CN112558522A - 一种多通道摩擦纳米发电机的电信号采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多通道摩擦纳米发电机的电信号采集系统，主控模块、存储模块、串口模块和下载接口模块的数量均设置为2，任意一个所述的存储模块、串口模块和下载接口模块均与一个主控模块电性连接，2个主控模块电性连接；一个主控模块产生一定周期的信号，并传输到另一个主控模块，通过检测下降沿来定期写入存储模块，串口模块用于调试，与外界终端进行无线通讯连接；所述下载接口模块用于接收下载的信息，数模地隔离模块使地线分开布置，减小模拟地和地电流的干扰；电源模块为主控模块、存储模块、串口模块和下载接口模块提供电能；做到信号的连续、实时采集与储存，两个主控模块补充了传感器阵列实时采集信号通道数，进行双通道采集。

Description

一种多通道摩擦纳米发电机的电信号采集系统

技术领域

本发明涉及电子技术领域，更具体地，涉及一种多通道摩擦纳米发电机的电信号采集系统。

背景技术

纳米发电机现在被定义为使用位移电流作为驱动力有效地将机械能转换成电能/电信号的一个领域，随着该领域的发展，人们有意将纳米发电机系统制作成传感器件，致力于开发纳米级可持续自供电技术以解决电子产品和微纳系统自持能力和小型化应用问题。

目前，传感器阵列多是基于电容式电压传感器(CP)制作而成，这种传感器与大多数MCU阻抗匹配良好，但是可与摩擦纳米发电机阻抗匹配的多通道电信号采集模块并没有研制出来，现有的也有很多问题：(1)、目前的数据采集模块与摩擦纳米发电机阻抗不匹配；(2)、无法做到信号的连续、实时采集与储存；(3)、传感器阵列实时采集信号通道不够、与摩擦纳米发电机耦合不成功。

现有的技术中，中国发明专利CN107181423A公开了“一种集成的摩擦电纳米发电机能量采集方法”，公开日为2017年09月19日，提出了一种集成的摩擦电纳米发电机能量采集方法，包括：步骤1，建立摩擦电纳米发电机的等效电路模型；步骤2，改变负载电阻和电容，分析摩擦电纳米发电机搭载电源管理电路时输出功率的变化；步骤3，通过改变负载调节电路功率开关占空比与负载电阻大小，调节电路的输出功率；该发明中，建立等效电路模型，改变负载电阻和电容，通过调节功率开关占空比与负载电阻大小来调节输出功率，其等效电路模型带有线性电阻负载电路来采集输出功率，并没有与摩擦纳米发电机阻抗匹配，无法做到连续收集。

发明内容

本发明为解决目前的数据采集模块与摩擦纳米发电机阻抗不匹配；无法做到信号的连续、实时采集与储存；传感器阵列实时采集信号通道不够的技术缺陷，提供了一种多通道摩擦纳米发电机的电信号采集系统。

为实现以上发明目的，采用的技术方案是：

一种多通道摩擦纳米发电机的电信号采集系统，包括主控模块、存储模块、串口模块、数模地隔离模块、下载接口模块和电源模块；所述主控模块的输出端与所述存储模块输入端、串口模块输入端、数模地隔离模块输入端和下载接口模块输入端均电性连接，所述电源模块为所述主控模块、存储模块、串口模块、数模地隔离模块和下载接口模块提供电能；所述主控模块、存储模块、串口模块和下载接口模块的数量均设置为2，任意一个所述的存储模块、串口模块和下载接口模块均与一个主控模块电性连接，2个主控模块电性连接。

上述方案中，两个主控模块之间电性连接，一个主控模块产生一定周期的信号，并传输到另一个主控模块，通过检测下降沿来定期写入存储模块，串口模块用于调试，与外界终端进行无线通讯连接；所述下载接口模块用于接收下载的信息，数模地隔离模块使地线分开布置，减小模拟地和地电流的干扰；电源模块为主控模块、存储模块、串口模块和下载接口模块提供电能；可以做到信号的连续、实时采集与储存，两个主控模块补充了传感器阵列实时采集信号通道数，进行双通道采集。

任意一个所述主控模块包括5个电阻，分别为电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电阻R5，5个电容，分别为电容C1、电容C2、电容C3、电容C4和电容C5，晶体振荡器X1、发光二极管D1、发光二极管D2、开关S1和芯片STM32F429Z；

