CN109818676B - 一种适用于多环境的信号采集设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种适用于多环境的信号采集设备，采集装置、控制装置和接收装置；采集装置包括模拟信号采集模块、中央处理模块和采集电源模块；控制装置包括控制信号接收模块、数据发送模块和控制电源模块；接收装置包括控制信号触发模块、数据接收模块和信号转换模块；本发明通过光电信号的转换以及光纤传输信号，降低了干扰，提高了信号质量，方便灵活的对各个环境下的信号进行远距离采集，实现信号采集与接收分离的功能；本发明采集电路简易可靠，采集质量高，提升了信号采集的适应性；本发明成本低，易于推广。

Description

一种适用于多环境的信号采集设备

技术领域

本发明属于信号采集技术领域，具体涉及一种适用于多环境的信号采集设备。

背景技术

随着科技的飞速发展与科技需求的进步，在一些特殊环境下的加速度与力的测量是现在科研工作亟待解决的难题。

传统信号采集设备很少分离信号采集和信号接收，使得在一些环境下不便于开展信号采集工作，如高温高压环境、高电压环境等不方便工作人员携带采集设备的情况，安全隐患非常大。现有部分采集设备通过无线传输做到了采集过程与接收过程分离，但恶劣环境使得无线传输的信号质量下降，影响传输稳定性，且无线设备的价格普遍高昂，不利于推广应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种适用于多环境的信号采集设备，用于实现信号采集与接收分离的功能。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种适用于多环境的信号采集设备，包括依次连接的采集装置、控制装置和接收装置；采集装置包括模拟信号采集模块、中央处理模块和采集电源模块；模拟信号采集模块通过信号输入端口与传感器的信号输出端口连接，用于接收和处理传感器信号；中央处理模块通过信号输入端口与模拟信号采集模块的信号输出端口连接，用于接收和处理模拟信号采集模块发送的数据；采集电源模块通过不同的电源输出端分别与模拟信号采集模块和中央处理模块的电源输入端连接，用于为模拟信号采集模块和中央处理模块供电；控制装置包括控制信号接收模块、数据发送模块和控制电源模块；控制信号接收模块通过信号输出端口与采集电源模块的信号输入端口连接，用于发送触发信号控制采集电源模块；数据发送模块通过信号输入端口与中央处理模块的信号输出端口连接，用于接收和处理中央处理模块发送的数据；控制电源模块通过不同的电源输出端分别与控制信号接收模块、数据发送模块和采集电源模块的电源输入端连接，用于为控制信号接收模块、数据发送模块和采集电源模块供电；接收装置包括控制信号触发模块、数据接收模块和信号转换模块；控制信号触发模块通过信号输出端口与控制信号接收模块的信号输入端口连接，用于产生和发送触发光信号；数据接收模块通过信号输入端口与数据发送模块的信号输出端口连接，用于接收和处理数据发送模块发送的光信号；信号转换模块通过信号输入端口与数据接收模块的信号输出端口连接，用于接收和处理数据接收模块发送的数据。

按上述方案，所述的控制信号触发模块通过信号输入端口与控制信号接收模块的信号输出端口连接，用于接收反馈信号。

按上述方案，所述的采集电源模块包括第三开关稳压器U3、第四线性电源芯片U4、第一发光二极管D1、第二十四电解电容C24、第二十五电容C25、第二十六电解电容C26、第二十七电容C27、第二十八电解电容C28、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15；其中第一发光二极管D1的负端与第十五电阻R15的一端连接，第四线性电源芯片U4的14引脚输出+5V电压到第一发光二极管D1的正端，第四线性电源芯片U4的1引脚和2引脚、第二十七电容C27的一端、第二十八电解电容C28的正端输入+24V电压，第四线性电源芯片U4的6引脚和7引脚、第二十七电容C27的另一端、第二十八电解电容C28的负端、第十五电阻R15的另一端均连接到GND端。第三开关稳压器U3的2引脚与第二十四电解电容C24的正端连接，第三开关稳压器U3的4引脚与第二十四电解电容C24的负端连接，第三开关稳压器U3的8引脚、第十三电阻R13的一端均输入+5V电压，第十三电阻R13的另一端与第十四电阻R14的一端连接，连接点输出偏置电压，第三开关稳压器U3的5引脚输出-5V电压到第二十六电解电容C26的负端、第二十五电容C25的一端，第三开关稳压器U3的3引脚和6引脚、第二十六电解电容C26的正端、第二十五电容C25的另一端、第十四电阻R14的另一端均连接到GND端。

按上述方案，所述的模拟信号采集模块包括至少六路加速度信号采集电路和至少一路力信号采集电路。

进一步的，所述的加速度信号采集电路包括第五IEPE加速度计A5、第十三端稳压器U10、第十六运算放大器U16、第三十三电容C33、第四十电容C40、第六开关二极管D6、第二十一电阻R21、第二十七电阻R27、第三十三电阻R33、第三十九电阻R39；其中第十三端稳压器U10的ADJ端与第五IEPE加速度计A5的OUT端、第四十电容C40的一端、第二十一电阻R21的一端连接，第十三端稳压器U10的OUT端与第二十一电阻R21的另一端连接，第十三端稳压器U10的IN端与第六开关二极管D6的负端和第三十三电容C33的一端连接；第十六运算放大器U16的5引脚与第四十电容C40的另一端、第二十七电阻R27的一端连接，第十六运算放大器U16的6引脚、7引脚与第三十九电阻R39的一端连接，第十六运算放大器U16的2引脚与第三十九电阻R39的另一端、第三十三电阻R33的一端连接，第十六运算放大器U16的1引脚为模拟信号输出端，与第三十三电阻R33的另一端连接，第十六运算放大器U16的3引脚输入偏置电压；第六开关二极管D6的正端输入+22V电压，第十六运算放大器U16的4引脚输入-5V电压，第十六运算放大器U16的8引脚输入+5V电压，第五IEPE加速度计A5的GND端、第三十三电容C33的另一端、第二十七电阻R27的另一端均连接到GND端。

