CN201285600Y - 一种多参数监测数字记录仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种多参数监测数字记录仪，包括数据存储模块和多个测量模块，数据存储模块用于存储控制与信号处理器模块的数据，多个测量模块分别与不同的端口连接，用于实现不同参数的测量，使记录仪能够直接精确地测量记录到环境温湿度、目标温度及电流传感器输出值。由于本实用新型能够直接测量记录环境温湿度、目标温度及两路电流值，并可对多达N(可扩展)个电压量进行监测记录，既可以应用于普通参量的监测记录，也可以涵盖输入量众多的复杂记录应用场合；并且本实用新型还具有存储容量大、安全性强、体积小，功耗低，便于携带，应用现场展开方便的显著特点。

Description

一种多参数监测数字记录仪

技术领域

本实用新型涉及监测数字记录仪，具体涉及一种能将多个常规模拟电信号，分别采集处理并将采集处理后的数据记录在系统内的一种多参数监测数字记录仪。

背景技术

现今市场上有多种形式的记录仪器仪表，它们大多具有比较专一的应用目的，如温度记录仪、湿度记录仪等，且普遍具有测量记录通道少，信号输入端保护能力差，数据存储容量小，不可以实现被测量参数的用户自我标定等缺点。而现实生产生活中，除要求记录仪具有常用的温度、湿度量的测量记录外，更多地需要对多种不同的传感器、变送器输出能进行方便快捷的定标、测量和记录应用，所以现有技术的产品需加以改进。

实用新型内容

本实用新型的目的是，针对上述现有技术存在的缺陷提出了一种可实现不同参数测量的监测数字记录仪。

本实用新型的技术方案如下：

一种多参数监测数字记录仪，包括控制与信号处理器模块，用于产生对其它模块的控制信号及对输入模拟信号的模数转换；信号输入切换与调理模块与所述接收控制与信号处理器模块双向连接，用于接收通道切换信号，定时顺序打开需要切入的信号通道开关，将指定通道的模拟信号调理后输入到所述控制与信号处理器模块；RS485隔离通讯接口模块与所述控制与信号处理器模块双向连接，用于为所述记录仪提供数据下载和参数设定的通讯通道；其特征在于：还包括数据存储模块和至少一个测量模块，所述数据存储模块用于存储来自于所述控制与信号处理器模块的数据，所述测量模块与所述接收控制与信号处理器模块连接，用于实现不同参数的测量。

所述记录仪，其中，所述数据存储模块包括铁电存储器和闪速存储器，所述铁电存储器，用于作为记录数据的缓存区，存储系统部分设置参数和临时存放当前记录的数据；所述闪速存储器，用于存储由所述铁电存储器转存写入的记录数据。

所述记录仪，其中，所述测量模块包括标样温度测量模块，环境温湿度测量模块和电流测量模块，所述标样温度测量模块与所述接收控制与信号处理器模块双向连接，用于测量指定目标物的温度值；所述温湿度测量模块与所述接收控制与信号处理器模块端口双向连接，用于测量环境的温湿度值；所述电流测量模块与所述接收控制与信号处理器模块单向连接，用于测量两路电流值。

所述记录仪，其中，所述接收控制与信号处理器模块至少包括三个端口，用于分别连接所述测量模块，所述测量模块外置于所述记录仪。

所述记录仪，其中，所述标样温度测量模块包括第一接口电路和若干并联于所述第一接口电路发出的数据总线上的数字温度传感器，所述第一接口电路的一端与所述接收控制与信号处理器模块连接，所述第一接口电路的另一端和所述数字温度传感器通过插头分别接入温度传感器接入盒，用于测量记录到的环境温湿度输出值。

所述记录仪，其中，所述环境温湿度测量模块包括第二接口电路和一个数字温湿度传感器，所述第二接口电路和数字温湿度传感器封装成一体与所述接收控制与信号处理器模块连接，用于测量记录到的目标温度输出值。

所述记录仪，其中，所述电流测量模块包括第三接口电路和两个霍尔电流传感器，所述第三接口电路的一端与所述接收控制与信号处理器模块连接，所述第三接口电路的另一端和所述电流传感器相连，用于测量记录到的电流传感器输出值。

所述记录仪，其中，还包括一个电源模块，与所述其它模块相连，用于为各模块提供所需不同规格的运行电源。

所述记录仪，其中，所述电源模块可采用交流或直流电源模块，也可采用内置电池式电源模块。

所述记录仪，其中，所述信号输入切换与调理模块包括有至少一个切换开关和至少一个移位寄存器，所述切换开关采用微型固态继电器，所述固态继电器的导通控制信号由所述控制与信号处理器模块发出，经由所述移位寄存器直接驱动。