所述芯片STM32F429Z的PD9引脚和PD12引脚分别与所述发光二极管D1输出端和发光二极管D2输出端电性连接，所述发光二极管D1输入端与所述电阻R1一端电性连接，所述发光二极管D2输入端与所述电阻R2一端电性连接，所述电阻R1另一端和所述电阻R2另一端均与所述电源模块电性连接；

所述芯片STM32F429Z的VDD引脚均与所述电源模块电性连接；

所述芯片STM32F429Z的VSS引脚均接地，所述芯片STM32F429Z的VDDA引脚和VREF+引脚电性连接，且连接端与所述电容C1一端和电容C2一端均电性连接，所述电容C1另一端和电容C2另一端均接地；

所述芯片STM32F429Z的PDR-ON引脚与所述电阻R3一端电性连接，所述电阻R3另一端与所述电源模块电性连接；

所述芯片STM32F429Z的VCAP1引脚和VCAP2引脚分别与所述电容C3一端和电容C4一端均电性连接，所述电容C3另一端和电容C4另一端均接地；

所述芯片STM32F429Z的OSC-IN引脚和OSC-OUT引脚分别与晶体振荡器X1的两端电性连接；

所述芯片STM32F429Z的BOOT0引脚与所述电阻R4一端电性连接，所述电阻R4另一端接地；

所述芯片STM32F429Z的NRST引脚与所述电阻R5一端、电容C5一端和开关S1一端均电性连接，所述电阻R5另一端与所述电源模块电性连接，所述电容C5另一端和开关S1另一端均接地；

2个所述主控模块通过PB4引脚和PB5引脚电性连接；

所述芯片STM32F429Z与存储模块、串口模块、数模地隔离模块和下载接口模块均电性连接。

任意一个所述存储模块包括6个电阻，分别为电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10和电阻R11和存储器SD；

所述存储器SD的CD端口接地，所述存储器SD的D1端口与所述芯片STM32F429Z的PC9引脚和电阻R6一端均电性连接；

所述存储器SD的D0端口与所述芯片STM32F429Z的PC8引脚和电阻R7一端均电性连接；

所述存储器SD的GND端口接地；

所述存储器SD的CLK端口与所述芯片STM32F429Z的PC12引脚和电阻R8一端均电性连接；

所述存储器VCC的端口与所述电源模块电性连接；

所述存储器SD的CMD端口与所述芯片STM32F429Z的PD2引脚和电阻R9一端均电性连接；

所述存储器SD的D3端口与所述芯片STM32F429Z的PC11引脚和电阻R10一端均电性连接；

所述存储器SD的D2端口与所述芯片STM32F429Z的PC10引脚和电阻R11一端均电性连接；

所述电阻R6另一端、电阻R7另一端、电阻R8另一端、电阻R9另一端、电阻R10另一端和电阻R11另一端均与所述电源模块电性连接。

任意一个所述串口模块包括4端口插板；

所述4端口插板的1端口与所述芯片STM32F429Z的PD5引脚电性连接；

所述4端口插板的2端口与所述芯片STM32F429Z的PD6引脚电性连接；

所述4端口插板的3端口接地；所述4端口插板的4端口与所述电源模块电性连接。

任意一个所述下载接口模块包括2个电阻和接口插板，2个电阻分别为电阻R12和电阻R13；

所述接口插板的1端口与所述电源模块电性连接；

所述接口插板的2端口与所述芯片STM32F429Z的PB11引脚电性连接；

所述接口插板的3端口与所述芯片STM32F429Z的PB10引脚电性连接；

所述接口插板的4端口与所述芯片STM32F429Z的PA13引脚和电阻R12一端均电性连接；

所述接口插板的5端口与所述芯片STM32F429Z的PA14引脚和电阻R13一端均电性连接；

所述电阻R12另一端和电阻R13另一端均与所述电源模块电性连接。

所述数模地隔离模块包括2个电容和2个电感,2个电容包括电容C6和电容C7，2个电感包括电感L1和电感L2；

所述芯片STM32F429Z的VSSA引脚与所述电感L1一端和电容C7一端均电性连接，所述电感L1另一端和电容C6一端均接地，所述电容C6另一端、电容C7另一端和电感L2的两端均与所述电源模块电性连接。

