一种基于边缘计算的数据采集系统的制作方法

1.本发明涉及数据采集技术领域，尤其涉及一种基于边缘计算的数据采集系统。


背景技术：

2.数据采集(daq)，是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集非电量或者电量信号,送到上位机中进行分析，处理。数据采集系统是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。
3.目前市场上已有的数据采集系统，对数据进行初步采集之后，需要对数据进行运算，将数据中的无用数据排除，才能将数据进行采集归纳，对数据进行计算的速度对数据采集的效率影响很大。
4.为此，我们提出一种基于边缘计算的数据采集系统。


技术实现要素：

5.本发明主要是解决上述现有技术所存在的技术问题，提供一种基于边缘计算的数据采集系统。
6.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种基于边缘计算的数据采集系统，包括监测模块，所述监测模块的输出端与数据变量采集模块的输入端连接，所述数据变量采集模块的输出端与数据传输模块的输入端连接，所述数据传输模块的输出端与数据接收模块的输入端连接，所述数据接收模块的输出端与数据筛选模块的输入端连接，所述数据筛选模块的输出端与数据分类模块的输入端连接，所述数据分类模块的输出端与数据运算模块的输入端连接，所述数据运算模块的输出端与数据上传模块的输入端连接，所述数据上传模块的输出端与数据整理模块的输入端连接，所述数据整理模块的输出端与服务器端数据库的输入端连接，所述服务器端数据库与监测模块相互配合工作。
7.作为优选，所述监测模块采用一种密封式超声波传感器，若对发送传感器内谐振频率为40khz的压电陶瓷片(双晶振子)施加40khz高频电压，则压电陶瓷片就根据所加高频电压极性伸长与缩短，于是发送40khz频率的超声波，其超声波以疏密形式传播(疏密程度可由控制电路调制)，并传给波接收器，接收器是利用压力传感器所采用的压电效应的原理，即在压电元件上施加压力，使压电元件发生应变，则产生一面为“ ”极，另一面为
“‑”
极的40khz正弦电压，因该高频电压幅值较小，故必须进行放大。
8.作为优选，所述数据变量采集模块在进行数据采集时，假设对一个模拟信号x(t)每隔δt时间采样一次，时间间隔δt被称为采样间隔或者采样周期，它的倒数1/δt被称为采样频率，单位是采样数/每秒，t＝0，δt,2δt,3δt
……
等等，x(t)的数值就被称为采样值，所有x(0),xδt),x(2δt)都是采样值，被采集数据是已被转换为电讯号的各种物理量，也可以是数字量。
9.作为优选，所述数据传输模块采用同步传输方式，同步传输是以固定时钟节拍来发送数据信号的，在串行数据流中，各信号码元之间的相对位置都是固定的，接收端要从收
到的数据流中正确区分发送的字符，必须建立位定时同步和帧同步。
10.作为优选，所述数据接收模块采用全双工数据传输方式，全双工数据传输是在两数据站之间，可以在两个方向上同时进行传输，即每一端的dte均可同时作为数据源与数据宿，通常四线线路实现全双工数据传输，二线线路实现单工或半双工数据传输。
11.作为优选，所述数据筛选模块将数据进行清洗，重复数据除了包括真正意义上的重复数据还包括属性冗余与属性数据的冗余两部分的数据，对于真正数值或属性值重复的数据处理起来也较为简单，可以直接删除，但属性冗余与属性数据的冗余需要经过分析再将其删除，可以将重复部分的数据直接删除，属性数据的冗余是指某些属性的值已经包含某些属性中的值升。
12.作为优选，所述数据分类模块采用聚类算法，聚类算法的作用是将具有相同特征的事物进行分组，又称为群分析，聚类算法可以用来大致判断将对象分为多少组，并提供每组数据的特征值，在聚类分析中可以将给定实例分成不同类别，相同类别中的实例是相关的，但是不向类别之间是不相关的，聚类算法中的重要之处就是分类步骤，在将给定实例分类时，需要先任选一个样本，作为样本中心，然后选定中心距，将小于中心距的实例归入一个集合，将剩下的距中心样本距离大于中心距的归入另一个集合，再在剩余样本中选出新的中心，重复上面步骤，不断形成新的类别，直至将所有样本都归入集合。
13.作为优选，所述数据运算模块采用并行p
‑
risc系统结构，并行p
‑
risc系统结构完全删除了等待和匹配单元，而对所有操作使用一个risc状的apu，p
‑
risc系统结构的主要特性有使用一个risc状指令集；改变系统结构支持多道计算；加入分叉和联结结构管理多通道；用指令实现完全存贮以分阶段方式实现输人存贮指令，p
‑
risc系统结构由一组呢和许多存贮单元组成，通过一组开关网将他们联结起来，p
‑
risc没有等待一匹配单元，取而替之，它将计算顺序键有关的全部运算数存贮一组存贮器内。