进一步的，所述的力信号采集电路包括第一仪表放大器AD1、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4；其中第一仪表放大器AD1的2引脚与第二电阻R2的一端、第二电容C2的一端、第四电容C4的一端连接，第二电阻R2的另一端与测力电桥或其他差分信号的负信号端连接，第一仪表放大器AD1的3引脚与第三电阻R3的一端、第四电容C4的另一端、第五电容C5的一端连接，第三电阻R3的另一端与测力电桥或其他差分信号的正信号端连接，第一仪表放大器AD1的1引脚与8引脚之间串联第一电阻R1，第一仪表放大器AD1的5引脚与第四电阻R4的一端连接，第一仪表放大器AD1的6引脚为模拟信号输出端；第一仪表放大器AD1的4引脚、第六电容C6的一端、第七电容C7的一端均输入-5V电压，第一仪表放大器AD1的7引脚、第一电容C1的一端、第三电容C3的一端均输入+5V电压，第一电容C1的另一端、第二电容C2的另一端、第三电容C3的另一端、第五电容C5的另一端、第六电容C6的另一端、第七电容C7的另一端、第四电阻R4的另一端均连接到GND端。

进一步的，所述的中央采集模块包括第一BDM下载器接口U1、第二单片机U2、第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10、第十一电容C11、第十二电容C12、第十三电容C13、第十四电解电容C14、第十五电容C15、第十六电容C16、第十七电容C17、第十八电容C18、第十九电容C19、第二十电容C20、第二十一电解电容C21、第二十二电容C22、第二十三电容C23、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第一电感L1、第三按键开关S3、第一晶振XAT1；其中第二单片机U2的67引脚、68引脚、69引脚、71引脚、73引脚、75引脚、77引脚均为AD端口，加速度信号采集电路中第十六运算放大器U16的1引脚或力信号采集电路中第一仪表放大器AD1的6引脚与任意一个AD端口连接，第二单片机U2的65引脚与第二十二电容C22、第二十三电容C23的一端连接，第二单片机U2的36引脚与第五电阻R5的一端连接，第二单片机U2的42引脚与第一BDM下载器接口U1的4引脚、第三按键开关S3的一端、第六电阻R6的一端、第八电容C8的一端连接，第二单片机U2的46引脚与第一晶振XAT1的一端、第十一电容C11的一端、第九电阻R9的一端连接，第二单片机U2的47引脚与第一晶振XAT1的另一端、第九电阻R9的另一端、第十五电容C15的一端连接，第二单片机U2的48引脚与第十七电容C17的一端、第十八电容C18的一端连接，第二单片机U2的56引脚与第十二电阻R12的一端连接，第二单片机U2的23引脚与第七电阻R7的一端、第八电阻R8的一端连接，第二单片机U2的13引脚与第九电容C9的一端、第十电容C10的一端连接，第二单片机U2的83引脚与第十一电阻R11的一端、第一电感L1的一端、第十九电容C19的一端、第二十电容C20的一端、第二十一电解电容C21的正端连接，第二单片机U2的84引脚与第十一电阻R11的另一端、第十六电容C16的一端连接，第二单片机U2的86引脚与第十电阻R10的一端连接，第二单片机U2的87引脚为信号输出端，第二单片机U2的88引脚为信号输入端，第一BDM下载器接口U1的1引脚、3引脚与第八电阻R8的另一端连接，第二单片机U2的41引脚、43引脚、107引脚、第十二电容C12的一端、第十三电容C13的一端、第十四电解电容C14的正端、第六电阻R6的另一端、第七电阻R7的另一端、第十二电阻R12的另一端、第一电感L1的另一端均输入+5V电压，第二单片机U2的14引脚、40引脚、44引脚、45引脚、66引脚、85引脚、97引脚、106引脚、第八电容C8的另一端、第九电容C9的另一端、第十电容C10的另一端、第十一电容C11的另一端、第十二电容C12的另一端、第十三电容C13的另一端、第十四电解电容C14的负端、第十五电容C15的另一端、第十六电容C16的另一端、第十七电容C17的另一端、第十八电容C18的另一端、第十九电容C19的另一端、第二十电容C20的另一端、第二十一电解电容C21的负端、第二十二电容C22的另一端、第二十三电容C23的另一端、第五电阻R5的另一端、第十电阻R10的另一端、第一BDM下载器接口U1的2引脚、第三按键开关S3的另一端均连接到GND端。

进一步的，所述的控制装置包括第十七线性电源芯片U17、电源模块DC-DC、第一继电器J1、第三光纤模块G3、第四光纤模块G4、第四十三电容C43、第四十四电解电容C44、第四十五电容C45、第四十六电容C46、第四十五电阻R45、第四十六电阻R46、第四十七电阻R47、第四十八电阻R48、第四十九电阻R49、第五十电阻R50、第五十一电阻R51、第十发光二极管D10、第十一发光二极管D11、第二三极管Q2、第二开关S2；其中第十七线性电源芯片U17的1引脚、2引脚与第一继电器J1的2引脚、第十发光二极管D10的正端、第二开关S2的一端、第四十三电容C43的一端、第四十四电解电容C44的正端相连，第十发光二极管D10的负端与第四十五电阻R45的一端连接，第十一发光二极管D11的负端与第四十六电阻R46的一端连接，第三光纤模块G3的2引脚与第四十七电阻R47的一端、第四十八电阻R48的一端连接，第三光纤模块G3的8引脚与第五十电阻R50的一端连接，第五十电阻R50的另一端与第五十一电阻R51的一端、第二三极管Q2的基极连接，第二三极管Q2的集电极与第四十九电阻R49的一端连接，第一继电器J1的4引脚与第四十九电阻R49的另一端连接，第四光纤模块G4的2引脚与中央处理模块中的第二单片机U2的87引脚连接，第四光纤模块G4的8引脚与中央处理模块中的第二单片机U2的88引脚连接，第一继电器J1的1引脚与采集电源模块中第四线性电源芯片U4的1引脚和2引脚、电源模块DC-DC的1引脚、第十一发光二极管D11的正端、第四十五电容C45的一端、第四十六电容C46的一端、第四十八电阻R48的另一端连接，第二开关S2的另一端输入+24V电压，电源模块DC-DC的3引脚输出22V电压，第十七线性电源芯片U17的14引脚输出+5V电压给第三光纤模块G3的4引脚和5引脚、第四光纤模块G4的4引脚和5引脚、第一继电器J1的3引脚，第十七线性电源芯片U17的6引脚、7引脚、10引脚、第三光纤模块G3的1引脚和9引脚、第四光纤模块G4的1引脚和9引脚、电源模块DC-DC的2引脚和4引脚、第四十三电容C43的另一端、第四十四电解电容C44的负端、第四十五电容C45的另一端、第四十六电容C46的另一端、第四十五电阻R45的另一端、第四十六电阻R46的另一端、第四十七电阻R47的另一端、第五十一电阻R51的另一端、第二三极管Q2的射极均连接到GND端。