所述电源模块包括2个AMS1117芯片、7905芯片、MC34063芯片、14个电容、4个电阻、电感L3、二极管D3和发光二极管D4，14个电容分别为电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12…电容C21，4个电阻分别为电阻R14、电阻R15、电阻R16和电阻R17；

所述市电正极与所述电容C8一端、电容C9一端和任意一个AMS1117芯片的IN端口均电性连接，AMS1117芯片的OUT端口与电容C10一端和电容C11一端均电性连接，AMS1117芯片的GND端口、电容C8另一端、电容C9另一端、电容C10另一端和电容C11另一端均接地，AMS1117芯片的OUT端口设置为5V电压输出端；

所述市电负极与所述电容C12一端、电容C13一端和7905芯片的VIN端口均电性连接，7905芯片的-5V端口与电容C14一端和电容C15一端均电性连接，7905芯片的GND端口、电容C12另一端、电容C13另一端、电容C14另一端和电容C15另一端均接地，7905芯片的-5V端口设置为-5V电压输出端；

所述MC34063芯片的SC引脚和DC引脚电性连接，所述MC34063芯片的SE引脚与电感L3一端和二极管D3输出端均电性连接，电感L3另一端接地，所述MC34063芯片的TC引脚与所述电容C16一端电性连接，二极管D3输入端、电容C16另一端和所述MC34063芯片的GND引脚均与所述市电负极电性连接，所述MC34063芯片的IS引脚与所述电阻R14一端电性连接，所述MC34063芯片的GND引脚和电阻R14另一端均与5V电压输出端电性连接，所述MC34063芯片的VIN-引脚与所述电阻R15一端和电阻R16一端均电性连接，所述电阻R15另一端接地，所述电阻R16另一端与所述市电负极电性连接，所述市电负极与所述电容C17一端电性连接，所述电容C17另一端接地；

所述5V电压输出端与所述电容C18一端、电容C19一端和另一个AMS1117芯片的IN端口均电性连接，另一个AMS1117芯片的OUT端口与所述电容C20一端、电容C21一端和电阻R17一端均电性连接，所述电阻R17另一端与发光二极管D4输入端电性连接，所述电容C18一端、电容C19一端、电容C21一端、电阻R17一端、发光二极管D4输入端和另一个AMS1117芯片的GND端口均接地，另一个AMS1117芯片的OUT端口设置为3.3V电压输出端；

所述电阻R1另一端和所述电阻R2另一端均与所述3.3V电压输出端电性连接，所述芯片STM32F429Z的VDD引脚均与所述电源模块电性连接，所述电阻R3另一端与所述3.3V电压输出端电性连接，所述电阻R5另一端与所述3.3V电压输出端电性连接，所述存储器VCC的端口与所述3.3V电压输出端电性连接，所述电阻R6另一端、电阻R7另一端、电阻R8另一端、电阻R9另一端、电阻R10另一端和电阻R11另一端均与所述3.3V电压输出端电性连接，所述4端口插板的3端口接地；所述4端口插板的4端口与所述5V电压输出端电性连接，所述接口插板的1端口与所述3.3V电压输出端电性连接，所述电阻R12另一端和电阻R13另一端均与所述3.3V电压输出端电性连接，所述电容C6另一端、电容C7另一端和电感L2的两端均与所述3.3V电压输出端电性连接，。

二极管D3为整流滤波二极管。

所述电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10和电阻R11的阻值均相等。

所述电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10和电阻R11的阻值均为10kΩ。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供一种多通道摩擦纳米发电机的电信号采集系统，两个主控模块之间电性连接，一个主控模块产生一定周期的信号，并传输到另一个主控模块，通过检测下降沿来定期写入存储模块，串口模块用于调试，与外界终端进行无线通讯连接；所述下载接口模块用于接收下载的信息，数模地隔离模块使地线分开布置，减小模拟地和地电流的干扰；电源模块为主控模块、存储模块、串口模块和下载接口模块提供电能；可以做到信号的连续、实时采集与储存，两个主控模块补充了传感器阵列实时采集信号通道数，进行双通道采集。

