本实用新型涉及芯片技术和通讯技术领域，尤其涉及一种数据采集系统。
背景技术：
随着无线通讯与芯片技术的不断发展，分布式微电子设备和微传感器等微型机电装置的应用范围也在不断扩大，为数据采集提供了技术基础。
现有的数据采集装置，尤其是应用于室外场景，例如，应用于防范森林火灾的数据采集装置，通常需要大量的布线来连接各个采集节点，同时还需要依靠有线电源或电池为各节点供电，然而这样的数据采集方式对于布线的要求极高，室外场景也不适合电缆或电线连接电源供电，而如果通过电池供电，不但会极大地增加数据采集装置的体积，电池本身包含的铅、镉和汞等有害物质也会为环境带来极大风险。
技术实现要素：
本实用新型提供了一种数据采集系统，以实现对目标数据的有效监测，以及数据采集系统所需电能的自足。
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种数据采集系统，包括：压电陶瓷模块、微弱能量收集模块、硅晶体储能模块、至少一个数据采集传感器、控制模块和无线通信模块；
所述压电陶瓷模块，连接所述微弱能量收集模块，用于将获取到的机械能转化为电能，并将所述电能传输给所述微弱能量收集模块；
所述微弱能量收集模块，连接所述硅晶体储能模块，用于获取所述压电陶瓷模块传输的电能，并将获取到的所述电能传输给所述硅晶体储能模块；
所述硅晶体储能模块，分别连接所述数据采集传感器、所述控制模块和所述无线通信模块，用于存储所述微弱能量收集模块传输的电能，并向至少一个所述数据采集传感器、所述无线通信模块和所述控制模块供电；
所述数据采集传感器，分别连接所述控制模块和所述无线通信模块，用于采集目标数据，并将所述目标数据传输给所述控制模块；
所述控制模块，用于控制所述数据采集传感器采集目标数据，并根据所述目标数据生成采样结果，并将所述采样结果传输给所述无线通信模块；
所述无线通信模块，用于获取所述控制模块传输的所述采样结果，并将所采样结果上报本地数据汇总基站或远程服务器。
所述无线通信模块支持2g移动通信、3g移动通信、4g移动通信、5g移动通信和窄带物联网通信中的至少一种。
所述无线通信模块包括cc110无线射频芯片。
所述数据采集传感器包括dht11温湿度传感器。
所述控制模块包括微控制单元。
所述数据采集系统还包括：胶棒天线；所述胶棒天线，连接所述无线通信模块，用于为所述无线通信模块提供传输媒介。
所述数据采集系统还包括：对外接口；所述对外接口，连接所述控制模块，用于为所述数据采集系统提供对外扩展功能。
所述数据采集系统集成在农业生产监测设备中。
本实用新型将压电陶瓷模块、微弱能量收集模块和硅晶体储能模块分别作为电能的产生、收集和储存装置，为数据采集传感器、控制模块和无线通信模块提供电能，避免了对有线电源和电池的依赖，减少了数据采集系统的体积，实现了能量的自给自足，同时，通过控制模块对数据采集传感器和无线通信模块的控制和管理，根据采集到的目标数据生成采集结果并上报，实现了对目标数据的有效监测，避免了繁琐的布线过程，也节省了电能消耗。
附图说明
图1a是本实用新型具体实施方式提供的一种数据采集系统的结构图；
图1b是本实用新型具体实施方式提供的一种压电陶瓷模块的结构框图；
图1c是本实用新型具体实施方式提供的一种数据采集系统的结构框图；
图2是本实用新型具体实施方式提供的一种数据采集方法的流程图；
图3是本实用新型具体实施方式提供的一种数据采集装置的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1a为本实用新型一提供的一种数据采集系统的结构框图，该系统包括：压电陶瓷模块100、微弱能量收集模块200、硅晶体储能模块300、至少一个数据采集传感器400、控制模块500和无线通信模块600；
所述压电陶瓷模块100，连接所述微弱能量收集模块200，用于将获取到的机械能转化为电能，并将所述电能传输给所述微弱能量收集模块200。压电陶瓷是具有压电特性的电子陶瓷材料，通过压电效应，将机械能和电能互相转换。其中，压电效应包括正压电效应和负压电效应，正压电效应是由于机械应力的作用使得电介质出现变形，进而产生极化现象，在两个相对表面上出现正负相反的电荷，从而产生电能；负压电效应是由于电场的存在，使得电介质出现变形，产生机械应力；在本实用新型中，利用压电陶瓷模块100的正压电效应，将机械能转化为电能。特别的，压电陶瓷模块100获取到的机械能，可以来源于震动产生的机械能，例如，压电陶瓷模块100所处环境的风力推动产生的震动；车辆、人或动物等物体运动时产生的震动；还可以在压电陶瓷模块100附近预设震动源，例如，预设时钟钟摆作为震动源；可选的，在本实用新型中，对压电陶瓷的震动来源不作具体限定。