进一步的，所述的接收装置包括第十六信号转换模块U16、第一光纤模块G1、第二光纤模块G2、第四十一电容C41、第四十二电容C42、第四十电阻R40、第四十一电阻R41、第四十二电阻R42、第四十三电阻R43、第四十四电阻R44、第八发光二极管D8、第九发光二极管D9、第一三极管Q1、第一开关S1；其中第一光纤模块G1的光信号传输端与控制装置中第三光纤模块G3的光信号传输端连接，第二光纤模块G2的光信号传输端与控制装置中第四光纤模块G4的光信号传输端连接，第一光纤模块G1的2引脚与第四十一电阻R41的一端连接，第一光纤模块G1的4引脚和5引脚与第二光纤模块G2的4引脚和5引脚、第四十一电阻R41的另一端、第四十一电容C41的一端、第四十二电容C42的一端、第八发光二极管D8的正端、第九发光二极管D9的正端、第一开关S1的一端、第十六信号转换模块U16的1引脚连接，第八发光二极管D8的负端与第四十电阻R40的一端连接，第九发光二极管D9的负端与第四十二电阻R42的一端连接，第一三极管Q1的集电极与第四十二电阻R42的另一端连接，第一三极管Q1的基极与第四十三电阻R43的一端、第四十四电阻R44的一端连接，第一光纤模块G1的8引脚与第四十四电阻R44的另一端连接，第二光纤模块G2的2引脚与第十六信号转换模块U16的3引脚连接，第二光纤模块G2的8引脚与第十六信号转换模块U16的2引脚连接，第一开关S1的另一端输入+5V电压，第一光纤模块G1的1引脚和9引脚、第二光纤模块G2的1引脚和9引脚、第十六信号转换模块U16的4引脚、第一三极管Q1的射极、第四十电阻R40的另一端、第四十三电阻R43的另一端、第四十一电容C41的另一端、第四十二电容C42的另一端均连接到GND端。

本发明的有益效果为：

1.本发明的一种适用于多环境的信号采集设备通过光电信号的转换以及光纤传输信号，降低了干扰，提高了信号质量，方便灵活的对各个环境下的信号进行远距离采集，实现信号采集与接收分离的功能。

2.本发明采集电路简易可靠，采集质量高，提升了信号采集的适应性。

3.本发明成本低，易于推广。

附图说明

图1是本发明实施例的功能框图。

图2是本发明实施例的采集装置的顶层设计电路原理图。

图3是本发明实施例的模拟信号采集模块的加速度信号采集电路原理图。

图4是本发明实施例的模拟信号采集模块的力信号采集电路原理图。

图5是本发明实施例的中央处理模块电路原理图。

图6是本发明实施例的采集电源模块的+24V转+5V电路原理图。

图7是本发明实施例的采集电源模块的+5V转-5V电路原理图。

图8是本发明实施例的控制装置的电路原理图。

图9是本发明实施例的接收装置的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见图1，本发明的一种适用于多环境的信号采集设备，包括采集装置、控制装置和接收装置。其中采集装置包括模拟信号采集模块、中央处理模块和采集电源模块，控制装置包括控制信号接收模块、数据发送模块和控制电源模块，接收装置包括控制信号触发模块、数据接收模块和信号转换模块。

参见图2，采集装置中模拟信号采集模块分为加速度信号采集电路和力信号采集电路。

参见图3，加速度信号采集电路共有6路，分别用于接收6个IEPE加速度计的信号；每路元器件的对应情况如下表所示：

表1加速度信号采集电路元器件表

以第6路为例，第十三端稳压器U10的ADJ端与第五IEPE加速度计A5的OUT端、第四十电容C40的一端、第二十一电阻R21的一端连接，第十三端稳压器U10的OUT端与第二十一电阻R21的另一端连接，第十三端稳压器U10的IN端与第六开关二极管D6的负端和第三十三电容C33的一端连接；第十六运算放大器U16的5引脚与第四十电容C40的另一端、第二十七电阻R27的一端连接，第十六运算放大器U16的6引脚、7引脚与第三十九电阻R39的一端连接，第十六运算放大器U16的2引脚与第三十九电阻R39的另一端、第三十三电阻R33的一端连接，第十六运算放大器U16的1引脚与第三十三电阻R33的另一端、第二单片机U2的AD端口连接，第十六运算放大器U16的3引脚输入偏置电压；第六开关二极管D6的正端输入+22V电压，第十六运算放大器U16的4引脚输入-5V电压，第十六运算放大器U16的8引脚输入+5V电压，第五IEPE加速度计A5的GND端、第三十三电容C33的另一端、第二十七电阻R27的另一端均连接到GND端。通过第十三端稳压器U10为第五IEPE加速度计A5供电，通过第四十电容C40的一端感应第五IEPE加速度计A5输出电压的变化，第四十电容C40的另一端接入到第十六运算放大器U16中进行信号偏置和放大，使零点电压为2.5V，电压信号变化范围为0～5V，同时第四十电容C40滤除信号中的直流信号和低频信号干扰。其他各路元器件连接方式和电路的工作原理与第6路相同。