附图说明

图1为本发明的系统模块示意图；

图2为本发明的主控模块示意图；

图3为本发明的存储模块示意图；

图4为本发明的下载接口模块示意图；

图5为本发明的数模地隔离模块示意图；

图6为本发明的串口模块示意图；

图7为本发明的电源模块示意图；

图8为本发明的2个主控模块连接示意图；

图9为本发明的系统模块示工作示意图；

图10为本发明的2个主控模块信号流向图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

实施例1

如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8和图9所示，一种多通道摩擦纳米发电机的电信号采集系统，包括主控模块、存储模块、串口模块、数模地隔离模块、下载接口模块和电源模块；所述主控模块的输出端与所述存储模块输入端、串口模块输入端、数模地隔离模块输入端和下载接口模块输入端均电性连接，所述电源模块为所述主控模块、存储模块、串口模块、数模地隔离模块和下载接口模块提供电能；所述主控模块、存储模块、串口模块和下载接口模块的数量均设置为2，任意一个所述的存储模块、串口模块和下载接口模块均与一个主控模块电性连接，2个主控模块电性连接。

上述方案中，如图9所示，两个主控模块之间电性连接，一个主控模块产生一定周期的信号，并传输到另一个主控模块，通过检测下降沿来定期写入存储模块，串口模块用于调试，与外界终端进行无线通讯连接；所述下载接口模块用于接收下载的信息，数模地隔离模块使地线分开布置，减小模拟地和地电流的干扰；电源模块为主控模块、存储模块、串口模块和下载接口模块提供电能；可以做到信号的连续、实时采集与储存，两个主控模块补充了传感器阵列实时采集信号通道数，进行双通道采集。

任意一个所述主控模块包括5个电阻，分别为电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电阻R5，5个电容，分别为电容C1、电容C2、电容C3、电容C4和电容C5，晶体振荡器X1、发光二极管D1、发光二极管D2、开关S1和芯片STM32F429Z；

所述芯片STM32F429Z的PD9引脚和PD12引脚分别与所述发光二极管D1输出端和发光二极管D2输出端电性连接，所述发光二极管D1输入端与所述电阻R1一端电性连接，所述发光二极管D2输入端与所述电阻R2一端电性连接，所述电阻R1另一端和所述电阻R2另一端均与所述电源模块电性连接；

所述芯片STM32F429Z的VDD引脚均与所述电源模块电性连接；

所述芯片STM32F429Z的VSS引脚均接地，所述芯片STM32F429Z的VDDA引脚和VREF+引脚电性连接，且连接端与所述电容C1一端和电容C2一端均电性连接，所述电容C1另一端和电容C2另一端均接地；

所述芯片STM32F429Z的PDR-ON引脚与所述电阻R3一端电性连接，所述电阻R3另一端与所述电源模块电性连接；

所述芯片STM32F429Z的VCAP1引脚和VCAP2引脚分别与所述电容C3一端和电容C4一端均电性连接，所述电容C3另一端和电容C4另一端均接地；

所述芯片STM32F429Z的OSC-IN引脚和OSC-OUT引脚分别与晶体振荡器X1的两端电性连接；

所述芯片STM32F429Z的BOOT0引脚与所述电阻R4一端电性连接，所述电阻R4另一端接地；

所述芯片STM32F429Z的NRST引脚与所述电阻R5一端、电容C5一端和开关S1一端均电性连接，所述电阻R5另一端与所述电源模块电性连接，所述电容C5另一端和开关S1另一端均接地；

2个所述主控模块通过PB4引脚和PB5引脚电性连接；

所述芯片STM32F429Z与存储模块、串口模块、数模地隔离模块和下载接口模块均电性连接。

任意一个所述存储模块包括6个电阻，分别为电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10和电阻R11和存储器SD；

