CN204630594U - 一种可调式数据采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可调式数据采集装置，包括开关电源模块、电压调理模块和数据采集模块；所述开关电源模块的输入端用于连接市电，将交流市电转换为第一直流电压输出；所述电压调理模块的输入端连接至所述开关电源模块的输出端，对所述第一直流电压进行降压处理并输出第二直流电压和第三直流电压；所述数据采集模块，其电源端连接至所述电压调理模块的输出端，数据采集端用于连接外部的传感器，输出端用于连接外部的计算机。本实用新型由于将模块集成，设立标准接口，方便非专业人士快速搭建采集系统，安装简便，便于不同测试地点的移植。同时具有高度集成、低成本和体积小巧的特点；适应于大多类型的传感器和不同的试验环境。

Description

一种可调式数据采集装置

技术领域

本实用新型属于数据采集技术领域，更具体地，涉及一种可调式数据采集装置。

背景技术

目前，在大学、研究院所等自定义的试验过程中，搭建数据采集系统的主要方法是：用体积较大的稳压电源或者开关电源给传感器电源线供电，然后将数据采集卡的接线端通过其配套的端子板，拧松端子板上的接线锁紧螺丝，把传感器的信号线插入到端子板上后拧紧螺丝；采集卡的另外一端通过USB、PCI总线等连接计算机，传感器的信号传递给计算机，在计算机上编制相对应的软件程序实现对采集卡的配置，信号数据的显示、储存和处理。

上述方案中主要存在以下几个技术问题：

(1)搭建系统时需要操作人员对采集卡、端子板、稳压电源和数据采集编程等有一定的专业知识，不便于非专业人士快速上手；

(2)在传感器与端子板接线时采用的是螺丝压紧传感器信号线的方式，一方面，需要操作员不断地重复拧螺丝的工作，繁杂也易接错，另一方面，并且在运动测试实验中，这种靠端子板接线的方式不够牢靠，螺丝容易松动；

(3)没有较为简单的供电装置，给传感器供电时稳压电源较为笨重，开关电源由于其外壳裸露容易出现触电等安全问题；

(4)整个测试系统成本高，并且体积庞大，试验需要在不同地点进行测试时，系统的移植性差，需要把整个系统拆了再重新搭建；

(5)在进行不同的试验需要重复上述的准备工作，给试验增加了更多的时间成本以及人力成本。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种可调式数据采集装置，其目的在于通过将功能模块集成化，并用标准接口与内置模块相连接，由此解决现有技术中在试验时搭建数据采集系统繁琐、可移植性差、连接不牢固而导致的稳定性差的技术问题。

本实用新型提供的一种可调式数据采集装置，包括开关电源模块、电压调理模块和数据采集模块；所述开关电源模块的输入端用于连接市电，将交流市电转换为第一直流电压输出；所述电压调理模块的输入端连接至所述开关电源模块的输出端，对所述第一直流电压进行降压处理并输出第二直流电压和第三直流电压；所述数据采集模块，其电源端连接至所述电压调理模块的输出端，数据采集端用于连接外部的传感器，输出端用于连接外部的计算机。

更进一步地，开关电源模块包括第一接口P1、保险丝F1、EMI(Electromagnetic Interference,电磁干扰)滤波器U1、电压转换器U2、纹波抑制单元和第二接口P2；所述EMI滤波器U1的第一输入端INL通过所述保险丝F1连接至所述第一接口P1的第一端，所述EMI滤波器U1的第二输入端INN连接至所述第一接口P1的第二端，所述EMI滤波器U1的地端接地，所述第一接口P1的第三端接地；所述电压转换器U2的第一输入端ACL连接至所述EMI滤波器U1的第一输出端OUTL，所述电压转换器U2的第二输入端ACN连接至所述EMI滤波器U1的第二输出端OUTN，所述电压转换器U2的地端接地；所述纹波抑制单元的输入端连接至所述电压转换器U2的输出端，所述纹波抑制单元的输出端与所述第二接口P2连接；所述电压转换器U2输出的第一直流电压经过所述纹波抑制单元滤波后由所述第二接口P2输出。

