CN102636209A - 可拓展的通用传感器接口及采用该接口的环境监测设备 - Google Patents

可拓展的通用传感器接口及采用该接口的环境监测设备 Download PDF

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李皓
谢毅超
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Abstract

一种可拓展的通用传感器接口及采用该接口的环境监测设备，接口为6芯线，依次为12V电源线、5V电源线、数字时钟线、数字数据线、模拟信号线以及地线，环境监测设备连接多个所述通用传感器接口，每个通用传感器接口的数字时钟线接口都连接至所述环境监测设备的其中一个GPIO口，从而实现时钟复用；每个通用传感器接口的数字数据线分别连接至所述环境监测设备相应的其余的GPIO口，每个通用传感器接口的模拟信号线都通过模拟开关连接至所述环境监测设备的ADC，实现了多种不同类型的环境因子集中大量处理，使监测设备具有单设备多点监测的能力，提高了监测设备的适用范围，降低了生产成本。

Description

可拓展的通用传感器接口及采用该接口的环境监测设备
技术领域
本发明属于环境监测设备技术领域，涉及一种可拓展的通用传感器接口及采用该接口的环境监测设备。
背景技术
早期的小规模环境监测通常采用人工方式，如悬挂水银或数字温度计，现场读取数值来监测环境实时信息，再根据个人经验进行生产管理。随着电子技术发展，出现了多种环境监测电子设备，周期监测不同环境信息，并具有长期存储功能，用户在一段时期后将设备取回，通过连接计算机以获取历史环境信息，如青岛市崂山应用技术研究所研制了便携式大流量低浓度烟尘自动测试仪，提高烟尘监测特别是低浓度烟尘监测的准确性。但目前市场上的环境监测电子设备通常不能为用户提供与生产条件相适应的低成本传输管理、大量环境因子信息汇聚等功能，且这些监测设备仅支持单设备单监测，无法满足多种类型环境因子的采集以及使用范围小。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可拓展的通用传感器接口及采用该接口的环境监测设备，改进了传统的传感器接口，使其具备了通用性与可拓展性，实现了单个设备可同时多类型环境因子监测，具有重大的意义以及长远的应用前景。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种可拓展的通用传感器接口，其为6芯线接口，依次为12V电源线1、5V电源线2、数字时钟线3、数字数据线4、模拟信号线5以及地线6。
其中，12V电源线1接电源用来提供外部传感器的一种工作电压；5V电源线2接电源用来提供外部传感器的另一种工作电压；数字时钟线3接时钟信号用来为外部接入的数字传感器的数字信号的传输提供时钟信号；数字数据线4接数字传感器的信号输出端用来传输数字传感器采集的数字信号；模拟信号线5用来接模拟传感器的信号输出端用来传输模拟传感器采集的模拟信号；地线6接地提供传感器工作的地线。
所述6芯采用截面为正六边形的物理结构，所述12V电源线1、5V电源线2、数字时钟线3、数字数据线4、模拟信号线5以及地线6呈顺时针等间隔排列。
12V电源线由扩展适配器获得，5V电源线由电池经由DC-DC电压变换之后获得。
本发明还提供了采用所述通用传感器接口的环境监测设备，该环境监测设备连接多个所述通用传感器接口，每个通用传感器接口的数字时钟线3都连接至所述环境监测设备的其中一个GPIO口，从而实现时钟复用；每个通用传感器接口的数字数据线4分别连接至所述环境监测设备相应的其余的GPIO口，每个通用传感器接口的模拟信号线5都通过模拟开关连接至所述环境监测设备的ADC。
由于环境监测设备的工作条件较为复杂，因此所述环境监测设备与所述通用传感器接口的连接可经防水处理以提高使用寿命。
与现有技术相比，本发明使得各类模拟、数字传感器可以同时接入串行总线，实现了多种不同类型的环境因子集中大量处理，使监测设备具有单设备多点监测的能力，提高了监测设备的适用范围，并且降低了生产成本。
附图说明
图1为通用传感器接口图。
图2为模拟I2C总线结构图。
图3为设备控制接口上层软件工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本发明为一种可拓展的通用传感器接口，其为6芯线接口，依次为12V电源线1、5V电源线2、数字时钟线3、数字数据线4、模拟信号线5以及地线6，为了便于使用，所述6芯接口采用截面为正六边形的物理结构，所述12V电源线1、5V电源线2、数字时钟线3、数字数据线4、模拟信号线5以及地线6呈顺时针等间隔排列，6芯物理结构一致，且数据线两端结构相同，保证数据的稳定传输。
如图2所示，采用所述通用传感器接口的环境监测设备，该环境监测设备连接多个所述通用传感器接口，每个通用传感器接口的数字时钟线接口3都连接至所述环境监测设备的其中一个GPIO口，从而实现时钟复用；每个通用传感器接口的数字数据线4分别连接至所述环境监测设备相应的其余的GPIO口，每个通用传感器接口的模拟信号线5都通过模拟开关连接至所述环境监测设备的ADC。
本发明模拟了I2C总线技术，传承了该技术接口线少，控制方式简单，器件封装形式小，通信速率较高等优点，使得各类型传感器都可通过总线将电信号发送给监测设备进行处理，使设备兼容各种环境因子数据的采集。设备通过I2C总线技术和复用同功能接线技术，大大节省了主体设备的GPIO口，便于在检测中进行拓展。
应用本设计，监测设备即可同时接入多种传感器进行数据在线采集，下表中展示了设备支持的几种具有代表性的传感器类型：
Figure BDA00001650465000031
从上表可以看出，使用本发明的接口后，采集信号的精度依然比较高。
监测设备的上层控制软件包括，传感器类型设置模块、数据采集函数、解析函数、显示函数。
以大气温湿度（数字传感器）和二氧化碳（模拟传感器）为例，说明此种可拓展传感器和其上层控制软件的工作过程。
该实施例工作过程如图3所示，打开监测设备，进入传感器类型设置模块，将设备的一号口设置为大气温湿度传感器，二号口为二氧化碳浓度传感器。设置完成后，GPIO口接入函数，将一号口接入接口中的5V电源线、地线、数字信号线、数字时钟线；二号口接入接口中的12V电源线、地线、模拟信号线，其中两个接口公用复用的地线。调用数据采集函数对一号口和二号口进行数据采集，一号口测量返回的数据通过数字信号解析函数转换，二号口测量返回的数据通过模拟信号解析函数转换。两个接口的数据经过显示函数处理送入显示设备，得到显示内容为，大气温度：**、大气湿度:**、二氧化碳浓度：**。

