CN106123940A - 一种数据采集装置及采集方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种数据采集装置及采集方法，所述装置包括传感器、前置滤波模块、集成放大模块、A/D转换模块、主控模块及显示模块；所述传感器用于对被测对象测量信息并发送给前置滤波模块，前置滤波模块对接收到的模拟信息进行滤波并发送给集成放大模块，集成放大模块对接收到的模拟信号进行放大并发送给A/D转换模块，A/D转换模块对接收到的模拟信号转化为数字信号并发送给主控模块，主控模块对数字信号进行处理并发送给显示模块显示。本发明实现了实时、定时及多次测量。

Description

一种数据采集装置及采集方法

技术领域

本发送属于数据测量领域，尤其涉及一种数据采集装置及采集方法。

背景技术

随着生活节奏加快，对于各类数据信息测量成为人们对身体及生活指标的判断标准，对于各类测量数据，需要各种各样的传感器，如测量体重，需要压力传感器，这样就造成了测量工具的功能单一，也造成了资源的浪费。

因此，对于提供一种不仅仅能测量一种的数据信息的装置成为必要。

发明内容

本发明的目的第一方面是提供一种数据采集装置，所述装置包括：

传感器1，和前置滤波模块2连接，用于测量被测对象数据信息并向前置滤波模块2发送；前置滤波模块2，和集成放大模块3连接，用于对测量得到的数据信号滤波并发向集成放大模块3发送；集成放大模块3，和A/D转换模块4连接，用于将模拟信号放大并向A/D转换模块4发送；A/D转换模块4，和主控模块5连接，用于将模拟信号转化为数字信号并向主控模块5发送；主控模块5，和显示模块6连接，用于对接收到的数字信号处理并将处理后的数字信号向显示模块6发送；显示模块6，用于显示被测对象数据信息；所述主控模块5包括无测量时的待机低功耗模式、有测量时的唤醒工作模式、测量过程中的复位模式。

进一步地，所述前置滤波模块2滤除随机信号的干扰和噪声波动。

进一步地，所述A/D转换模块4将经过集成放大模块3放大后的模拟信号转化为相应的数字量，并将数字信号发送给主控模块5。

进一步地，所述主控模块5包括空闲时检测初始状态值。

进一步地，所述主控模块5负责协调数据采集工作，包括传感器1的开启与关闭、定时测量及复位。

进一步地，所述主控模块5包括对测量数据进行存储、滤波、检验数据及将数据发送给显示模块6显示。

进一步地，所述数据采集装置采用直流电压源向传感器1供电。

本发明另一方面提供一种数据采集方法，所述方法包括：

S1、开机并初始化数据；

S2、被测对象通过传感器(1)进行数据测量；

S3、传感器(1)将测量的数据信息的模拟信号发送给前置滤波模块(2)进行滤波；

S4、模拟信号经过滤波后，前置滤波模块(2)将模拟信号发送给集成放大模块(3)进行信号放大；

S5、模拟信号经过放大后，集成放大模块(3)将模拟信号发送给A/D转换模块(4)进行模数转换，并发送给主控模块(5)；

S6、主控模块(5)对接收到的数字信号进行处理，并发送给显示模块(6)；

S7、显示模块(6)接收主控模块(5)发送的信号并显示。

本发明有如下有益效果：

采用本发明可以通过更换不同的传感器，可实现对不同数据信息进行测量；本发明的主控模块提供无测量时的待机低功耗模式、有测量时的唤醒工作模式、测量过程中的复位模式三种模式，实现了低功耗，自动唤醒及再次测量自动复位功能；本发明装置操作简单，适用于各年龄端人群使用。