更进一步地，所述纹波抑制单元包括第一电容C1、第二电容C2和第一二极管D1；所述第一电容并接在所述电压转换器U2的正、负输出端之间；所述第二电容C2与所述第一电容C1并联连接，所述第一二极管与所述第二电容C2并联连接。

更进一步地，所述电压调理模块包括第三接口P3、降压单元U3、第三电容C3、第四电容C4和第五电容C5；所述降压单元U3的输入端IN连接至所述第三接口P3，所述降压单元U3的输入端IN还通过第三电容C3接地；所述降压单元U3的地端接地；所述降压单元U3的第一输出端输出第二直流电压，所述降压单元U3的第二输出端输出第三直流电压；所述第四电容C4连接在所述降压单元U3的第一输出端与地之间；所述第五电容C5连接在所述降压单元U3的第二输出端与地之间。

更进一步地，所述电压调理模块还包括电压指示单元，所述电压指示单元包括依次串联连接在所述第一直流电压与地之间的第一发光二极管D2和第一电阻R1；依次串联连接在所述第二直流电压与地之间的第二发光二极管D3和第二电阻R2；以及依次串联连接在所述第三直流电压与地之间的第三发光二极管D4和第三电阻R3；所述第一发光二极管D2的阳极与所述第一直流电压连接，所述第一发光二极管D2的阴极与所述第一电阻R1连接；所述第二发光二极管D3的阳极与所述第二直流电压连接，所述第二发光二极管D3的阴极与所述第二电阻R2连接；所述第三发光二极管D4的阳极与所述第三直流电压连接，所述第三发光二极管D4的阴极与所述第三电阻R3连接。

更进一步地，所述数据采集模块通过USB接口与计算机连接。

更进一步地，所述数据采集模块通过标准的航空接头与所述传感器连接。

本实用新型由于将模块集成，设立标准接口，方便非专业人士快速搭建采集系统，安装简便，便于不同测试地点的移植。能省去普通数据采集设备拆卸安装的时间以及减少拆卸和安装过程之中带来的错误。精度高，组件主要为标准件，成本低。集成度高，体积小，受外界环境的干扰小。

附图说明

图1是本实用新型提供的可调式数据采集装置的原理框图。

图2是本实用新型提供的可调式数据采集装置中开关电源模块的具体电路图。

图3是本实用新型提供的可调式数据采集装置中电压调理模块的具体电路图。

图4是本实用新型提供的可调式数据采集装置中电压调理模块中指示电路的具体电路图。

图5是本实用新型提供的可调式数据采集装置的集成式外盒的轴侧视图。

图6是本实用新型提供的可调式数据采集装置的集成式外盒上盖的轴侧视图。

图7是本实用新型提供的可调式数据采集装置的外盒装配的爆炸图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1为数据采集卡的安装位置，2为数据采集卡上的USB接孔，3为与电压调整板相连接的市电的接头安装孔，4为开关电源板安装位置，5为电压调理板安装位置，6为与数据采集卡上相对应的航空接头安装孔，7为上盖和盒身连接的螺纹孔；8为3个指示灯的安装孔，9为变压开关的安装孔；100为可调式数据采集装置，200为市电，300为传感器，400为计算机，101为开关电源模块，102为电压调理模块，103数据采集模块。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1示出了本实用新型提供的可调式数据采集装置的原理框图，为了便于说明，仅示出了与本实用新型相关的部分，详述如下：

本实用新型提供了一种可调式数据采集装置，包括开关电源模块101、电压调理模块102和数据采集模块103；开关电源模块101的输入端用于连接市电200，将交流市电转换为第一直流电压输出；电压调理模块102的输入端连接至开关电源模块101的输出端，对第一直流电压进行降压处理并输出第二直流电压和第三直流电压；数据采集模块103，其电源端连接至电压调理模块102的输出端，数据采集端用于连接外部的传感器300，输出端用于连接外部的计算机400。