参见图4，力信号采集电路的元器件对应情况如下表所示：

表2力信号采集电路元器件表

位号	名称
		C1～C7	电容
R1～R4	电阻
		AD1	仪表放大器

第一仪表放大器AD1的2引脚与第二电阻R2的一端、第二电容C2的一端、第四电容C4的一端连接，第二电阻R2的另一端与测力电桥或其他差分信号的负信号端连接，第一仪表放大器AD1的3引脚与第三电阻R3的一端、第四电容C4的另一端、第五电容C5的一端连接，第三电阻R3的另一端与测力电桥或其他差分信号的正信号端连接，第一仪表放大器AD1的1引脚与8引脚之间串联第一电阻R1，第一仪表放大器AD1的5引脚与第四电阻R4的一端连接，第一仪表放大器AD1的6引脚与第二单片机U2的AD端口连接；第一仪表放大器AD1的4引脚、第六电容C6的一端、第七电容C7的一端均输入-5V电压，第一仪表放大器AD1的7引脚、第一电容C1的一端、第三电容C3的一端均输入+5V电压，第一电容C1的另一端、第二电容C2的另一端、第三电容C3的另一端、第五电容C5的另一端、第六电容C6的另一端、第七电容C7的另一端、第四电阻R4的另一端均连接到GND端。力信号采集电路接收测力电桥输出的信号，采用以第一仪表放大器AD1为核心的电路对信号进行采集、偏置、滤波、放大，电压信号变化范围为0～5V；根据需要可通过更换不同阻值的第二电阻R2、第三电阻R3的组合来改变力信号采集电路的量程。

参见图5，中央采集模块的元器件对应情况如下表所示：

表3中央采集模块元器件表

位号	名称
		U1	BDM下载器接口
U2	单片机
		C8～C13、C15～C20、C22、C23	电容
C14、C21	电解电容
		R5～R12	电阻
L1	电感
		XAT1	晶振
S3	按键开关

第二单片机U2的67引脚、68引脚、69引脚、71引脚、73引脚、75引脚、77引脚均为AD端口，第二单片机U2的65引脚与第二十二电容C22、第二十三电容C23的一端连接，第二单片机U2的36引脚与第五电阻R5的一端连接，第二单片机U2的42引脚与第一BDM下载器接口U1的4引脚、第三按键开关S3的一端、第六电阻R6的一端、第八电容C8的一端连接，第二单片机U2的46引脚与第一晶振XAT1的一端、第十一电容C11的一端、第九电阻R9的一端连接，第二单片机U2的47引脚与第一晶振XAT1的另一端、第九电阻R9的另一端、第十五电容C15的一端连接，第二单片机U2的48引脚与第十七电容C17的一端、第十八电容C18的一端连接，第二单片机U2的56引脚与第十二电阻R12的一端连接，第二单片机U2的23引脚与第七电阻R7的一端、第八电阻R8的一端连接，第二单片机U2的13引脚与第九电容C9的一端、第十电容C10的一端连接，第二单片机U2的83引脚与第十一电阻R11的一端、第一电感L1的一端、第十九电容C19的一端、第二十电容C20的一端、第二十一电解电容C21的正端连接，第二单片机U2的84引脚与第十一电阻R11的另一端、第十六电容C16的一端连接，第二单片机U2的86引脚与第十电阻R10的一端连接，第二单片机U2的87引脚与控制装置中第四光纤模块G4的2引脚连接，第二单片机U2的88引脚与控制装置中第四光纤模块G4的8引脚连接，第一BDM下载器接口U1的1引脚、3引脚与第八电阻R8的另一端连接，第二单片机U2的41引脚、43引脚、107引脚、第十二电容C12的一端、第十三电容C13的一端、第十四电解电容C14的正端、第六电阻R6的另一端、第七电阻R7的另一端、第十二电阻R12的另一端、第一电感L1的另一端均输入+5V电压，第二单片机U2的14引脚、40引脚、44引脚、45引脚、66引脚、85引脚、97引脚、106引脚、第八电容C8的另一端、第九电容C9的另一端、第十电容C10的另一端、第十一电容C11的另一端、第十二电容C12的另一端、第十三电容C13的另一端、第十四电解电容C14的负端、第十五电容C15的另一端、第十六电容C16的另一端、第十七电容C17的另一端、第十八电容C18的另一端、第十九电容C19的另一端、第二十电容C20的另一端、第二十一电解电容C21的负端、第二十二电容C22的另一端、第二十三电容C23的另一端、第五电阻R5的另一端、第十电阻R10的另一端、第一BDM下载器接口U1的2引脚、第三按键开关S3的另一端均连接到GND端。中央处理模块是以第二单片机U2为核心的最小系统构成，第二单片机U2通过内部的AD端口接收模拟信号采集模块发送的0～5V的模拟信号，并转换为数字信号，再发送给数据发送模块，通信协议可为CAN或SCI通讯。

参见图6和图7，采集电源模块的元器件对应情况如下表所示：

表4采集电源模块元器件表

位号	名称
		U3	开关稳压器
U4	线性电源芯片
		C25、C27	电容
C24、C26、C28	电解电容
		R13～R15	电阻
D1	发光二极管

第一发光二极管D1的负端与第十五电阻R15的一端连接，第四线性电源芯片U4的14引脚输出+5V电压到第一发光二极管D1的正端，第四线性电源芯片U4的1引脚和2引脚、第二十七电容C27的一端、第二十八电解电容C28的正端输入+24V电压，第四线性电源芯片U4的6引脚和7引脚、第二十七电容C27的另一端、第二十八电解电容C28的负端、第十五电阻R15的另一端均连接到GND端。第三开关稳压器U3的2引脚与第二十四电解电容C24的正端连接，第三开关稳压器U3的4引脚与第二十四电解电容C24的负端连接，第三开关稳压器U3的8引脚、第十三电阻R13的一端均输入+5V电压，第十三电阻R13的另一端与第十四电阻R14的一端连接，连接点输出偏置电压，第三开关稳压器U3的5引脚输出-5V电压到第二十六电解电容C26的负端、第二十五电容C25的一端，第三开关稳压器U3的3引脚和6引脚、第二十六电解电容C26的正端、第二十五电容C25的另一端、第十四电阻R14的另一端均连接到GND端。采集电源模块通过第四线性电源芯片U4将+24V电压转换为+5V电压为中央处理模块和模拟信号采集模块提供工作电压，通过第三开关稳压器U3将+5V电压转换为-5V电压为模拟信号采集模块的运算放大器供电。