所述存储器SD的CD端口接地，所述存储器SD的D1端口与所述芯片STM32F429Z的PC9引脚和电阻R6一端均电性连接；

所述存储器SD的D0端口与所述芯片STM32F429Z的PC8引脚和电阻R7一端均电性连接；

所述存储器SD的GND端口接地；

所述存储器SD的CLK端口与所述芯片STM32F429Z的PC12引脚和电阻R8一端均电性连接；

所述存储器VCC的端口与所述电源模块电性连接；

所述存储器SD的CMD端口与所述芯片STM32F429Z的PD2引脚和电阻R9一端均电性连接；

所述存储器SD的D3端口与所述芯片STM32F429Z的PC11引脚和电阻R10一端均电性连接；

所述存储器SD的D2端口与所述芯片STM32F429Z的PC10引脚和电阻R11一端均电性连接；

所述电阻R6另一端、电阻R7另一端、电阻R8另一端、电阻R9另一端、电阻R10另一端和电阻R11另一端均与所述电源模块电性连接。

任意一个所述串口模块包括4端口插板；

所述4端口插板的1端口与所述芯片STM32F429Z的PD5引脚电性连接；

所述4端口插板的2端口与所述芯片STM32F429Z的PD6引脚电性连接；

所述4端口插板的3端口接地；所述4端口插板的4端口与所述电源模块电性连接。

任意一个所述下载接口模块包括2个电阻和接口插板，2个电阻分别为电阻R12和电阻R13；

所述接口插板的1端口与所述电源模块电性连接；

所述接口插板的2端口与所述芯片STM32F429Z的PB11引脚电性连接；

所述接口插板的3端口与所述芯片STM32F429Z的PB10引脚电性连接；

所述接口插板的4端口与所述芯片STM32F429Z的PA13引脚和电阻R12一端均电性连接；

所述接口插板的5端口与所述芯片STM32F429Z的PA14引脚和电阻R13一端均电性连接；

所述电阻R12另一端和电阻R13另一端均与所述电源模块电性连接。

所述数模地隔离模块包括2个电容和2个电感,2个电容包括电容C6和电容C7，2个电感包括电感L1和电感L2；

所述芯片STM32F429Z的VSSA引脚与所述电感L1一端和电容C7一端均电性连接，所述电感L1另一端和电容C6一端均接地，所述电容C6另一端、电容C7另一端和电感L2的两端均与所述电源模块电性连接。

所述电源模块包括2个AMS1117芯片、7905芯片、MC34063芯片、14个电容、4个电阻、电感L3、二极管D3和发光二极管D4，14个电容分别为电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12…电容C21，4个电阻分别为电阻R14、电阻R15、电阻R16和电阻R17；

所述市电正极与所述电容C8一端、电容C9一端和任意一个AMS1117芯片的IN端口均电性连接，AMS1117芯片的OUT端口与电容C10一端和电容C11一端均电性连接，AMS1117芯片的GND端口、电容C8另一端、电容C9另一端、电容C10另一端和电容C11另一端均接地，AMS1117芯片的OUT端口设置为5V电压输出端；

所述市电负极与所述电容C12一端、电容C13一端和7905芯片的VIN端口均电性连接，7905芯片的-5V端口与电容C14一端和电容C15一端均电性连接，7905芯片的GND端口、电容C12另一端、电容C13另一端、电容C14另一端和电容C15另一端均接地，7905芯片的-5V端口设置为-5V电压输出端；

所述MC34063芯片的SC引脚和DC引脚电性连接，所述MC34063芯片的SE引脚与电感L3一端和二极管D3输出端均电性连接，电感L3另一端接地，所述MC34063芯片的TC引脚与所述电容C16一端电性连接，二极管D3输入端、电容C16另一端和所述MC34063芯片的GND引脚均与所述市电负极电性连接，所述MC34063芯片的IS引脚与所述电阻R14一端电性连接，所述MC34063芯片的GND引脚和电阻R14另一端均与5V电压输出端电性连接，所述MC34063芯片的VIN-引脚与所述电阻R15一端和电阻R16一端均电性连接，所述电阻R15另一端接地，所述电阻R16另一端与所述市电负极电性连接，所述市电负极与所述电容C17一端电性连接，所述电容C17另一端接地；

所述5V电压输出端与所述电容C18一端、电容C19一端和另一个AMS1117芯片的IN端口均电性连接，另一个AMS1117芯片的OUT端口与所述电容C20一端、电容C21一端和电阻R17一端均电性连接，所述电阻R17另一端与发光二极管D4输入端电性连接，所述电容C18一端、电容C19一端、电容C21一端、电阻R17一端、发光二极管D4输入端和另一个AMS1117芯片的GND端口均接地，另一个AMS1117芯片的OUT端口设置为3.3V电压输出端；