本实用新型所提供的一种多参数监测数字记录仪，包括数据存储模块和多个测量模块，数据存储模块用于存储控制与信号处理器模块的数据，多个测量模块分别连接至接收控制与信号处理器模块，用于实现不同参数的测量，使记录仪能够直接精确地测量记录到环境温湿度、目标温度及电流传感器输出值，由于本实用新型不仅能够直接测量记录环境温湿度、目标温度及两路电流值，还可对多达N(可扩展)个电压量进行标定和监测记录，既可以应用于普通参量的监测记录，也可以涵盖输入量众多的复杂记录应用场合；并且本实用新型还具有存储容量大、安全性强、体积小，功耗低，便于携带，应用现场展开方便的显著特点。

附图说明

图1为本实用新型多参数监测数字记录仪的组成示意图；

图2为本实用新型信号输入切换与调理模块的组成示意图；

图3为本实用新型数据存储模块的组成示意图；

图4为本实用新型标样温度测量模块示意图；

图5为本实用新型环境温湿度测量模块示意图；

图6为本实用新型电流测量模块示意图。

具体实施方式

本实用新型提供了一种多参数监测数字记录仪，为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本实用新型进一步详细说明。

为了解决监测数字记录仪所存在的测量记录通道少、信号输入端保护能力差及数据存储容量小的问题，本实用新型采用了如下的技术措施来解决上述的问题，提供一种能将多个具有较高相对电压压差，且各自在一定幅度范围变化的电压信号，通过一定的信号隔离切换、调理电路，经A/D电路转换为数字量予以可靠地记录、显示或通过通讯接口电路上传到上位计算机；选择了一种具有较高转换精度和较小非线性误差的A/D器件或自身具有满足测试精度要求A/D功能的微处理器，形成控制与信号处理模块，设计一种具有一定电压隔离度的信号切换和调理电路，它能接收微处理器发出的通道切换信号，定时顺序打开需要切入的信号通道开关，使指定通道的信号经调理电路，直接进入系统的A/D电路进行模数转换后得到该信号的数字量，所述的微处理器将该数据暂存在铁电存储器FRAM中，待存储一定数量后再整批写入FLASH存储器中；为使记录的数据有时间标记和提高系统的抗干扰能力，设计有日历功能的实时时钟电路和硬件复位电路。

根据上述所描述，本实用新型采用了如图1所示的装置，包括控制与信号处理器模块(1)、通用电源模块(2)、数据存储模块(3)、信号输入切换与调理模块(4)、参数输入/选择与显示模块(5)、实时时钟与电源监测复位控制模块(6)、RS485隔离通讯接口模块(7)、标样温度测量模块(8)、环境温湿度测量模块(9)和电流测量模块(10)，其中，控制与信号处理器模块(1)是一个中心模块分别与上述的所有模块相连，用于产生对其它模块的控制信号及对输入模拟信号的模数转换；记录仪的控制与信号处理器模块(1)，主要有微处理器和部分数字与模拟接口电路组成。本实施例选用TI公司的16位低功耗MSP430F149微处理器做CPU，主要原因在于它不仅具有适当的I/O口线资源，2K字节RAM和60K字节可编程片内FLASH，还集成有一个12位A/D及一个电压参考源，使记录仪的设计更为简洁，测量也更稳定、准确。同时，该芯片支持现场程序更新，将来能方便地实现记录仪系统软件升级。信号输入切换与调理模块与所述接收控制与信号处理器模块双向连接，它用于负责将多通道输入信号依次切换输入到调理电路，接收通道切换信号，定时顺序打开需要切入的信号通道开关，将指定通道的模拟信号调理后输入到所述控制与信号处理器模块进行A/D转换和数据处理；RS485隔离通讯接口模块与所述控制与信号处理器模块双向连接，用于为所述记录仪提供数据下载和参数设定的通讯通道，所述模块使系统可以安全地通过外界通讯网络，与上位计算机通讯，实现已记录数据的下载、记录仪参数设定及测量量的实时监测；数据存储模块与控制与信号处理器模块相连，用于存储来自于所述控制与信号处理器模块的数据，三个测量模块，其中包括标样温度测量模块，环境温湿度测量模块和电流测量模块分别与所述接收控制与信号处理器模块连接，用于实现不同参数的测量；通用电源模块与所述其它模块相连，用于为各模块提供所需不同规格的隔离与非隔离电源运行电源，其中所述电源模块可采用交流或直流电源模块，也可采用内置电池式电源模块实现内部的供电。所述参数输入/选择与显示模块包括一个LCD显示屏和四个输入按键，构成记录仪的基本人机界面；数据存储模块用于存储记录系统采集的数据；实时时钟与电源监控复位控制模块为系统提供准确的带日历的时钟标记并在电源不稳时产生复位信号