参见图8，控制装置的元器件对应情况如下表所示：

表5控制装置元器件表

位号	名称
		G3、G4	光纤模块
U17	线性电源芯片
		DC-DC	电源模块
J1	继电器
		C43、C45、C46	电容
C44	电解电容
		R45～R51	电阻
D10、D11	发光二极管
		Q2	三极管
S2	开关

第十七线性电源芯片U17的1引脚、2引脚与第一继电器J1的2引脚、第十发光二极管D10的正端、第二开关S2的一端、第四十三电容C43的一端、第四十四电解电容C44的正端相连，第十发光二极管D10的负端与第四十五电阻R45的一端连接，第十一发光二极管D11的负端与第四十六电阻R46的一端连接，第三光纤模块G3的2引脚与第四十七电阻R47的一端、第四十八电阻R48的一端连接，第三光纤模块G3的8引脚与第五十电阻R50的一端连接，第五十电阻R50的另一端与第五十一电阻R51的一端、第二三极管Q2的基极连接，第二三极管Q2的集电极与第四十九电阻R49的一端连接，第一继电器J1的4引脚与第四十九电阻R49的另一端连接，第四光纤模块G4的2引脚与中央处理模块中的第二单片机U2的87引脚连接，第四光纤模块G4的8引脚与中央处理模块中的第二单片机U2的88引脚连接，第一继电器J1的1引脚与采集电源模块中第四线性电源芯片U4的1引脚和2引脚、电源模块DC-DC的1引脚、第十一发光二极管D11的正端、第四十五电容C45的一端、第四十六电容C46的一端、第四十八电阻R48的另一端连接，第二开关S2的另一端输入+24V电压，电源模块DC-DC的3引脚输出22V电压，第十七线性电源芯片U17的14引脚输出+5V电压给第三光纤模块G3的4引脚和5引脚、第四光纤模块G4的4引脚和5引脚、第一继电器J1的3引脚，第十七线性电源芯片U17的6引脚、7引脚、10引脚、第三光纤模块G3的1引脚和9引脚、第四光纤模块G4的1引脚和9引脚、电源模块DC-DC的2引脚和4引脚、第四十三电容C43的另一端、第四十四电解电容C44的负端、第四十五电容C45的另一端、第四十六电容C46的另一端、第四十五电阻R45的另一端、第四十六电阻R46的另一端、第四十七电阻R47的另一端、第五十一电阻R51的另一端、第二三极管Q2的射极均连接到GND端。控制电源模块通过第十七线性电源芯片U17将系统供电+24V电压转换为+5V电压为控制信号接收模块和数据发送模块供电，当控制信号接收模块即第三光纤模块G3收到触发信号后，控制电源模块为采集电源模块提供+24V电压，并通过DC-DC电源模块将+24V电压转换为+22V电压，为IEPE加速度计提供工作电压。

参见图9，接收装置的元器件对应情况如下表所示：

表6接收装置元器件表

位号	名称
		G1、G2	光纤模块
U16	信号转换模块
		C41、C42	电容
R40～R44	电阻
		D8、D9	发光二极管
Q1	三极管
		S1	开关

第一光纤模块G1的2引脚与第四十一电阻R41的一端连接，第一光纤模块G1的4引脚和5引脚与第二光纤模块G2的4引脚和5引脚、第四十一电阻R41的另一端、第四十一电容C41的一端、第四十二电容C42的一端、第八发光二极管D8的正端、第九发光二极管D9的正端、第一开关S1的一端、第十六信号转换模块U16的1引脚连接，第八发光二极管D8的负端与第四十电阻R40的一端连接，第九发光二极管D9的负端与第四十二电阻R42的一端连接，第一三极管Q1的集电极与第四十二电阻R42的另一端连接，第一三极管Q1的基极与第四十三电阻R43的一端、第四十四电阻R44的一端连接，第一光纤模块G1的8引脚与第四十四电阻R44的另一端连接，第二光纤模块G2的2引脚与第十六信号转换模块U16的3引脚连接，第二光纤模块G2的8引脚与第十六信号转换模块U16的2引脚连接，第一开关S1的另一端输入+5V电压，第一光纤模块G1的1引脚和9引脚、第二光纤模块G2的1引脚和9引脚、第十六信号转换模块U16的4引脚、第一三极管Q1的射极、第四十电阻R40的另一端、第四十三电阻R43的另一端、第四十一电容C41的另一端、第四十二电容C42的另一端均连接到GND端。

