《物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)》課件

《物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)》本課件將帶您深入了解物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心技術(shù)和應(yīng)用場(chǎng)景，涵蓋從傳感器到云平臺(tái)的完整體系。學(xué)習(xí)目標(biāo)了解物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的概念掌握物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本原理和架構(gòu)學(xué)習(xí)傳感器技術(shù)和信號(hào)采集方法熟悉單片機(jī)及外圍電路設(shè)計(jì)了解數(shù)據(jù)采集軟件開(kāi)發(fā)與系統(tǒng)調(diào)試掌握物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用場(chǎng)景什么是物聯(lián)網(wǎng)萬(wàn)物互聯(lián)將各種物體通過(guò)傳感器、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)連接起來(lái)信息交互實(shí)現(xiàn)物體之間以及物體與人之間的信息交互智能控制通過(guò)數(shù)據(jù)分析和智能算法實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的智能控制物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)1感知層傳感器采集數(shù)據(jù)，將物理世界的信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)2網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)傳輸，將傳感器數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆破脚_(tái)或其他應(yīng)用系統(tǒng)3應(yīng)用層對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，實(shí)現(xiàn)各種應(yīng)用場(chǎng)景，例如智能家居、工業(yè)自動(dòng)化等傳感器技術(shù)溫度傳感器用于測(cè)量溫度，例如熱電偶、熱敏電阻壓力傳感器用于測(cè)量壓力，例如壓阻式、應(yīng)變式傳感器光線(xiàn)傳感器用于測(cè)量光線(xiàn)強(qiáng)度，例如光電二極管、光敏電阻信號(hào)采集傳感器信號(hào)模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)信號(hào)調(diào)理放大、濾波、轉(zhuǎn)換等ADC轉(zhuǎn)換將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)數(shù)據(jù)處理對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，例如校正、濾波模擬信號(hào)采集模擬信號(hào)特點(diǎn)連續(xù)變化的信號(hào)，例如電壓、電流模擬信號(hào)采集步驟信號(hào)調(diào)理ADC轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)處理數(shù)字信號(hào)采集1數(shù)字信號(hào)特點(diǎn)離散變化的信號(hào)，例如數(shù)字脈沖、編碼信號(hào)2數(shù)字信號(hào)采集步驟信號(hào)預(yù)處理，直接進(jìn)行數(shù)據(jù)處理3數(shù)字信號(hào)采集應(yīng)用數(shù)字傳感器、編碼器等采樣與量化采樣將連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為離散的數(shù)字信號(hào)量化將采樣得到的離散信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量信號(hào)調(diào)理電路放大提高信號(hào)幅值1濾波去除噪聲2轉(zhuǎn)換將信號(hào)轉(zhuǎn)換為其他類(lèi)型3放大電路1運(yùn)算放大器高增益、低漂移2差分放大器抑制共模干擾3儀表放大器高輸入阻抗、低輸出阻抗濾波電路1低通濾波濾除高頻信號(hào)2高通濾波濾除低頻信號(hào)3帶通濾波濾除除特定頻率以外的信號(hào)ADC原理1將模擬信號(hào)與參考電壓比較2將比較結(jié)果轉(zhuǎn)換為數(shù)字量3輸出數(shù)字信號(hào)ADC類(lèi)型逐次逼近式ADC精度高，速度較慢并行比較式ADC速度快，成本高雙積分式ADC抗干擾能力強(qiáng)微控制器簡(jiǎn)介微控制器是一種集成了CPU、內(nèi)存、輸入輸出接口等功能的集成電路，常用于嵌入式系統(tǒng)，例如工業(yè)自動(dòng)化、汽車(chē)電子、消費(fèi)電子等。單片機(jī)體系結(jié)構(gòu)輸入輸出接口GPIO通用輸入輸出接口，可用于控制LED、電機(jī)等UART串行通信接口，用于與其他設(shè)備進(jìn)行通信SPI串行外設(shè)接口，用于與EEPROM、傳感器等通信定時(shí)器和中斷1定時(shí)器提供精確的時(shí)間基準(zhǔn)2中斷響應(yīng)外部事件，例如按鈕按下、傳感器觸發(fā)3應(yīng)用定時(shí)控制、事件響應(yīng)串行通信接口UART通用異步串行通信接口SPI串行外設(shè)接口I2C兩線(xiàn)串行通信接口模擬輸入通過(guò)ADC將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，用于采集溫度、壓力、光線(xiàn)等模擬傳感器數(shù)據(jù)數(shù)字輸入輸出數(shù)字輸入接收來(lái)自數(shù)字傳感器的信號(hào)，例如按鈕、開(kāi)關(guān)數(shù)字輸出控制外部設(shè)備，例如LED、電機(jī)、繼電器EEPROM和Flash1EEPROM電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器2Flash快閃存儲(chǔ)器3應(yīng)用存儲(chǔ)系統(tǒng)配置信息、數(shù)據(jù)記錄物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將傳感器、單片機(jī)、無(wú)線(xiàn)通信模塊等硬件組件集成，采集數(shù)據(jù)并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)皆破脚_(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用。