14.作为优选，所述数据上传模块采用ftp传输协议，ftp和客户端首先和服务器的tcp21端口建立连接，用来发送命令，客户端需要接收数据的时候在这个通道上发送port命令，port命令包含了客户端用什么端口接收数据，在传送数据的时候，服务器端通过自己的tcp20端口连接至客户端的指定端口发送数据。
15.作为优选，所述数据整理模块通过归纳法比较是确定对象共同点和差异点的方法，通过比较，既可以认识对象之间的相似，也可以了解对象之间的差异，运用比较方法，重要的是在表面上差异极大的对象中识“同”，或在表面上相同或相似的对象中辨“异”，所述服务器端数据库采用关系型数据库，关系型数据库，存储的格式可以直观地反映实体间的关系，关系型数据库和常见的表格比较相似，关系型数据库中表与表之间是有很多复杂的关联关系的。
16.有益效果
17.本发明提供了一种基于边缘计算的数据采集系统。具备以下有益效果：
18.(1)、该一种基于边缘计算的数据采集系统，该系统通过运算模块对收集到的数据进行运算，而并行p
‑
risc系统结构完全删除了等待和匹配单元，而对所有操作使用一个risc状的apu。p
‑
risc系统结构的主要特性有使用一个risc状指令集；改变系统结构支持多道计算；加入分叉和联结结构管理多通道；用指令实现完全存贮以分阶段方式实现输人存贮指令。p
‑
risc系统结构由一组呢和许多存贮单元组成，通过一组开关网将他们联结起来。
p
‑
risc没有等待一匹配单元，取而替之，它将计算顺序键有关的全部运算数存贮一组存贮器内，每个现存的程序都能在p
‑
risc上执行，达到了提高运算速度的效果。
19.(2)、该一种基于边缘计算的数据采集系统，采用一种密封式超声波传感器(ma40ei型)，它的特点是具有防水作用(但不能放入水中)，可以作料位及接近开关用，所设计的检测系统可以同时提供声光并茂的听觉和视觉警告，其警告表示是探测到了在盲区内障碍物的距离和方向，监测模块采用超声波传感器可以用于检测透明物体、液体、任何表粗糙、光滑、光的密致材料和不规则物体，能够准确的测量到物品与物品之间的距离，达到了提高测量范围的效果。
20.(3)、该一种基于边缘计算的数据采集系统，数据上传模块采用ftp传输协议，它在两台通信的主机之间使用了两条tcp连接，一条是数据连接，用于数据传送；另一条是控制连接，用于传送控制信息(命令和响应)，这种将命令和数据分开传送的思想大大提高了ftp的效率。
21.(4)、该一种基于边缘计算的数据采集系统，运用比较方法，重要的是在表面上差异极大的对象中识“同”，或在表面上相同或相似的对象中辨“异”，通过对不同的数据之间进行对比，对不同的数据之间进行分类，且容易将一些异常的数据单独取出，方便工作人员查出问题。
22.(5)、该一种基于边缘计算的数据采集系统，数据变量采集模块在进行采集时，一般是采样方式，即隔一定时间(称采样周期)对同一点数据重复采集。采集的数据大多是瞬时值，也可是某段时间内的一个特征值。准确的数据测量是数据采集的基础。数据量测方法有接触式和非接触式，检测元件多种多样。不论哪种方法和元件，均以不影响被测对象状态和测量环境为前提，以保证数据的正确性。
23.(6)、该一种基于边缘计算的数据采集系统，数据传输模块采用同步传输方式，通过建立必须建立位定时同步和帧同步，以便正确地区分出一个个字符或其他信息，同步传输方式的优点是不需要对每一个字符单独加起、止码元，因此传输效率较高。
附图说明
24.为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见的，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其他的实施附图。
25.本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
26.图1为本发明系统原理示意图。
具体实施方式
27.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
28.请参阅图1，本发明提供了一种基于边缘计算的数据采集系统，包括监测模块，所述监测模块的输出端与数据变量采集模块的输入端连接，所述数据变量采集模块的输出端与数据传输模块的输入端连接，所述数据传输模块的输出端与数据接收模块的输入端连接，所述数据接收模块的输出端与数据筛选模块的输入端连接，所述数据筛选模块的输出端与数据分类模块的输入端连接，所述数据分类模块的输出端与数据运算模块的输入端连接，所述数据运算模块的输出端与数据上传模块的输入端连接，所述数据上传模块的输出端与数据整理模块的输入端连接，所述数据整理模块的输出端与服务器端数据库的输入端连接，所述服务器端数据库与监测模块相互配合工作。
29.所述监测模块采用一种密封式超声波传感器(ma40ei型)，它的特点是具有防水作用(但不能放入水中)，可以作料位及接近开关用，若对发送传感器内谐振频率为40khz的压电陶瓷片(双晶振子)施加40khz高频电压，则压电陶瓷片就根据所加高频电压极性伸长与缩短，于是发送40khz频率的超声波，其超声波以疏密形式传播(疏密程度可由控制电路调制)，并传给波接收器。接收器是利用压力传感器所采用的压电效应的原理，即在压电元件上施加压力，使压电元件发生应变，则产生一面为“ ”极，另一面为