所述电阻R1另一端和所述电阻R2另一端均与所述3.3V电压输出端电性连接，所述芯片STM32F429Z的VDD引脚均与所述电源模块电性连接，所述电阻R3另一端与所述3.3V电压输出端电性连接，所述电阻R5另一端与所述3.3V电压输出端电性连接，所述存储器VCC的端口与所述3.3V电压输出端电性连接，所述电阻R6另一端、电阻R7另一端、电阻R8另一端、电阻R9另一端、电阻R10另一端和电阻R11另一端均与所述3.3V电压输出端电性连接，所述4端口插板的3端口接地；所述4端口插板的4端口与所述5V电压输出端电性连接，所述接口插板的1端口与所述3.3V电压输出端电性连接，所述电阻R12另一端和电阻R13另一端均与所述3.3V电压输出端电性连接，所述电容C6另一端、电容C7另一端和电感L2的两端均与所述3.3V电压输出端电性连接。

二极管D3为整流滤波二极管。

所述电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10和电阻R11的阻值均相等。

所述电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10和电阻R11的阻值均为10kΩ。

实施例2

如图9和图10所示，本发明使用运放组成的电压跟随器作为缓冲器来提高测量系统的输入阻抗。此外，为了能测量信号中的负电压部分，使用运放组成的加法电路设计了电压移位器，使得测量信号整体上移为正值以便准确测量。

此外，根据传感器输出电压的峰值特性设计了电阻分压电路，为了保险，在stm32的ADC输入端使用了两个二极管组成钳位二极管来保持电压在单片机可测量的范围之内。

同时，因为测量电压涉及到模拟电路，为了减少电路中数字部分对模拟部分的干扰，需要将模拟器件如运放、STM32中ADC的地和数字器件的地隔开。在数模地的隔离上我们设计了使用电感和电容组成的π型电路。

两个存储模块中的存储器SD1和存储器SD2，其功能是储存采集到的数据。

为了写入同步，两个主控模块的芯片STM32F429Z之间连了两根定时器的线，第一个主控模块的芯片STM32F429Z产生了一定周期的PWM出来接到另一个主控模块的芯片STM32F429Z的一个引脚上，通过检测下降沿来定期写存储器SD1和存储器SD2，存储器SD1和存储器SD2均设置为SD卡。

SD卡的读写部分使用SDIO配合DMA的方式来将ADC采样DMA缓冲区的数据写入SD卡中。

在程序设计部分，使用定时器触发ADC采样的方式以使更方便地调节采样率，同时设置双DMA缓冲区使得实时性更高，从而使得多路信号的并行采集成为可能。

SD卡的读写部分使用SDIO配合DMA的方式来将ADC采样DMA缓冲区的数据写入SD卡中。总体思路是：

以采集44路信号为例，其中一个stm32芯片A采集24路ADC信号，使用SPI总线将数据发给另一个stm32芯片B，芯片B不仅要采集剩下的20路ADC信号，还负责将收到的24路信号和自己采集到的20路信号写入到SD卡中。

与电容式传感器相比，基于摩擦纳米发电机制作的传感器具有自供能的优点，绿色、环保且可根据运用场景的不同而进行灵活设计，是具有广阔应用前景的物联网设备基础器件，设计出与摩擦纳米发电机阻抗匹配的信号采集模块具有重要意义。

本多通道信号采集技术具有可与基于摩擦纳米发电机的传感器阻抗匹配且可采集传感器阵列多路的电压信号的优点，提供了切实可行数据采集手段。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多通道摩擦纳米发电机的电信号采集系统，其特征在于，包括主控模块、存储模块、串口模块、数模地隔离模块、下载接口模块和电源模块；所述主控模块的输出端与所述存储模块输入端、串口模块输入端、数模地隔离模块输入端和下载接口模块输入端均电性连接，所述电源模块为所述主控模块、存储模块、串口模块、数模地隔离模块和下载接口模块提供电能；所述主控模块、存储模块、串口模块和下载接口模块的数量均设置为2，任意一个所述的存储模块、串口模块和下载接口模块均与一个主控模块电性连接，2个主控模块电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种多通道摩擦纳米发电机的电信号采集系统，其特征在于，任意一个所述主控模块包括5个电阻，分别为电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和电阻R5，5个电容，分别为电容C1、电容C2、电容C3、电容C4和电容C5，晶体振荡器X1、发光二极管D1、发光二极管D2、开关S1和芯片STM32F429Z；