可选的，如图1b和图1c所示，压电陶瓷模块100可以包括接地压片控制单元、移动能量控制单元、磁感切割单元、磁感线以及多个陶瓷压片，图1b和图1c中均以压电陶瓷模块100包括五个陶瓷压片为例；接地压片控制单元以及与其连接的两个陶瓷压片，均固定于树木或柱体等物体上，并作接地处理，用于获取物体振动产生的机械能；移动能量控制单元，连接三个陶瓷压片，用于获取风力推动产生的机械能；接地压片控制单元和/或移动能量控制单元通过获取到的机械能，带动磁感切割单元对磁感线进行磁感切割，最终产生电能；其中，磁感线包括电阻线圈和电耦；特别的，在压电陶瓷100中可以设置更多数量的陶瓷压片，以使压电陶瓷100获取到更多的机械能，进而通过磁感切割单元的磁感切割作用获取到更多的电能。
所述微弱能量收集模块200，连接所述硅晶体储能模块300，用于获取所述压电陶瓷模块100传输的电能，并将获取到的所述电能传输给所述硅晶体储能模块300。由于压电陶瓷模块100产生的电能较弱，因此需要微弱能量收集模块200中的微弱能量收集电路收集压电陶瓷模块100产生的电能，相比于传统的整流电路，微弱能量收集电路的电能损耗较低，可以极大地提升电能的获取效率。
所述硅晶体储能模块300，分别连接所述数据采集传感器400、所述控制模块500和所述无线通信模块600，用于存储所述微弱能量收集模块200传输的电能，并向至少一个所述数据采集传感器400、所述无线通信模块600和所述控制模块500供电；其中，硅晶体储能模块300是由一个或多个硅晶体电容构成，作为数据采集系统的电能储存装置。
所述数据采集传感器400，分别连接所述控制模块500和所述无线通信模块600，用于采集目标数据，并将所述目标数据传输给所述控制模块500。数据采集传感器400可以包括一种或多种传感器类型，例如，采集温度信息的温度传感器，采集湿度信息的湿度传感器，采集速度信息的速度传感器以及采集压力信息的压力传感器等；可选的，在本实用新型中，数据采集传感器400包括dht11温湿度传感器；dht11温湿度传感器，是含有已校准数字信号输出的温湿度传感器，应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，具有响应迅速以及抗干扰能力强等特点，可以确保数据采集的可靠性和稳定性；其湿度测量精度为±5％相对湿度(rh)，温度测量精度为±2摄氏度(℃)，湿度量程为20％至90％相对湿度(rh)，温度量程为0至50摄氏度。
所述控制模块500，用于控制所述数据采集传感器400采集目标数据，并根据所述目标数据生成采样结果，并将所述采样结果传输给所述无线通信模块600。具体的，控制模块500包括微控制单元(mcu，microcontrollerunit)，用于管理和控制数据采集传感器400和无线通信模块600，例如，合理分配数据采集传感器400的工作时间和休眠时间，以保证完成数据采集任务的同时，最大限度的节省电能损耗；根据获取到的目标数据，判断目标数据是否符合预期，并通过控制无线通信模块600将判断结果上报本地数据汇总基站或者远程服务器；本地数据汇总基站用于获取本地多个数据采集系统发送的判断结果，并汇总后上报给远程服务器，以使远程服务器对各判断结果进行分析处理；也可以通过无线通信模块600直接将判断结果上报远程服务器。
所述无线通信模块600，用于获取所述控制模块500传输的所述采样结果，并将所采样结果上报本地数据汇总基站或远程服务器。可选的，在本实用新型中，所述无线通信模块600支持2g移动通信、3g移动通信、4g移动通信、5g移动通信和窄带物联网(narrowbandinternetofthings,nb-iot)通信中的至少一种，以实现与远程服务器的无线通信；所述无线通信模块600还可以包括cc110无线射频芯片，以实现与本地数据汇总基站的通信连接，cc110无线射频芯片具有低电流损耗以及高灵敏度的特点，可接受信号强度达到-116分贝毫瓦(dbm)，数据通信速率在0.6至600kbps(千比特每秒)，可以在300至348兆赫(mhz)、400至464兆赫以及800至928兆赫的频段内工作(本实用新型中工作频段选择在800兆赫至928兆赫，理想工作频率为915兆赫)，同时支持2fsk(frequency-shiftkeying，二进制频移键控)、4fsk(frequency-shiftkeying，四进制频移键控)、gfsk(gaussfrequencyshiftkeying，高斯频移键控)和msk(minimumshiftkeying，最小频移键控)等多种调制方式。
