CN107608921A - 数据采集设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种数据采集设备，包括依次连接的若干采集模块，所述采集模块包括：信号识别模块，用于识别输入的模拟信号或数字信号；传输模块，用于将所述信号识别模块识别的数字信号传输至处理模块；转换模块，用于将所述信号识别模块识别的模拟信号转换为数字信号；处理模块，用于接收所述传输模块传输的和所述转换模块转换后的数字信号，并对所述数字信号进行处理后输出至外部接收设备。本发明可有效提升处理模块的处理效率，有利于传感器数据的同时快速采集。

Description

数据采集设备

技术领域

本发明涉及数据采集领域，特别是涉及一种数据采集设备。

背景技术

精密(微米级)机械零部件产品的自动化测量中，需要采集各种传感器参数，如气动传感器、电感式位移传感器、电流式传感器等。

常规的技术方案中，各种传感器参数是分别单独采集、传输，造成三个问题，一是同时需要某些参数时，无法及时获取；二是线路布局十分复杂，严重浪费成本；三，应用柔性差，无法兼容市面上各个厂家的产品。虽然有些技术方案对线路的布局进行了优化，但由于传感器参数无法直接传输至用户终端，因而无法及时有效地对传感器参数进行分析，严重影响对精密机械零部件产品的自动化测量。

发明内容

基于此，有必要提供一种数据采集设备，通用性强，线路布局简单，且可同时快速采集传感器数据。

一种数据采集设备，包括依次连接的若干采集模块，所述采集模块包括：

信号识别模块，用于识别输入的模拟信号或数字信号；

传输模块，用于将所述信号识别模块识别的数字信号传输至处理模块；

转换模块，用于将所述信号识别模块识别的模拟信号转换为数字信号；

处理模块，用于接收所述传输模块传输的和所述转换模块转换后的数字信号，并对所述数字信号进行处理后输出至外部接收设备。

在其中一个实施例中，所述采集模块还包括：

滤波模块，用于对所述信号识别模块识别的模拟信号进行滤波处理；

放大模块，用于对所述滤波模块进行滤波处理后的模拟信号进行放大处理；

其中，所述转换模块还用于将所述放大模块进行放大处理后的模拟信号转换为对应的数字信号。

在其中一个实施例中，所述处理模块与所述转换模块通过可与外部设备连接的SPI总线连接通信。

在其中一个实施例中，所述滤波模块采用滤波算法进行滤波处理，所述滤波算法包括限幅滤波法、中值滤波法、算术平均滤波法、加权平均滤波法、滑动平均滤波。

在其中一个实施例中，所述处理模块包括：

判断单元，用于判断所述数字信号是否有有效；

生成单元，用于将所述判断单元判断出的有效数字信号生成为串联的数据包；

发送单元，用于将所述生成单元生成的串联数据包发送至外部接收设备。

在其中一个实施例中，所述生成单元还用于生成所述处理模块的识别编号，所述发送单元还用于将所述识别编号发送至外部接收设备。

在其中一个实施例中，所述处理模块还包括：

通信单元，用于为所述生成单元生成的串联数据包加载通信协议；

所述发送单元还用于按照所述通信单元加载的通信协议将所述生成单元生成的串联数据包发送至外部接收设备。

在其中一个实施例中，所述采集模块还包括用于为所述采集模块提供电源的电源模块，所述采集模块的电源模块之间依次连接。

在其中一个实施例中，所述采集模块包括电感式传感器、气压式传感器和电流式传感器、标准测量设备RS232串口输出的采集、标准量具digimatic数据输出采集、以及具备OPTO232或者BCD码数据输出的采集。

以上所述数据采集设备中，采集模块之间依次连接，采集的数据可通过采集模块组成的通信总线传输至外部设备，相对于单独设置采集模块，可有效简化线路布局；采集模块中的传输模块可直接将数字信号传输至处理模块，直接实现了对数字信号的传输；转换模块将模拟信号转换为数字信号后再传输至处理模块，由此，可有效提升处理模块的处理效率，有利于传感器数据的同时快速采集。