所述芯片STM32F429Z的PD9引脚和PD12引脚分别与所述发光二极管D1输出端和发光二极管D2输出端电性连接，所述发光二极管D1输入端与所述电阻R1一端电性连接，所述发光二极管D2输入端与所述电阻R2一端电性连接，所述电阻R1另一端和所述电阻R2另一端均与所述电源模块电性连接；

所述芯片STM32F429Z的VDD引脚均与所述电源模块电性连接；

所述芯片STM32F429Z的VSS引脚均接地，所述芯片STM32F429Z的VDDA引脚和VREF+引脚电性连接，且连接端与所述电容C1一端和电容C2一端均电性连接，所述电容C1另一端和电容C2另一端均接地；

所述芯片STM32F429Z的PDR-ON引脚与所述电阻R3一端电性连接，所述电阻R3另一端与所述电源模块电性连接；

所述芯片STM32F429Z的VCAP1引脚和VCAP2引脚分别与所述电容C3一端和电容C4一端均电性连接，所述电容C3另一端和电容C4另一端均接地；

所述芯片STM32F429Z的OSC-IN引脚和OSC-OUT引脚分别与晶体振荡器X1的两端电性连接；

所述芯片STM32F429Z的BOOT0引脚与所述电阻R4一端电性连接，所述电阻R4另一端接地；

所述芯片STM32F429Z的NRST引脚与所述电阻R5一端、电容C5一端和开关S1一端均电性连接，所述电阻R5另一端与所述电源模块电性连接，所述电容C5另一端和开关S1另一端均接地；

2个所述主控模块通过PB4引脚和PB5引脚电性连接；

所述芯片STM32F429Z与存储模块、串口模块、数模地隔离模块和下载接口模块均电性连接。

3.根据权利要求2所述的一种多通道摩擦纳米发电机的电信号采集系统，其特征在于，任意一个所述存储模块包括6个电阻，分别为电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10和电阻R11和存储器SD；

所述存储器SD的CD端口接地，所述存储器SD的D1端口与所述芯片STM32F429Z的PC9引脚和电阻R6一端均电性连接；

所述存储器SD的D0端口与所述芯片STM32F429Z的PC8引脚和电阻R7一端均电性连接；

所述存储器SD的GND端口接地；

所述存储器SD的CLK端口与所述芯片STM32F429Z的PC12引脚和电阻R8一端均电性连接；

所述存储器VCC的端口与所述电源模块电性连接；

所述存储器SD的CMD端口与所述芯片STM32F429Z的PD2引脚和电阻R9一端均电性连接；

所述存储器SD的D3端口与所述芯片STM32F429Z的PC11引脚和电阻R10一端均电性连接；

所述存储器SD的D2端口与所述芯片STM32F429Z的PC10引脚和电阻R11一端均电性连接；

所述电阻R6另一端、电阻R7另一端、电阻R8另一端、电阻R9另一端、电阻R10另一端和电阻R11另一端均与所述电源模块电性连接。

4.根据权利要求2所述的一种多通道摩擦纳米发电机的电信号采集系统，其特征在于，任意一个所述串口模块包括4端口插板；

所述4端口插板的1端口与所述芯片STM32F429Z的PD5引脚电性连接；

所述4端口插板的2端口与所述芯片STM32F429Z的PD6引脚电性连接；

所述4端口插板的3端口接地；所述4端口插板的4端口与所述电源模块电性连接。

5.根据权利要求2所述的一种多通道摩擦纳米发电机的电信号采集系统，其特征在于，任意一个所述下载接口模块包括2个电阻和接口插板，2个电阻分别为电阻R12和电阻R13；

所述接口插板的1端口与所述电源模块电性连接；

所述接口插板的2端口与所述芯片STM32F429Z的PB11引脚电性连接；

所述接口插板的3端口与所述芯片STM32F429Z的PB10引脚电性连接；

所述接口插板的4端口与所述芯片STM32F429Z的PA13引脚和电阻R12一端均电性连接；

所述接口插板的5端口与所述芯片STM32F429Z的PA14引脚和电阻R13一端均电性连接；

所述电阻R12另一端和电阻R13另一端均与所述电源模块电性连接。

6.根据权利要求2所述的一种多通道摩擦纳米发电机的电信号采集系统，其特征在于，所述数模地隔离模块包括2个电容和2个电感,2个电容包括电容C6和电容C7，2个电感包括电感L1和电感L2；