附图说明

图1是本发明实施例一种数据采集装置组成结构图；

图2是本发明实施例一种数据采集装置的应变式压力传感器电路图；

图3是本发明实施例一种数据采集装置的前置滤波模块的前置滤波电路图；

图4是本发明实施例一种数据采集装置的A/D转换模块芯片引脚图；

图5位本发明实施例一种数据采集的方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

图1是本发明实施例一种数据采集装置组成结构图，如图1所示。

一种数据采集装置，所述包括：

传感器1，和前置滤波模块2连接，用于测量被测对象数据信息并向前置滤波模块2发送；前置滤波模块2，和集成放大模块3连接，用于对测量得到的数据信号滤波并发向集成放大模块3发送；集成放大模块3，和A/D转换模块4连接，用于将模拟信号放大并向A/D转换模块4发送；A/D转换模块4，和主控模块5连接，用于将模拟信号转化为数字信号并向主控模块5发送；主控模块5，和显示模块6连接，用于对接收到的数字信号处理并将处理后的数字信号向显示模块6发送；显示模块6，用于显示被测对象数据信息；所述主控模块5包括无测量时的待机低功耗模式、有测量时的唤醒工作模式、测量过程中的复位模式。

需要说明的是，主控模块的三种模式，无测量时的待机低功耗模式、有测量时的唤醒工作模式、测量过程中的复位模式；无测量时的待机低功耗模式是指在数据采集装置没有进行数据测量时，该数据采集装置自动进入待机低功耗模式；再次需要设定一时钟周期T1，当传感器在时钟周期T2没有接收到外部刺激时，自动进入待机状态。

有测量时的唤醒工作模式，当传感器受到外部刺激时，该数据采集装置自动开机并进入测量状态，并启动一系列的操作步奏，包括传感器测量数据、滤波、放大、A/D转换、数据处理及显示。

测量过程中的复位模式，当需要多次测量时，设置时钟周期T2，当第一测量完成时，在经过T2时间，自动复位并开始进行下一次测量。

优选地，所述前置滤波模块2滤除随机信号的干扰和噪声波动。

优选地，所述A/D转换模块4将经过集成放大模块3放大后的模拟信号转化为相应的数字量，并将数字信号发送给主控模块5。

优选地，所述主控模块5包括空闲时检测初始状态值。

优选地，所述主控模块5负责协调数据采集工作，包括传感器1的开启与关闭、定时测量及复位。

优选地，所述主控模块5包括对测量数据进行存储、滤波、检验数据及将数据发送给显示模块6显示。

优选地，所述数据采集装置采用直流电压源向传感器1供电。

具体地，下面以获取体重数据信息，传感器1采用高精度双孔悬臂平衡梁应变式称重传感器、主控模块5采用MSP430F149作为本装置的主控芯片及显示模块采用LCD1602字符型液晶显示器为例具体介绍本发明的数据采集装置。

图2是本发明实施例一种数据采集装置的应变式压力传感器电路图，如图2所示。

应变式压力传感器的工作原理：电阻应变片粘贴于压力传感器的力敏感型弹性元件，当向压力传感器施加载荷时，其内部的力敏感型弹性元件产生形变，使电阻应变片也产生相应的应变，最终转变为电阻的变化。对压力传感器进行供电时，其内部可以等效为如图2的电桥电路，电路将应变片阻值的变化转换为测量电路的电压变化，输出Signal-和Signal+两端口的差分电信号，通过后续电路的处理和运算即可得到测量者的体重数值。

压力传感器内部电桥的四个桥臂均接电阻应变片，四个电阻应变片同处一个温度场，温度对四个应变片产生同等的温漂影响。当四个电阻应变片的材料和阻值都相同时，应变片的温漂影响相互抵消，输出信号的灵敏度很高。压力传感器的变形量很微小，在安装、使用过程中要特别注意不要超载；如果在外力撤除后不能恢复原形状，发生塑性变形，则说明传感器已损坏。传感器有四根线连接外电路，红线为电源正极输入，黑线为电源负极输入，白线为信号输出端Sensor-，绿线为信号输出端Sensor+。为保证输出精度，不能随意调整传感器的线长。且压力传感器需经过标定后才能使用。

