CN109362197B - 多通道超低功耗多功能采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多通道超低功耗多功能采集系统，包括，外壳，外壳内壁上分别安装有第一放置板、第二放置板；第二放置板与外壳内壁密封装配；且第二放置板底部与外壳之间形成冷却腔，过滤器进气口与补气管连通，补气管与外部空气接通；过滤器出气口与补压阀进气口连通，补压阀出气口与气泵进气口连通，且补压阀与气泵连通的管路上还分别与回气管、抽气管一端连通，回气管另一端位于集气弧槽最高点，抽气管另一端与冷却腔连通；第一隔板右侧安装有冷却器，冷却器的内腔中设置有冷却管，冷却管一端与气泵出气口连通、另一端与第一出气管连通；第一出气管另一端穿过第二隔板与第二隔板右侧连通，且第一出气管还与冷却吹气管一端连通。

Description

多通道超低功耗多功能采集系统

技术领域

本发明涉及数据采集技术，特别是涉及一种多通道超低功耗多功能采集系统的技术。

背景技术

电压、电流、电阻的数据采集都是采用传统的继电器通道切换电路来实现通道切换的，由于继电器工作时会消耗大量的电流，其功耗很高，并且继电器切换时会对周围的元器件产生电磁干扰，长期工作触点会老化以及接触不良。

而且由于其内部电气元器件功耗较高，故内部发热量比较大，而且一般其使用环境比较恶劣，外部温度高，如放置在大型机房、锅炉旁、太阳直射的户外等进行数据采集，所以对整个设备的散热、隔热性能要求比较高，但是目前的产品很少有能达到这种要求的设备。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种多通道超低功耗多功能采集系统，其具有良好的散热，隔热性能。

为实现上述目的，本发明提供了一种多通道超低功耗多功能采集系统，包括，外壳，外壳两端开口，且两个开口端分别通过顶端板、底端板封闭，所述的顶端板上固定有密封凸板、密封凸板内侧设置有集气弧槽；

所述的外壳内壁上分别设置有第一安装环、第二安装环，所述的第一安装环与第一放置板装配固定，所述的第二安装环与第二放置板安装固定，所述的第一放置板为孔板，其上边设置有数个贯穿的透气孔，且第一放置板底部固定有分气块，分气块底面设置有分气弧槽，分气弧槽向第一放置板方向凹陷；

所述的第二放置板与外壳内壁密封装配；且第二放置板底部与外壳之间形成冷却腔，冷却腔内分别安装有第一隔板、第二隔板，所述的第一隔板左侧依次安装有过滤器、补压阀、气泵，过滤器进气口与补气管连通，补气管与外部空气接通；

过滤器出气口与补压阀进气口连通，补压阀出气口与气泵进气口连通，且补压阀与气泵连通的管路上还分别与回气管、抽气管一端连通，所述的回气管另一端位于集气弧槽最高点，所述的抽气管另一端与冷却腔连通；

所述的第一隔板右侧安装有冷却器，所述的冷却器的内腔中设置有冷却管，所述的冷却管一端与气泵出气口连通、另一端与第一出气管连通，且所述的内腔内填充有石蜡；

所述的第一出气管另一端穿过第二隔板与第二隔板右侧连通，且第一出气管还与冷却吹气管一端连通、冷却吹气管另一端位于分气弧槽下方。

优选地，所述的密封凸板侧边固定有密封圈，所述的密封圈与外壳内壁挤压，从而将密封凸板与外壳内壁之间的间隙封闭。

优选地，所述的第一放置板上安装有微处理模块、无线通信模块、多通道切换模块，所述的第二放置板上安装有升压变压器、倍压模块、信号放大模块，所述的信号放大模块与数据接口通信连接，所述的第二隔板右侧安装有恒流源，恒流源进电端与进电插口导电连接，恒流源出电端与升压变压器进电端导电连接。

优选地，所述的内腔内还安装有制冷轴，制冷轴上设置有制冷片，所述的冷却管缠绕在制冷轴上，且制冷轴一端穿出冷却器、外壳、保温壳后与制冷板装配固定，制冷板与电子制冷片的制冷面贴紧，电子制冷片的发热面与散热块贴紧，散热块上设置有数个散热片。

