一种多通道冬笋信号数据的处理方法和装置

技术领域

本发明涉及探测设备技术领域，具体为一种多通道冬笋信号数据的处理方法和装置。

背景技术

冬笋是立冬前后由毛竹(楠竹)的地下茎(竹鞭)侧芽发育而成的笋芽，因尚未出土，笋质幼嫩，是一道人们十分喜欢吃的菜肴，随着冬笋产业纵深发展，人工采摘冬笋作业度增大，因为冬笋生长在土壤内部属于不易发现产品，对采摘人员的经验有一定的要求，需要长时间的培训周期，造成采摘冬笋的隐形损耗。并且，目前常规的高精度冬笋检测装置造价过高，其对农林业的经济带来的效益不明显。我们需要在保持检测装置的精度的前提下拥有更低价格的冬笋检测装置。

冬笋检测装置作为一款采用锂电池供电的智能产品，其对产品可靠性、灵活性、系统能耗、电池续航都有着很高的要求，因此，为保持探测的精准度采用多通道数据采集，但由于多通道数据量传输会带来更高的系统能耗，还需要更大的存储空间。因此，压缩多通道冬笋数据的硬件方法变得至关重要。

为此我们提出了一种多通道冬笋信号数据的处理方法和装置。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明提供了一种多通道冬笋信号数据的处理方法和装置。

本发明提供如下技术方案：一种多通道冬笋信号数据的处理方法，应用于多通道冬笋信号数据处理装置，包括：

获取土壤中冬笋反射的微波电信号；

将微波信号放大到可处理水平，并通过滤除高频干扰噪声信号，并抑制50Hz市电强干扰噪声，由此获得原始的反馈波模拟信号；

之后将得到的模拟信号进一步放大，并将其转为数字信号；

接着多个通道的冬笋数据并行处理，减少了多通道信号数据的存储需求，通过在时间域和空间域压缩微波信号数据，提高信噪比、降低传输数据量，

最后将压缩后的电信息传送到数字终端。

一种多通道冬笋信号数据处理装置，包括多通道前端放大滤波模块，且多通道前端放大滤波模块包括ESD保护电路、前置放大电路、低通滤波器电路和陷波滤波器电路；

所述多通道前端放大滤波模块连接有A/D转换模块，所述A/D转换模块包括多通道PGA放大器和ADC转换器，所述A/D转换模块连接有FPGA硬件压缩模块；

所述FPGA硬件压缩模块包括用于缓存时间域和空间域多通道微波数字采样信号的多通道队列缓冲单元、将时间域采样信号与空间域采样信号的降噪处理的信号降噪单元和信号量化单元和压缩合并单元，所述FPGA硬件压缩模块连接有无线传输模块。

优选的，所述多通道前端放大滤波模块包括3组输入电极的ESD保护电路、前置放大电路、低通滤波器电路和陷波滤波器电路，用于放大来自冬笋反馈的微波信号，并剔除高频噪声干扰和50Hz市电工频干扰。

优选的，所述A/D转换模块包括多通道PGA放大器和ADC转换器，用于将前端的反馈波模拟信号进一步放大，并将其转为数字信号。

优选的，所述信号量化单元由k组24bit数字比较器和选择器组成，用于将降噪单元处理过的数据进行量化处理，信号量化单元将量化处理过的信号向合并压缩单元以为一维矩阵的形式输出。

优选的，所述合并压缩单元由比较器和选择器矩阵组成，将3组量化单元发送来的量化处理后的数据进行合并处理，然后将合并处理过的数据以二维矩阵的形式输出到无线传输模块。

优选的，所述FPGA硬件压缩模块采用低功耗数字逻辑设计，实现多通道微波数据的并行处理。

与现有技术对比，本发明具备以下有益效果：

通过FPGA硬件压缩模块压缩数据的方法，实现对多个通道的冬笋数据并行处理，大幅减少了多通道信号数据的存储需求。通过在时间域和空间域压缩微波信号数据，与传统方法相比，该压缩模块能够在保持数据完整性和精确度的同时，将数据大小降低到最小，可以显著降低存储设备的需求，节省成本和空间；

能减少了数据传输带宽的要求，压缩后的数据量更小，需要的带宽也相应减少，可以降低数据传输过程中的延迟和资源占用；

硬件压缩模块具有高速的压缩能力，可在实时采集过程中对多通道冬笋的电信号进行高效处理，相对于单通道数据传输保留了单通道数据传输的灵活性和易便携性的优点，同时相对于传统的多通道传输保留了传输的稳定性和安全性。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明多通道冬笋电信号时间域压缩流程示意图；

图3为本发明多通道冬笋电信号时间域压缩量化部分的示意表；

图4为本发明多通道冬笋电信号时间域压缩合并部分的示意表。

图5为本发明多通道冬笋电信号空间域压缩流程示意图；

图6为本发明多通道冬笋电信号空间域压缩量化部分的示意表；

图7为本发明多通道冬笋电信号空间域压缩合并部分的示意表。

具体实施方式

为了使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，为了保持本公开实施例的以下说明清楚且简明，本公开省略了已知功能和已知部件的详细说明，以避免不必要地混淆本发明的概念。