在信号传输路径上，模拟信号采集模块通过信号输入端口分别与IEPE加速度计和测力电桥的信号输出端口连接，用于接收传感器发送的模拟信号并对模拟信号进行放大和滤波处理。中央处理模块通过信号输入端口与模拟信号采集模块的信号输出端口连接，用于接收模拟信号采集模块发送的模拟信号，将模拟信号数字化并输出。数据发送模块和数据接收模块分别为第四光纤模块G4和第二光纤模块G2；数据发送模块即第四光纤模块G4通过2引脚和8引脚分别与中央处理模块的第二单片机U2的87引脚和88引脚连接，数据接收模块即第二光纤模块G2的光信号传输端口通过光纤与数据发送模块即第四光纤模块G4的光信号传输端口连接进行信号传输，第十六信号转换模块U16通过2引脚和3引脚分别与数据接收模块即第二光纤模块G2的8引脚和2引脚连接。数据上传过程为：IEPE加速度计发送的模拟信号经模拟信号采集模块的运放的偏置和放大后发送至中央处理模块即第二单片机U2，测力电桥发送的模拟信号经模拟信号采集模块的运放的放大后发送至中央处理模块即第二单片机U2，中央处理模块即第二单片机U2将模拟信号转换为数字信号后输出到数据发送模块即第四光纤模块G4，数据发送模块即第四光纤模块G4将收到的数据转换为光信号并通过光纤发送至数据接收模块即第二光纤模块G2，数据接收模块即第二光纤模块G2将收到的光信号转换为数字信号并发送至第十六信号转换模块U16，第十六信号转换模块U16将收到的数字信号转换为CAN或SCI数据并发送至上位机。数据下发过程为：上位机将CAN或SCI数据发送至第十六信号转换模块U16，第十六信号转换模块U16将收到的CAN或SCI数据转换为数字信号并发送给数据接收模块即第二光纤模块G2，数据接收模块即第二光纤模块G2将收到的数字信号转换为光信号并通过光纤发送至数据发送模块即第四光纤模块G4，数据发送模块即第四光纤模块G4将收到的光信号转换为数字信号并发送至中央处理模块即第二单片机U2。

在电源控制路径上，控制信号触发模块和控制信号接收模块分别为第一光纤模块G1和第三光纤模块G3；控制信号触发模块即第一光纤模块G1的光信号传输端口通过光纤与控制信号接收模块即第三光纤模块G3的光信号传输端口连接，用于产生和发送用于触发的光信号以控制采集电源模块的工作状态，以及接收反馈的系统状态信号，其中触发电路的电流应尽可能小以避免损坏光路部分；控制信号接收模块通过第一继电器J1控制采集电源模块和DC-DC电源模块的+24V电源输入端以控制采集装置的工作状态。系统的上电过程为：闭合控制装置的第二开关S2，第十七线性电源芯片U17上电并输出+5V电压，第三光纤模块G3、第四光纤模块G4、第一继电器J1线圈的一端上电，闭合接收装置的第一开关S1，第八发光二极管D8灯亮，第一光纤模块G1的2引脚收到高电平触发信号并由光信号传输端口通过光纤至第三光纤模块G3，第三光纤模块G3的8引脚产生高电平触发信号使第二三极管Q2导通，第一继电器J1的线圈上电，触点闭合，DC-DC电源模块上电并将+24V电压转换为+22V电压，采集电源模块的第四线性电源芯片U4上电并将+24V电压转换为+5V电压，第三开关稳压器U3上电并将+5V电压转换为-5V电压，模拟信号采集模块和中央处理模块上电，同时第十一发光二极管D11灯亮，第三光纤模块G3的2引脚收到高电平反馈信号并由光信号传输端口通过光纤发送至第一光纤模块G1，第一光纤模块G1的8引脚产生高电平触发信号使第一三极管Q1导通，第九发光二极管D9灯亮。

综上所述，本发明的一种适用于多环境的信号采集设备通过光电信号的转换以及光纤传输信号，降低了干扰，提高了信号质量，方便灵活的对各个环境下的信号进行远距离采集，实现信号采集与接收分离的功能；本发明采集电路简易可靠，采集质量高，提升了信号采集的适应性；本发明成本低，易于推广。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种适用于多环境的信号采集设备，其特征在于：包括采集装置、控制装置和接收装置；

采集装置包括模拟信号采集模块、中央处理模块和采集电源模块；模拟信号采集模块通过信号输入端口与传感器的信号输出端口连接，用于接收和处理传感器信号；中央处理模块通过信号输入端口与模拟信号采集模块的信号输出端口连接，用于接收和处理模拟信号采集模块发送的数据；采集电源模块通过不同的电源输出端分别与模拟信号采集模块和中央处理模块的电源输入端连接，用于为模拟信号采集模块和中央处理模块供电；

控制装置包括控制信号接收模块、数据发送模块和控制电源模块；控制信号接收模块通过信号输出端口与采集电源模块的信号输入端口连接，用于发送触发信号控制采集电源模块；数据发送模块通过信号输入端口与中央处理模块的信号输出端口连接，用于接收和处理中央处理模块发送的数据；控制电源模块通过不同的电源输出端分别与控制信号接收模块、数据发送模块和采集电源模块的电源输入端连接，用于为控制信号接收模块、数据发送模块和采集电源模块供电；

接收装置包括控制信号触发模块、数据接收模块和信号转换模块；控制信号触发模块通过信号输出端口与控制信号接收模块的信号输入端口连接，用于产生和发送触发光信号；数据接收模块通过信号输入端口与数据发送模块的信号输出端口连接，用于接收和处理数据发送模块发送的光信号；信号转换模块通过信号输入端口与数据接收模块的信号输出端口连接，用于接收和处理数据接收模块发送的数据；

所述的控制装置包括第三光纤模块G3、第四光纤模块G4；所述的接收装置包括第一光纤模块G1、第二光纤模块G2；其中第一光纤模块G1的光信号传输端与控制装置中第三光纤模块G3的光信号传输端连接，第二光纤模块G2的光信号传输端与控制装置中第四光纤模块G4的光信号传输端连接。

2.根据权利要求1所述的一种适用于多环境的信号采集设备，其特征在于：所述的控制信号触发模块通过信号输入端口与控制信号接收模块的信号输出端口连接，用于接收反馈信号。