附图2为本实用新型信号输入切换与调理模块的组成示意图，图中，被测量(记录)的信号分别经由限流保护电阻R接入微型固态继电器SSR(41)，所述的固态继电器具有从60VDC到600VDC的不同隔离电压规格供选择，其驱动电流只需要3-4毫安，使用输出带锁存的移位寄存器SRL(42)作为SSR(41)的驱动器件；本例中的SRL(42)选用74HC595，其优越性在于即使再多增加测量通道，也不会额外耗费微处理器的I/O口线资源，原则上可将输入测量端口数量N扩展到成百上千也没有问题。微处理器发出测量端口控制信号，经由SRL(42)对相应端口通道上的SSR(41)和信号倒向与调理电路(43)中的SSR(41)进行开关控制，最终将待测量端口上的信号输入到控制与信号处理器模块(1)中进行A/D转换；通过调整其中的信号调理电路参数，可改变输入信号的测量范围和极性；同时，该调理电路中还设置有滤波及过压保护电路。本实施例中设置有50个信号输入端口，可实现对49个级联信号的测量或两组各24个级联信号的测量。

图3为本实用新型数据存储模块的组成示意图，数据存储模块(3)由铁电存储器FRAM(31)和FLASH闪速存储器(32)组成，其中铁电存储器FRAM，用于作为记录数据的缓存区，存储系统部分设置参数和临时存放当前记录的数据；所述FLASH闪速存储器，用于存储由所述铁电存储器转存写入的记录数据。记录仪将采集的信号转换为数字量后，微处理器会进一步将其存入数据存储模块(3)中，由于FLASH闪速存储器具有只能进行页操作和存取次数(读写寿命)有限的限制，只使用FLASH闪速存储器设计的记录仪必然存在使用寿命短的缺点；新型铁电存储器FRAM(31)，既具有RAM的无限次写入和读取能力，同时具有FLASH的掉电保持能力，因而本记录仪选用一片FRAM存储器作为记录数据的缓存区，只在其记录满一个页面容量时才将数据再次读出并写入FLASH存储器中；为使记录容量增加，可选择多片FLASH同时使用。本实施例中可选用1至3片16Mbit容量的串行总线驱动的AT45DB161FLASH芯片做主数据存储器。

为使记录仪能够直接地精确测量记录到环境温湿度、目标温度及电流传感器输出值，本实用新型设计了专门针对这三种传感器的接口电路，只要将这三种特定传感器接入就能立即得出测量结果，其中包括标样温度测量模块，环境温湿度测量模块和电流测量模块分别与接收控制与信号处理器模块连接，用于实现不同参数的测量。详见图4所示，所述标样温度测量模块8通过第一接口电路与接收控制与信号处理器模块连接，其中第一接口电路(81)和若干数字温度传感器T(82)通过插头分别接入温度传感器接入盒TJ(83)；数字温度传感器采用Da11as公司生产的DS18B20一线式数字温度传感器进行封装，第一接口电路(81)内设有防静电电路并为温度传感器提供电源和数据总线，若干温度传感器接入盒由此接入记录仪的控制与信号处理器模块(1)；理论上数字温度传感器T(82)的接入个数没有限制，而本实施例系统软件设定，只允许同时接入6只，并由记录仪软件对其识别编号。如图5所示，所述环境温湿度测量模块9通过第二接口电路与接收控制与信号处理器模块连接，其中，第二接口电路(91)和一个数字温湿度传感器RH(92)相连，该数字温湿度传感器采用瑞士SENSIRION公司生产的SHT系列的数字温湿度传感器进行封装，第二接口电路(91)内设有防静电电路并为温湿度传感器提供电源和数据总线。如图6所示，电流测量模块10通过第三接口电路与接收控制与信号处理器模块连接，其中第三接口电路和两个电流传感器(或其它类型的传感器)SEN(102)相连，第三接口电路(101)内设有防静电及过压保护电路并为两电流传感器提供+/一12VDC电源，将两传感器模拟输出信号调理后输入到控制与信号处理器模块(1)的两个不同的A/D通道。