可选的，在本实用新型中，所述数据采集系统还包括：胶棒天线；所述胶棒天线，连接所述无线通信模块600，用于为所述无线通信模块600提供传输媒介；例如，在山地等特殊地形中，数据采集系统距离对应的本地数据汇总基站距离较远，同时传输信号受到树木等环境因素的遮挡，传输信号质量较差，胶棒天线可以极大地提高无线通信模块600的传输距离和传输质量。
可选的，在本实用新型中，所述数据采集系统还包括：对外接口；所述对外接口，连接所述控制模块500，用于为所述数据采集系统提供对外扩展功能；对外接口采用标准2.54毫米间距的双排针接口模式，可以与其它功能模块，例如，微功率模块、usb接口串口模块和大功率模块等互相通信，组网工作。
可选的，在本实用新型中，所述数据采集系统集成在农业生产监测设备中，用于采集农业生产中的环境数据，例如，温度数据和湿度数据，并通过本地数据汇总基站与远程服务器通信，或者直接与远程服务器通信连接，上报环境数据。
本实用新型将压电陶瓷模块、微弱能量收集模块和硅晶体储能模块分别作为电能的产生、收集和储存装置，为数据采集传感器、控制模块和无线通信模块提供电能，避免了对有线电源和电池的依赖，减少了数据采集系统的体积，实现了能量的自给自足，同时，通过控制模块对数据采集传感器和无线通信模块的控制和管理，根据采集到的目标数据生成采集结果并上报，实现了对目标数据的有效监测，避免了繁琐的布线过程，也节省了电能消耗。
实施例二
图2为本实用新型二提供的一种数据采集方法的流程图，本实用新型可适用于获取目标采集数据，并上报数据采集结果的情况，该方法可以由本实用新型中的数据采集装置来执行，该装置可以通过软件和/或硬件的方式实现，并可以集成在本实用新型一所述的数据采集系统中，该方法具体包括如下步骤：
s210、控制模块根据预设采样周期，向至少一个数据采集传感器发送采集指令，以使至少一个所述数据采集传感器采集目标数据。
控制模块中可以预设采样周期，每间隔一定时间控制数据采集传感器进行一次数据采集，本地数据汇总基站或远程服务器可以通过无线通信模块对控制模块中的预设采样周期进行调整；例如，对于温度数据采集传感器，春季或秋季时，一天之中温度变化不大，可以将预设采样周期调整为采样间隔时间较长；而在夏季或冬季时，一天之中温度变化较大，可以将预设采样周期调整为采样间隔时间较短。特别的，如果一个控制模块控制多个不同类型的数据采集传感器，可以给各类型的数据采集传感器分别设定不同的预设采样周期。
s220、至少一个所述数据采集传感器将采集到的所述目标数据发送至所述控制模块。
s230、所述控制模块根据所述目标数据，以及预设数据阈值，生成对应的采样结果，并将所述采样结果发送至无线通信模块。
控制模块中为不同的数据类型预设了不同的数据阈值，例如，对于温度，预设数据阈值为0度至40度；对于湿度，预设数据阈值为20％至60％相对湿度；当采集到目标数据时，与对应的数据阈值进行比较，判断目标数据是否在预设数据阈值内，若在，则证明此时采样结果正常，若否，则证明此时采样结果异常。为了减少无线通信模块与本地数据汇总基站或远程服务器之间的通信数据量，在判断采样结果正常或异常后，均只通过发送特定字符表示采样结果，并不直接发送目标数据的数值，例如，以一个字节表示采样结果，若采样结果正常，则发送“1”，若采样结果异常，则发送“0”；只有当获取到本地数据汇总基站或远程服务器发送的详细数据获取指令时，才会发送目标数据的实际数值。