图3是本发明实施例一种数据采集装置的前置滤波模块的前置滤波电路图，如图3所示。

前置滤波电路处于压力传感器和A/D转换模块之间，用于对传感器原始信号进行滤波，将滤波后的信号送入A/D转换模块。前置滤波电路如图3所示，其中Sensor-为压力传感器的信号输出负端，Sensor+为压力传感器的信号输出正端，经过电容电感滤波网络后输出为Signal-和Signal+。电容具有隔直流通交流的性能，所以在电路中信号与地之间接电容，就可以将信号中的交流干扰成分短路入地(GND)；电感对直流信号是通路，对一定频率的交流信号有阻挡作用，所以在电路里串联电感是使信号中的交流干扰成分不能传到后级，从而被电容短路入地。前置滤波电路的R1和R2两个电阻主要起到限流作用，保护A/D转换模块；为保证传感器差分输出信号的可靠性，应使两电阻的阻值尽量相等，本发明使用阻值相等的两个精密电阻作为R1和R2。

优选地，电容C1为0.1uF、电容C2为0.1uF、电容C3为0.1uF、电容C4为0.1uF、电容C5为0.1uF、电容C6为0.1uF、R1为1KΩ、R2为1KΩ、电感L1为100uH及电感L2为100uH。

图4是本发明实施例一种数据采集装置的A/D转换模块芯片引脚图，如图4所示。

本发明实施例采用高精度A/D转换芯片HX711，HX711转换芯片的引脚分布如图4所示，HX711是一款专为高精度称重压力传感器而设计的24位A/D转换器芯片，其内部集成了低噪声可编程放大器，可以任意选取通道A或者通道B作为信号输入端口与低噪声可编程放大器相连。通道A的可编程增益为128或64，对应的满额度差分输入信号幅值分别为±20mV或±40mV；通道B则为固定的64增益，用于系统参数检测。与同类型其它芯片相比，HX711芯片集成了包括稳压电源、片内时钟振荡器等其它同类型芯片所需要的外围电路，具有集成度高、响应速度快、抗干扰性强等优点。

精度24位A/D芯片HX711具有以下特点：①两路可选择的差分信号输入端口A和通道B；②片内低噪声可编程放大器，可选增益为64和128；③片内稳压电路可直接向外部传感器和芯片内A/D转换器提供电源；④片内时钟振荡器无需任何外接器件，必要时也可使用外接晶振或时钟；⑤上电自动复位电路；⑥简单的数字控制和串口通讯：所有控制由管脚输入，芯片内寄存器无需编程；⑦可选择10Hz或80Hz的输出数据速率；⑧同步抑制50Hz和60Hz的电源干扰等。

需要说明的是，对于供电问题，一般有两种方式，一种是采用HX711芯片内部的稳压模块供电；另一种是电源电压经滤波后直接为压力传感器供电，也就是不使用HX711芯片内部的稳压模块。

经过多次测试发现，HX711芯片内部的稳压模块不太稳定，偶尔会出现稳压模块无电压输出的情况。因此，本发明实施例采用电源直接向压力传感器供电，但这样就要求电源电压的品质较好，如电压的温漂、纹波等参数尽量小。

LCD1602液晶模块的显示容量为16×2个字符，芯片工作电压为4.5～5.5V，工作电流为2.0mA(电压5.0V)，LCD1602采用标准的14脚(无背光)或16脚(带背光)接口，本发明实施例选择16引脚液晶模块，根据液晶模块的工作原理对其各引脚进行操作即可控制液晶模块的显示输出，LCD1602液晶模块的引脚接口说明如表1所示。

表1

其中，第3引脚VL为液晶显示器对比度调整端，接正电源时对比度最弱，接地时对比度最高，对比度过高时会产生“鬼影”，使用时可以通过一个10K的电位器调整对比度；第4引脚RS为寄存器选择端，高电平时选择数据寄存器、低电平时选择指令寄存器；第5引脚R/W为读写信号线，高电平时进行读操作，低电平时进行写操作；当RS和R/W共同为低电平时可以写入指令或者显示地址，当RS为低电平R/W为高电平时可以读忙信号，当RS为高电平R/W为低电平时可以写入数据；第6引脚E端为使能端，当E端由高电平跳变成低电平时，液晶模块执行命令；第7～14引脚D0～D7为8位双向数据线，第15引脚为背光源正极；第16引脚为背光源负极。

