CN204706176U - 多功能数据采集器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种多功能数据采集器，其主要技术特点是：在机壳的面板上设置有多组接入端子、外置存储器接口并与数据采集控制电路相连接，多组接入端子包括数字接入端子、模拟接入端子、RS485接入端子、CAN总线接入端子、RS232接入端子和电源接入端子；数据采集控制电路包括MCU核心模块及与其相连接的电源转换模块、高精度时钟模块、数字采集模块、模拟采集模块、串口采集模块、温度检测模块、CAN总线接入模块、内部存储模块及外部存储模块，电源转换模块通过电源接入端子与外部电源相连接。本发明设计合理，能够实现各类数字接入、模拟接入以及国内外主流智能传感器的接入，具有接口丰富、采集精度高、采集能力强并具备一定扩展能力等特点。

Description

多功能数据采集器

技术领域

本实用新型属于数据采集技术领域，尤其是一种多功能数据采集器。

背景技术

在现今国家经济快速发展的大背景下，各行各业对数据采集器的需求也在持续增加。综合各个领域的不同应用需求，可以看到对数据采集器的采集能力、采集精度、接口设计以及扩展能力都提出了更高的要求，传统的采集设备已经无法满足目前日益丰富的需求变化。目前，市面上的大多数数据采集设备均为针对某个特定行业、特定需求而定制开发的特定款型，当需求发生变化时，往往会导致重新开发另一种产品类型，这样的结果不仅造成重复开发的成本浪费，还将导致产品型号众多、库存增加、后期维护困难等问题。与此同时，某些国外的数据采集器产品虽然可以实现相对通用的接入设计方案，采集器接口相对丰富，并且能够保证在需求变化不大的情况下，不需要更换硬件就可以实现设计目标，但是，国外的数据采集器存在价格昂贵、供货周期长、维修周期长、维护困难等问题，在实际应用中也造成很大的困难。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种接口丰富、采集精度高、采集能力强并具备一定扩展能力的多功能数据采集器。

本实用新型解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种多功能数据采集器，由机壳及其内部的数据采集控制电路连接构成，在机壳的面板上设置有多组接入端子、外置存储器接口并与数据采集控制电路相连接，所述多组接入端子包括数字接入端子、模拟接入端子、RS485接入端子、CAN总线接入端子、RS232接入端子和电源接入端子；所述数据采集控制电路包括MCU核心模块及与其相连接的电源转换模块、高精度时钟模块、数字采集模块、模拟采集模块、串口采集模块、温度检测模块、CAN总线接入模块、内部存储模块及外部存储模块，电源转换模块通过电源接入端子与外部电源相连接。

而且，所述机壳的面板上还设有一组与数据采集控制电路相连接的工作状态指示灯，该工作状态指示灯包括电源指示灯和两个CAN总线收发状态指示灯。

而且，所述数字接入端子为八路接入端子，与数字接入端子相连接的数字采集模块为八路数字采集模块。

而且，所述模拟接入端子为六路或十二路接入端子，与模拟接入端子相连接的模拟采集模块为六路或十二路模拟采集模块。

而且，所述RS232接入端子包括四路RS232接入端子，与RS232接入端子相连接的串口采集模块为四路串口采集模块。

而且，所述的电源接入端子为直流电源接入端子或电池接入端子。

本实用新型的优点和积极效果是：

1、本数据采集器的硬件部分采用模块化设计，可以根据需要实现8路数字接口、6路模拟接口或12路模拟接口的选择。数字接口可以实现高频、低频、开关量等不同类型的数字接入方式；每组模拟接口则提供三种工作方式：测量一个电阻或同时测量三个单端电压和一个电流或一个单端电压一个差分电压及一个电流。这种设计方式提供了灵活的数字和模拟接入能力，可以实现各种数模传感器的接入。

2、本数据采集器具备丰富的通讯接口，包括4路RS-232/1路RS-485、CAN2.0A/B接口、4路RS-232/1路RS-485支持几十种主流智能传感器的接入，具备扩展传感器接入的能力，可以方便地实现新型智能传感器的接入设计，也可以提供丰富的命令和数据接口。CAN2.0A/B接口支持CAN通讯，可以灵活地进行PDO包的传输内容、传输方式以及CANID的配置，可以方便的进行CAN组网设计。

3、本数据采集器具备强大的数据处理及数据存储能力，支持多种算法逻辑，支持高达128组分钟/小时数据的处理能力，支持最长1年的分钟/小时数据存储。可以广泛应用于气象、交通、铁路等领域。

4、本发明设计合理，能够实现各类数字接入、模拟接入以及国内外主流智能传感器的接入，采用灵活的硬件电路设计，配合丰富的配置方案，实现快速适应各种市场需求，具有接口丰富、采集精度高、采集能力强并具备一定扩展能力等特点。

附图说明

图1是本实用新型的机壳面板示意图；

图2是本实用新型的数据采集控制电路方框图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型实施例做进一步详述。

