CN201725422U - 超级数据采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种超级数据采集装置，其包括计算机和一个或多个数据采集模块，所述数据采集模块包括USB接口电路、主控制电路以及串口电路，所述USB接口电路与所述计算机的主板USB接口芯片连接，所述主控制电路通过并行总线分别与所述USB接口电路和串口电路连接，所述串口电路通过串口总线连接一个或多个用于连接传感器的串行接口。本实用新型的集成度高，具有传统的数据采集器所不具有的数据存储、处理、分析和显示等功能，其系统开发程序具有良好的可移植性，并可同时采集多路信号，由于可与30多种传感器配套使用，特别适合用于辅助实验教学。

Description

超级数据采集装置

技术领域

本实用新型涉及一种数据采集装置，特别涉及一种集成于计算机内与所述计算机的主板的相应模块进行通信，并可同时采集多路传感器信号的数据采集装置。

背景技术

数字化实验室系统是利用多媒体信息技术辅助实验教学的一整套新型数字化教学软硬件系统，该系统的核心是数据采集器，其与各种传感器配合使用在专业软件的控制下实现实验数据的采集。现有技术下的数据采集器主要存在下列两方面局限性：(1)大部分都是基于单片机而开发和工作的，程序可移植性差，其基本平台大多是wince和内嵌linux的平台，要提高数据采集器的某方面性能，就必须对采集器的硬件及软件进行修改，甚至重新设计；(2)通常采取单独脱机方式工作，其只能实现一些简单的基本的功能，在信息显示、存储空间、运算速度和分析处理能力等方面都比较低级，难以满足现代数字化实验室系统的友好界面显示、快速运算、大容量存储和强大的分析功能等要求。

为了弥补上述不足，一般将传统的数据采集器外接在计算机主机上以借用计算机的强大功能，但该方法使得数字化实验室系统显得复杂而且庞大，在没有或不适合使用计算机的场合，如在野外进行数据采集等情况，数据化实验的效果将受到很大影响。

实用新型内容

为了克服上述缺陷，本实用新型提供了一种超级数据采集装置，该装置具有传统的数据采集器所不具有的数据存储、处理、分析和显示等功能，以及具有快速、便携等特点，还可用于多路数据的同时采集。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种超级数据采集装置，其包括计算机和一个或多个数据采集模块，所述数据采集模块通过USB总线与所述计算机的主板USB接口芯片连接，所述数据采集模块设有一个或多个可与传感器连接的串行接口。

所述数据采集模块还包括用于数据转换的USB接口电路、用于指令解析和采样数据处理的主控制电路和用于传递数据的串口电路，所述主控制电路通过并行总线分别与所述USB接口电路和串口电路连接，所述USB接口电路与所述主板USB接口芯片连接，所述串行接口通过串口总线连接到所述串口电路上。

本实用新型的有益技术效果是：

1、集成度高，除具有数据采集的功能，还具有数据存储、处理、分析和显示等功能，不需再另接电脑等设备；

2、由于可基于windows操作系统平台，系统开发程序的可移植性增强，当要提高本实用新型的某项性能时，无需对开发所用硬件及软件进行修改甚至重新设计；

3、具有多传感器携带能力，可同时采集多路传感器信号，当计算机向下发送数据时，用作主控制电路的单片机等会同时控制多个串口发送命令数据，使多个传感器能同时接收到命令，并做出反应回传数据，单片机也会同时接收多个串口的回传数据，并转发给计算机，提高了数据传输速度；当计算机要访问多个传感器中的一个或几个时，会分别向单片机发送控制数据，单片机会根据控制数据分别访问传感器，并把数据回传给计算机；

4、支持采样数据的有线和无线、本地和远程输出与显示。

附图说明

图1为本实用新型的总体结构框图；

图2为本实用新型的数据采集模块的结构框图；

图3为本实用新型的数据采集模块的各组成部分工作流程框图；

图4为与图3相对应的软件主流程图；

图5为与图3相对应的软件中断流程图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型提供的超级数据采集装置包括计算机和数据采集模块，所述数据采集模块可以是一个或多个，由所述计算机的扩展能力决定，所述数据采集模块通过USB总线与所述计算机的主板USB接口芯片连接，并进行双向通信，所述数据采集模块设有一个或多个可与所述传感器连接的串行接口，所述数据采集器与所述传感器之间进行双向通信，所述串行接口同时为所连接的所述传感器供电。

