一种数据采集方法

摘要

一种数据采集方法，通过采集模块定时对监测数据进行采集，监控节点MCU再对采集模块采集的监测数据进行收集，并根据上一次采集的监测数据计算当前监测数据与上一次监测数据之间的变化率；根据计算的变化率与系统设置的灵敏阈值比较，若计算的变化率高于系统设置的灵敏阈值则将监测数据上传至服务器；若计算的变化率小于设置的灵敏阈值，则将获得的监测数据存放入数据窗口。该方法不影响监控的实时性，并且在监测数据变化不大的情况下，减少监测数据的传输次数，达到降低功耗的效果。

权利要求

1.一种数据采集方法，其特征在于，包括以下步骤：采集模块定时对监测数据进行采集；

监控节点MCU对采集模块采集的监测数据进行收集，并根据上一次采集的监测数据计算当前监测数据与上一次监测数据之间的变化率；

根据计算的变化率与系统设置的灵敏阈值比较，若计算的变化率高于系统设置的灵敏阈值则将监测数据上传至服务器；若计算的变化率小于设置的灵敏阈值，则将获得的监测数据存放入数据窗口。

2.根据权利要求1所述的一种数据采集方法，其特征在于，监测数据存入数据窗口后，还包括：判断数据窗口是否存满；

若数据窗口尚未存满，进入睡眠状态等待下一个采集周期；若数据窗口存满，压缩数据窗口数据并发送至服务器，然后进入睡眠状态等待下一个采集周期。

3.根据权利要求2所述的一种数据采集方法，其特征在于，在数据窗口的数据发送至服务器之前，还包括：计算当前数据窗口的数据波动程度δ；

若计算的数据波动程度δ较小，则相应的增大下一次采集周期的数据窗口档位k值大小；若计算的数据波动程度δ较大，则相应的减小下一次采集周期的数据窗口档位k值大小；

下一采集周期的数据窗口档位k值更改完毕后，当前数据窗口的数据发送至服务器。

4.根据权利要求1所述的一种数据采集方法，其特征在于，采集模块采集监测数据之前，采集模块数据进行初始化。

5.根据权利要求3所述的一种数据采集方法，其特征在于，数据的波动程度δ符合如下公式所示：其中xi是第i次采样数据，是采样均值。δ应满足1％≤δ≤10％。ceil为向上取整函数；

数据窗口档位k取值符合以下公式：

k＝(1-δ)*10

以上述算式对数据窗口的档位大小进行调整。

说明书

一种数据采集方法

技术领域

[0001] 本发明涉及数据采集领域，具体为一种数据采集方法。

背景技术

[0002] 在工业物联网中，传感器监控节点通常需要常年累月监测环境状况，设备信息等重要信息。特别是在户外这样恶劣的自然环境下，监控节点不仅要达到 IP68级防水防尘，并且监控节点的功耗也要降到最低。传统传感器无线数据采集上传的频率通常设置成固定频率。如果设定过高的频率，容易造成数据冗余，因向后台传输数据而造成功耗大幅增加；反之，如果设定过低的采样频率，容易导致监测不及时，漏掉关键时空的监测。一般来说，监控节点消耗能量的模块包括传感器模块、处理器模块和无线通信模块。随着集成电路工艺的发展，传感器模块和处理器模块的功耗变得很低，而将近80％的节点能量消耗在无线通信模块上。传统的低功耗无线数据采集算法基本采用Duty-cycling机制，即每隔特定的周期采集发送数据，再交由网关对后续数据压缩、融合、处理再提交至服务器。在数据变化不明显的情况下，使用Duty-cycling机制采集上传数据，若采样上传周期设置比较小，往往出现大量冗余信息。一旦有大量监控节点，对服务器来说则是灾难性的影响。服务器则会出现数据更新迟滞，监控卡顿，甚至无法刷新数据的情况。特别对于一个长期处于监测状态的低功耗监测节点，通常来说，一旦部署成功，则要长期、稳定的工作两年以上。而采用传统的 Duty-cycling机制采样上传数据则很难同时保证低功耗和数据的迟滞时间。使用 Duty-cycling机制采集上传数据，若采样上传周期设置比较小，监控节点可能几个月就可能因为电池电量耗尽而停止工作。但与此同，倘若一味延长Duty-cycling 机制的采集上传周期，则可能出现重要数据的丢失，从而失去监测的意义。

