CN105023412A - 传感器信号采集器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种传感器信号采集器，包括处理器、至少一个数据采集单元、充电单元和通信单元，数据采集单元包括数据采集端口和模数转换电路，充电单元包括充电管理电路、充电接口和充电电池，通信单元包括无线通信电路和天线，处理器分别与模数转换电路、充电管理电路和无线通信电路连接，模数转换电路与数据采集端口连接，充电管理电路与充电接口连接，无线通信电路与天线连接。本发明支持多种与传感器的连接方式，能够兼容各种类型的传感器，采用无线通信传输数据，避免了有线传输的噪声干扰。
Description
技术领域
本发明涉及信号采集技术领域，特别是涉及一种传感器信号采集器。
背景技术
随着社会的发展，信号采集器广泛应用于桥梁、建筑物、飞机、船舶、车辆、井架等结构静力测试、疲劳测试和载荷实验。但是，传统的信号采集器支持的与传感器的连接方式少、抗干扰能力弱、无法通过无线网络进行传输。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种传感器信号采集器，采用无线通信传输数据，避免了有线传输的噪声干扰。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：传感器信号采集器，包括处理器、至少一个数据采集单元、充电单元和通信单元，数据采集单元包括数据采集端口和模数转换电路，充电单元包括充电管理电路、充电接口和充电电池，通信单元包括无线通信电路和天线，处理器分别与模数转换电路、充电管理电路和无线通信电路连接，模数转换电路与数据采集端口连接，充电管理电路与充电接口连接，无线通信电路与天线连接。
所述数据采集端口包括第一数据采集端口、第二数据采集端口、第三数据采集端口和第四数据采集端口，所述模数转换电路包括第一模数转换电路、第二模数转换电路、第三模数转换电路和第四模数转换电路。
所述第一数据采集端口与第一模数转换电路的模拟输入端连接，第一模数转换电路的数字输出端的处理器的数字输入端连接，第二数据采集端口与第二模数转换电路的模拟输入端连接，第二模数转换电路的数字输出端的处理器的数字输入端连接，第三数据采集端口与第三模数转换电路的模拟输入端连接，第三模数转换电路的数字输出端的处理器的数字输入端连接，第四数据采集端口与第四模数转换电路的模拟输入端连接，第四模数转换电路的数字输出端的处理器的数字输入端连接。
所述第一模数转换电路和第二模数转换电路通过第一开关连接，第三模数转换电路和第四通模数转换电路通过第二开关连接，第一模数转换电路通过第三开关与第一数据采集端口连接，第二模数转换电路通过第四开关与第二数据采集端口连接，第三模数转换电路通过第五开关与第三数据采集端口连接，第四模数转换电路通过第六开关与第四数据采集端口连接。
所述第一开关和第二开关均包括ADG884BRMZ芯片，第三开关、第四开关、第五开关和第六开关均包括ADG812YRU芯片。
进一步地，还包括存储器，存储器与处理器连接。
进一步地，还包括按键模块、用于指示电源状态和充电状态的运行指示灯以及用于指示网络通信状态的连接指示灯，按键模块、运行指示灯和连接指示灯均与处理器连接。
本发明的有益效果是：
(1)本发明支持多种与传感器的连接方式，能够兼容各种类型的传感器；
(2)设有无线通信芯片，支持无线通信，避免了有线传输的噪声干扰；
(3)设有电源管理芯片，能将降低功耗，延长电池的供电时间。
附图说明
图1为本发明传感器信号采集器的结构框图；
图2为本发明中第一模数转换电路和第二模数转换电路的连接示意图；
