无线数据采集器

背景介绍

近年来，软硬件技术的革新带动了物联网行业的发展，趋使其应用场景不断深化，从工业设备故障诊断到共享经济，再到新能源汽车。调研发现，物联网的核心框架为：通过传感器感知物理世界的状态，后续利用数据采集装置对信息进行量化并上传到云平台，最终通过智能算法对数据进行高效利用，具体如图1所示。

数据采集作为物联网的核心环节，能够将结构变形、压力、温度以及光照强度等物理量转化为数字量，其性能直接决定了我们获取数据的质量。

图1 物联网的运行框架

近来，团队对市场上现有的数据采集模块进行了调研，现有产品主要分为以下三类：1. 数字电表：该类设备作为通用的测量仪器，能够很好的对模拟信号进行采样，在高校、科研院所以及检测机构等具有广泛应用；2. 便携示波器：设备能够对直流电压、交流电压、电阻以及电容等进行测量；3. 数据采集模块：主要集中在电子爱好者，能够支持各种功能定制，在上位机模块能够嵌入深度学习算法，对数据进行初步的处理。

图2 数据采集的通用方案

从调研结果可以发现，不同产品所针对的使用场景具有明显差异，面向的用户群体也不尽相同。近年来，随着智能可穿戴设备、AR（VR）领域的兴起，我们能否设计一款数据采集板，能够对人体的生理信号进行捕捉，在采集精度、便携性、数据处理及可视化等方面具有明显优势。

产品简介

无线数据采集器是一款便携式、高精度、智能型的模拟信号采集设备。产品内置有电源模块，选用24bit的模数转化芯片，能够支持8个通道的电压信号采集（或4组差分信号），后续通过蓝牙模组将数据传输到手机App端，对测量结果进行可视化。无线数据采集器主要面向科研及可穿戴设备领域，能够通过人工智能算法对测量结果进行预处理，支持二次开发与定制。

图3 无线数据采集器： a-b 表述为LY-AD-7无线数据采集器的整体示意图；图 c-d 表述为Android 端的上位机软件，进行结果的可视化

性能测试

团队通过测试实验对 LY-AD-1 无线数据采集器的性能指标进行验证。实验结果表明，产品的采样结果与示波器的偏差为0.14%，产品能够满足绝大部分应用场景。实验中所用到的设备主要包括：

• FNIRSI-1014D数字示波器：具有双通道100M带宽，1GSa/s的实时采样率；设备内置有DDS信号发生器，支持正弦波、方波信号、三角波信号以及锯齿波等14种信号；
• Android手机：具体型号为华为nova7se，采用Android 10操作系统。
• 镀银导线：镀银导线是在优质无氧铜上镀银并包裹绝缘层制备而成，具有优良的导电性、导热性、耐腐蚀性和高温抗氧化性能力。

实验过程中，使用 FNIRSI-1014D电表内置的信号发生器模块，其输出波形设置为三角波，频率为1Hz，电压幅值采用默认值；实验中将无线数据采集器输入模式设置为差分模式，通过镀银导线将信号源连接到采集器的第一个通道，最终在手机端接收到采样结果，具体如图4所示：

图4 无线数据采集器性能指标验证

后续对无线数据采集器的噪声信号进行测量，具体结果如图5所示。无信号输入时，模块的短接噪声为40uv，后续将锂电池接入到采集器通道二，测量结果的波动范围为250uv。

图5 无线数据采集器噪声信号