一种可重构传感器接入系统及方法

技术领域

本申请涉及传感器通信技术领域，尤其涉及一种可重构传感器接入系统及方法。

背景技术

物联网利用各种通信技术把不同的物、人等联接在一起，形成人与物、物与物相联，各种联接构成万物互联的物联网络，进而促进城市建设与经济发展。

随着物联网应用的深入，大规模传感器的投入使用，实时数据变得更加丰富和重要。不同应用场景下的状态数据都能通过各种传感器实时获取；采集和获取这些实时状态信息，能让我们了解和掌握各种工作设备的实时运行状态，对设备维护、人员以及设备监控、应急预案、智慧决策等，都具有非常重要的作用。因此，如何保障以传感器为节点的数据传输得以顺利进行成为人们关注和研发的重点之一。

但是，对应于所要采集的数据的类型，传感器的类型也种类繁多。传感器将数据传输至采集终端，采集终端的数据接口类型也多种多样，而数据传输需要采集终端与传感器的数据接口相连通。如此种种，导致设备庞杂、使用和整理不够便利，同时，由于适用单一，设备的开发周期较长、投入成本较大。

发明内容

本申请提供了一种可重构传感器接入系统及方法，以解决当前传感器接入适用性差、庞杂凌乱不够简洁的问题。

本申请采用的技术方案如下：

本申请的第一方面，提供一种可重构传感器接入系统，包括传感器模块、传感器接口电路模块、总线转换电路模块以及数据处理模块；

所述传感器模块用于将各种不同类型的传感器采集数据统一转换成数字或者模拟信号；

所述传感器接口电路模块用于获取所述数字或者模拟信号并将所述数字或者模拟信号上传至所述总线转换电路模块；

所述总线转换电路模块用于将所述数字或者模拟信号上传至所述数据处理模块；

所述数据处理模块用于将所述总线转换电路上传的数据处理为标准格式数据。

可选的，所述传感器模块的通信接口采用RS485或RS232或4-20mA标准。

可选的，所述RS485标准为采用双绞线进行数据传输，所述RS232标准为采用异步三线制进行数据传输，所述4-20mA标准为采用两线制或者三线制进行数据传输。

可选的，所述总线转换电路模块包含可编程逻辑芯片、时钟芯片以及电源；

所述时钟芯片用于给可编程逻辑芯片提供时间参数数据，所述电源用于给所述可编程逻辑芯片以及所述时钟芯片供电，所述总线转换电路模块根据所述传感器接口电路模块的总线类型自动调整为适配的总线类型并进行连接。