优选地，所述的外壳外部安装有保温壳、保温壳顶部通过保温盖封闭，保温壳、保温盖均采用隔热材料制成。

优选地，所述微处理模块与无线通信模块通过SPI总线互联，微处理模块设有PWM信号输出端、数据采集端、通道切换信号输出端、通道延时信号输出端；

所述升压变压器的初级线圈经一升压控制开关接到电源，升压变压器的次级线圈接到倍压模块的输入端,微处理模块的PWM信号输出端接到升压控制开关的控制端；

所述多通道切换模块由多个通道单元组成，所述通道单元包括第一晶闸管、切换控制开关、延时控制开关、振弦式传感器；

所述通道单元中，第一晶闸管的控制端经切换控制开关接到电源，第一晶闸管的正极接到倍压模块的输出端，第一晶闸管的负极接到振弦式传感器的激励信号输入端，振弦式传感器的激励信号输入端经延时控制开关接到信号放大模块的输入端，信号放大模块的输出端接微处理模块的数据采集端；微处理模块的通道切换信号输出端接到切换控制开关的控制端，微处理模块的通道延时信号输出端接到延时控制开关的控制端。

进一步的，所述倍压模块包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一电容、第二电容、第三电容；所述第一二极管、第二二极管、第三二极管由前至后按照前序二极管负极接后序二极管正极的方式依序串联；第一电容的一端接第一二极管的负极，另一端接地；第二电容的一端接第三二极管的负极，另一端接地；第三电容的一端接第一二极管的正极，另一端接第二二极管的负极；所述升压变压器的次级线圈接到第一二极管的正极，第一晶闸管的正极接到倍压模块中的第三二极管的负极。

进一步的，所述信号放大模块包括一级放大器、二级放大器、三级放大器、四级放大器；一级放大器的输出端接二级放大器的负相输入端，二级放大器的输出端接三级放大器的负相输入端，三级放大器的输出端接四级放大器的负相输入端，四级放大器的输出端接微处理模块的数据采集端；

所述通道单元中的振弦式传感器的激励信号输入端经延时控制开关接到信号放大模块中的一级放大器的负相输入端。

进一步的，所述升压控制开关为场效应管。

进一步的，所述切换控制开关、延时控制开关均为为场效应管。

本发明的有益效果是：

本发明采用保温层阻挡外部高温进入外壳，且还通过气泵进行气流循环、冷却器、电子制冷片冷却气流进行散热，其散热效果好，就算是应用在高温环境下其也能够正常使用、散热性能几乎不会发生较大变化。

本发明合理采用了电子开关电路,通过第一晶闸管、切换控制开关、延时控制开关的配合来实现采集通道的切换，具有运行功耗低的特点，工作时开关电路消耗的能量很低，只有uA级，而且无电磁干扰，无触点损耗。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的冷却器结构示意图。

图3是本发明的电气原理框图。

图4是本发明中的升压变压器及倍压模块的电路图。

图5是本发明中的信号放大模块的电路图。

图6是本发明中的多通道切换模块的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

参见图1-图3，多通道超低功耗多功能采集系统，包括，外壳，110，外壳110两端开口，且两个开口端分别通过顶端板120、底端板130封闭，所述的顶端板120上固定有密封凸板140、密封凸板140内侧设置有集气弧槽141，集气弧槽141向顶端板120凹陷；

所述的密封凸板140侧边固定有密封圈310，所述的密封圈310与外壳110内壁挤压，从而将密封凸板140与外壳内壁之间的间隙封闭；

所述的外壳110内壁上分别设置有第一安装环161、第二安装环162，所述的第一安装环161与第一放置板210装配固定，所述的第二安装环162与第二放置板230安装固定，所述的第一放置板210为孔板，其上边设置有数个贯穿的透气孔211，且第一放置板210底部固定有分气块220，分气块220底面设置有分气弧槽221，分气弧槽向第一放置板210方向凹陷；