所述计算机可以采用现有技术下普遍应用的各种类型各种配置的计算机，所述计算机中CPU的强大处理能力、输入设备和显示设备的强大的输入和显示功能以及便利性、外存设备的大存储空间以及如windows一类的计算机系统软件平台的良好的可移植性可极大地扩展所述超级数据采集装置的相应功能。此外，计算机对软件的适应性和硬件的兼容性也使得所述超级数据采集装置的相应性能较之原来的基于单片机的数据采集器而言得到提高。所述主板USB接口芯片通过主板芯片组与所述CPU相通信，其作为将所述数据采集模块集成于所述计算机的接口。

如图2所示，所述数据采集模块还包括用于数据转换的USB接口电路、用于指令解析和采样数据处理的主控制电路和用于传递数据的串口电路，所述主控制电路通过并行总线分别与所述USB接口电路和串口电路连接，所述USB接口电路与所述主板USB接口芯片连接，所述串行接口通过串口总线连接到所述串口电路上，所述USB接口电路优选采用ISP1581 USB接口芯片。

所述串口电路为能同时为多路信号进行接收和发送的实时并行处理的多串口电路。

所述串口电路在所述主控制电路和多个所述串行接口之间起到通道切换和数据传输的中转作用。所述串口电路可以采用PIC16CXXX等中档8位系列芯片，该系列芯片具有中断功能，优选采用PIC16C554接口芯片。

所述数据采集模块还包括电源电路，所述电源电路为所述主控制电路、USB接口电路和串口电路供电，所述电源电路的供电优选取自所述计算机的主板，特别是取自所述主板USB接口芯片，因此所述数据采集模块无需配置外部的独立电源。

所述数据采集模块各组成部分的工作流程如图3所示，当所述数据采集模块上电后，在该模块中分别建立起计算机指令数据的下行通路和采集数据的上行通路，两通路中数据的流动过程是：

(1)下行通路：来自所述计算机的指令数据自所述主板USB接口芯片发出，经所述USB总线传输至所述USB接口电路，所述USB接口电路对其接收并进行USB协议数据转换，变成并口指令数据再传送至所述主控制电路接收，所述主控制电路首先对该并口指令数据进行解析，然后依据指令内容选定某一个或多个所述网络接口作为所述指令的送达目的地，所述并口指令数据及表征选定的指令送达目的地的数据均被送至所述串口电路，该电路将所述并口指令数据转换成与选定的所述网络接口相适应的数据格式，以使所述传感器能识别并接收该数据，即完成了下行指令的分发，至此，计算机发出的指令完成了其在数据采集模块中的整个下行过程。

(2)上行通路：来自所述传感器的符合接口协议数据格式的采样数据自所述网络接口，经所述串口总线向上发送至所述串口电路，所述串口电路将所述采样数据转换成并口采样数据后转发，当同时接收多个传感器数据时，所述串口电路还要进行合并各路采样数据的操作，所述并口采样数据由所述主控制电路接收并打包处理，并进行时间上的协调，将所述并口采样数据通过并行总线发给所述USB接口电路，所述USB接口电路再将所述并口采样数据进行USB协议数据转换后上行发送给主板USB接口芯片，最后由计算机中安装的软件执行数据处理和分析。

上述计算机指令包括来自计算机的硬件中断指令和来自计算机上安装的软件的软件指令，如对传感器类型选择的指令、对传感器量程选择的指令和对采样频率控制的指令等。

上述流程的相应软件流程图如图4和5所示，所述数据采集模块上电后先行复位，然后依次执行所述主控制电路、USB接口电路和串口电路中的单片机的初始化，上述初始化成功完成后程序自动进入数据采集的循环，一个所述数据采集的循环由涉及所述USB接口电路的外层循环和涉及所述串口电路的内层循环组成，当外层循环的询问结果是有数据要发送，则发送，发送完成后或无数据要发送，则进入下一层循环，当内层循环的询问结果是有数据要发送，则发送，发送完成后或无数据要发送，则返回外层循环。

当接收数据的中断产生时，优先判断是否为针对所述USB接口电路的中断，是则执行接收USB数据的子程序，不是则继续判断是否为针对所述串口电路的中断，是则执行接收串口数据的子程序，不是则最终退出中断。无论执行了上述哪个子程序之后，在退出中断之前，都要相应清除中断发生处所在芯片的中断标识，然后使所述主控制电路中的单片机的中断标志位清零，退出中断后重新进入主程序流程。

所述USB接口电路所支持的数据传输速度决定了所述超级数据采集装置的工作效率，所述USB接口电路优选采用接口标准的版本不低于2.0的USB接口，其传输速度可达480Mbps，因此所述数据采集模块具有运行稳定、采集速度快的特点。