“‑”
极的40khz正弦电压。因该高频电压幅值较小，故必须进行放大。所设计的检测系统可以同时提供声光并茂的听觉和视觉警告，其警告表示是探测到了在盲区内障碍物的距离和方向。
30.监测模块采用超声波传感器可以用于检测透明物体、液体、任何表粗糙、光滑、光的密致材料和不规则物体，能够准确的测量到物品与物品之间的距离，达到了提高测量范围的效果。
31.所述数据变量采集模块在进行数据采集时，假设对一个模拟信号x(t)每隔δt时间采样一次，时间间隔δt被称为采样间隔或者采样周期，它的倒数1/δt被称为采样频率，单位是采样数/每秒。t＝0，δt,2δt,3δt
……
等等，x(t)的数值就被称为采样值，所有x(0),xδt),x(2δt)都是采样值，被采集数据是已被转换为电讯号的各种物理量，也可以是数字量。采集一般是采样方式，即隔一定时间(称采样周期)对同一点数据重复采集。采集的数据大多是瞬时值，也可是某段时间内的一个特征值。准确的数据测量是数据采集的基础。数据量测方法有接触式和非接触式，检测元件多种多样。不论哪种方法和元件，均以不影响被测对象状态和测量环境为前提，以保证数据的正确性。
32.所述数据传输模块采用同步传输方式，同步传输是以固定时钟节拍来发送数据信号的，在串行数据流中，各信号码元之间的相对位置都是固定的，接收端要从收到的数据流中正确区分发送的字符，必须建立位定时同步和帧同步。位定时同步又叫比特同步，其作用是使数据电路终接设备(dce)接收端的位定时时钟信号和dce收到的输入信号同步，以便dce从接收的信息流中正确判决出一个个信号码元，产生接收数据序列。dce发送端产生定时的方法有两种：一种是在数据终端设备(dte)内产生位定时，并以此定时的节拍将dte的数据送给dce，这种方法叫外同步。另一种是利用dce内部的位定时来提取dte端数据，这种方法叫内同步。对于dce的接收端，均是以dce内的位定时节拍将接收数据送给dte。帧同步就是从接收数据序列中正确地进行分组或分帧，以便正确地区分出一个个字符或其他信息。
33.同步传输方式的优点是不需要对每一个字符单独加起、止码元，因此传输效率较高。通常用于速率为2400bit/s及其以上的数据传输。
34.所述数据接收模块采用全双工数据传输方式，全双工数据传输是在两数据站之间，可以在两个方向上同时进行传输。即每一端的dte均可同时作为数据源与数据宿。通常四线线路实现全双工数据传输。二线线路实现单工或半双工数据传输。在采用频率复用、时分复用或回波抵消等技术时，二线线路也可实现全双工数据传输。
35.所述数据筛选模块将数据进行清洗，重复数据除了包括真正意义上的重复数据还包括属性冗余与属性数据的冗余两部分的数据。对于真正数值或属性值重复的数据处理起来也较为简单，可以直接删除。但属性冗余与属性数据的冗余需要经过分析再将其删除。可以将重复部分的数据直接删除。属性数据的冗余是指某些属性的值已经包含某些属性中的值。这种重复属性的剔除不仅可以精简数据库中的相关记录，降低存储空间的占用，也利于数据分析效率的提升。
36.异常数据也是较为常见的情况，其是指在数据集中出现部分数据和其他数据有很大区别或者不一致的情况。有区别并不代表数据就一定为异常，这些特殊的数据也可能反应出实际中的情况。这时判断数据是否是异常数据就十分必要，如果数据位异常则需要将数据剔除，避免影响数据分析的准确性。但是对于某些不一致的数据并不一定就是异常数据。
37.所述数据分类模块采用聚类算法，聚类算法的作用是将具有相同特征的事物进行分组，又称为群分析。聚类算法可以用来大致判断将对象分为多少组，并提供每组数据的特征值。在聚类分析中可以将给定实例分成不同类别，相同类别中的实例是相关的，但是不向类别之间是不相关的。聚类算法中的重要之处就是分类步骤，在将给定实例分类时，需要先任选一个样本，作为样本中心，然后选定中心距，将小于中心距的实例归入一个集合，将剩下的距中心样本距离大于中心距的归入另一个集合。再在剩余样本中选出新的中心，重复上面步骤，不断形成新的类别，直至将所有样本都归入集合。。
38.所述数据运算模块采用并行p
‑
risc系统结构，并行p
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risc系统结构完全删除了等待和匹配单元，而对所有操作使用一个risc状的apu。p
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risc系统结构的主要特性有使用一个risc状指令集；改变系统结构支持多道计算；加入分叉和联结结构管理多通道；用指令实现完全存贮以分阶段方式实现输人存贮指令。p