所述的第二放置板230与外壳内壁密封装配；且第二放置板230底部与外壳110之间形成冷却腔111，冷却腔内分别安装有第一隔板151、第二隔板152，所述的第一隔板151左侧依次安装有过滤器421、补压阀422、气泵423，所述的过滤器421用于过滤空气中的大颗粒杂质，可以是空气滤芯，且其进气口与补气管412连通，补气管412与外部空气接通；

过滤器421出气口与补压阀进气口连通，补压阀出气口与气泵423进气口连通，且补压阀与气泵423连通的管路上还分别与回气管411、抽气管414一端连通，所述的回气管411另一端位于集气弧槽141最高点，其用于将气流抽回气泵，所述的抽气管414另一端与冷却腔111连通，从而将冷却腔111内的空气吸入气泵；

所述的第一隔板151右侧安装有冷却器510，所述的冷却器510的内腔511中设置有冷却管520，所述的冷却管520一端与气泵出气口连通、另一端与第一出气管416连通，且所述的内腔511内填充有石蜡610，石蜡610的熔点为45-50℃；

所述的第一出气管416另一端穿过第二隔板152与第二隔板右侧连通，且第一出气管416还与冷却吹气管413一端连通、冷却吹气管413另一端位于分气弧槽下方。使用时，冷却吹气管413向分气弧槽221吹气，气流经过分气弧槽阻挡、引导后分散吹开，从而对各个设备进行吹扫，从而进行降温。

所述的第一放置板210上安装有微处理模块321、无线通信模块322、多通道切换模块323，所述的第二放置板230上安装有升压变压器324、倍压模块325、信号放大模块326，所述的信号放大模块326与数据接口102通信连接，从而使得信号放大模块326与外部用于探测数据的传感器通信连接，所述的第二隔板152右侧安装有恒流源327，恒流源327进电端与进电插口101导电连接，从而可以通过进电插口101对恒流源327进行供电，恒流源327出电端与升压变压器324进电端导电连接，升压变压器324出电端向各个供电设备供电。使用时，微处理模块321将采集的数据通过无线通信模块322传输至外部设备，从而进行数据采集。倍压模块用于提升电压，信号放大模块用于放大信号。

所述的内腔511内还安装有制冷轴530，制冷轴530上设置有制冷片531，所述的冷却管520缠绕在制冷轴530上，且制冷轴530一端穿出冷却器510、外壳110、保温壳241后与制冷板540装配固定，制冷板540与电子制冷片550的制冷面贴紧，电子制冷片的发热面与散热块620贴紧，散热块620上设置有数个散热片621。使用时，如果外部温度很高，则会促使电子制冷片将制冷轴降至更低的温度，从而实现对冷却管520内气流的进一步降温，以增加散热效果。

使用时，气泵启动，将位于集气弧槽141顶部的气体抽送至气泵，然后经过冷却器冷却后分别吹向恒流源和分气弧槽221，冷却后的气体带走外壳内部的温度，从而实现对各个设备进行降温，而外壳内部的气流不足时，补压阀打开，然后将外部空气通过过滤器过滤后抽送至气泵进行补气，而且冷却腔内的气体通过抽气管414抽入气泵进行循环，从而整体降低外壳内部的温度。

所述的外壳外部安装有保温壳241、保温壳241顶部通过保温盖242封闭，保温壳241、保温盖242均采用隔热材料制成，如隔热泡沫。这种设计可以防止外部热量直接加热外壳。

参见图3-图6，所述微处理模块与无线通信模块通过SPI总线互联，微处理模块设有PWM（脉冲宽度调制）信号输出端、数据采集端、通道切换信号输出端、通道延时信号输出端；微处理模块与无线通信模块均为现有技术，微处理模块采用的是型号为STM32F103CB的单片机芯片，无线通信模块采用的是型号为SI4463的无线通信芯片；

