基于物联网技术数据采集设备的设计和应用

基于物联网技术数据采集设备的设计和应用

姜涛

深圳盈达机器视觉技术有限公司     广东    深圳    518057

摘要：数据扫描采集微电子设备由于在运行过程中往往会产生大量数据，其结构和制造精度要求也相当高，是现代社会很多智能化场景都需要用到微电子设备的数据扫描及采集，采用先进的数据采集以及数据处理和挖掘技术，能大幅度提高设备采集数据的数量和质量。本文重点论述了设备数据智能感知、传输网络设计和数据管理与应用等技术，并提出了可行的微电子设备数据采集系统方案。

关键词：微电子设备；运行数据；智能感知；数据采集

随着工业互联网和大数据技术的迅速发展，应用微电子数据扫描采集设备在现代生活场景中经常出现，由于很多使用场景往往数据繁多，也增加了数据处理和分析的难度。目前国内集成电路产业发展处于关键时期，高精度光机电一体化的数据扫描电子设备，准确实时录入扫描对象信息，对数据的采集、压缩、传输效率和传输稳定性等提出了更高的要求。通过采用先进的设备数据采集技术，以及数据处理和挖掘技术，能大幅度提高设备采集数据的数量和质量，可有效提升国产集成电路扫描数据设备全行业的设计制造和产品服务能力，微电子扫描设备数据采集技术越来越得到关注和重视。

一、数据采集设备的基本功能要求

随着传感器技术和网络技术的突飞猛进及成本的迅速下降，使得设备数据的实时采集成为可能，各种设备运行和生产制造大数据的快速积累，为智能制造提供源源不断的高质量数据，通过与行业知识深度结合，可以更好地促进企业的智能化转型升级。数据采集是设备智能化发展的基础，智能制造的实施效果在很大程度上取决于采集数据的数量和质量，结合制造业行业知识对设备数据进行充分的挖掘与利用，具有重要的应用价值。数据采集设备的基本功能要求主要表现在以下几点：

1）首先，实现设备生产过程的可见性，包括设备状态监测、关键部件监测、故障报警监测、维护维修监测和设备效能监测等状态。

2）其次，设备必须具备一定的可靠性，通过大数据分析，所采集的数据及相应的监控命令对保证设备正常运行非常重要，也是后期数据分析价值的可靠保证，因此要求数据采集系统高可靠运行。预测设备将来可能出现的故障等问题，实现设备的可预测性维护，避免因为设备的宕机而影响整条生产线的正常运转。

3）再次，设备实时性强。由于设备生产节拍速度快，设备间联动复杂，系统运动参数的变化非常频繁且迅速，所以对系统运行的实时性要求很高。设备必须保证状态信息远程传输的稳定性以及传输过程的保密性，从而保证生产过程的安全。

二、数据采集设备的数据智能感知

数据智能感知系统负责设备物理状态信息的采集、编码及输出，同时能够实现关键参数正确性的实时判决，以便实现现场设备监控，其系统架构框图如图1所示：

系统由专用现场数据采集终端完成，现场数据采集终端是连接工业现场与网络的关键器件，数据智能感知接口系统为外部传感器输入接口、现场应急控制接口、设备控制接口、现场报警接口和数据入网无线接口。其中外部传感器数据端口用于现场物理量信息的获取，现场应急控制接口用于具有较高优先级的数据参数的现场控制，该部分由判决系统完成，当此类数据超过预先设定的阈值范围，能及时做出反应，用于现场设备的快速调整，并通过现场报警接口通知设备管理人员。设备控制接口用于网络系统的下行控制信号的输出，方便管理人员对工业现场数据的下发和载入。无线数据接口用于无线数据的汇

集传输，实现数据的入网。

三、数据智能感知系统工作流程

数据智能感知系统的工作流程如图2所示：

该系统上电后，可向远程服务器控制终端发送通信链路检测信号，等待接收远程服务器控制终端的应答信号。若没接到，重新发送检测信号，若接收到，表明系统的数据链路畅通。接到应答信号后，数据

采集终端通过设备控制接口（如RS485和工业以太网等）与设备通信，读取设备状态，若反馈信息错误，则上传错误信息至远程服务器控制终端，并通知现场人员查看。若设备连接无误，数据采集终端

向远程服务器控制终端发送请求配置参数指令，远程服务器控制终端接到请求，对数据采集终端进行参数配置，远程服务器控制终端可以单独配置某个数据采集终端参数，也可以同时对多个数据采集终端参数进行配置。参数配置完成后，数据采集终端开始采集数据，并在线实时分析数据。若数据异常，则启动现场报警装置，同时上传错误代码与数据。有报警信号时，应立刻查看相应设备，并将查看结果上报远程服务器控制终端。远程服务器控制终端根据错误数据和现场人员的查看结果，做出相应处理，调整数据采集终端的参数。若数据正常，数据采集终端对采集到的数据进行编码、存储，定时将数据发送到远程服务器控制终端。

四、设备数据传输网设计

设备数据传输网由公网、专网或公网/专网结合的方式实现，主要考虑数据传输效率与传输安全等因素，传输网络设计主要考虑以下几个关键问题：1）设计传输网的过程中，充分考虑智能网关在处理智能感知层上传数据和应用层下达命令过程中的实时性要求。2）针对网络层需要处理大量网络连接请求的情况，设计的远端服务器应具有并发处理功能，具备处理多网关和多手机客户端并发连接请求的功能。3）在实现网络层并发功能的基础上，同时需要进一步研究网络层远端服务器进程之间的相互配合与协调的问题，应避免服务器在多个进程并发过程中出现锁死、资源抢占和阻塞等待等现象的发生。4）在多网关多方式的连接过程中，保证应用安全，数据安全，做好网络安全防护，感知设备物理安全。基于上述关键问题及功能要求，数据传输网拟采用端口多路复用、进程管道、IP/DNS分流、信号量同步、网络四层分流、链路层加密验证、身份认证和双向链路验证等多种关键技术手段。同时针对网络终端的攻击与数据的保护做特殊的构架设计：构建网络与互联网、移动网相融合的网络安全体系构架，建立全面的物联网网络安全接入与应用访问控制机制。

五、数据采集设备的应用

通过无线或者有线的方式发送到平台端，平台端通过软负载均衡或者硬负载均衡将流量均匀地负载到各个可水平扩展的网关。网关接收到数据，并完成解包之后，将数据包发送到消息中间件中，可以有效地应对“井喷流量”和下游服务短暂无法使用的问题。使用MySQL引擎，该引擎非常适合于非结构化数据的存储，支持数据的备份、恢复和迁移，在系统中主要用于存储原始数据和需要进行离线分析的数据。另外，在设备运用过程中还需要对数据进行精确处理，包括实时计算和离线计算两种。实时计算服务主要实现对物联网数据的清洗、解析和报警等实时的处理，离线主要用于对系统数据做日/周/月/年等多个时间维度做报表分析和数据挖掘，并将结果输出到关系数据库中。

在应用场景中往往需要多个不同设备进行数据交换存储，包括物联网终端的当前状态，物联网终端的历史状态/轨迹，指令下发以及数据订阅与发布等，数据交换接口的设计简化了应用层与平台层之间的数据访问而抽象了一层访问接口，是数据扫描设备的功能得到更多的延伸性和协调性。

参考文献：

[1]基于网络的数据采集设备[J]. 王刚.  电子测试. 2021（11）

[2]Wi-Fi（无线）与以太网数据采集设备[J].  李立奎 科学技术. 2020(09)

[3]数据采集设备网络化智能共享研究[J].何曹明.  计算机与数字工程. 2021(05)