示采集器读取传感器信号。

步骤5：进行数据采集时，控制中心指示采集器读取每个传感器采集信号，采集器将采集信号转换成数字化信息，得到一个数值，控制中心获取到数值后，根据传感器类型，会给传感器数据附上数值含义。比如对温度传感器，采集器读取到传感器数值是25后，会表示成25摄氏度；或者对于风速传感器，采集器读取到传感器数值是5后，会表示成5m/s。

步骤6：控制中心发送如下内容到服务器：传感器数据，所在监测站的标识符，该传感器的标识符。

步骤7：服务器收到监测站数据后，记录存储下特定传感器的数值。

服务器可以连接多个监测站，如果系统中添加了新的监测站，则新监测站的传感器数据采集流程类似于以上的步骤2—7。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。