根据附图1所示，记录仪记录的数据，经由RS485隔离通讯接口模块7导出到上位计算机做进一步的数据分析，用户可通过记录仪系统配置的RS485-USB转换线和记录仪系统软件完成，同时也可以通过上位计算机对记录仪的参数进行设置；因该通讯模块采用了隔离的电源供电，使记录仪的使用更加安全。为使用户能够在没有计算机的情况下也能独立设置记录仪参数、查看记录仪内的记录数据，本实施例设置了参数输入/选择与显示模块(5)。其中包含有一个128*32点阵(或2*16字符)型的LCD显示屏和一个有4按键的键盘。通过记录仪显示菜单，可以实现大多数的参数设定功能、通道标定、事件查询和记录数据查询功能。记录仪中存储的数据，必须带有明确的时间标记，实时时钟与电源监测复位控制模块6中包括一个实时时钟发生电路和一个硬件看门狗电路，记录仪每完成一次数据采集后，都要从实时时钟电路中获取当前的日期和时间值，然后将其标记在采集的数据中再写入数据存储器内。硬件看门狗电路能在程序跑飞或受干扰电源不稳时使系统作强行复位处理，防止误操作事件发生，能提高记录仪在恶劣条件下的抗干扰能力。本实施例中实时时钟芯片采用DS1302，而硬件看门狗电路则选用SP706R。

综上所述，依据本发明思路，由于本实用新型采用直接测量记录环境温湿度、目标温度及两路电流值，可对多达N(可扩展)个电压量进行标定和监测记录，并且使用了铁电存储器和闪速存储器所组成的数据存储模块达到了存储容量大的特点。典型实施例：取N＝50时设计生产的D24P和S49P型多参数监测记录仪。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (10)

1、一种多参数监测数字记录仪，包括控制与信号处理器模块，用于产生对其它模块的控制信号及对输入模拟信号的模数转换；信号输入切换与调理模块与所述控制与信号处理器模块双向连接，用于接收通道切换信号，定时顺序打开需要切入的信号通道开关，将指定通道的模拟信号调理后输入到所述控制与信号处理器模块；RS485隔离通讯接口模块与所述控制与信号处理器模块双向连接，用于为所述记录仪提供数据下载和参数设定的通讯通道；其特征在于：还包括数据存储模块和至少一个测量模块，所述数据存储模块用于存储来自于所述控制与信号处理器模块的数据，所述测量模块与所述接收控制与信号处理器模块的连接，用于实现对不同输入参数的测量。

2、根据权利要求1所述的多参数监测数字记录仪，其特征在于：所述数据存储模块包括铁电存储器和闪速存储器，所述铁电存储器，用于作为记录数据的缓存区，存储系统部分设置参数和临时存放当前记录的数据；所述闪速存储器，用于存储由所述铁电存储器转存写入的记录数据。

3、根据权利要求1所述的多参数监测数字记录仪，其特征在于：所述测量模块包括标样温度测量模块，环境温湿度测量模块和电流测量模块，所述标样温度测量模块与所述接收控制与信号处理器模块双向连接，用于测量指定目标物的温度值；所述温湿度测量模块与所述接收控制与信号处理器模块端口双向连接，用于测量环境的温湿度值；所述电流测量模块与所述接收控制与信号处理器模块单向连接，用于测量两路电流值。

4、根据权利要求1或3所述的多参数监测数字记录仪，其特征在于：所述接收控制与信号处理器模块至少包括三个端口，用于分别连接所述测量模块，所述测量模块外置于所述记录仪主体。

5、根据权利要求3所述的多参数监测数字记录仪，其特征在于：所述标样温度测量模块包括第一接口电路和若干并联于所述第一接口电路发出的数据总线上的数字温度传感器，所述第一接口电路的一端与所述接收控制与信号处理器模块连接，所述第一接口电路的另一端和所述数字温度传感器通过插头分别接入温度传感器接入盒，用于测量标样物的温度。

6、根据权利要求3所述的多参数监测数字记录仪，其特征在于：所述环境温湿度测量模块包括第二接口电路和一个数字温湿度传感器，所述第二接口电路和数字温湿度传感器封装成一体与所述接收控制与信号处理器模块连接，用于测量所在环境的温湿度值。

7、根据权利要求3所述的多参数监测数字记录仪，其特征在于：所述电流测量模块包括第三接口电路和两个电流传感器，所述第三接口电路的一端与所述接收控制与信号处理器模块连接，所述第三接口电路的另一端和所述电流传感器相连，用于测量记录到的电流传感器输出值。

8、根据权利要求1所述的多参数监测数字记录仪，其特征在于：还包括一个电源模块，用于为各模块提供所需不同规格的运行电源。

9、根据权利要求8所述的多参数监测数字记录仪，其特征在于：所述电源模块可采用交流或直流电源模块，也可采用内置电池式电源模块。

10、根据权利要求1所述的多参数监测数字记录仪，其特征在于：所述信号输入切换与调理模块包括有至少两个切换开关和至少一个移位寄存器，所述切换开关采用微型固态继电器，所述固态继电器的导通控制信号由所述控制与信号处理器模块发出，经由所述移位寄存器直接驱动。

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