所述芯片STM32F429Z的VSSA引脚与所述电感L1一端和电容C7一端均电性连接，所述电感L1另一端和电容C6一端均接地，所述电容C6另一端、电容C7另一端和电感L2的两端均与所述电源模块电性连接。

7.根据权利要求3～6任意一项所述的一种多通道摩擦纳米发电机的电信号采集系统，其特征在于，所述电源模块包括2个AMS1117芯片、7905芯片、MC34063芯片、14个电容、4个电阻、电感L3、二极管D3和发光二极管D4，14个电容分别为电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12…电容C21，4个电阻分别为电阻R14、电阻R15、电阻R16和电阻R17；

所述市电正极与所述电容C8一端、电容C9一端和任意一个AMS1117芯片的IN端口均电性连接，AMS1117芯片的OUT端口与电容C10一端和电容C11一端均电性连接，AMS1117芯片的GND端口、电容C8另一端、电容C9另一端、电容C10另一端和电容C11另一端均接地，AMS1117芯片的OUT端口设置为5V电压输出端；

所述市电负极与所述电容C12一端、电容C13一端和7905芯片的VIN端口均电性连接，7905芯片的-5V端口与电容C14一端和电容C15一端均电性连接，7905芯片的GND端口、电容C12另一端、电容C13另一端、电容C14另一端和电容C15另一端均接地，7905芯片的-5V端口设置为-5V电压输出端；

所述MC34063芯片的SC引脚和DC引脚电性连接，所述MC34063芯片的SE引脚与电感L3一端和二极管D3输出端均电性连接，电感L3另一端接地，所述MC34063芯片的TC引脚与所述电容C16一端电性连接，二极管D3输入端、电容C16另一端和所述MC34063芯片的GND引脚均与所述市电负极电性连接，所述MC34063芯片的IS引脚与所述电阻R14一端电性连接，所述MC34063芯片的GND引脚和电阻R14另一端均与5V电压输出端电性连接，所述MC34063芯片的VIN-引脚与所述电阻R15一端和电阻R16一端均电性连接，所述电阻R15另一端接地，所述电阻R16另一端与所述市电负极电性连接，所述市电负极与所述电容C17一端电性连接，所述电容C17另一端接地；

所述5V电压输出端与所述电容C18一端、电容C19一端和另一个AMS1117芯片的IN端口均电性连接，另一个AMS1117芯片的OUT端口与所述电容C20一端、电容C21一端和电阻R17一端均电性连接，所述电阻R17另一端与发光二极管D4输入端电性连接，所述电容C18一端、电容C19一端、电容C21一端、电阻R17一端、发光二极管D4输入端和另一个AMS1117芯片的GND端口均接地，另一个AMS1117芯片的OUT端口设置为3.3V电压输出端；

所述电阻R1另一端和所述电阻R2另一端均与所述3.3V电压输出端电性连接，所述芯片STM32F429Z的VDD引脚均与所述电源模块电性连接，所述电阻R3另一端与所述3.3V电压输出端电性连接，所述电阻R5另一端与所述3.3V电压输出端电性连接，所述存储器VCC的端口与所述3.3V电压输出端电性连接，所述电阻R6另一端、电阻R7另一端、电阻R8另一端、电阻R9另一端、电阻R10另一端和电阻R11另一端均与所述3.3V电压输出端电性连接，所述4端口插板的3端口接地；所述4端口插板的4端口与所述5V电压输出端电性连接，所述接口插板的1端口与所述3.3V电压输出端电性连接，所述电阻R12另一端和电阻R13另一端均与所述3.3V电压输出端电性连接，所述电容C6另一端、电容C7另一端和电感L2的两端均与所述3.3V电压输出端电性连接，。

8.根据权利要求7所述的一种多通道摩擦纳米发电机的电信号采集系统，其特征在于，二极管D3为整流滤波二极管。

9.根据权利要求7所述的一种多通道摩擦纳米发电机的电信号采集系统，其特征在于，所述电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10和电阻R11的阻值均相等。

10.根据权利要求7所述的一种多通道摩擦纳米发电机的电信号采集系统，其特征在于，所述电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10和电阻R11的阻值均为10kΩ。

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