CN201707195U - 可扩展采集参数的数据采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的可扩展采集参数的数据采集装置，包括传感器和数据采集器，传感器至少包括温度传感器、气压传感变送器、皮托管压差传感器和湿度传感器，扩展参数采集信号包括空速、高度、GPS和LWC的输入信号。数据采集器包括A/D转换器、单片机和LCD显示器，单片机接有实时时钟、Flash存储器、电平转换器和RS232通信接口。单片机设置了主程序模块、存储模块、显示模块和数据传输模块。其优点在于：简化了采集数据的订正，可集中实时显示数据，并经RS232传送到中心计算机进行二次应用。同时，便于对更多的模拟量输入进行功能扩展，成为携带方便的可扩展采集参数的数据采集装置。

Description

可扩展采集参数的数据采集装置

技术领域

本实用新型涉及控制系统，特别涉及一种可扩展采集参数的数据采集装置。

背景技术

在风洞的数据测量中，常常涉及多参数数据采集过程。温度传感器安装在燃烧段和扩散段出口，实时测量气流的温度，然后用于提供环境参数和进行风速的订正。气压传感变送器安装在扩散段出口，实时测量环境气压，然后用于提供环境参数和风速的订正。湿度传感器安装在扩散段出口位置，实时测量气流的湿度，用于监视湿度不大于40％的试验条件以及风速的订正。并利用Goff-Gratch计算湿度，进行简化处理。动静压差传感器分别安装在燃烧段和扩散段出口，实时测量气流的动静压差，并经气压、温度、湿度和马赫数订正后得到风洞实际气流速度。这些参数的实时采集处理过程通常是单独进行的，因而其数据采集系统是比较繁琐的，往往是不易成为便于携带的设备。

目前，数据采集系统是直路式等速负压多级稀释气溶胶动态检测风洞的重要测量设备，在风洞模拟飞机飞行条件下的催化剂焰条燃烧检测试验中，皮托管测量的动静压差模拟信号根据相关国标和行业标准，必须进行温度、湿度和马赫数等相应的订正处理后才能转换为风洞运行时的实际风速。传统的数据采集系统不具有工业级大容量FLASH存储器，也由于数据的订正是单独进行的而无法集中实时显示数据，无法根据需要增加更多的模拟量输入而进行功能扩展，同时，也不能够将采集数据集中传送到中心计算机进行二次应用。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有的技术存在的缺陷，提供一种可大大简化数据校正的处理过程并集中实时显示数据，便于对更多的模拟量输入进行功能扩展，携带方便的可扩展采集参数的数据采集装置。

为达到上述目的，本实用新型提供的可扩展采集参数的数据采集装置，包括若干传感器和一数据采集器，其中所述数据采集器的输入信号包括传感器采集信号和扩展参数采集信号，所述传感器至少包括温度传感器、气压传感变送器、皮托管压差传感器和湿度传感器，所述扩展参数采集信号包括空速、高度、GPS和LWC的输入信号，所述数据采集器包括依次相连的A/D转换器、单片机和LCD显示器，所述单片机接有实时时钟、Flash存储器和通过电平转换器连接的RS232通信接口，所述单片机设有：

主程序模块，用于按时序接收与发送数据，在对采集的输入信号进行校正处理后将校正后数据进行存储、显示和传输；

存储模块，用于将采集数据存储至所述Flash存储器；

显示模块，用于调试和将采集/传输的数据在所述LCD显示器的实时监测；

数据传输模块，用于通过所述RS232通信接口与中心计算机进行通信；

所述传感器采集信号和扩展参数采集信号经所述A/D转换器输入至所述单片机，所述单片机将校正后数据输出至所述LCD显示器和RS232通信接口。

本实用新型可扩展采集参数的数据采集装置，其中所述温度传感器为若干个，采用铂电阻传感器。

本实用新型可扩展采集参数的数据采集装置，其中所述气压传感变送器为若干个，采用型号为SETRA-264微差压传感变送器或型号为MS-111的Dwyer微差压变送器。

本实用新型可扩展采集参数的数据采集装置，其中所述压差传感器为若干个，采用皮托管。

本实用新型可扩展采集参数的数据采集装置，其中所述湿度传感器采用湿敏电阻。

本实用新型可扩展采集参数的数据采集装置的优点在于：由于采用高性能单片机和工业级大容量FLASH存储器，单片机设置了主程序模块、存储模块、显示模块和数据传输模块，该设备不仅简化了采集数据的订正，可集中实时显示数据，并可将这些数据转换成数字信号，经RS232传送到中心计算机进行二次应用。同时，便于对更多的模拟量输入进行功能扩展，成为携带方便的可扩展采集参数的数据采集装置。