附图说明

图1为一实施例的数据采集设备的结构示意图；

图2为图1中采集模块的另一结构示意图；

图3为图1中处理模块的结构示意图；

图4为另一实施例的数据采集设备的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，一实施例的数据采集设备包括依次连接的若干采集模块，采集模块包括：

信号识别模块，用于识别输入的模拟信号或数字信号；

传输模块，用于将信号识别模块识别的数字信号传输至处理模块；

转换模块，用于将信号识别模块识别的模拟信号转换为数字信号；

处理模块，用于接收传输模块传输的和转换模块转换后的数字信号，并对数字信号进行处理后输出至外部接收设备。

以上数据采集设备中，采集模块之间依次连接，采集的数据可通过采集模块组成的通信总线传输至外部设备，相对于单独设置采集模块，可有效简化线路布局；采集模块中的传输模块可直接将数字信号传输至处理模块，直接实现了对数字信号的传输；转换模块将模拟信号转换为数字信号后再传输至处理模块，由此，可有效提升处理模块的处理效率，有利于传感器数据的同时快速采集。

可以知道的是，信号识别模块包括各种传感器采集电路，如电感式传感器、气压式传感器、电流式传感器、标准测量设备RS232串口输出的采集、标准量具digimatic数据输出采集、以及具备OPTO232或者BCD码数据输出的采集等。可以知道的是，本实施例中，由于采集模块之间依次连接，形成分布式连接状，在对于精密(微米级)机械零部件产品的自动化测量，采集模块可分别分布在不同的地方实现对传感器数据的同步快速采集。

如图2所示，本实施例中，采集模块包括滤波模块和放大模块。

滤波模块用于对信号识别模块识别的模拟信号进行滤波处理；

放大模块，用于对滤波模块进行滤波处理后的模拟信号进行放大处理；

其中，转换模块还用于将放大模块进行放大处理后的模拟信号转换为对应的数字信号。

信号识别模块在采集传感器数据时，会遇到由随机干扰引起的随机误差，导致在相同条件下测量同一量时，其大小和符号会无规则的变化而无法预测。克服随机干扰引起的误差，硬件上可以滤波技术，软件上可以采用软件滤波算法进行数字滤波。但硬件滤波需要硬件成本，还需要考虑阻抗匹配，因此，本实施例中，优先采用滤波算法进行滤波。滤波算法只是一个计算过程，无须硬件成本，可对随机信号和频率很低的模拟信号进行滤波，若要改变滤波特性，只需对应改变滤波算法即可。本实施例中，可采用的滤波算法包括限幅滤波法、中值滤波法、算术平均滤波法、加权平均滤波法、滑动平均滤波等。

本实施例中，采集模块可基于STM32单片机实现，处理模块为STM32芯片。可以知道的是，本实施例的转换模块为AD转换模块。为大幅度减少处理模块与外部接收设备之间的路线布局且提高通信速度，处理模块与转换模块通过可与外部设备连接的SPI总线连接通信。SPI总线有三个寄存器，分别为：控制寄存器SPCR，状态寄存器SPSR和数据寄存器SPDR。外部接收设备包括FLASHRAM、网络控制器、LCD显示驱动器、和MCU等，因此，通过SPI总线可直接与各个厂家生产的多种标准外部接收设备直接连接，SPI总线一般使用4条线：串行时钟线(SCLK)、主机输入/从机输出数据线MISO、主机输出/从机输入数据线MOSI和低电平有效的从机选择线NSS(有的SPI接口芯片带有中断信号线INT、有的SPI接口芯片没有主机输出/从机输入数据线MOSI)，这样可极大减小处理模块与外部接收设备之间的路线布局且提高通信速度。

如图3所示，处理模块包括判断单元、生成单元和发送单元。

判断单元用于判断数字信号是否有有效；

生成单元用于将判断单元判断出的有效数字信号生成为串联的数据包；

发送单元用于将生成单元生成的串联数据包发送至外部接收设备。

本实施例中，无效的数字信号不需要处理，因此，处理模块对数字信号的有效性进行判断。从本实施例的图1中可知，采集模块是通过处理模块依次通信连接形成数据总线，处理模块最终生成的数据如果想要通过数据总线传递至外部接收设备，为保证数据传递的安全性和一致性，可以通过生成单元将有效数字信号生成串联的数据包，于此同时，外部接收设备还需要清楚地辨识出对应的哪个处理模块发送的数据包，因此，生成单元将有效数字信号生成串联的数据包的同时，可以生成处理模块的识别编号，发送单元将生成单元生成的串联数据包和识别编号共同发送至外部接收设备。

