一种基于传感器阵列的智能数据采集处理系统

本发明涉及数据采集，特别是涉及一种基于传感器阵列的智能数据采集处理系统。

背景技术：

1、随着物联网和大数据技术的发展，智能传感器和数据采集系统在工业自动化、环境监测、智能家居等多个领域得到了广泛的应用。这些系统能够实时监测和收集各种环境参数，如温度、湿度、光照强度、声音、压力等，为数据分析和决策提供重要信息。

2、在现有技术中，数据采集系统通常采用多个传感器对环境参数进行感知，并通过数据采集器将传感器信号转化为可处理的电信号。这些信号经过一系列处理，如滤波、放大和模数转换（a/d转换）后，最终通过通信模块发送到数据处理中心进行进一步分析。尽管现有的数据采集系统在一定程度上满足了监测需求，但在实际应用中仍存在一些不足之处。参考申请号为2019101295629的中国发明专利公开了一种通用型数据采集与信号处理系统及其处理方法，该申请中电压跟随电路的信号输出端与一阶低通滤波电路的信号输入端相连，一阶低通滤波电路的信号输出端与a/d转换电路相连，a/d转换电路的信号输出端与fpga控制单元的信号输入端相连接。该数据采集系统在信号处理方面通常采用简单的滤波和放大技术，缺乏对信号进行深入分析和处理的能力，且在滤波器设置上不够灵活，难以适应日益复杂的监测环境。

3、此外，随着监测需求的不断提高，数据采集系统需要处理的数据量也在不断增加。这要求系统具备更高的数据处理能力和更快的响应速度。然而，现有的数据采集系统往往由于硬件性能和软件算法的限制，难以满足这些要求。

4、针对上述情况，本发明旨在提供一种新的方案来解决此问题。

技术实现思路

1、针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的在于提供一种基于传感器阵列的智能数据采集处理系统。

2、其解决的技术方案是：一种基于传感器阵列的智能数据采集处理系统，包括：

3、传感器数据采集模块，用于对环境数据进行采集，并将不同类型传感器的采集信号分别以不同的传输通道进行输出；

4、数据预处理模块，用于对所述采集信号中的外部噪声进行滤除，以提取有用信号；

5、增益控制单元，包括：

6、隔离电路，用于对所述数据预处理模块的输出信号进行隔离放大，和

7、增益调节电路，用于根据不同的传输通道手动/自动匹配放大增益，包括运放器ar4和负反馈网络，所述负反馈网络包括电阻r15、电阻r16、电阻器rp2、jfet管t2和稳压二极管dz2，运放器ar4的同相输入端连接所述隔离电路的输出端，运放器ar4的反相输入端连接电阻r16和电阻器rp2的一端，运放器ar4的输出端连接电阻r16的另一端、jfet管t2的漏极和所述a/d转换器，jfet管t2的栅极连接电阻器rp2的调节端和稳压二极管dz2的阴极，并通过电阻r15连接所述中央处理单元的控制端，jfet管t2的源极与稳压二极管dz2的阳极接地；

8、a/d转换器，用于对所述增益控制单元放大后的采集信号进行数字量转换；

9、中央处理单元，用于控制所述传输通道的选择，根据选择的传输通道来控制jfet管t2的导通状态，以自动调节所述增益控制单元的放大增益，并负责所述a/d转换器输出数字信号的数据处理工作；以及

10、通讯模块，用于将所述中央处理单元处理后的数据发送至云服务器。

11、优选的，所述传感器数据采集模块包括：

12、传感器阵列，由多个不同类型的传感器组成，用于检测环境参数，并将这些参数转换为电信号；

13、多通道数据采集器，其控制端与所述中央处理单元电性连接，根据所述中央处理单元的控制指令进行传输通道的选择。

14、优选的，所述数据预处理模块包括：

15、前置陷波调理单元，包括陷波处理电路和深度反馈电路，所述陷波处理电路用于对所述采集信号在的特定频率干扰信号进行滤除，所述深度反馈电路用于通过反馈机制动态调整所述陷波处理电路的滤波特性；