所述数据采集模块优选与所述计算机的主机电路集成于一个壳体内。

前文提到所述计算机可以采用现有技术下普遍应用的各种类型各种配置的计算机，例如：

出于远程传输的目的，可以选择设有有线网络接口的计算机。

出于省去布线的繁琐又能实现短距离传输的目的，可以选择另外设有无线网络接口的计算机，优选所述无线网络接口为wifi无线网卡或蓝牙模块。蓝牙技术在数据安全性方面更优，但wifi技术在电波的覆盖范围方面则要更胜一筹，更适合用以实现实验室内部的无线局域网。

通过上述有线或无线方式可将采集到的信息传输到远程或本地的其他设备上，为数据的实时汇总提供便利。

为了携带方便和小型化，所述计算机优选为便携式计算机，所述计算机的显示设备优选为高分辨率的液晶显示设备，显示信息量大且显示效果好。另外，还可以通过计算机的显示接口模块，如VGA接口模块直接对采集的信息和图像进行投影显示，便于现场的小组分析和讨论。

考虑到本实用新型的超级数据采集装置可能涉及到需要频繁变换工作地点甚至到野外采集数据，因此一般使用自备的充电电源。本实施例中的所述计算机优选采用intel凌动CPU，其体积小且功耗低，使本实用新型特别适用于采用充电电池供电的场合。

所述主控制电路是所述数据采集模块的核心，承担着计算机指令的解析和采集数据的处理和传输(包括采集的数据和计算机指令)任务，在本实施例中优选采用AVR高性能单片机，这种单片机数据处理速度快、中断响应速度快、耗能低。

值得说明的是，本实用新型所采用的计算机既可以采用具有上述某一项配置的计算机，也可以采用具有上述多项配置任意组合后的计算机。

所述串行接口的物理结构可以采用USB接口或PS/2接口形式的物理结构。

所述串行接口的数量可视采集需要以及所述主控制电路的带载能力而定，本实施例中优选为4个。

本实用新型可与电压传感器、电流传感器、微电流传感器、力传感器、位移传感器、温度传感器、气体压强传感器、声音传感器、磁场传感器、光电门传感器、光照传感器、电容传感器、PH值传感器、电导率传感器、溶解氧传感器、二氧化碳传感器等30多种传感器配套使用。本实用新型可与上述各类教学专用的传感器以及配套使用的通用和专用软件相结合构成为多功能的测量系统，该系统作为开放性的实验平台，是目前课程改革中一种必不可少的教学信息化终端，能够独立地或者与传统的实验设备结合起来进行实验，快速、高精度地实时采集数据，自动记录和分析处理。

Claims (10)

1.一种超级数据采集装置，其特征在于其包括计算机和一个或多个数据采集模块，所述数据采集模块通过USB总线与所述计算机的主板USB接口芯片连接，所述数据采集模块设有一个或多个可与传感器连接的串行接口。

2.根据权利要求1所述的超级数据采集装置，其特征在于所述数据采集模块还包括用于数据转换的USB接口电路、用于指令解析和采样数据处理的主控制电路和用于传递数据的串口电路，所述主控制电路通过并行总线分别与所述USB接口电路和串口电路连接，所述USB接口电路与所述主板USB接口芯片连接，所述串行接口通过串口总线连接到所述串口电路上。

3.根据权利要求2所述的超级数据采集装置，其特征在于所述串口电路为能同时为多路信号进行接收和发送的实时并行处理的多串口电路。

4.根据权利要求3所述的超级数据采集装置，其特征在于所述数据采集模块还包括为所述主控制电路、USB接口电路和串口电路供电的电源电路，所述电源电路的供电取自所述主板USB接口芯片。

5.根据权利要求4所述的超级数据采集装置，其特征在于所述USB接口电路采用接口标准的版本不低于2.0的USB接口。

6.根据权利要求1-5中任一权利要求所述的超级数据采集装置，其特征在于所述数据采集模块与所述计算机的主机电路集成于一个壳体内。

7.根据权利要求6所述的超级数据采集装置，其特征在于所述计算机设有有线网络接口和/或无线网络接口，所述无线网络接口为wifi无线网卡或蓝牙模块。

8.根据权利要求7所述的超级数据采集装置，其特征在于所述计算机为便携式计算机，所述计算机的显示设备为液晶显示设备。

9.根据权利要求8所述的超级数据采集装置，其特征在于所述计算机的CPU采用intel凌动CPU，所述主控制电路中采用AVR单片机。

10.根据权利要求1-5中任一权利要求所述的超级数据采集装置，其特征在于所述数据采集模块的串行接口的数量为4个。

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