本实施例中，处理模块还包括通信单元，用于为生成单元生成的串联数据包加载通信协议。当串联的数据包和识别编号在数据总线上传输时，为方便外部接收设备方便接收，及保证接收的安全性，可以自定义某种通信协议使其在数据总线上传输，发送单元则可以按照通信单元加载的通信协议将生成单元生成的串联数据包发送至外部接收设备。本实施例中，生成单元还可以为串联数据包进行加密等，进一步保证安全性。可以知道的是，对串联数据包的各种安全性措施均在本实施例可实现的范围之内。

如图4所述，为了方便对整个数据采集设备供电，采集模块中还包括用于为采集模块提供电源的电源模块，采集模块的电源模块之间依次连接。如图4中所示，通过一个外部电源可以给所有的采集模块中的电源模块供电，使所有的采集模块只使用一个外部电源即可共同工作。

本实施例中，可以知道的是，由于采集模块可基于STM32单片机实现，处理模块为STM32芯片，因此，本实施例中可串联的连接的采集模块可达512个之多，每个采集模块可包含两个传感器，因此，本实施例的整个数据采集设备可设置多达1024个传感器。由此，本实施例的数据采集设备可广泛采集不同传感器数据，线路布局简单，且可同时采集和快速传输多路传感器数据。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种数据采集设备，其特征在于，包括依次连接的若干采集模块，所述采集模块包括：

信号识别模块，用于识别输入的模拟信号或数字信号；

传输模块，用于将所述信号识别模块识别的数字信号传输至处理模块；

转换模块，用于将所述信号识别模块识别的模拟信号转换为数字信号；

处理模块，用于接收所述传输模块传输的和所述转换模块转换后的数字信号，并对所述数字信号进行处理后输出至外部接收设备。

2.根据权利要求1所述的数据采集设备，其特征在于，所述采集模块还包括：

滤波模块，用于对所述信号识别模块识别的模拟信号进行滤波处理；

放大模块，用于对所述滤波模块进行滤波处理后的模拟信号进行放大处理；

其中，所述转换模块还用于将所述放大模块进行放大处理后的模拟信号转换为对应的数字信号。

3.根据权利要求1或2所述的数据采集设备，其特征在于，所述处理模块与所述转换模块通过可与外部设备连接的SPI总线连接通信。

4.根据权利要求2所述的数据采集设备，其特征在于，所述滤波模块采用滤波算法进行滤波处理，所述滤波算法包括限幅滤波法、中值滤波法、算术平均滤波法、加权平均滤波法、滑动平均滤波。

5.根据权利要求1所述的数据采集设备，其特征在于，所述处理模块包括：

判断单元，用于判断所述数字信号是否有有效；

生成单元，用于将所述判断单元判断出的有效数字信号生成为串联的数据包；

发送单元，用于将所述生成单元生成的串联数据包发送至外部接收设备。

6.根据权利要求5所述的数据采集设备，其特征在于，所述生成单元还用于生成所述处理模块的识别编号，所述发送单元还用于将所述识别编号发送至外部接收设备。

7.根据权利要求5或6所述的数据采集设备，其特征在于，所述处理模块还包括：

通信单元，用于为所述生成单元生成的串联数据包加载通信协议；

所述发送单元还用于按照所述通信单元加载的通信协议将所述生成单元生成的串联数据包发送至外部接收设备。

8.根据权利要求1所述的数据采集设备，其特征在于，所述采集模块还包括用于为所述采集模块提供电源的电源模块，所述采集模块的电源模块之间依次连接。

9.根据权利要求1所述的数据采集设备，其特征在于，所述采集模块包括电感式传感器、气压式传感器和电流式传感器、标准测量设备RS232串口输出的采集、标准量具digimatic数据输出采集、以及具备OPTO232或者BCD码数据输出的采集。