16、精密降噪放大单元，用于对陷波调理后的采集信号进行快速放大，并在放大过程中加入滤波降噪处理以提升信噪比。

17、优选的，所述陷波处理电路包括：

18、缓冲组件，用于对所述多通道数据采集器的输出信号进行缓冲处理；

19、陷波组件，用于对缓冲处理后的信号进行陷波降噪。

20、优选的，所述缓冲组件包括并联设置的电阻r1和电容c1，电阻r1和电容c1的一端连接所述多通道数据采集器，电阻r1和电容c1的另一端连接所述陷波组件。

21、优选的，所述陷波组件包括运放器ar1，运放器ar1的同相输入端通过电容c2连接电感l1的一端和所述缓冲组件的输出端，运放器ar1的反相输入端通过电阻r3接地，并通过电容c3连接运放器ar1的输出端，运放器ar1的输出端通过电阻r2连接电感l1的另一端，并通过电阻r4连接所述深度反馈电路和所述精密降噪放大单元的输入端。

22、优选的，所述深度反馈电路包括运放器ar2，运放器ar2的同相输入端通过电阻r5连接所述陷波处理电路的输出端，并通过电阻r6连接运放器ar2的输出端，运放器ar2的同相输入端接地，运放器ar2的输出端连接电阻r7、电容c4的一端和jfet管t1的栅极，电阻r7和电容c4的另一端接地，jfet管t1的源极通过电阻r8接地，jfet管t1的漏极通过变阻器rp1连接二极管vd1的阳极，二极管vd1的阴极连接所述陷波组件的输入端。

23、优选的，所述精密降噪放大单元包括信号快速放大电路和rcd滤波电路，所述信号快速放大电路包括mos管q1和mos管q2，mos管q1的三级连接电阻r12的一端、稳压二极管dz1的阴极和所述陷波处理电路的输出端，mos管q2的栅极连接电阻r12的另一端和稳压二极管dz1的阳极，mos管q2的源极接地，mos管q1的源极与mos管q2的漏极连接电阻r13、电阻r14的一端和所述增益控制单元的输入端，电阻r13的另一端接地，电阻r14的另一端通过电容c6接地；

24、所述rcd滤波电路设置于所述缓冲组件的输出端与mos管q1的漏极之间，用于对所述快速放大电路工作时加入信号滤波降噪环节。

25、优选的，所述rcd滤波电路包括三极管vt1，三极管vt1的发射极连接所述缓冲组件的输出端，三极管vt1的基极通过电阻r9连接所述陷波处理电路的输出端，三极管vt1的集电极连接电阻r10、电阻r11和电容c5的一端，电阻r10和电容c5的另一端连接二极管vd2的阴极，电阻r11的另一端与二极管vd2的阳极连接mos管q1的漏极。

26、优选的，所述隔离电路包括运放器ar3，运放器ar3的同相输入端连接所述数据预处理模块的输出端，运放器ar3的反相输入端与输出端连接运放器ar4的同相输入端。

27、通过以上技术方案，本发明的有益效果为：

28、1.本发明在对环境数据采集过程中，通过多通道数据采集和动态通道分配，实现了系统对多个传感器数据的高效采集和处理，采用数据预处理模块来对采集信号中的噪声和特定频率干扰进行滤除，显著提高了信号的信噪比和采集质量；

29、2.增益控制单元的自动调节功能确保了信号增益的精确控制，使得系统能够适应不同强度和类型的信号采集需求，极大程度上简化了数据采集系统的配置和调试过程，不仅提高了系统的智能化水平，也降低了用户的操作难度和维护成本；

30、3.系统采用深度学习模型能够自动学习和识别传感器数据中的复杂模式和特征，实现对数据的深入分析和理解，不仅提高了数据处理的准确性和效率，还能够根据历史数据和实时数据的变化趋势，进行预测和决策支持。