发明内容

[0003] (一)解决的技术问题

[0004] 为了解决以上问题，本发明提供的一种数据采集方法，可以有效地降低功耗。

[0005] (二)技术方案

[0006] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

[0007] 一种数据采集方法，包括以下步骤：

[0008] 采集模块定时对监测数据进行采集；

[0009] 监控节点MCU对采集模块采集的监测数据进行收集，并根据上一次采集的监测数据计算当前监测数据与上一次监测数据之间的变化率；

[0010] 根据计算的变化率与系统设置的灵敏阈值比较，若计算的变化率高于系统设置的灵敏阈值则将监测数据上传至服务器；若计算的变化率小于设置的灵敏阈值，则将获得的监测数据存放入数据窗口。

[0011] 优选地，监测数据存入数据窗口后，还包括：

[0012] 判断数据窗口是否存满；

[0013] 若数据窗口尚未存满，进入睡眠状态等待下一个采集周期；若数据窗口存满，压缩数据窗口数据并发送至服务器，然后进入睡眠状态等待下一个采集周期。

[0014] 优选地，在数据窗口的数据发送至服务器之前，还包括：

[0015] 计算当前数据窗口的数据波动程度δ；

[0016] 若计算的数据波动程度δ较小，则相应的增大下一次采集周期的数据窗口档位k值大小；若计算的数据波动程度δ较大，则相应的减小下一次采集周期的数据窗口档位k值大小；

[0017] 下一采集周期的数据窗口档位k值更改完毕后，当前数据窗口的数据发送至服务器。

[0018] 优选地，采集模块采集监测数据之前，采集模块数据进行初始化。

[0019] 优选地，数据的波动程度δ符合如下公式所示:

[0020]

[0021] 其中xi是第i次采样数据，是采样均值。δ应满足1％≤δ≤10％。ceil为向上取整函数；

[0022] 数据窗口档位k取值符合以下公式:

[0023] k＝(1-δ)*10

[0024] 以上述算式对数据窗口的档位大小进行调整。

[0025] 有益效果

[0026] 本发明的有益效果是：一种数据采集方法，通过采集模块定时对监测数据进行采集，监控节点MCU再对采集模块采集的监测数据进行收集，并根据上一次采集的监测数据计算当前监测数据与上一次监测数据之间的变化率；根据计算的变化率与系统设置的灵敏阈值比较，若计算的变化率高于系统设置的灵敏阈值则将监测数据上传至服务器；若计算的变化率小于设置的灵敏阈值，则将获得的监测数据存放入数据窗口。该方法不影响监控的实时性，并且在监测数据变化不大的情况下，减少监测数据的传输次数，达到降低功耗的效果。

附图说明

[0027] 附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制,在附图中：

[0028] 图1示出了本发明的实施例1；

[0029] 图2示出了本发明的实施例2；

[0030] 图3示出了本发明的实施例3；

[0031] 图4示出了本发明的整体流程图。

具体实施方式

[0032] 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。

[0033] 参阅附图1-附图4，具体为一种数据采集方法。

[0034] 实施例1参阅附图1，包括以下步骤：

[0035] 步骤101，采集模块由计时器定时唤醒；

[0036] 步骤102，采集模块对监测数据进行采集；

[0037] 步骤103，监控节点MCU对采集模块采集的监测数据进行收集，并根据上一次采集的监测数据计算当前监测数据与上一次监测数据之间的变化率；

[0038] 步骤104，根据计算的变化率与系统设置的灵敏阈值比较；

[0039] 步骤105，若计算的变化率高于系统设置的灵敏阈值则将监测数据上传至服务器；若计算的变化率小于系统设置的灵敏阈值，则将获得的监测数据存放入数据窗口。

[0040] 具体的，单次数据发送的所需的能量W为：

[0041] W＝Tpacket*Itx*V

[0042] 其中Itx是发送机发送数据时所需的单位电流，V是发送机发送数据时的工作电压。由于电流和电压的大小是固定的，若想要降低数据发送功耗，则只能通过减少Tpacket来实现降低功耗。

[0043] 而数据的传输持续时长Tpacket可归结如下公式：

[0044] Tpacket＝Tpre+Ts*payloadSymNb

[0045] 其中Tpre是前导码持续时长，Ts是单个符号发送持续时长，payloadSymNb是负载符号数量。其中负载符号数量又根据不同调制方式，编码率，扩频因子等参数的不同设置而不同。无论实际使用中是否发送数据，都会存在基本发送时长，即不发送任何实际数据所需的基本发送时长。在实际中，发送数据又会被压缩成发送符号，所以Tpacket持续时间应是与真实发送数据成非线性增长。