在本实用新型中，开关电源模块101的具体电路如图2所示，包括第一接口P1、保险丝F1、EMI滤波器U1、电压转换器U2、纹波抑制单元和第二接口P2；EMI滤波器U1的第一输入端INL通过保险丝F1连接至第一接口P1的第一端，EMI滤波器U1的第二输入端INN连接至第一接口P1的第二端，EMI滤波器U1的地端接地，第一接口P1的第三端接地；电压转换器U2的第一输入端ACL连接至EMI滤波器U1的第一输出端OUTL，电压转换器U2的第二输入端ACN连接至所述EMI滤波器U1的第二输出端OUTN，电压转换器U2的地端接地；纹波抑制单元的输入端连接至电压转换器U2的输出端，纹波抑制单元的输出端与第二接口P2连接；电压转换器U2输出的第一直流电压经过纹波抑制单元滤波后由所述第二接口P2输出。

其中，纹波抑制单元包括第一电容C1、第二电容C2和第一二极管D1；第一电容C1并接在所述电压转换器U2的正、负输出端之间；第二电容C2与第一电容C1并联连接，第一二极管D1与第二电容C2并联连接。

在本实用新型中，电压调理模块102的具体电路如图3所示，包括第三接口P3、降压单元U3、第三电容C3、第四电容C4和第五电容C5；降压单元U3的输入端IN连接至第三接口P3，降压单元U3的输入端IN还通过第三电容C3接地；降压单元U3的地端接地；降压单元U3的第一输出端输出第二直流电压，降压单元U3的第二输出端输出第三直流电压；第四电容C4连接在所述降压单元U3的第一输出端与地之间；第五电容C5连接在降压单元U3的第二输出端与地之间。

其中，电压调理模块102还包括电压指示单元，电压指示单元的具体电路如图4所示，包括依次串联连接在所述第一直流电压与地之间的第一发光二极管D2和第一电阻R1；依次串联连接在所述第二直流电压与地之间的第二发光二极管D3和第二电阻R2；以及依次串联连接在所述第三直流电压与地之间的第三发光二极管D4和第三电阻R3；第一发光二极管D2的阳极与所述第一直流电压连接，所述第一发光二极管D2的阴极与所述第一电阻R1连接；所述第二发光二极管D3的阳极与所述第二直流电压连接，所述第二发光二极管D3的阴极与所述第二电阻R2连接；所述第三发光二极管D4的阳极与所述第三直流电压连接，所述第三发光二极管D4的阴极与所述第三电阻R3连接。

在本实用新型中，数据采集模块103可以通过USB接口与计算机400连接。数据采集模块103可以通过标准的航空接头与传感器300连接。

本实用新型提供了一种可调集成式数据采集装置，硬件系统内部将数据采集模块、开关电源模块和电压调理模块通过排线连接为一个整体，外部接线时采用标准的航空接头端口，简单牢靠。开关电源板，通过标准接口外接220V电压通过排线连接电压调理模块，将之转化为第一直流电压(24V)、第二直流电压(5V)和第三直流电压(12V)，以适应不同的传感器的要求。具体输电压的大小由电压调理板中的三路输出电路决定，用户只需控制外部的旋钮开关即可调理输出电压。对应于不同的输出电压，电压调理板上的指示灯以指示是否正常供电。

采集模块、开关电源模块和电压调理模块的三块电路板被集成置于一个数据采集盒中，在盒外设置有标准的电源线插孔，供信号传输的航空接头插孔以及数据采集卡采集与计算机数据传输用的USB插口，并计算机上开发了与采集卡配套的高速多通道数据采集软件，方便非专业人士快速搭建专业的数据采集系统。