可选的，所述数据处理模块包括内部存储器、内部SRAM、外部时钟芯片、外部看门狗以及电源；

所述外部时钟芯片提供所述数据处理模块运行所必需的时钟；

所述内部存储器用来存储静态的数据和程序；

所述内部SRAM的作用是所述数据处理模块运行时用来缓存数据；

所述外部看门狗是用来监控所述数据处理模块是否正常运行，当异常时复位所述数据处理模块；

所述电源提供所述数据处理模块运行所需的电压和电流；

所述数据处理模块通过内部总线和所述总线转换电路模块进行连接。

可选的，所述传感器接口电路模块和所述总线转换电路模块之间的接口总线包括通用异步收发传输器或者高速的全双工同步串行外设接口。

可选的，所述总线转换电路模块包括复杂可编程逻辑器件，所述复杂可编程逻辑器件为可擦除可编程逻辑器件或现场可编程门阵列。

可选的，所述数据处理模块和所述总线转换电路模块的数据接口为SPI或UART。

本申请的另一方面，提供一种可重构传感器接入方法，基于上述任一所述的可重构传感器接入系统，包括以下步骤：

将各种不同类型的传感器采集数据统一转换成数字或者模拟信号；

再将所述数字或者模拟信号接入传感器接口电路模块；

传感器接口电路模块将所述数字或者模拟信号上传至总线转换电路模块；

所述总线转换电路模块将所述数字或者模拟信号上传至数据处理模块；

所述数据处理模块将所述总线转换电路传递过来的数据处理为标准格式数据。

可选的，所述总线转换电路模块根据所述传感器接口电路模块的总线类型自动调整为适配的总线类型并进行连接。

采用本申请的技术方案的有益效果如下：

本申请提供的一种可重构传感器接入系统及方法，避免了品类繁多的传感器需要逐一对应匹配类型数据接口的问题，通过传感器模块进行数据采集，传感器接口电路模块获取数据，再通过总线转换电路模块将对应的总线数据传输至数据处理模块，处理成标准的数据格式，从而实现了一个终端灵活接入多种类型的传感器，并将传感器采集的数据处理为标准格式数据的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请第一方面的可重构传感器接入系统一个实施例的结构示意图；

图2为本申请可重构传感器接入系统另一个实施例的结构示意图；

图3为本申请另一方面可重构传感器接入方法的流程图；

图示说明：

其中，1-传感器模块、2-传感器接口电路模块、3-总线转换电路模块、4-数据处理模块。

具体实施方式

下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。

参见图1，为本申请第一方面提供的可重构传感器接入系统实施例的结构示意图。

本申请的第一方面，提供一种可重构传感器接入系统，包括传感器模块1、传感器接口电路模块2、总线转换电路模块3以及数据处理模块4；

所述传感器模块1用于将各种不同类型的传感器采集数据统一转换成数字或者模拟信号；

所述传感器接口电路模块2用于获取所述数字或者模拟信号并将所述数字或者模拟信号上传至所述总线转换电路模块3；

所述总线转换电路模块3用于将所述数字或者模拟信号上传至所述数据处理模块4；

所述数据处理模块4用于将所述总线转换电路上传的数据处理为标准格式数据。

参考图1与图2，在一些实施例中，传感器模块1可以包括模拟转数字电路。模拟转数字电路可以将传感器采集的模拟数据信号转换成数据接口信号，例如将模拟信号转换成RS485数字接口信号，RS485是一个包含驱动器和接收器的电气特性的标准，该标准由电信行业协会和电子工业联盟定义。使用该标准的数字通信网络能在远距离条件下以及电子噪声大的环境下有效传输信号。在一些实施例中，可以将模拟信号转换成RS232数字接口信号，RS-232标准接口是常用的串行通信接口标准之一，其全名是“数据终端设备(DTE)和数据通信设备(DCE)之间串行二进制数据交换接口技术标准。

在一些实施例中，传感器模块1可以直接输出模拟信号。该模拟信号可以是传感器采集的原始模拟信号转换成4-20mA的电流信号。

所述总线转换电路可以为复杂可编程逻辑器件(CPLD)，具体可为擦除可编程逻辑器件(EPLD)或者是现场可编程门阵列(FPGA)。

所述传感器接口电路模块2通过总线连接总线转换电路模块3，其中，总线可以是低速串行总线或者并行总线。

所述总线转换电路模块3将转换之后的接口连接数据处理模块4，数据处理模块4可为数据处理MCU(Microcontroller Unit；MCU)，又称单片微型计算机(Single ChipMicrocomputer)或者单片机，是把中央处理器(Central Process Unit；CPU)的频率与规格做适当缩减，并将内存(memory)、计数器(Timer)、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口都整合在单一芯片上，为不同的应用场合做不同组合功能。

下面详述本申请的可重构传感器接入系统的工作原理：首先传感器模块1通过RS485接口或者传感器模块1RS232接口或者传感器模块14-20mA接口连接传感器接口电路模块2，将传感器模块1的数据转换成数字信号。总线转换电路模块3根据传感器接口电路模块2的数字信号的总线类型调整总线，将传感器接口电路模块2的数据读取并转换成数据处理模块4可识别的数据，数据处理模块4将从总线转换电路模块3接收的数据进行处理，处理后的数据为标准格式数据。在一些实施例中，数据处理模块4将处理后的标准格式数据传输到远方服务器并进行存储。