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risc系统结构由一组呢和许多存贮单元组成，通过一组开关网将他们联结起来。p
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risc没有等待一匹配单元，取而替之，它将计算顺序键有关的全部运算数存贮一组存贮器内，每个现存的程序都能在p
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risc上执行。
39.所述数据上传模块采用ftp传输协议，ftp和客户端首先和服务器的tcp21端口建立连接，用来发送命令，客户端需要接收数据的时候在这个通道上发送port命令。port命令包含了客户端用什么端口接收数据。在传送数据的时候，服务器端通过自己的tcp20端口连接至客户端的指定端口发送数据。
40.它在两台通信的主机之间使用了两条tcp连接，一条是数据连接，用于数据传送；另一条是控制连接，用于传送控制信息(命令和响应)，这种将命令和数据分开传送的思想大大提高了ftp的效率。
41.所述数据整理模块通过归纳法比较是确定对象共同点和差异点的方法。通过比较，既可以认识对象之间的相似，也可以了解对象之间的差异，运用比较方法，重要的是在
表面上差异极大的对象中识“同”，或在表面上相同或相似的对象中辨“异”，通过对不同的数据之间进行对比，对不同的数据之间进行分类，且容易将一些异常的数据单独取出，方便工作人员查出问题。
42.所述服务器端数据库采用关系型数据库，关系型数据库，存储的格式可以直观地反映实体间的关系。关系型数据库和常见的表格比较相似，关系型数据库中表与表之间是有很多复杂的关联关系的。
43.本发明的工作原理：
44.该系统通过运算模块对收集到的数据进行运算，而并行p
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risc系统结构完全删除了等待和匹配单元，而对所有操作使用一个risc状的apu。p
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risc系统结构的主要特性有使用一个risc状指令集；改变系统结构支持多道计算；加入分叉和联结结构管理多通道；用指令实现完全存贮以分阶段方式实现输人存贮指令。p
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risc系统结构由一组呢和许多存贮单元组成，通过一组开关网将他们联结起来。p
‑
risc没有等待一匹配单元，取而替之，它将计算顺序键有关的全部运算数存贮一组存贮器内，每个现存的程序都能在p
‑
risc上执行，达到了提高运算速度的效果。
45.采用一种密封式超声波传感器(ma40ei型)，它的特点是具有防水作用(但不能放入水中)，可以作料位及接近开关用，所设计的检测系统可以同时提供声光并茂的听觉和视觉警告，其警告表示是探测到了在盲区内障碍物的距离和方向，监测模块采用超声波传感器可以用于检测透明物体、液体、任何表粗糙、光滑、光的密致材料和不规则物体，能够准确的测量到物品与物品之间的距离，达到了提高测量范围的效果。
46.数据上传模块采用ftp传输协议，它在两台通信的主机之间使用了两条tcp连接，一条是数据连接，用于数据传送；另一条是控制连接，用于传送控制信息(命令和响应)，这种将命令和数据分开传送的思想大大提高了ftp的效率。
47.运用比较方法，重要的是在表面上差异极大的对象中识“同”，或在表面上相同或相似的对象中辨“异”，通过对不同的数据之间进行对比，对不同的数据之间进行分类，且容易将一些异常的数据单独取出，方便工作人员查出问题。
48.数据变量采集模块在进行采集时，一般是采样方式，即隔一定时间(称采样周期)对同一点数据重复采集。采集的数据大多是瞬时值，也可是某段时间内的一个特征值。准确的数据测量是数据采集的基础。数据量测方法有接触式和非接触式，检测元件多种多样。不论哪种方法和元件，均以不影响被测对象状态和测量环境为前提，以保证数据的正确性。
49.数据传输模块采用同步传输方式，通过建立必须建立位定时同步和帧同步，以便正确地区分出一个个字符或其他信息，同步传输方式的优点是不需要对每一个字符单独加起、止码元，因此传输效率较高。
50.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。
51.本系统中涉及到的相关模块均为硬件系统模块或者为现有技术中计算机软件程序或协议与硬件相结合的功能模块，该功能模块所涉及到的计算机软件程序或协议的本身均为本领域技术人员公知的技术，其不是本系统的改进之处；本系统的改进为各模块之间的相互作用关系或连接关系，即为对系统的整体的构造进行改进，以解决本系统所要解决的相应技术问题。
52.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。