3.根据权利要求1所述的一种适用于多环境的信号采集设备，其特征在于：所述的采集电源模块包括第三开关稳压器U3、第四线性电源芯片U4、第一发光二极管D1、第二十四电解电容C24、第二十五电容C25、第二十六电解电容C26、第二十七电容C27、第二十八电解电容C28、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15；其中第一发光二极管D1的负端与第十五电阻R15的一端连接，第四线性电源芯片U4的14引脚输出+5V电压到第一发光二极管D1的正端，第四线性电源芯片U4的1引脚和2引脚、第二十七电容C27的一端、第二十八电解电容C28的正端输入+24V电压，第四线性电源芯片U4的6引脚和7引脚、第二十七电容C27的另一端、第二十八电解电容C28的负端、第十五电阻R15的另一端均连接到GND端， 第三开关稳压器U3的2引脚与第二十四电解电容C24的正端连接，第三开关稳压器U3的4引脚与第二十四电解电容C24的负端连接，第三开关稳压器U3的8引脚、第十三电阻R13的一端均输入+5V电压，第十三电阻R13的另一端与第十四电阻R14的一端连接，连接点输出偏置电压，第三开关稳压器U3的5引脚输出-5V电压到第二十六电解电容C26的负端、第二十五电容C25的一端，第三开关稳压器U3的3引脚和6引脚、第二十六电解电容C26的正端、第二十五电容C25的另一端、第十四电阻R14的另一端均连接到GND端。

4.根据权利要求1所述的一种适用于多环境的信号采集设备，其特征在于：所述的模拟信号采集模块包括至少六路加速度信号采集电路和至少一路力信号采集电路。

5.根据权利要求4所述的一种适用于多环境的信号采集设备，其特征在于：所述的加速度信号采集电路包括第五IEPE加速度计A5、第十三端稳压器U10、第十六运算放大器U16、第三十三电容C33、第四十电容C40、第六开关二极管D6、第二十一电阻R21、第二十七电阻R27、第三十三电阻R33、第三十九电阻R39；其中第十三端稳压器U10的ADJ端与第五IEPE加速度计A5的OUT端、第四十电容C40的一端、第二十一电阻R21的一端连接，第十三端稳压器U10的OUT端与第二十一电阻R21的另一端连接，第十三端稳压器U10的IN端与第六开关二极管D6的负端和第三十三电容C33的一端连接；第十六运算放大器U16的5引脚与第四十电容C40的另一端、第二十七电阻R27的一端连接，第十六运算放大器U16的6引脚、7引脚与第三十九电阻R39的一端连接，第十六运算放大器U16的2引脚与第三十九电阻R39的另一端、第三十三电阻R33的一端连接，第十六运算放大器U16的1引脚为模拟信号输出端，与第三十三电阻R33的另一端连接，第十六运算放大器U16的3引脚输入偏置电压；第六开关二极管D6的正端输入+22V电压，第十六运算放大器U16的4引脚输入-5V电压，第十六运算放大器U16的8引脚输入+5V电压，第五IEPE加速度计A5的GND端、第三十三电容C33的另一端、第二十七电阻R27的另一端均连接到GND端。

6.根据权利要求4所述的一种适用于多环境的信号采集设备，其特征在于：所述的力信号采集电路包括第一仪表放大器AD1、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4；其中第一仪表放大器AD1的2引脚与第二电阻R2的一端、第二电容C2的一端、第四电容C4的一端连接，第二电阻R2的另一端与测力电桥或其他差分信号的负信号端连接，第一仪表放大器AD1的3引脚与第三电阻R3的一端、第四电容C4的另一端、第五电容C5的一端连接，第三电阻R3的另一端与测力电桥或其他差分信号的正信号端连接，第一仪表放大器AD1的1引脚与8引脚之间串联第一电阻R1，第一仪表放大器AD1的5引脚与第四电阻R4的一端连接，第一仪表放大器AD1的6引脚为模拟信号输出端；第一仪表放大器AD1的4引脚、第六电容C6的一端、第七电容C7的一端均输入-5V电压，第一仪表放大器AD1的7引脚、第一电容C1的一端、第三电容C3的一端均输入+5V电压，第一电容C1的另一端、第二电容C2的另一端、第三电容C3的另一端、第五电容C5的另一端、第六电容C6的另一端、第七电容C7的另一端、第四电阻R4的另一端均连接到GND端。

7.根据权利要求3或权利要求5或权利要求6所述的一种适用于多环境的信号采集设备，其特征在于：所述的中央采集模块包括第一BDM下载器接口U1、第二单片机U2、第八电容C8、第九电容C9、第十电容C10、第十一电容C11、第十二电容C12、第十三电容C13、第十四电解电容C14、第十五电容C15、第十六电容C16、第十七电容C17、第十八电容C18、第十九电容C19、第二十电容C20、第二十一电解电容C21、第二十二电容C22、第二十三电容C23、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第一电感L1、第三按键开关S3、第一晶振XAT1；其中第二单片机U2的67引脚、68引脚、69引脚、71引脚、73引脚、75引脚、77引脚均为AD端口，加速度信号采集电路中第十六运算放大器U16 的1引脚或力信号采集电路中第一仪表放大器AD1的6引脚与任意一个AD端口连接，第二单片机U2的65引脚与第二十二电容C22、第二十三电容C23的一端连接，第二单片机U2的36引脚与第五电阻R5的一端连接，第二单片机U2的42引脚与第一BDM下载器接口U1的4引脚、第三按键开关S3的一端、第六电阻R6的一端、第八电容C8的一端连接，第二单片机U2的46引脚与第一晶振XAT1的一端、第十一电容C11的一端、第九电阻R9的一端连接，第二单片机U2的47引脚与第一晶振XAT1的另一端、第九电阻R9的另一端、第十五电容C15的一端连接，第二单片机U2的48引脚与第十七电容C17的一端、第十八电容C18的一端连接，第二单片机U2的56引脚与第十二电阻R12的一端连接，第二单片机U2的23引脚与第七电阻R7的一端、第八电阻R8的一端连接，第二单片机U2的13引脚与第九电容C9的一端、第十电容C10的一端连接，第二单片机U2的83引脚与第十一电阻R11的一端、第一电感L1的一端、第十九电容C19的一端、第二十电容C20的一端、第二十一电解电容C21的正端连接，第二单片机U2的84引脚与第十一电阻R11的另一端、第十六电容C16的一端连接，第二单片机U2的86引脚与第十电阻R10的一端连接，第二单片机U2的87引脚为信号输出端，第二单片机U2的88引脚为信号输入端，第一BDM下载器接口U1的1引脚、3引脚与第八电阻R8的另一端连接，第二单片机U2的41引脚、43引脚、107引脚、第十二电容C12的一端、第十三电容C13的一端、第十四电解电容C14的正端、第六电阻R6的另一端、第七电阻R7的另一端、第十二电阻R12的另一端、第一电感L1的另一端均输入+5V电压，第二单片机U2的14引脚、40引脚、44引脚、45引脚、66引脚、85引脚、97引脚、106引脚、第八电容C8的另一端、第九电容C9的另一端、第十电容C10的另一端、第十一电容C11的另一端、第十二电容C12的另一端、第十三电容C13的另一端、第十四电解电容C14的负端、第十五电容C15的另一端、第十六电容C16的另一端、第十七电容C17的另一端、第十八电容C18的另一端、第十九电容C19的另一端、第二十电容C20的另一端、第二十一电解电容C21的负端、第二十二电容C22的另一端、第二十三电容C23的另一端、第五电阻R5的另一端、第十电阻R10的另一端、第一BDM下载器接口U1的2引脚、第三按键开关S3的另一端均连接到GND端。