可选的，所述传感器模块1的通信接口采用RS485或RS232或4-20mA标准。

可选的，所述RS485标准为采用双绞线进行数据传输，所述RS232标准为采用异步三线制进行数据传输，所述4-20mA标准为采用两线制或者三线制进行数据传输。

可选的，所述总线转换电路模块3包含可编程逻辑芯片、时钟芯片以及电源；

所述时钟芯片用于给可编程逻辑芯片提供时间参数数据，所述电源用于给所述可编程逻辑芯片以及所述时钟芯片供电，所述总线转换电路模块3根据所述传感器接口电路模块2的总线类型自动调整为适配的总线类型并进行连接。

可选的，所述数据处理模块4包括内部存储器、内部SRAM、外部时钟芯片、外部看门狗以及电源；

所述数据处理模块4通过内部总线和所述总线转换电路模块3进行连接。

本实施例中，外部时钟芯片指的是晶体振荡器，功能是提供数据处理模块4运行所必需的时钟。内部存储器用来存储静态的数据和程序，内部SRAM的作用是数据处理模块4运行时用来缓存数据。外部看门狗是用来监控数据处理模块4是否正常运行，当异常时复位数据处理模块4；电源提供数据处理模块4运行所需要的电压和电流。

可选的，所述传感器接口电路模块2和所述总线转换电路模块3之间的接口总线包括通用异步收发传输器或者高速的全双工同步串行外设接口。

可选的，所述总线转换电路模块3包括复杂可编程逻辑器件，所述复杂可编程逻辑器件为可擦除可编程逻辑器件或现场可编程门阵列。

可选的，所述数据处理模块4和所述总线转换电路模块3的数据接口为SPI或UART。

在一些实施例中，传感器模块1可以是单一的一类传感器，也可以是多种传感器的组合，比如空气质量传感器组合，可以包括温度传感器、湿度传感器和空气质量传感器，在另一些实施例中，传感器模块1可以是天气监测传感器组合，其中包括风力传感器、烟雾传感器、雨量传感器、温度传感器以及湿度传感器。SPI：英文全称为SDH PhysicalInterface，为SDH物理接口。SPI是设备和光路的接口，主要完成光/电变换、电/光变换、提取线路定时以及相应告警的检测等。

本申请的另一方面，提供一种可重构传感器接入方法，基于上述任一所述的可重构传感器接入系统，包括以下步骤：

S101,将各种不同类型的传感器采集数据统一转换成数字或者模拟信号；

S102,再将所述数字或者模拟信号接入传感器接口电路模块2；

S103,传感器接口电路模块2将所述数字或者模拟信号上传至总线转换电路模块3；

S104,所述总线转换电路模块3将所述数字或者模拟信号上传至数据处理模块4；

S105,所述数据处理模块4将所述总线转换电路传递过来的数据处理为标准格式数据。

参考图3，在一些实施例中，传感器模块1通过RS485、RS232或4-20mA等类型的数据接口将采集到的传感器数据接入连接传感器接口电路模块2，传感器接口电路模块2匹配传感器数据接口，将传感器数据接入终端内部，终端内部的总线转换电路模块3根据传感器接口电路模块2的总线数据类型，通过可编程逻辑器件调整对应的总线类型，将传感器数据转换，再通过内部总线连接到数据处理MCU，将数据传递给MCU进行处理。

可选的，所述总线转换电路模块3根据所述传感器接口电路模块2的总线类型自动调整为适配的总线类型并进行连接。

采用本申请的技术方案的有益效果如下：

本申请提供的一种可重构传感器接入系统及方法，避免了品类繁多的传感器需要逐一对应匹配类型数据接口的问题，通过传感器模块进行数据采集，传感器接口电路模块获取数据，再通过总线转换电路模块将对应的总线数据传输至数据处理模块，处理成标准的数据格式，从而实现了一个终端灵活接入多种类型的传感器，并将传感器采集的数据处理为标准格式数据的有益效果。

本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。