Claims (5)

1.一种可拓展的通用传感器接口，其特征在于，其为6芯线接口，依次为12V电源线（1）、5V电源线（2）、数字时钟线（3）、数字数据线（4）、模拟信号线（5）以及地线（6）。
2.根据权利要求1所述的通用传感器接口，其特征在于，所述6芯线接口采用截面为正六边形的物理结构，所述12V电源线（1）、5V电源线（2）、数字时钟线（3）、数字数据线（4）、模拟信号线（5）以及地线（6）呈顺时针等间隔排列。
3.根据权利要求1所述的通用传感器接口，其特征在于，所述12V电源线由扩展适配器获得，5V电源线由电池经由DC-DC电压变换之后获得。
4.一种采用权利要求1所述通用传感器接口的环境监测设备，其特征在于，该环境监测设备连接多个所述通用传感器接口，每个通用传感器接口的数字时钟线（3）都连接至所述环境监测设备的其中一个GPIO 口，从而实现时钟复用；每个通用传感器接口的数字数据线（4）分别连接至所述环境监测设备相应的其余的GPIO口，每个通用传感器接口的模拟信号线（5）都通过模拟开关连接至所述环境监测设备的ADC。
5.根据权利要求4所述的环境监测设备，其特征在于，所述环境监测设备与所述通用传感器接口的连接经防水处理。
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