图3为本发明中第三模数转换电路和第四模数转换电路的连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
如图1所示，传感器信号采集器，包括处理器、至少一个模数转换电路、至少一个数据采集端口、充电管理电路、无线通信电路、天线和充电电池，处理器分别与一个或多个模数转换电路连接，至少一个模数转换电路与至少一个数据采集端口一一对应连接，处理器还通过充电管理电路与充电接口连接，处理器还通过无线通信电路与天线连接。
进一步地，还包括存储器，存储器与处理器连接，存储器包括K9K8G08U0A芯片。
进一步地，还包括按键模块、用于指示电源状态和充电状态的运行指示灯以及用于指示网络通信状态的连接指示灯，按键模块、运行指示灯和连接指示灯均与处理器连接。电源状态包括电池供电状态、外部供电状态和关机状态，充电状态包括预充电状态、快充电状态、充电电池充满状态和充电异常状态，运行指示灯通过发出不同颜色的光和进行不同频率的闪烁来区分电源和充电的各个状态；网络通信状态包括接收状态、发送状态、休眠状态、故障状态和关机状态，连接指示灯通过发出不同颜色的光和进行不同频率的闪烁来区分网络通信的各个状态。
所述处理器包括STM32F103VBT6芯片，处理器的晶振电路包括XO-5032芯片，模数转换电路包括ADS1248IPW芯片，充电管理芯片包括CN3063芯片。
所述无线通信电路包括射频芯片。
所述数据采集端口包括第一数据采集端口、第二数据采集端口、第三数据采集端口和第四数据采集端口，所述模数转换电路包括第一模数转换电路、第二模数转换电路、第三模数转换电路和第四模数转换电路。
所述第一数据采集端口与第一模数转换电路的模拟输入端连接，第一模数转换电路的数字输出端的处理器的数字输入端连接，第二数据采集端口与第二模数转换电路的模拟输入端连接，第二模数转换电路的数字输出端的处理器的数字输入端连接，第三数据采集端口与第三模数转换电路的模拟输入端连接，第三模数转换电路的数字输出端的处理器的数字输入端连接，第四数据采集端口与第四模数转换电路的模拟输入端连接，第四模数转换电路的数字输出端的处理器的数字输入端连接。
所述第一模数转换电路和第二模数转换电路通过第一开关连接，第三模数转换电路和第四通模数转换电路通过第二开关连接，第一模数转换电路通过第三开关与第一数据采集端口连接，第二模数转换电路通过第四开关与第二数据采集端口连接，第三模数转换电路通过第五开关与第三数据采集端口连接，第四模数转换电路通过第六开关与第四数据采集端口连接。
所述第一开关和第二开关均包括ADG884BRMZ芯片，第三开关、第四开关、第五开关和第六开关均包括ADG812YRU芯片。
所述数据采集端口设有输入正端、输入负端、模拟地端、激励电压端和电阻补偿端，传感器设有输出正端、输出负端、输出补偿端、输出公共端和桥电压端。各数据采集端口的模拟地端和激励电压端相互独立，不能混用，否则会影响测量结果。
传感器信号采集器与传感器的连接方式包括两线制四分之一桥连接、三线制四分之一桥连接、半桥连接和全桥连接。两线制四分之一桥因为引入线电阻，影响可用测量量程的大小，建议在线长不超过2米时使用，三线制四分之一桥采用了线电阻补偿方式，使模块的测量量程不受线阻影响，半桥时的贴法比较多，根据测量的需要可以选择不同的贴法，全桥时的贴法比较多，根据测量的需要可以选择不同的贴法，传感器为桥路供电。
所述两线制四分之一桥连接包括电压激励两线制四分之一桥连接和电流激励两线制四分之一桥连接，三线制四分之一桥连接包括电压激励三线制四分之一桥连接和电流激励三线制四分之一桥连接，半桥连接包括电压激励半桥连接和电流激励半桥连接，全桥连包括电压激励全桥连接和电流激励全桥连接。处理器通过控制第一开关至第六开关的通断状态实现传感器信号采集器与传感器的不同连接方式。