图5位本发明实施例一种数据采集的方法流程图，如图5所示。

在步骤S1中，开机并初始化；

具体地，在此步骤中，当用户需要测量数据时，开机启动数据采集装置，并初始化原始数据。

在步骤S2中，传感器测量数据；

具体地，本发明实施例中传感器采用高精度双孔悬臂平衡梁应变式称重传感器，被测对象置于称重传感器上，开始测量体重，并将获取到的体重数据发送给前置滤波模块2。

在步骤S3中，滤波；

具体地，置滤波模块2接收来自于传感器1发送来的体重信息，并对此模拟信号进行前置滤波，并将滤波后的模拟信号发送给集成放大模块3。

在步骤S4中，放大；

具体地，集成放大模块3接收来自于前置滤波模块发送来的模拟信号，将此信号进行放大，并将经过放大后的模拟信号发送给A/D转换模块4。

在步骤S5中，A/D转换；

具体地，A/D转换模块4接收来自集成放大模块3的模拟信号，将该模拟信号转化为数字信号，并发送给主控模块5。

在步骤S6中，主控模块处理；

具体地，主控模块5接收来自于A/D转换模块4的数字信号，对接收到的数字信号进行处理还原，并发送给显示模块6；

在步骤S7中，显示；

具体地，显示模块6接收来自于主控模块5的数字信号并将该数字信号现在在显示模块上。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (8)

1.一种数据采集装置，其特征在于，所述装置包括：

传感器(1)，和前置滤波模块(2)连接，用于测量被测对象数据信息并向前置滤波模块(2)发送；

前置滤波模块(2)，和集成放大模块(3)连接，用于对测量到的模拟信号滤波并发向集成放大模块(3)发送；

集成放大模块(3)，和A/D转换模块(4)连接，用于将模拟信号放大并向A/D转换模块(4)发送；

A/D转换模块(4)，和主控模块(5)连接，用于将模拟信号转化为数字信号并向主控模块(5)发送；

主控模块(5)，和显示模块(6)连接，用于对接收到的数字信号处理并将处理后的数字信号向显示模块(6)发送；

显示模块(6)，用于显示被测对象数据信息；

所述主控模块(5)包括无测量时的待机低功耗模式、有测量时的唤醒工作模式、测量过程中的复位模式。

2.根据权利要求1所述的数据采集装置，其特征在于，所述前置滤波模块(2)滤除随机信号的干扰和噪声波动。

3.根据权利要求1所述的数据采集装置，其特征在于，所述A/D转换模块(4)将经过集成放大模块(3)放大后的模拟信号转化为相应的数字量，并将数字信号发送给主控模块(5)。

4.根据权利要求1所述的数据采集装置，其特征在于，所述主控模块(5)包括空闲时检测初始状态值。

5.根据权利要求1所述的数据采集装置，其特征在于，所述主控模块(5)负责协调数据采集工作，包括传感器(1)的开启与关闭、定时测量及复位。

6.根据权利要求1所述的数据采集装置，其特征在于，所述主控模块(5)包括对测量数据进行存储、滤波、检验数据及将数据发送给显示模块(6)显示。

7.根据权利要求1所述的数据采集装置，其特征在于，所述数据采集装置采用直流电压源向传感器(1)供电。

8.一种数据采集方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、开机并初始化数据；

S2、被测对象通过传感器(1)进行数据测量；

S3、传感器(1)将测量的数据信息的模拟信号发送给前置滤波模块(2)进行滤波；

S4、模拟信号经过滤波后，前置滤波模块(2)将模拟信号发送给集成放大模块(3)进行信号放大；

S5、模拟信号经过放大后，集成放大模块(3)将模拟信号发送给A/D转换模块(4)进行模数转换，并发送给主控模块(5)；

S6、主控模块(5)对接收到的数字信号进行处理，并发送给显示模块(6)；

S7、显示模块(6)接收主控模块(5)发送的信号并显示。