如图4所示，所述倍压模块包括第一二极管D16、第二二极管D17、第三二极管D18、第一电容C13、第二电容C14、第三电容C18；所述第一二极管D16、第二二极管D17、第三二极管D18由前至后按照前序二极管负极接后序二极管正极的方式依序串联；第一电容C13的一端接第一二极管D16的负极，另一端接地；第二电容C14的一端接第三二极管D18的负极，另一端接地；第三电容C18的一端接第一二极管D16的正极，另一端接第二二极管D17的负极；

所述升压变压器T1的初级线圈经一升压控制开关Q1接到电源K-3.3V，升压变压器T1的次级线圈接到第一二极管D16的正极,所述升压控制开关Q1为场效应管，微处理模块的PWM信号输出端接到升压控制开关Q1的控制端；

如图5所示，所述信号放大模块包括一级放大器U21A、二级放大器U21B、三级放大器U21C、四级放大器U21D；一级放大器U21A的输出端接二级放大器U21B的负相输入端，二级放大器U21B的输出端接三级放大器U21C的负相输入端，三级放大器U21C的输出端接四级放大器U21D的负相输入端，四级放大器U21D的输出端接微处理模块的数据采集端JS_Measure；

如图6所示，所述多通道切换模块由多个通道单元组成，所述通道单元包括第一晶闸管K11、切换控制开关Q17、延时控制开关Q12、振弦式传感器（图中未示）；

所述通道单元中，第一晶闸管K11的控制端经切换控制开关Q17接到电源K-3.3V，第一晶闸管K11的正极接到倍压模块中的第三二极管D18的负极，第一晶闸管K11的负极接到振弦式传感器的激励信号输入端Channel_1，振弦式传感器的激励信号输入端Channel_1经延时控制开关Q12接到信号放大模块中的一级放大器U21A的负相输入端；切换控制开关Q17、延时控制开关Q12均为为场效应管，微处理模块的通道切换信号输出端接到切换控制开关Q17的控制端，微处理模块的通道延时信号输出端接到延时控制开关Q12的控制端。

本发明实施例用于电压、电流、电阻、振弦式的数据采集，其工作原理如下：

通过微处理模块的PWM信号输出PWM信号来控制升压变压器工作，电源通过升压变压器升压到一定的高压，再由倍压模块继续升至到较高的电压，便于给振弦式传感器提供足够的能量；

微处理模块通过切换控制开关控制第一晶闸管的通断，第一晶闸管导通时，电源输入到振弦式传感器，使振弦式传感器受到电压激励而产生振荡，待延时一定的时间后（通常为几十毫秒，视不同的传感器而定），微处理模块控制延时控制开关导通，此时振弦式传感器自由振荡产生的微弱信号通过延时控制开关输入信号放大模块，经信号放大模块四级放大后输入微处理模块，实现数据的采集，微处理模块采集的数据可通过无线通信模块上传给无线通信终端。

本发明未详述之处，均为本领域技术人员的公知技术。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.多通道超低功耗多功能采集系统，包括，外壳，外壳两端开口，且两个开口端分别通过顶端板、底端板封闭，所述的顶端板上固定有密封凸板、密封凸板内侧设置有集气弧槽；其特征是：

所述的外壳内壁上分别设置有第一安装环、第二安装环，所述的第一安装环与第一放置板装配固定，所述的第二安装环与第二放置板安装固定，所述的第一放置板为孔板，其上边设置有数个贯穿的透气孔，且第一放置板底部固定有分气块，分气块底面设置有分气弧槽，分气弧槽向第一放置板方向凹陷；

所述的第二放置板与外壳内壁密封装配；且第二放置板底部与外壳之间形成冷却腔，冷却腔内分别安装有第一隔板、第二隔板，所述的第一隔板左侧依次安装有过滤器、补压阀、气泵，过滤器进气口与补气管连通，补气管与外部空气接通；

过滤器出气口与补压阀进气口连通，补压阀出气口与气泵进气口连通，且补压阀与气泵连通的管路上还分别与回气管、抽气管一端连通，所述的回气管另一端位于集气弧槽最高点，所述的抽气管另一端与冷却腔连通；