下面结合实施例参照附图进行详细说明，以求对本实用新型的目的、特征和优点得到更深入的理解。

附图说明

图1为本实用新型可扩展采集参数的数据采集装置的方框图；

图2为本实用新型可扩展采集参数的数据采集装置中单片机的模块结构图；

图3为实施例风洞的综合数据采集系统的示意图。

具体实施方式

参见图1，本实用新型可扩展采集参数的数据采集装置，包括传感器和数据采集器，其中数据采集器200的输入信号包括传感器采集信号100和扩展参数采集信号300，传感器至少包括温度传感器1、气压传感变送器2、压差传感器3和湿度传感器4，扩展参数采集信号300包括空速5、高度6、GPS7和LWC8的输入信号。数据采集器200包括依次相连的A/D转换器9、单片机10和LCD显示器13，单片机10接有实时时钟11、Flash存储器12和通过电平转换器14连接的RS232通信接口15。

其中，参见图2，单片机包括下述模块：

主程序模块，用于按时序接收与发送数据，在对采集的输入信号进行校正处理后将校正后数据进行存储、显示和传输。

存储模块，用于完成采集数据的存储。

显示模块，用于调试和对采集/传输的数据进行实时监测。

数据传输模块，用于通过RS232输出接口与中心计算机进行通信。

传感器采集信号100和扩展参数采集信号300经A/D转换器9输入至单片机10，单片机10将校正后数据输出至LCD显示器13和RS232通信接口15。

下面以一个风洞的综合数据采集系统为实施例，详细说明本实用新型可扩展采集参数的数据采集装置的构成和工作过程。

1.传感器

温度传感器采用铂电阻传感器作为风洞的温度传感器，分别安装在风洞的燃烧段和扩散段出口，实时测量气流的温度，用于提供环境参数和风速的订正。

气压传感变送器采用型号为SETRA-264微差压传感变送器或型号为MS-111的Dwyer微差压变送器，安装在风洞的扩散段出口，实时环境气压，用于提供环境参数和风速的订正。

湿度传感器采用高精度湿敏电阻作为风洞的湿度传感器，安装在扩散段出口位置，测量气流的湿度，用于监视湿度不大于40％的试验条件以及风速的订正。利用Goff-Gratch计算湿度，并进行了简化处理。

压差传感器采用皮托管测量动静差，分别安装在风洞的燃烧段和扩散段出口，实时测量气流的动静压差，将其转换为模拟信号，经气压、温度、湿度和马赫数订正后得到风洞实际气流速度。

参见图3，对传感器的具体说明如下：

1.24VDC供电：

2.燃烧段

V1＝燃烧段速度(计算：m/SEC)(显示)

P1＝燃烧段压力(测量：0.05-5.05V＝＞0-10000Pa)

T1＝燃烧段温度(测量：4-20mA＝＞0-100℃)(显示)

3.扩散段

Q2＝扩散段流量(计算：m^3/SEC)(显示)

V2＝扩散段速度(计算：m/SEC)(显示)

P2＝扩散段压力(测量：4-20mA＝＞0-500Pa)

T2＝扩散段温度(测量：4-20mA＝＞0-100℃)(显示)

RH＝扩散段湿度(测量：4-20mA＝＞0-100％)(显示)

2.A/D转换器

串行的A/D转换器为12位A/D转换器，具有11个模拟输入通道，采样率为66kbps，线性误差+1LSB(max)，在工作温度范围内转换时间为10μs，并具有可编程的输出数据长度。

3.Flash存储器

采用闪芯片避免了EPROM擦写寿命有限的缺陷，从而延长了存储器的使用寿命。

4.实时时钟

高精度实时时钟/日历将实时时钟所需的电池、晶振、电源管理等电路全部集成在了芯片内部。在系统掉电的情况下也可保证时钟的运行。该芯片无需任何的外围元件，就可构成一个高精度的实时时钟日历，该器件的主要性能指标是：年、月、日、星期、时、分、秒的输入/输出；日历到2099年；内置高精度晶振，一个月内走时误差不超过13秒(25℃)，走时时间超过10年以上。

