1. 研究目的与意义
在现代工业环境中，借助数据采集系统采集到的数据，可以构建一个实时性良好的反馈控制系统，大大提高生产效率。在人类起居环境中，通过采集到的数据可以分析环境的各项指标，从而能够及时改善生活环境。
数据采集系统分为有线数据采集和无线数据采集两种。在20世纪50年代，美国研制的一种测试系统标志着数据采集系统的诞生。在60年代左右，国外就有了成套的数据采集设备产品进入市场，此阶段的数据采集设备与系统多属于专用系统。在70年代，微型计算机机的发展将采集器、仪表和计算机融合在一起，形成了数据采集系统。在80年代，西方发达国家通过有线网络连接终端数字传感器，完成数据的实时、连续和完整采集，减轻传统人工手动现场数据录入的工作量。这种方式的数据传输速度快、可靠性高，但是物理布线繁琐，可移动性差且传输的范围不大。从90年代至今，数据采集系统的精度与速度得到了大幅度的提升；综合利用嵌入式系统和数字传感器技术形成了新一代的无线数据采集系统，自动组网完成数据的数字化采集。其中无线数据的传递方式多种多样，各种传输方式拥有自身的特点，适用于不同的采集环境。系统结构上采用模块式结构，组建一个系统也更加简单快捷。因此，数据采集系统在军事、工业、环境与通信等领域得到了广泛的应用。
设计无线采集系统需要考虑的因素主要包括：成本、安装的便利性、组网灵活性、设备利用率和维护难易程度。目前，无线数据采集系统主要通过蓝牙技术、zigbee技术和gprs技术完成节点间数据的无线传输。三种通信技术拥有各自的特点，适用于不同的采集环境，其中蓝牙技术适用于短距离无线数据传输领域；zigbee技术主要应用于大量节点的数据传输领域；gprs是远距离无线数据传输的首选。
2. 研究内容和预期目标
| 2.1主要研究内容 1) 分析SIGER MDA 制造系统数据采集系统的功能，包括数据采集对象、数据采集方式、数据采集速度、硬件构成、数据库结构、数据分析方法、数据架构、数据处理方式以及以此为基础的数据可视化功能。 2) 基于TI的Sensortag上的传感器模块，设计数据采集程序，数据传输通讯采用BLE低功耗蓝牙协议，利用树莓派3b作为网关设备，基于Node-RED开发环境设计程序实现这个功能：树莓派3b接收Sensortag采集的数据，并且将接收到的数据发送到IBM的物联网云平台。 3) 数据采集系统的上位机设计。利用chart.js插件设计图表网页用于显示采集的传感器数据，如加速度计和光照强度等，包含两张图表，一张图表同时以曲线的形式显示加速度计x、y、z轴数据，另一张图表显示室内各个地方的光线强度。 4) 根据采集数据多维性的特点，设计合适的数据库结构，实现数据的本地分类存储和索引。 5) 研究数据采集系统所需要的数据预处理技术，例如数字滤波器等。 6) 设计数据采集系统的硬件与软件的匹配磨合
2.2预期目标 本课题主要要实现一个数据采集系统的数据采集和上位机软件设计： 1) 在IBM物联网云平台的仪表盘中建立数据图表。实现数据在线动态显示和数据云存储。 2) 数据采集和分析功能设。实现加速度计数据采集，并且根据采集的加速度计进行定位分析。 3) 基于WEB前端技术设计上位机。上位机以图表的形式动态显示采集的数据，并且可以实现数据的本地分类存储。
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3. 研究的方法与步骤
| 3.1本课题采用的研究方法： 1) 使用现有的数据采集硬件模块，在此基础上设计数据采集程序和通讯程序，完成上位机的调试。之后，参考成熟的硬件电路设计数据采集的硬件模块。 2) 基于Node-RED的开发环境设计采集数据的传输程序，实现本地程序上传到IBM物联网云平台。 3) 利用WEB前端技术将采集的数据以图表形式动态显示变化曲线。 4) 利用Python的库numpy对采集的加速度数据进行分析处理。 3.2本课题设计的主要步骤： （1）查询和上网搜索相关资料，了解数据采集系统的研究意义。 （2）通过查询得来的资料了解和分析数据采集系统所需要的硬件设备。 （3）将程序模块化设计，设计硬件数据采集模块、蓝牙数据传输模块、数字滤波器 和 IBM云平台的数据传输程序。 （4）在对将要做的系统有了一定的了解和设想之后，对每个功能模块进行细化，分别设计和调试。 （5）设计上位机，上位机和硬件系统的通信，并且以图表的形式显示采集的数据。 （6）最后，整理各阶段的设计和记录文档，准备撰写论文稿。 |
4. 参考文献
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5. 计划与进度安排
1. 2022-03-05～2022-03-15 查阅数据采集系统资料，撰写开题报告；
2. 2022-03-16 ～2022-04-01 研究数据采集系统的硬件构成，研究蓝牙无线通信；
3. 2022-04-02 ～2022-04-20 设计出基于蓝牙设备的数据采集及管理系统，并采用常用eda软件绘制符合计算机辅助设计制图相关标准规范要求的原理图和pcb图；