传感器信号采集器与传感器的连接方式为电压激励两线制四分之一桥连接或电流激励两线制四分之一桥连接时，数据采集端口的输入正端与传感器的输出正端连接，数据采集端口的模拟地端与传感器的输出负端连接。
传感器信号采集器与传感器的连接方式为电压激励三线制四分之一桥连接或电流激励三线制四分之一桥连接时，数据采集端口的输入正端与传感器的输出正端连接，数据采集端口的模拟地端与传感器的输出负端连接，数据采集端口的电阻补偿端与传感器的输出补偿端连接。
传感器信号采集器与传感器的连接方式为电压激励半桥连接、电流激励半桥连接或电流激励全桥连接时，数据采集端口的输入正端与传感器的输出正端连接，数据采集端口的输入负端与传感器的输出负端连接，数据采集端口的模拟地端与传感器的输出公共端连接。
传感器信号采集器与传感器的连接方式为电压激励全桥连接时，数据采集端口的输入正端与传感器的输出正端连接，数据采集端口的输入负端与传感器的输出负端连接，数据采集端口的模拟地端与传感器的输出公共端连接，数据采集端口的激励电压端与传感器的桥电压端连接。
传感器信号采集器与传感器采用不同连接方式时，ADG884BRMZ芯片各端口、ADG812YRU芯片各端口和数据采集端口的激励电压端的状态如表1所示，表中ADG812.IN1表示ADG812YRU芯片的IN1端口，ADG812.IN2表示ADG812YRU芯片的IN2端口，ADG812.IN3表示ADG812YRU芯片的IN3端口，ADG812.IN4表示ADG812YRU芯片的IN4端口，ADG884.IN1表示ADG884BRMZ芯片的IN1端口，VEXC表示数据采集端口的激励电压端，Enable表示启用，Disable表示禁用：
表1 DG884BRMZ芯片各端口、ADG812YRU芯片各端口和数据采集端口的激励电压端的状态
如表1所示，当传感器信号采集器与传感器的连接方式为两线制四分之一桥连接时，ADG812YRU芯片的IN1端口启用、ADG812YRU芯片的IN2端口启用、ADG812YRU芯片的IN3端口启用、ADG812YRU芯片的IN4端口禁用，ADG884BRMZ芯片的IN1端口启用，数据采集端口的激励电压端禁用；当传感器信号采集器与传感器的连接方式为三线制四分之一桥连接时，ADG812YRU芯片的IN1端口启用、ADG812YRU芯片的IN2端口启用、ADG812YRU芯片的IN3端口禁用、ADG812YRU芯片的IN4端口禁用，ADG884BRMZ芯片的IN1端口启用，数据采集端口的激励电压端禁用；当传感器信号采集器与传感器的连接方式为半桥连接时，ADG812YRU芯片的IN1端口启用、ADG812YRU芯片的IN2端口启用、ADG812YRU芯片的IN3端口禁用、ADG812YRU芯片的IN4端口禁用，ADG884BRMZ芯片的IN1端口启用，数据采集端口的激励电压端禁用；当传感器信号采集器与传感器的连接方式为全桥连接时，ADG812YRU芯片的IN1端口禁用、ADG812YRU芯片的IN2端口禁用、ADG812YRU芯片的IN3端口禁用、ADG812YRU芯片的IN4端口禁用，ADG884BRMZ芯片的IN1端口启用，数据采集端口的激励电压端启用。
如图2所示，SIN1+表示第一数据采集端口的输入正端，SIN1-表示第一数据采集端口的输入负端，SIN1G表示第一数据采集端口的电阻补偿端，SIN1AGND表示第一数据采集端口的模拟地端，SIN1VEXC表示第一数据采集端口的激励电压端；SIN2+表示第二数据采集端口的输入正端，SIN2-表示第二数据采集端口的输入负端，SIN2G表示第二数据采集端口的电阻补偿端，SIN2AGND表示第二数据采集端口的模拟地端，SIN2VEXC表示第二数据采集端口的激励电压端，U1表示第一模数转换电路，U2表示第三开关，U3表示第二模数转换电路，U4表示第四开关，U5表示第一开关。