5.LCD显示器

采用中文液晶显示，以用户友好的全中文图形人机界面实时显示数据，并完成相应的设置。

6.电平转换器

采用+5V电源供电，仅需外接几个电容即可完成从TTL电平到RS-232电平的转换。

7.RS232通信接口

通信单元采用RS232输出接口，易于数据向中心计算机的传输。

单片机是系统的核心，完成数据的采集、处理、存储、显示和传输。通过串行时钟，按时序发送与接收数据，根据相应公式对传感器的数据进行计算，并将数据进行存储、显示和传输。

单片机对数据进行的计算如下：

1.燃烧段速度计算：(需要进行马赫曲线校正)

step1：计算：V＝1.278*P1^0.5

step2：校正：V1＝V*马赫

马赫校正：＝-4E-06V^2-5E-05V+1.0005

2.扩散段速度计算：(需要进行温湿度校正KP：t＝T2)

step1：计算：V＝1.278*P2^0.5

step2：校正：V2＝V*KP^0.5

KP＝1013.25(273.15+t)/(288.15(1013.15-0.378*RH*Ew))

Ew＝2E-08t^5+3E-06t^4+0.0003t^3+0.0141t^2+0.4439t+6.1321

3.扩散段流量计算：(需要输入直径d)

Q2＝V2*S

S＝0.785*d^2

在使用时，通过显示的菜单可完成以下选项：

1.时间日期的设定

2.显示实时采集到的数据，包括数据的单位、数据的存储周期、存储的倒计时显示

3.采集数据的记录和记录数据的时间间隔(1-999s)

4.数据的下载传输(传输波特率为9600)

本风洞的综合数据采集系统将皮托管测量的动静压差模拟信号进行了温度、湿度和马赫数等相应的订正处理后，提供了风洞运行时的风速、温度和相对湿度等关键数据的采集、存储和实时显示，并将这些数据转换成数字信号，经RS232传送到中心计算机进行二次应用。

在本实用新型可扩展采集参数的数据采集装置其他的实施例中。采用高性能单片机和工业级大容量FLASH存储器的方案，扩展方便，使其能够根据需要增加更多的模拟量输入，如GPS、LWC、高度、空速等，即可成为一个飞机综合气象数据采集器，用于飞机作业或其他应用。

上面所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的构思和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计方案前提下，本领域中普通工程技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入本实用新型的保护范围，本实用新型请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (5)

1.一种可扩展采集参数的数据采集装置，包括若干传感器和一数据采集器(200)，其特征在于：其中所述数据采集器(200)的输入信号包括传感器采集信号(100)和扩展参数采集信号(300)，所述传感器至少包括温度传感器(1)、气压传感变送器(2)、皮托管压差传感器(3)和湿度传感器(4)，所述扩展参数采集信号(300)包括空速(5)、高度(6)、GPS(7)和LWC(8)的输入信号，所述数据采集器(200)包括依次相连的A/D转换器(9)、单片机(10)和LCD显示器(13)，所述单片机(10)接有实时时钟(11)、Flash存储器(12)和通过电平转换器(14)连接的RS232通信接口(15)，所述单片机(10)设有：

主程序模块，用于按时序接收与发送数据，在对采集的输入信号进行校正处理后将校正后数据进行存储、显示和传输；

存储模块，用于将采集数据存储至所述Flash存储器(12)；

显示模块，用于调试和将采集/传输的数据在所述LCD显示器(13)的实时监测；

数据传输模块，用于通过所述RS232通信接口(15)与中心计算机进行通信；

所述传感器采集信号(100)和扩展参数采集信号(300)经所述A/D转换器(9)输入至所述单片机(10)，所述单片机(10)将校正后数据输出至所述LCD显示器(13)和RS232通信接口(15)。

2.根据权利要求1所述的可扩展采集参数的数据采集装置，其特征在于：其中所述温度传感器(1)为若干个，采用铂电阻传感器。

3.根据权利要求2所述的可扩展采集参数的数据采集装置，其特征在于：其中所述气压传感变送器(2)为若干个，采用型号为SETRA-264微差压传感变送器或型号为MS-111的Dwyer微差压变送器。

4.根据权利要求3所述的可扩展采集参数的数据采集装置，其特征在于：其中所述压差传感器(3)为若干个，采用皮托管。

5.根据权利要求4所述的可扩展采集参数的数据采集装置，其特征在于：其中所述湿度传感器(4)采用湿敏电阻。

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