基于物联网的数据采集系统的硬件设计与实现

基于物联网的数据采集系统的硬件设计
与实现
摘要：当前物联网的高速发展已经成为信息化时代发展的核心标志。

在物联
网的管理体系结构之中，数据的收集管理也是意向更为具体的基础性工作内容。

随着物联网的高速发展，前端数据的手机需求也在增多。

由于现阶段的数据收集
系统工作任务环境状态复杂多样，为了保证各项数据信息的稳定性和系统性传输，对于整个系统也有了新的工作要求。

因此加快数据采集系统的设计规划与研究分
析有着重要的影响意义。

为此本文结合当前工作实际对于现阶段的数据采集信息
系统的实际现状进行了观察，明确了相关系统的特点内涵，针对性的提出了具体
的工作方案，以求能够加快设计管理工作落实，提升数据管理质量。

关键词：物联网；数据采集；设计
引言：
现场数据信息的收集、传输、处理已经逐渐地成为当前工业生产和学术研究
之中的一项主要的工作环节。

数据采集系统的主要工作任务就是实现数据信息的
收集、转换和处理，然后将相关的信息内容传输到计算机之中完成存储和处理，
将处理的结果反馈到设备之中完成信息控制。

数据采集系统是物联网的核心部分，可以有效地实施数据的管理和控制,为具体操作的人员提供设备的实时监控管理
和主要性能分析。

为了优化开发过程，规避重复设计模式，数据采集系统的设计
研究就显得尤为重要。

一、物联网数据采集系统结构
物联网数据采集工作的实现主要涵盖了远程数据的采集终端构建、系统管理
服务器设备以及远程监控管理服务端。

在对物联网数据采集系统构建分析研究的过程中，我们可以将数据采集系统
和数据处理系统结构划分为两种硬件系统进行研究，确保其能在相关的工作特点
要求下独立的实现自身的系统功能效果。

数据采集中段主要是指数据采集系统和
相关的数据处理系统两个主要的硬件设备组成结构。

数据采集系统的工作任务内容主要负责对外部数据信息的收集处理、封装管
控以及信号传输和开断控制管理等等。

数据处理系统结构更多的是负责相关数据
信息的收集、处理和集中发送，数据处理系统还在当前的工作基础上扩展了声光
报警装置、摄像监控装置和其他功能结构内容。

数据采集系统和数据处理系统的工作主要是结合相关的结构设备的结构实施
通信管理，数据收集系统之中可以有效的实现实时的数据收集处理，同时有效的
接受数据处理系统所产生的指令和相关的数据信息。

数据处理系统的工作除却实
现采集系统的交互管控，也要对只有处理的数据内容进行分析，通过网络信息传输，导入到系统管理服务器设备之中，实现相关数据的备份和存储，同时也能对
于接受系统管理服务器所传输的数据信息和指令要求进行判断。

在多个数据采集
终端的结构系统中，相关的数据处理系统还需要对整个终端结构进行维护，有效
的负责中段之间的稳定运作，确保最终的通讯质量。

系统管理服务器在工作过程中，需要将数据处理系统之中所存储的相关数据
引入到数据库中完成存储，远程对于客户端的服务器以网络访问的方式进行监控，对于整个数据采集的实际特点和工作特征进行监控，即时的实现数据信息的分析
管理和人员统筹，强化整个系统设别的运作管控。

二、物联网数据采集终端的硬件设计工作方案
在实施物联网数据采集终端的硬件设计工作中，我们将整个系统硬件的构建
方案设定为三个部分内容，以保证整个系统硬件的稳定运作。

1、数据采集终端的硬件设计
数据采集终端主要是以分层设计的方式实施设计构造的，实现数据的收集和
处理两者之间的分离，将整个硬件体系划分为收集系统和处理系统两个主要的部
分。