本实用新型在硬件电路上设计出了基于8通道高速数据采集卡，3种可选不同伏值的供电电路、标准的电源和信号线接头的集成数据采集器。硬件通过USB接口与计算机上的软件相连，传感器通过标准的航空接头与采集器连接，盒子内自行进行给传感器供电，并采集数据，之后通过USB数据线传回计算机显示和处理等。

为了更进一步的说明本实用新型提供的可调式数据采集装置，下面结合附图对本实用新型进一步说明。

本电路为了实现在尽可能小的空间内完成市电的降压与调压输出，采用了三级结构。主模块为LH25-10B24，实现市电220V到直流24V的降压。为了使输出电压稳定，滤除纹波，同时减少变压器反射电压，在输出端设计了瞬态抑制管与滤波电容。由于开关电源会对电网产生高频噪声，于是在电路板前端加入了EMI滤波器,同时高低压电路在一块板上，需要进行有效的隔离，在本实用新型中，将低压直流电路置于板上一角，布线宽度经过计算取3.5mm，保证了安全距离。

模块实现在尽可能小的空间内完成市电的降压直流输出。市电经过FC-L10D型EMI滤波器，实现滤波和防止浪涌，同时防止变压器产生的高频噪声窜入电网；降压主体为LH25-10B24型AC-DC降压模块，内部集成变压器和开关电源芯片，实现AC220V到DC24V的转化，输出级加滤波电容滤除纹波，使得输出电压更加稳定，瞬态抑制管用来箝位电压，使输出不出现大的噪声电压。

调压一级采用HKS模块，实现12V和5V稳压输出，24V输入由排线从上一级接入，便于板位置的选择。为了指示电源工作状态，设计了三路指示灯，若各路电压输出正常，指示灯亮。电压的组合利用排针接到输出端，位于外壳上的四档旋钮开关用户可以根据需求选择所需要的电压。考虑到会有8路传感器接入，电路板上做了三路电压输出组合，在壳外可进行方便扩展。

其中HKS014R5模块能将输入16V-48V的直流电压转化为12V和5V直流输出，这里将另一块电路板上得到的24V电压作为输入，得到12V、5V两路输出。输入输出回路上均并联滤波电容，具体采用470UF标配电容。最终将24V，12V，5V集合到一起，利用四档旋钮开关选择输出电压，并用LED灯指示输出是否正常。

考虑到元器件的电学隔离、安全性和耐腐蚀等因素，材料选择为钢制外壳，外壳的尺寸为200×150×40(mm)，在外壳的底部设置有安装孔，安装孔的直径均为3.8mm，开关电源板安装孔的圆心距离是92.1mm和87.4mm，电压调理板的安装孔的圆心距离是92.1mm和33.8mm。外壳分为基底和上盖。在上盖和基底上设置有螺栓孔，直径为3mm，以使盒子封闭，保护外壳之中的电路板。在盒子外壳处开有8个航空接头的母口接孔，1个AC电源接口，1个USB接孔，以及在上盖上开有3个指示灯孔和1个调整开关孔。

在图5、图6和图7中，1为8路高速数据采集卡安装位置，2为8路高速数据采集卡上的USB接孔，3为与电压调整板相连接的市电的接头安装孔，4为开关电源板安装位置，5为电压调理板安装位置，6为与8路高速数据采集卡上8通道相对应的8个航空接头安装孔，7为上盖和盒身连接的螺纹孔；在图4中，8为3个指示灯的安装孔，9为变压开关的安装孔。对于装配过程，只需要安装3块电路板，在8路高速数据采集卡用导线将8个航空接头的公口焊接在一起，然后安装分别航空接头，随后用螺丝将开关电源板和电压调理板固定在外盒的底部，并将变压开关和指示灯安装在上盖，用导线连接电路板，最后用螺丝将上盖和外盒固定在一起即可。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种可调式数据采集装置，其特征在于，包括开关电源模块(101)、电压调理模块(102)和数据采集模块(103)；