硬件設(shè)計(jì)流程需求分析確定系統(tǒng)功能、性能指標(biāo)方案設(shè)計(jì)選擇合適的傳感器、單片機(jī)等電路設(shè)計(jì)繪制原理圖、PCB布局測(cè)試驗(yàn)證驗(yàn)證電路功能，調(diào)試系統(tǒng)傳感器選型與接口傳感器選型根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景選擇合適的傳感器類(lèi)型、精度和性能接口設(shè)計(jì)確定傳感器與單片機(jī)的連接方式，例如模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)、串行通信單片機(jī)外圍電路ADC電路將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)1電源管理電路為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源2無(wú)線(xiàn)通信模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸3電源管理電路1電源輸入接收外部電源2穩(wěn)壓將電壓穩(wěn)定到單片機(jī)所需的電壓3濾波去除電源噪聲無(wú)線(xiàn)通信模塊1WiFi模塊通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)2藍(lán)牙模塊短距離無(wú)線(xiàn)通信3蜂窩模塊支持蜂窩網(wǎng)絡(luò)連接系統(tǒng)集成與調(diào)試1將硬件組件組裝成完整系統(tǒng)2編寫(xiě)軟件代碼，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和處理3調(diào)試系統(tǒng)，驗(yàn)證功能軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括數(shù)據(jù)采集軟件架構(gòu)、數(shù)據(jù)采集流程、數(shù)據(jù)處理算法、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和上傳等方面。數(shù)據(jù)采集軟件架構(gòu)驅(qū)動(dòng)層負(fù)責(zé)與傳感器進(jìn)行通信，讀取數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理層對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正、濾波等處理通信層將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆破脚_(tái)數(shù)據(jù)采集流程1傳感器采集數(shù)據(jù)讀取傳感器數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)2數(shù)據(jù)預(yù)處理對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行校正、濾波等處理3數(shù)據(jù)存儲(chǔ)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到本地或云平臺(tái)4數(shù)據(jù)上傳通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆破脚_(tái)數(shù)據(jù)校正與濾波數(shù)據(jù)校正消除傳感器誤差，提高數(shù)據(jù)精度數(shù)據(jù)濾波去除噪聲，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與上傳1本地存儲(chǔ)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在單片機(jī)的EEPROM或Flash中2云存儲(chǔ)將數(shù)據(jù)上傳到云平臺(tái)，例如阿里云、AWS3數(shù)據(jù)格式選擇合適的存儲(chǔ)格式，例如CSV、JSON可視化圖形界面提供用戶(hù)友好的界面，方便用戶(hù)查看和分析數(shù)據(jù)，例如實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)曲線(xiàn)、歷史數(shù)據(jù)圖表等。服務(wù)器端軟件數(shù)據(jù)接收接收來(lái)自物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)分析對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理數(shù)據(jù)分析與應(yīng)用1數(shù)據(jù)挖掘從大量數(shù)據(jù)中提取有價(jià)值的信息2預(yù)測(cè)分析根據(jù)歷史數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)未來(lái)趨勢(shì)3智能控制根據(jù)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，對(duì)設(shè)備進(jìn)行智能控制云平臺(tái)與大數(shù)據(jù)云平臺(tái)提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析、應(yīng)用等服務(wù)，方便用戶(hù)管理和利用物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)大數(shù)據(jù)處理海量數(shù)據(jù)，提供更強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和挖掘能力物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用案例智能家居通過(guò)傳感器控制家電、照明等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和智能化智慧城市利用傳感器收集城市數(shù)據(jù)，例如交通狀況、環(huán)境監(jiān)測(cè)等，提高城市管理效率工業(yè)自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化控制，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正