所述的第一隔板右侧安装有冷却器，所述的冷却器的内腔中设置有冷却管，所述的冷却管一端与气泵出气口连通、另一端与第一出气管连通，且所述的内腔内填充有石蜡；

所述的第一出气管另一端穿过第二隔板与第二隔板右侧连通，且第一出气管还与冷却吹气管一端连通、冷却吹气管另一端位于分气弧槽下方。

2.根据权利要求1所述的多通道超低功耗多功能采集系统，其特征在于：所述的密封凸板侧边固定有密封圈，所述的密封圈与外壳内壁挤压，从而将密封凸板与外壳内壁之间的间隙封闭。

3.根据权利要求1所述的多通道超低功耗多功能采集系统，其特征在于：所述的第一放置板上安装有微处理模块、无线通信模块、多通道切换模块，所述的第二放置板上安装有升压变压器、倍压模块、信号放大模块，所述的信号放大模块与数据接口通信连接，所述的第二隔板右侧安装有恒流源，恒流源进电端与进电插口导电连接，恒流源出电端与升压变压器进电端导电连接。

4.根据权利要求1所述的多通道超低功耗多功能采集系统，其特征在于：所述的内腔内还安装有制冷轴，制冷轴上设置有制冷片，所述的冷却管缠绕在制冷轴上，且制冷轴一端穿出冷却器、外壳、保温壳后与制冷板装配固定，制冷板与制冷片的制冷面贴紧，制冷片的发热面与散热块贴紧，散热块上设置有数个散热片。

5.根据权利要求1所述的多通道超低功耗多功能采集系统，其特征在于：所述的外壳外部安装有保温壳、保温壳顶部通过保温盖封闭，保温壳、保温盖均采用隔热材料制成。

6.根据权利要求3所述的多通道超低功耗多功能采集系统，其特征在于： 所述微处理模块与无线通信模块通过SPI总线互联，微处理模块设有PWM信号输出端、数据采集端、通道切换信号输出端、通道延时信号输出端；

所述升压变压器的初级线圈经一升压控制开关接到电源，升压变压器的次级线圈接到倍压模块的输入端,微处理模块的PWM信号输出端接到升压控制开关的控制端；

所述多通道切换模块由多个通道单元组成，所述通道单元包括第一晶闸管、切换控制开关、延时控制开关、振弦式传感器；

所述通道单元中，第一晶闸管的控制端经切换控制开关接到电源，第一晶闸管的正极接到倍压模块的输出端，第一晶闸管的负极接到振弦式传感器的激励信号输入端，振弦式传感器的激励信号输入端经延时控制开关接到信号放大模块的输入端，信号放大模块的输出端接微处理模块的数据采集端；微处理模块的通道切换信号输出端接到切换控制开关的控制端，微处理模块的通道延时信号输出端接到延时控制开关的控制端。

7.根据权利要求6所述的多通道超低功耗多功能采集系统，其特征在于：所述倍压模块包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第一电容、第二电容、第三电容；所述第一二极管、第二二极管、第三二极管由前至后按照前序二极管负极接后序二极管正极的方式依序串联；第一电容的一端接第一二极管的负极，另一端接地；第二电容的一端接第三二极管的负极，另一端接地；第三电容的一端接第一二极管的正极，另一端接第二二极管的负极；所述升压变压器的次级线圈接到第一二极管的正极，第一晶闸管的正极接到倍压模块中的第三二极管的负极。

8.根据权利要求6所述的多通道超低功耗多功能采集系统，其特征在于：所述信号放大模块包括一级放大器、二级放大器、三级放大器、四级放大器；一级放大器的输出端接二级放大器的负相输入端，二级放大器的输出端接三级放大器的负相输入端，三级放大器的输出端接四级放大器的负相输入端，四级放大器的输出端接微处理模块的数据采集端；

所述通道单元中的振弦式传感器的激励信号输入端经延时控制开关接到信号放大模块中的一级放大器的负相输入端。

9.根据权利要求6所述的多通道超低功耗多功能采集系统，其特征在于：所述升压控制开关为场效应管。

10.根据权利要求6所述的多通道超低功耗多功能采集系统，其特征在于：所述切换控制开关、延时控制开关均为场效应管。

Images