所述开关电源模块(101)的输入端用于连接市电(200)，将交流市电转换为第一直流电压输出；

所述电压调理模块(102)的输入端连接至所述开关电源模块(101)的输出端，对所述第一直流电压进行降压处理并输出第二直流电压和第三直流电压；

所述数据采集模块(103)，其电源端连接至所述电压调理模块(102)的输出端，数据采集端用于连接外部的传感器(300)，输出端用于连接外部的计算机(400)。

2.如权利要求1所述的可调式数据采集装置，其特征在于，所述开关电源模块(101)包括第一接口P1、保险丝F1、EMI滤波器U1、电压转换器U2、纹波抑制单元和第二接口P2；

所述EMI滤波器U1的第一输入端INL通过所述保险丝F1连接至所述第一接口P1的第一端，所述EMI滤波器U1的第二输入端INN连接至所述第一接口P1的第二端，所述EMI滤波器U1的地端接地，所述第一接口P1的第三端接地；

所述电压转换器U2的第一输入端ACL连接至所述EMI滤波器U1的第一输出端OUTL，所述电压转换器U2的第二输入端ACN连接至所述EMI滤波器U1的第二输出端OUTN，所述电压转换器U2的地端接地；

所述纹波抑制单元的输入端连接至所述电压转换器U2的输出端，所述纹波抑制单元的输出端与所述第二接口P2连接；所述电压转换器U2输出的第一直流电压经过所述纹波抑制单元滤波后由所述第二接口P2输出。

3.如权利要求2所述的可调式数据采集装置，其特征在于，所述纹波抑制单元包括第一电容C1、第二电容C2和第一二极管D1；

所述第一电容C1并接在所述电压转换器U2的正、负输出端之间；

所述第二电容C2与所述第一电容C1并联连接，

所述第一二极管D1与所述第二电容C2并联连接。

4.如权利要求1所述的可调式数据采集装置，其特征在于，所述电压调理模块(102)包括第三接口P3、降压单元U3、第三电容C3、第四电容C4和第五电容C5；

所述降压单元U3的输入端IN连接至所述第三接口P3，所述降压单元U3的输入端IN还通过第三电容C3接地；所述降压单元U3的地端接地；所述降压单元U3的第一输出端输出第二直流电压，所述降压单元U3的第二输出端输出第三直流电压；

所述第四电容C4连接在所述降压单元U3的第一输出端与地之间；所述第五电容C5连接在所述降压单元U3的第二输出端与地之间。

5.如权利要求4所述的可调式数据采集装置，其特征在于，所述电压调理模块(102)还包括电压指示单元，所述电压指示单元包括依次串联连接在所述第一直流电压与地之间的第一发光二极管D2和第一电阻R1；依次串联连接在所述第二直流电压与地之间的第二发光二极管D3和第二电阻R2；以及依次串联连接在所述第三直流电压与地之间的第三发光二极管D4和第三电阻R3；所述第一发光二极管D2的阳极与所述第一直流电压连接，所述第一发光二极管D2的阴极与所述第一电阻R1连接；所述第二发光二极管D3的阳极与所述第二直流电压连接，所述第二发光二极管D3的阴极与所述第二电阻R2连接；所述第三发光二极管D4的阳极与所述第三直流电压连接，所述第三发光二极管D4的阴极与所述第三电阻R3连接。

6.如权利要求1-5任一项所述的可调式数据采集装置，其特征在于，所述数据采集模块(103)通过USB接口与计算机(400)连接。

7.如权利要求1-5任一项所述的可调式数据采集装置，其特征在于，所述数据采集模块(103)通过标准的航空接头与所述传感器(300)连接。

8.如权利要求1所述的可调式数据采集装置，其特征在于，所述开关电源模块(101)、所述电压调理模块(102)和所述数据采集模块(103)集成于盒体中。