第一模数转换电路U1的AIN0/IEXC端和AIN4/IEXC/GPIO4端均与第一数据采集端口的输入正端连接，第一模数转换电路U1的AIN1/IEXC端和AIN5/IEXC/GPIO5均与第一数据采集端口的输入负端连接，第一模数转换电路U1的AIN3/IEXC/GPIO3端分别与第三开关U2的IN1端和IN2端连接，第一模数转换电路U1的AIN2/IEXC/GPIO2端分别与第三开关U2的IN3端连接，第一模数转换电路U1的AIN7/IEXC/GPIO7端分别与第三开关U2的IN4端连接。第三开关U2的S1端和S2端均与第一数据采集端口的激励电压端连接，第三开关U2的D1端和S4端均与第一数据采集端口的输入正端连接，第三开关U2的D2端与第一数据采集端口的输入负端连接，第三开关U2的S3端与第一数据采集端口的电阻补偿端连接，第三开关U2的D3端与第一数据采集端口的模拟地端连接。
第二模数转换电路U3的AIN0/IEXC端和AIN4/IEXC/GPIO4端均与第二数据采集端口的输入正端连接，第二模数转换电路U3的AIN1/IEXC端和AIN5/IEXC/GPIO5均与第二数据采集端口的输入负端连接，第二模数转换电路U3的AIN3/IEXC/GPIO3端分别与第四开关U4的IN1端和IN2端连接，第二模数转换电路U3的AIN2/IEXC/GPIO2端分别与第四开关U4的IN3端连接，第二模数转换电路U3的AIN7/IEXC/GPIO7端分别与第四开关U4的IN4端连接。第四开关U4的S1端和S2端均与第二数据采集端口的激励电压端连接，第四开关U4的D1端和S4端均与第二数据采集端口的输入正端连接，第四开关U4的D2端与第二数据采集端口的输入负端连接，第四开关U4的S3端与第二数据采集端口的电阻补偿端连接，第四开关U4的D3端与第二数据采集端口的模拟地端连接。
第一模数转换电路U1的AIN6/IEXC/GPIO6端与第一开关U5的IN2端连接，第二模数转换电路U3的AIN6/IEXC/GPIO6端与第一开关U5的IN1端连接。
如图3所示，SIN3+表示第三数据采集端口的输入正端，SIN3-表示第三数据采集端口的输入负端，SIN3G表示第三数据采集端口的电阻补偿端，SIN3AGND表示第三数据采集端口的模拟地端，SIN3VEXC表示第三数据采集端口的激励电压端；SIN4+表示第四数据采集端口的输入正端，SIN4-表示第四数据采集端口的输入负端，SIN4G表示第四数据采集端口的电阻补偿端，SIN4AGND表示第四数据采集端口的模拟地端，SIN4VEXC表示第四数据采集端口的激励电压端，U6表示第三模数转换电路，U7表示第五开关，U8表示第四模数转换电路，U9表示第六开关，U10表示第二开关。
第三模数转换电路U6的AIN0/IEXC端和AIN4/IEXC/GPIO4端均与第三数据采集端口的输入正端连接，第三模数转换电路U6的AIN1/IEXC端和AIN5/IEXC/GPIO5均与第三数据采集端口的输入负端连接，第三模数转换电路U6的AIN3/IEXC/GPIO3端分别与第五开关U7的IN1端和IN2端连接，第三模数转换电路U6的AIN2/IEXC/GPIO2端分别与第五开关U7的IN3端连接，第三模数转换电路U6的AIN7/IEXC/GPIO7端分别与第五开关U7的IN4端连接。第五开关U7的S1端和S2端均与第三数据采集端口的激励电压端连接，第五开关U7的D1端和S4端均与第三数据采集端口的输入正端连接，第五开关U7的D2端与第三数据采集端口的输入负端连接，第五开关U7的S3端与第三数据采集端口的电阻补偿端连接，第五开关U7的D3端与第三数据采集端口的模拟地端连接。
