本发明专利技术公开了一种传感器弱信号数据采集方法及装置，由于传感器采集到的电信号是按数据包进行分段传输，通过将传感器采集的电信号进行差分处理得到差分信号计算电信号的差分阈值去噪，并动态调整差分阈值，能够在强干扰的环境中的传感器进行采集弱的电信号时，能够动态调整差分阈值，能对前一个差分阈值进行修正，使其与电信号真实值贴近；使算法具有很好的鲁棒性，容错能力强，能够使强干扰的环境中采集的数据准确，适合低速嵌入式微处理器的传感器对信号的连续采集。
【技术实现步骤摘要】
一种传感器弱信号数据采集方法及装置
本公开涉及传感器数据采集
，具体涉及一种传感器弱信号数据采集方法及装置。
技术介绍
在采用低速嵌入式的传感器在有强干扰的环境采集数据时，由于传感器本身的原因和信号源很弱，且强干扰的环境会产生各异的信号强度、频率和波形的电流、电场和磁场对传感器进行干扰，这些电磁场会对传感器的正常工作产生极大的影响，尤其是传感器的微处理器C8051F300或S3C44B0因为需要长时间的持续监测，从而运行在几十MHz下，极易受到干扰而导致采集到的弱信号的不稳定，可能的噪声来源有：1、基线漂移，低频干扰信号，频率范围为0.15～0.3Hz，波形为正弦波曲线，基线漂移主要是外部震动引起；2、运动伪迹：由于监测对象或传感器由于某种形式的物理位移会导致传感器中电极的移动产生的跃变干扰，持续时间可达100～500ms；3、工频干扰：主要来源于电源磁场作用于监测对象和传感器之间的环形电路所致，频率成分包含50Hz的基波及其各次谐波。波形为正弦波的叠加。因此，在弱信号数据采集过程中，来自震动干扰、位移干扰和工频干扰等都会使传感器的信噪比下降，甚至会完全覆盖所需要采集的弱信号，严重影响传感器采集后对弱信号的进一步分析和处理。为了过滤弱信号中的各种噪声，现有的方法主要有：平均滤波、频域滤波、自适应滤波以及最新出现的小波滤波等，这些方法但是都不适合采用低速嵌入式微处理器的传感器对信号的采集，例如采用嵌入式微处理器MCF5307的ST-03A型甲烷传感器，嵌入式单片机STM32F101R8T6的加速度传感器、采用嵌入式微处理器S3C44B0X的各种型号的温度传感器和采用嵌入式微处理器S3C44B0X的气体传感器。
技术实现思路
本公开提供一种传感器弱信号数据采集方法及装置，由于传感器采集到的电信号是按数据包进行分段传输，通过将传感器采集的电信号进行差分处理得到差分信号计算电信号的差分阈值去噪，并动态调整差分阈值，能够在强干扰的环境中的传感器进行采集弱的电信号时，能够动态调整差分阈值，能对前一个差分阈值进行修正，使其与电信号真实值贴近。为了实现上述目的，根据本公开的一方面，提供一种传感器弱信号数据采集方法，所述方法包括以下步骤：步骤1，将传感器采集的电信号进行差分处理得到差分信号；步骤2，根据差分信号计算电信号的差分阈值；步骤3，根据差分阈值定位二阶差分极小值点；步骤4，去除极小值点的位置中的噪声得到去噪极小值点位置；步骤5，按照去噪极小值点位置定位电信号中的波峰值；步骤6，动态调整差分阈值。进一步地，在步骤1中，将传感器采集的电信号进行差分处理得到差分信号的方法为：设将传感器采集的电信号X(n)的采样值差分作为滤波输出，其差分方程为：y(n)＝[X(n-3)+X(n-2)+X(n-1)+X(n)]/4；滤波后得到y(n),n＝1,2,…l，其中l为信号长度，对y(n)进行一阶和二阶差分得到差分信号e(n)：d(n)＝y(n+1)-y(n),n＝1,2,…,l-1；e(n)＝d(n+1)-d(n),n＝1,2,…,l-2,传感器为采用嵌入式微处理器MCF5307的ST-03A型甲烷传感器，采用嵌入式单片机STM32F101R8T6的加速度传感器、采用嵌入式微处理器S3C44B0X的温度传感器和采用嵌入式微处理器S3C44B0X的气体传感器。进一步地，在步骤2中，根据差分信号计算电信号的差分阈值的方法为：传感器连续采集300毫秒的电信号数据，以的采样频率长度对e(n)进行平均划分为k个采样区间，计算电信号的差分阈值其中，fs为采样频率，fs频率范围为30～500Hz。进一步地，在步骤3中，根据差分信号计算电信号的差分阈值的方法为：传感器继续采集电信号数据，当检测到电信号数据的e(n)＜th，开始在采样频率长度内搜索e(n)的最小值，记录最小值为在二阶差分e(n)的位置Re(i)，即极小值点，Re(i)为正整数集。进一步地，在步骤4中，去除极小值点的位置中的噪声得到去噪极小值点位置的方法为：对正整数集Re(i)去除噪声，引入rr(i)和mean(rr)，其中rr(i)为的Ime(j)差分序列，mean(rr)表示rr(i)的均值，i＝1,2,…,L-1；如果rr(i)≥1.5mean(rr)，按照一半差分阈值，即在Re(i)和Re(i+1)之间重新搜索极小值点位置作为去噪极小值点位置，即当检测到电信号数据的开始在采样频率长度内搜索e(n)的最小值，记录最小值为在二阶差分e(n)的位置Re(i)，即去噪极小值点位置；如果rr(i)≤0.35mean(rr)，选择Re(i)和Re(i+1)的信号幅度大的极小值点位置作为去噪极小值点位置；进一步地，在步骤5中，按照去噪极小值点位置定位电信号中的波峰值的方法为：找出滤波信号e(n)中的极小值min(e)，设该极小值在e滤波信号序列中的位置为Ime(i)，i＝1,2,…,m，m为局部极小值的总数，分别在原始电信号x(n)的Re(i)-5和y(n)的Re(i)-4位置开始在采样频率长度内搜索局部最大值作为波峰值，波峰值为去噪极小值点位置前一个采样点；进一步地，在步骤6中，动态调整差分阈值的方法为：由于传感器采集到的电信号是按数据包进行分段传输，传感器连续采集300毫秒的电信号数据，以的采样频率长度对e(n)进行平均划分为k个采样区间，按照下式进行动态调整差分阈值，其中，e[Re(i)]为电信号对应二阶差分值；当采集第j段数据时，分别按照式获得的差分阈值分别是th(j)和TH(j)，则调整第j+1段信号的差分阈值TH(j+1)为：TH(j+1)＝0.75×TH(j)+0.25×th(j+1)。