两个系统之间单独的进行数据信息的收集和处理，相互之间独立存在，不会
出现干扰的情况。

需要注意的方面如下：一是数据采集系统的电路设计复杂多样，蕴含多种不同的系统模块，且数据处理之中因为涉及到的电路多，很容易受到外
部因素的影响干扰。

二是系统环境多样化，由于电磁信号的干扰，气候环境的恶劣，长期在此种环境下实施工作，往往会直接影响数据的传输和发送，一旦系统
损坏，损失就会相对较大。

三是系统若是同时实现数据信息的收集处理，核心硬
件的负担相对较大，硬件软件的设计困难性也会增加。

而分离时的系统结构设计
能够有效地缓解数据处理的压力，实现多方面的功能性拓展。

四是在此系统设计
之中，数据采集系统设计了多样化的功能模块接口，可以实现多种信号渠道信息
的收集，以不同精度的模拟量进行数据收集，应用广泛。

同时也是设计了多样化
的通用信号接口，可以按照不同的需求特点，实施设计规划。

将所有的数据信息
进行扩展，其本身的实用性强，能够按照相关的功能特点要求进行特殊的规划，
以满足实际的工作特点。

五是在终端的设计工作中，两种系统结构可以以串行接
口的方式实现串联通信，其接口实现简单，传输速率增高，错误率低。

2、数据采集系统硬件方案设计
数据采集系统为了满足实际的行业使用特点，因此需要结合实际的工作要求
完成信息数据的收集处理。

在设计工作的基础上，具体的工作以两种不同类型的
单片机为主，以保证最终的信号传输质量。

一种是以24位的数据转换器为主，
采集的精准度相对较高，稳定性较强。

其中所蕴含的内部校准可以让整个系统的
采样率增强，同时这种单片机本身内部的温度传感器主要以异步、全双工串口为主。

这种单片机工作的过程中主要以三路模拟量数据的收集为主，同时协同一路
传感器通讯数据的接收，以满足实际的工作特点。

而另一种则是16位的单片机，主要是以指令集架构为主，处理数据的能力相对较高，运算速度较快，在工程控
制管理之中有着较为广泛的使用。

这种单片机主要的工作是负责一定的频率量和
数字量的收集处理，通过继电器的工作进行电路的控制管理。

在此设计之中，主
要是以外置AD采集模块以前一种单片机为核心，外界模拟信号经AD转换后，通
过接口传输到数据采集系统。

另一路串口有两个功能。

一是能够实现所有信息数
据的封装，传递至信息数据处理系统。

二是实现数据处理系统相关数据的收集，
系统之中的温度补偿和设备控制管理，都要以此单片机工作为基础实现。

3、数据处理系统硬件方案设计
数据处理系统主要是通过核心板块和底板功能结构的设计规划。

核心板上以排针的方式，将所有的排针直接的穿插在底板之上，实现数据的处理，底板上罗列多种功能结构。

这种架构方式有效的规避传统的核心板重复设计模式，有效的减少了开发周期，实现了底板功能内容的拓展，且实际的折装较为便捷。

核心板通过这种方式的工作，拆卸也较为便捷。

在具体的数据处理之中可以通过一定的网络结构，将数据信号进行实时的传输收集，通过有线网络接口完成稳定的信号传输和数据下载。

之后通过指纹模块的设定，对设备进行加密管控，以保证设备始终处于值守的状态。

在设备之中加装版在摄像头，可以实现信息人员的身份核查，对于工作人员的操作状态进行分析观察。

而语音模块的构建，实现了语言的传输风险，实现了控制人员和操作人员之间的语音无障碍交流。

总结：数据采集系统的设计过程中，需要针对物联网数据收集的实际需求实施数据扩展研究。

在相关的论述中首先我们充分的认识到了物联网数据收集的发展趋势和市场管理工作需求，同时针对需求提出了相关的硬件设计方案措施。

其次分别对现阶段的数据采集系统和数据处理系统实施了综合的调试，对于整个系统功能实施了验证，同时通过测试的数据实现了系统性能的检测。

最后对终端系统之中出现的干扰问题实施试验检测，对干扰源进行检测，提出了系统的优化方案。

参考文献
[1]王志韬.基于微信硬件的数据采集及发布系统的设计开发[D].广东工业大学,2018.69.
[2]王至秋,员玉良,秦振朕.基于物联网技术的农机作业参数采集器的设计与试验[J].农机化研究.2020,(1).75-79.。