8.根据权利要求7所述的一种适用于多环境的信号采集设备，其特征在于：所述的控制装置包括第十七线性电源芯片U17、电源模块DC-DC、第一继电器J1、第三光纤模块G3、第四光纤模块G4、第四十三电容C43、第四十四电解电容C44、第四十五电容C45、第四十六电容C46、第四十五电阻R45、第四十六电阻R46、第四十七电阻R47、第四十八电阻R48、第四十九电阻R49、第五十电阻R50、第五十一电阻R51、第十发光二极管D10、第十一发光二极管D11、第二三极管Q2、第二开关S2；其中第十七线性电源芯片U17的1引脚、2引脚与第一继电器J1的2引脚、第十发光二极管D10的正端、第二开关S2的一端、第四十三电容C43的一端、第四十四电解电容C44的正端相连，第十发光二极管D10的负端与第四十五电阻R45的一端连接，第十一发光二极管D11的负端与第四十六电阻R46的一端连接，第三光纤模块G3的2引脚与第四十七电阻R47的一端、第四十八电阻R48的一端连接，第三光纤模块G3的8引脚与第五十电阻R50的一端连接，第五十电阻R50的另一端与第五十一电阻R51的一端、第二三极管Q2的基极连接，第二三极管Q2的集电极与第四十九电阻R49的一端连接，第一继电器J1的4引脚与第四十九电阻R49的另一端连接，第四光纤模块G4的2引脚与中央处理模块中的第二单片机U2的87引脚连接，第四光纤模块G4的8引脚与中央处理模块中的第二单片机U2的88引脚连接，第一继电器J1的1引脚与采集电源模块中第四线性电源芯片U4的1引脚和2引脚、电源模块DC-DC的1引脚、第十一发光二极管D11的正端、第四十五电容C45的一端、第四十六电容C46的一端、第四十八电阻R48的另一端连接，第二开关S2的另一端输入+24V电压，电源模块DC-DC的3引脚输出22V电压，第十七线性电源芯片U17的14引脚输出+5V电压给第三光纤模块G3的4引脚和5引脚、第四光纤模块G4的4引脚和5引脚、第一继电器J1的3引脚，第十七线性电源芯片U17的6引脚、7引脚、10引脚、第三光纤模块G3的1引脚和9引脚、第四光纤模块G4的1引脚和9引脚、电源模块DC-DC的2引脚和4引脚、第四十三电容C43的另一端、第四十四电解电容C44的负端、第四十五电容C45的另一端、第四十六电容C46的另一端、第四十五电阻R45的另一端、第四十六电阻R46的另一端、第四十七电阻R47的另一端、第五十一电阻R51的另一端、第二三极管Q2的射极均连接到GND端。

9.根据权利要求8所述的一种适用于多环境的信号采集设备，其特征在于：所述的接收装置包括第十六信号转换模块U16、第一光纤模块G1、第二光纤模块G2、第四十一电容C41、第四十二电容C42、第四十电阻R40、第四十一电阻R41、第四十二电阻R42、第四十三电阻R43、第四十四电阻R44、第八发光二极管D8、第九发光二极管D9、第一三极管Q1、第一开关S1；其中第一光纤模块G1的光信号传输端与控制装置中第三光纤模块G3的光信号传输端连接，第二光纤模块G2的光信号传输端与控制装置中第四光纤模块G4的光信号传输端连接，第一光纤模块G1的2引脚与第四十一电阻R41的一端连接，第一光纤模块G1的4引脚和5引脚与第二光纤模块G2的4引脚和5引脚、第四十一电阻R41的另一端、第四十一电容C41的一端、第四十二电容C42的一端、第八发光二极管D8的正端、第九发光二极管D9的正端、第一开关S1的一端、第十六信号转换模块U16的1引脚连接，第八发光二极管D8的负端与第四十电阻R40的一端连接，第九发光二极管D9的负端与第四十二电阻R42的一端连接，第一三极管Q1的集电极与第四十二电阻R42的另一端连接，第一三极管Q1的基极与第四十三电阻R43的一端、第四十四电阻R44的一端连接，第一光纤模块G1的8引脚与第四十四电阻R44的另一端连接，第二光纤模块G2的2引脚与第十六信号转换模块U16的3引脚连接，第二光纤模块G2的8引脚与第十六信号转换模块U16的2引脚连接，第一开关S1的另一端输入+5V电压，第一光纤模块G1的1引脚和9引脚、第二光纤模块G2的1引脚和9引脚、第十六信号转换模块U16的4引脚、第一三极管Q1的射极、第四十电阻R40的另一端、第四十三电阻R43的另一端、第四十一电容C41的另一端、第四十二电容C42的另一端均连接到GND端。

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