第四模数转换电路U8的AIN0/IEXC端和AIN4/IEXC/GPIO4端均与第四数据采集端口的输入正端连接，第四模数转换电路U8的AIN1/IEXC端和AIN5/IEXC/GPIO5均与第四数据采集端口的输入负端连接，第四模数转换电路U8的AIN3/IEXC/GPIO3端分别与第六开关U9的IN1端和IN2端连接，第四模数转换电路U8的AIN2/IEXC/GPIO2端分别与第六开关U9的IN3端连接，第四模数转换电路U8的AIN7/IEXC/GPIO7端分别与第六开关U9的IN4端连接。第六开关U9的S1端和S2端均与第四数据采集端口的激励电压端连接，第六开关U9的D1端和S4端均与第四数据采集端口的输入正端连接，第六开关U9的D2端与第四数据采集端口的输入负端连接，第六开关U9的S3端与第四数据采集端口的电阻补偿端连接，第六开关U9的D3端与第四数据采集端口的模拟地端连接。
第三模数转换电路U6的AIN6/IEXC/GPIO6端与第二开关U10的IN2端连接，第四模数转换电路U8的AIN6/IEXC/GPIO6端与第二开关U10的IN1端连接。
Claims (6)
1.传感器信号采集器，其特征在于：包括处理器、至少一个数据采集单元、充电单元和通信单元，数据采集单元包括数据采集端口和模数转换电路，充电单元包括充电管理电路、充电接口和充电电池，通信单元包括无线通信电路和天线，处理器分别与模数转换电路、充电管理电路和无线通信电路连接，模数转换电路与数据采集端口连接，充电管理电路与充电接口连接，无线通信电路与天线连接。
2.根据权利要求1所述的传感器信号采集器，其特征在于：所述数据采集端口包括第一数据采集端口、第二数据采集端口、第三数据采集端口和第四数据采集端口，所述模数转换电路包括第一模数转换电路、第二模数转换电路、第三模数转换电路和第四模数转换电路；
所述第一数据采集端口与第一模数转换电路的模拟输入端连接，第一模数转换电路的数字输出端的处理器的数字输入端连接，第二数据采集端口与第二模数转换电路的模拟输入端连接，第二模数转换电路的数字输出端的处理器的数字输入端连接，第三数据采集端口与第三模数转换电路的模拟输入端连接，第三模数转换电路的数字输出端的处理器的数字输入端连接，第四数据采集端口与第四模数转换电路的模拟输入端连接，第四模数转换电路的数字输出端的处理器的数字输入端连接。
3.根据权利要求2所述的传感器信号采集器，其特征在于：所述第一模数转换电路和第二模数转换电路通过第一开关连接，第三模数转换电路和第四通模数转换电路通过第二开关连接，第一模数转换电路通过第三开关与第一数据采集端口连接，第二模数转换电路通过第四开关与第二数据采集端口连接，第三模数转换电路通过第五开关与第三数据采集端口连接，第四模数转换电路通过第六开关与第四数据采集端口连接。
4.根据权利要求3所述的传感器信号采集器，其特征在于：所述第一开关和第二开关均包括ADG884BRMZ芯片，第三开关、第四开关、第五开关和第六开关均包括ADG812YRU芯片。
5.根据权利要求1所述的传感器信号采集器，其特征在于：还包括存储器，存储器与处理器连接。
6.根据权利要求1所述的传感器信号采集器，其特征在于：还包括按键模块、用于指示电源状态和充电状态的运行指示灯以及用于指示网络通信状态的连接指示灯，按键模块、运行指示灯和连接指示灯均与处理器连接。
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