[0046] 功耗的大小与数据传输的持续时长相关，而传输的次数和传输数据的大小会影响数据传输的持续时长，进一步的影响了功耗的大小。

[0047] 因此，本发明通过减少数据发送次数，进而控制传输功耗。其中，通过设置数据窗口来存储采集的监测数据，无需直接发送至服务器，减少传输次数也避免了大量数据的冗余。并通过计算当前监测数据与前次监测数据之间的变化率，确认结果的稳定性，一旦变化率过大则开启紧急发包模式将当前数据直接上传至服务器处理，确保了监控的实时性。数据窗口储存一定数量的数据后，再将储存的数据一起发送至服务器。由此在监测数据变化不大的情况下，即可大幅降低数据的发送周期，降低传输功耗。

[0048] 实施例2参阅附图2，包括步骤：

[0049] 步骤201，采集模块由计时器定时唤醒；

[0050] 步骤202，采集模块对监测数据进行采集；

[0051] 步骤203，监控节点MCU对采集模块采集的监测数据进行收集，并根据上一次采集的监测数据计算当前监测数据与上一次监测数据之间的变化率；

[0052] 步骤204，根据计算的变化率与系统设置的灵敏阈值比较；

[0053] 步骤205，若计算的变化率小于系统设置的灵敏阈值，则将获得的监测数据存放入数据窗口；

[0054] 步骤206，判断数据窗口是否存满；

[0055] 步骤207，若数据窗口尚未存满，进入睡眠状态等待下一个采集周期；若数据窗口存满，压缩数据窗口数据并发送至服务器，然后进入睡眠状态等待下一个采集周期。

[0056] 具体的，采集模块采样完成后监测数据存储至数据窗口队列，在监测数据变化不大时，无需直接发送至服务器，当数据窗口存满时，再将数据窗口压缩发送至服务器，减少传输次数也避免了大量无用数据的冗余。

[0057] 实施例3参阅附图3，包括步骤：

[0058] 步骤301，采集模块由计时器定时唤醒；

[0059] 步骤302，采集模块对监测数据进行采集；

[0060] 步骤303，监控节点MCU对采集模块采集的监测数据进行收集，并根据上一次采集的监测数据计算当前监测数据与上一次监测数据之间的变化率；

[0061] 步骤304，根据计算的变化率与系统设置的灵敏阈值比较；

[0062] 步骤305，若计算的变化率小于系统设置的灵敏阈值，则将获得的监测数据存放入数据窗口；

[0063] 步骤306，数据窗口存满，计算当前数据窗口的数据波动程度δ；

[0064] 步骤307，若计算的数据波动程度δ较小，则相应增大下一次采集周期的数据窗口档位k值大小；若计算的数据波动程度δ较大，则减小下一次采集周期的数据窗口档位k值大小；

[0065] 步骤308，下一采集周期的数据窗口档位k值更改完毕后，当前数据窗口数据发送至服务器，然后进入睡眠。

[0066] 具体的，将数据窗口划分为k个档位，每个数据窗口的档位k值大小应为2k，其中k的取值由系统的灵敏度决定，系统灵敏度越高，则k越小；反之，则k 越大。

[0067] 数据的波动程度δ符合如下公式所示：

[0068]

[0069] 其中xi是第i次采样数据，是采样均值。δ应满足1％≤δ≤10％。ceil为向上取整函数；

[0070] 数据窗口档位k取值符合以下公式：

[0071] k＝(1-δ)*10

[0072] 通过以上算式对数据窗口的档位大小进行调整。

[0073] 若计算的数据波动程度δ较小，则说明当前数据窗口的数据波动幅度较小，可以适当增加数据窗口容量，因此可增大下一次发送周期的数据窗口的档位k 值大小，进一步降低数据的发送周期，从而降低传输功耗；若计算的数据波动程度δ较大，则说明当前窗口的数据波动幅度较大，当前环境存在不稳定因素，可以适当减小数据窗口容量，缩短数据窗口的数据发送周期，确保实时监控。通过动态的调整发送数据的大小，来进一步控制功耗。

[0074] 进一步的，采集模块采集监测数据之前，采集模块数据进行初始化。

[0075] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

[0076] 除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

[0077] 在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

[0078] 此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。

[0079] 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。