一种多通道冬笋信号数据的处理方法，应用于多通道冬笋信号数据处理装置，包括：

获取土壤中冬笋反射的微波电信号；

将微波信号放大到可处理水平，并通过滤除高频干扰噪声信号，并抑制50Hz市电强干扰噪声，由此获得原始的反馈波模拟信号；

之后将得到的模拟信号进一步放大，并将其转为数字信号；

接着多个通道的冬笋数据并行处理，减少了多通道信号数据的存储需求，通过在时间域和空间域压缩微波信号数据，提高信噪比、降低传输数据量，

最后将压缩后的电信息传送到数字终端。

如图1所示，一种多通道冬笋信号数据处理装置，包括前端放大滤波模块、A/D转换模块、FPGA硬件压缩模块和无线传输模块。前端放大滤波模块的输入侧与如图1所示的信号接收器导联电极相连；A/D转换模块的输入侧与前端放大滤波模块的输出侧相连；FPGA硬件压缩模块的输入侧与A/D转换模块的输出侧相连；无线传输模块的输入侧与FPGA硬件压缩模块的输出侧相连，输出侧传输到数字终端。

在本实施例中，前端放大滤波模块，包括3组导联电极、ESD保护电路、前置放大电路、100Hz低通滤波器和50Hz工频陷波滤波器。导联电极采集反馈的微波电信号，并通过前置放大电路将微波信号放大到可处理水平，并通过低通滤波器滤除高频干扰噪声信号，再通过工频陷波滤波器抑制50Hz市电强干扰噪声，由此获得原始的反馈波模拟信号。

A/D转换模块，包括3组带有可编程PGA放大功能的A/D模数转换器和控制器，用于进一步放大反馈电的模拟信号，并将其转为数字信息，从而获得3组24bit的数字信号E

的FPGA硬件压缩模块，包括队列缓冲单元、信号降噪单元、信号量化单元和合并压缩单元。如图2所示，其中队列缓冲单元都由两级24bit移位寄存器组成，用于缓存时空域上此通道最近2次的数字采样信号；信号降噪单元都由3个24bit数字减法器组成，用于对时间域上数字采样信号提供降噪处理；信号量化单元都由k组24bit数字比较器和选择器组成，用于提供如图3所示的一维矩阵量化输出；合并压缩单元由比较器和选择器矩阵组成，用于提供如图4所示的二维矩阵压缩输出。

如图5所示，另外队列缓冲单元都由一级24bit移位寄存器组成，用于缓存此通道一次数字采样信号；信号降噪单元都由一个24bit数字减法器组成，用于对空间域上相邻的微波数字采样信号提供降噪处理；信号量化单元都由k组24bit数字比较器和选择器组成，用于提供如图6所示的一维矩阵量化输出；合并压缩单元由比较器和选择器矩阵组成，用于提供如图7所示的二维矩阵压缩输出。硬件压缩模块采用流水线设计，提供高速可靠的同步输出。

的无线传输模块，包括蓝牙模组和其他低功耗2.4G无线模组；的数字终端，包括智能手机、云端平台等，便于对检测结果的远程查看。

如图2所示，在t时刻，采样信号E1送入队列缓冲单元的M0寄存器；在t+1时刻，采样信号E1移入队列缓冲单元的M1寄存器，同时采样信号E1+1移入队列缓冲单元的M0寄存器，此时可获得最近2次的采样数据M0和M1，并分别输出A1和B1。在t+1时刻后的第1个同步时钟，信号降噪单元提供A1-B1的信号降噪运算得出Y

如图3所示，信号量化单元包含k-1个预设比较值a1～ak-1，并按照从小到大的顺序编排，每一条符合条件的区间，都有其对应的输出量Z，由此构成量化输出矩阵表。在Y

如图4所示，合并压缩单元基于信号量化单元的k种输出结果Z，并按照输入通道的数量n进行乘积，由此得出k*3的二维矩阵表，共产生3*k个输出结果，且该结果具有唯一性，可代表着t+1时刻各通道的不同量化状态。量化信号Z

如图5所示在t时刻，采样信号E

如图6所示，信号量化单元包含k-1个预设比较值a1～ak-1，并按照从小到大的顺序编排，每一条符合条件的区间，都有其对应的输出量F，由此构成量化输出矩阵表。在D

如图7所示，合并压缩单元基于信号量化单元的k种输出结果F，并按照输入通道的数量进行乘积，由此得出k*3的二维矩阵表，共产生3*K个输出结果，且该结果具有唯一性，可代表着t+1时刻各通道的不同量化状态。量化信号F

最后，当本压缩模块对多通道冬笋反馈波数字采样信号进行处理后，它生成了包含时间域和空间域的全领域压缩结果的数据。这些压缩结果代表了对原始信号的精简表示。接下来，这些压缩结果会被发送到数字终端，以便进一步处理或分析。在数字终端上，控制器将接收到的压缩数据作为控制指令进行解读和执行相应的操作。这些操作可能涉及对冬笋微波信号的识别、分类、特征提取等。通过这种方式，本压缩模块可以实现对大量微波数据的高效处理和传输，并为后续的应用提供有用的信息和指导。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。