本专利技术还提供了一种传感器弱信号数据采集装置，所述装置包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序运行在以下装置的单元中：差分处理单元，用于将传感器采集的电信号进行差分处理得到差分信号；阈值计算单元，用于根据差分信号计算电信号的差分阈值；极小值定位单元，用于根据差分阈值定位二阶差分极小值点；极小值去噪单元，用于去除极小值点的位置中的噪声得到去噪极小值点位置；波峰定位单元，用于按照去噪极小值点位置定位电信号中的波峰值；阈值调整单元，用于动态调整差分阈值。本公开的有益效果为：本专利技术提供一种传感器弱信号数据采集方法及装置，在强干扰的环境中的传感器进行采集弱的电信号时，能够动态调整差分阈值，能对前一个差分阈值进行修正，使其与电信号真实值贴近；使算法具有很好的鲁棒性，容错能力强，能够使强干扰的环境中采集的数据准确，适合低速嵌入式微处理器的传感器对信号的连续采集。附图说明通过对结合附图所示出的实施方式进行详细说明，本公开的上述以及其他特征将更加明显，本公开附图中相同的参考标号表示相同或相似的元素，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，在附图中：图1所示为一种传感器弱信号数据采集方法的流程图；图2所示为一种传感器弱信号数据采集装置图。具体实施方式以下将结合实施例和附图对本公开的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种传感器弱信号数据采集方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1，将传感器采集的电信号进行差分处理得到差分信号；步骤2，根据差分信号计算电信号的差分阈值；步骤3，根据差分阈值定位二阶差分极小值点；步骤4，去除极小值点的位置中的噪声得到去噪极小值点位置；步骤5，按照去噪极小值点位置定位电信号中的波峰值；步骤6，动态调整差分阈值。
【技术特征摘要】
1.一种传感器弱信号数据采集方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1，将传感器采集的电信号进行差分处理得到差分信号；步骤2，根据差分信号计算电信号的差分阈值；步骤3，根据差分阈值定位二阶差分极小值点；步骤4，去除极小值点的位置中的噪声得到去噪极小值点位置；步骤5，按照去噪极小值点位置定位电信号中的波峰值；步骤6，动态调整差分阈值。2.根据权利要求1所述的一种传感器弱信号数据采集方法，其特征在于，在步骤1中，将传感器采集的电信号进行差分处理得到差分信号的方法为：设将传感器采集的电信号X(n)的采样值差分作为滤波输出，其差分方程为：y(n)＝[X(n-3)+X(n-2)+X(n-1)+X(n)]/4；滤波后得到y(n),n＝1,2,…l，其中l为信号长度，对y(n)进行一阶和二阶差分得到差分信号e(n)：d(n)＝y(n+1)-y(n),n＝1,2,…,l-1；e(n)＝d(n+1)-d(n),n＝1,2,…,l-2。3.根据权利要求1所述的一种传感器弱信号数据采集方法，其特征在于，在步骤2中，根据差分信号计算电信号的差分阈值的方法为：传感器连续采集300毫秒的电信号数据，以的采样频率长度对e(n)进行平均划分为k个采样区间，计算电信号的差分阈值其中，fs为采样频率，fs频率范围为30～500Hz。4.根据权利要求1所述的一种传感器弱信号数据采集方法，其特征在于，在步骤3中，根据差分信号计算电信号的差分阈值的方法为：传感器继续采集电信号数据，当检测到电信号数据的e(n)＜th，开始在采样频率长度内搜索e(n)的最小值，记录最小值为在二阶差分e(n)的位置Re(i)，即极小值点，Re(i)为正整数集。5.根据权利要求1所述的一种传感器弱信号数据采集方法，其特征在于，在步骤4中，去除极小值点的位置中的噪声得到去噪极小值点位置的方法为：对正整数集Re(i)去除噪声，引入rr(i)和mean(rr)，其中rr(i)为的Ime(j)差分序列，mean(rr)表示rr(i)的均值，i＝1,2,…,L-1；如果rr(i)≥1.5mean(rr)，按照一半差分...
【专利技术属性】
技术研发人员：钟刚，周灌行，张顺志，邹穗萍，
申请(专利权)人：广东理致技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44
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