特别的，如果不同类型的数据以相同预设采样周期进行采样，可以将不同类型的目标数据分别判断采样结果后，将采样结果组合后发出；例如，以上述技术方案中的dht11温湿度传感器为例，该传感器可以同时获取温度数据和湿度数据，相当于不同类型的数据以相同预设采样周期进行采样，那么根据获取的温度数据和湿度数据，分别判断采样结果，并以两个字节表示采样结果，用“11”、“10”、“01”和“00”分别表示“温度数据正常且湿度数据正常”、“温度数据正常且湿度数据异常”、“温度数据异常且湿度数据正常”和“温度数据异常且湿度数据异常”。通过一次数据发送，且只需要极少的字节数据量，即可表示多种类型数据的采样结果。
s240、所述无线通信模块接收到所述采样结果后，将所述采样结果上报本地数据汇总基站或远程服务器。
本实用新型的控制模块根据预设采样周期，定期向数据采集传感器发送采集指令，并将获取到的目标数据与预设数据阈值进行比较，生成采样结果，并通过无线通信模块上报，实现了对目标数据有效监测的同时，避免了繁琐的布线过程，还通过控制模块的控制，减少了数据采集传感器的能量消耗，节省了电能资源。
实施例三
图3是本实用新型三所提供的数据采集装置，该装置具体包括：采集指令发送模块310、目标数据发送模块320、采样结果生成模块330和采样结果上报模块340。
采集指令发送模块310，用于根据预设采样周期，向至少一个数据采集传感器发送采集指令，以使至少一个所述数据采集传感器采集目标数据；
目标数据发送模块320，用于将采集到的所述目标数据发送至所述控制模块；
采样结果生成模块330，用于根据所述目标数据，以及预设数据阈值，生成对应的采样结果，并将所述采样结果发送至无线通信模块；
采样结果上报模块340，用于接收到所述采样结果后，将所述采样结果上报本地数据汇总基站或远程服务器。
本实用新型根据预设采样周期，定期向数据采集传感器发送采集指令，并将获取到的目标数据与预设数据阈值进行比较，生成采样结果，并通过无线通信模块上报，实现了对目标数据有效监测的同时，避免了繁琐的布线过程，还通过控制模块的控制，减少了数据采集传感器的能量消耗，节省了电能资源。
上述装置可执行本实用新型任意实施例所提供的数据采集方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本实用新型任意实施例提供的方法。
注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。
1.一种数据采集系统，其特征在于，包括：压电陶瓷模块、微弱能量收集模块、硅晶体储能模块、至少一个数据采集传感器、控制模块和无线通信模块；
所述压电陶瓷模块，连接所述微弱能量收集模块，用于将获取到的机械能转化为电能，并将所述电能传输给所述微弱能量收集模块；
所述微弱能量收集模块，连接所述硅晶体储能模块，用于获取所述压电陶瓷模块传输的电能，并将获取到的所述电能传输给所述硅晶体储能模块；
所述硅晶体储能模块，分别连接所述数据采集传感器、所述控制模块和所述无线通信模块，用于存储所述微弱能量收集模块传输的电能，并向至少一个所述数据采集传感器、所述无线通信模块和所述控制模块供电；
所述数据采集传感器，分别连接所述控制模块和所述无线通信模块，用于采集目标数据，并将所述目标数据传输给所述控制模块；
所述控制模块，用于控制所述数据采集传感器采集目标数据，并根据所述目标数据生成采样结果，并将所述采样结果传输给所述无线通信模块；
所述无线通信模块，用于获取所述控制模块传输的所述采样结果，并将所采样结果上报本地数据汇总基站或远程服务器。
2.根据权利要求1所述的数据采集系统，其特征在于，所述无线通信模块支持2g移动通信、3g移动通信、4g移动通信、5g移动通信和窄带物联网通信中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的数据采集系统，其特征在于，所述无线通信模块包括cc110无线射频芯片。
4.根据权利要求1所述的数据采集系统，其特征在于，所述数据采集传感器包括dht11温湿度传感器。
5.根据权利要求1所述的数据采集系统，其特征在于，所述控制模块包括微控制单元。
6.根据权利要求1所述的数据采集系统，其特征在于，所述数据采集系统还包括：胶棒天线；
所述胶棒天线，连接所述无线通信模块，用于为所述无线通信模块提供传输媒介。
7.根据权利要求1所述的数据采集系统，其特征在于，所述数据采集系统还包括：对外接口；
所述对外接口，连接所述控制模块，用于为所述数据采集系统提供对外扩展功能。
8.根据权利要求1-7任一所述的数据采集系统，其特征在于，所述数据采集系统集成在农业生产监测设备中。
技术总结