一种多功能数据采集器，由机壳及其内部的数据采集控制电路连接构成，如图1所示，在机壳的前面板1上设置有多组接入端子、一个外置存储器接口2和一组工作状态指示灯3。设置在机壳的前面板上的多组接入端子包括：八路数字接入端子4、两组六路模拟接入端子5、一路RS485接入端子6、CAN总线接入端子7、三路RS232接入端子11、一路RS232Debug接入端子8、直流电源接入端子9、电池接入端子10。在图1中，标明DigitalI/O的一组端子为数字接入端子，包含D1～D8共8路数字接入端子。CH1～CH6为第一组六路模拟接入端子，CH1′～CH6′为第二组六路模拟接入端子，其中数字接入端子D1～D8与模拟接入端子CH1′～CH6′为互斥接入模式，即同时只能存在一组接入方式。RS232-1/RS232-2/RS232-3/RS232Debug为四组RS232接入端子，485为RS485接入端子，其中RS232-3与485为互斥接入方式，即同时只能存在一种接入方式。12V/CANH/CANL/G为CAN总线接入端子，用于连接CAN总线。VDC为直流电源接入端子，VBAT为电池接入端子。MemoryCard为外置存储器接口，用于接入专用的存储设备。通过上述接口可以实现数据采集器的数字/模拟/串口/CAN/电源的接入设计，将本数据采集器与各种传感器、总线设备、电源设备、存储设备连接在一起，并通过内部的数据采集控制电路进行相应的数据采集、数据计算、数据存储及数据输出。工作状态指示灯包括一个电源指示灯SYS和两个CAN总线收发状态的指示灯CAN-T/CAN-R，上述工作状态指示灯可以清楚地显示出设备工作状态以及CAN总线上的数据传输状态。

如图2所示，机壳内部的数据采集控制电路包括MCU核心模块、电源转换模块、高精度时钟模块、八路数字采集模块(1路数字板)、六路/十二路模拟采集模块(1路模拟板/2路模拟板)、四路串口采集模块、板载温度检测模块、CAN总线接入模块、内部存储模块及外部存储模块。MCU核心模块分别与MCU核心模块、电源转换模块、高精度时钟模块、八路数字采集模块、六路/十二路模拟采集模块、4路串口采集模块、板载温度检测模块、CAN总线接入模块、内部存储模块及外部存储模块相连接，电源转换模块与外部电源(直流6V～15V)相连接。该控制电路的核心是MCU核心模块，其采用了ST公司的STR712FR2芯片。电源转换模块负责系统的整体供电，分为5V系统和3.3V系统，5V系统使用SP29301的LDO芯片，3.3V系统使用SPX3819的LDO芯片。时钟模块使用了DS3231高精度温补时钟芯片，并内置备用电池，通过I²C总线与MCU连接，为系统提供精密时钟信号并具备断电保存时钟功能。数字采集模块共有8路，使用Atmega16芯片进行频率采集，并通过I²C总线定时向MCU提供频率采集数据。模拟采集模块使用24bit分辨率的AD7793芯片，配合MAX4051模拟开关阵列，对6/12路模拟信号进行采集，并定时通过SPI总线将采集到的AD值传输给MCU。四路串口采集模块采用ST712FR2芯片，该芯片内置4路串行接口，通过SP3232电平转换芯片将TTL电平转换为RS232信号，或通过ISL3152芯片将TTL电平转换为RS485信号。板载温度检测电路使用DS18B20芯片实时监控主板温度，MCU通过I/O总线对其进行数据采集。CAN总线接入模块采用STR712内置CAN2.0总线控制器，外部使用PCA82C250芯片将内部控制器信号转换为CAN总线信号。内部存储模块使用AT46DB161FLASH芯片，芯片容量为2M字节，使用SPI总线连接MCU，实现少量的数据存储。当有大数据存储需求时使用外部存储模块，其使用扩展TF卡方案，通过74HCT244信号隔离器对器件进行隔离保护后，使用SPI总线方式连接MCU。

机壳上的工作状态指示灯直接与MCU系统工作状态控制管脚相连，其通过MCU的控制，指示系统的工作状态。CAN接收指示灯与CAN总线接收管脚相连，CAN发送指示灯与CAN总线发送管脚相连。

本实用新型的工作过程如下：数字式传感器与数据采集器的数字接入端子连接，通过事先设定的工作方式进行数字采样，其中高频输入的每通道最大采样频率为4000Hz，低频输入的每通道采样频率为100Hz，并增加了去抖处理。模拟输出的传感器与数据采集器的模拟接入接口连接，模拟通道的每组端子由*、+、-、R组成，可以根据传感器的不同配置为电阻、单端电压、差分电压和电流的采样类型。当设置为电阻采样方式时，采用4线制测电阻连接，占用一组模拟端子的所有口线。其中，*线作为电阻电流激励，R线作为电阻电流回路，+线作为电阻信号+，-作为电阻信号-；当设置为差分电压采样方式时，必须使用2线制差分电压连接，占用一组模拟端子的端子+、-两线。其中，+线作为差分电压信号+，-线作为差分电压信号-。端子上其余两线仍可做其他信号采样，*线可设置为单端电压采样，R线可设置为电流采样。如果差分信号的-端与系统电源地没有连接，可选择差分偏置方式，以进一步提高采样精度；当设置为单端电压采样方式时，可以将单端电压的信号线接入每组端子的*、+、-线，所有单端信号的地线，则统一与系统电源地连接；当设置为电流采样方式时，必须接入每组模拟端子的R线，其余空闲端子，仍可以做其他信号的采样。RS232/RS485接口可以根据需要接入智能传感器进行数据采集，或接入PC机串口进行数据输出。数据采集器会对所有存在信号接入的数字/模拟/智能传感器进行采样，将各通道的采样数据进行统一收集，根据每个通道的设计参数进行相应的算法转换，数据组织，形成分钟/小时数据记录，保存到存储器的相应位置上，数据采集器可以根据预先的配置规则通过CAN总线定期推送采集数，可以通过RS232接口定时输出分钟/小时数据并自动响应符合通讯协议的各种下行命令。

本实用新型能够实现各类数字接入、模拟接入以及国内外主流智能传感器的接入，采用灵活的硬件电路设计，配合丰富的配置方案，实现快速适应各种市场需求，可以应用为“区域站采集器”、“小农田采集器”、“新型站主采集器”、“新型站分采集器”、“通用型采集器”、“地温分采集器”、“辐射分采集器”、“温湿分采集器”、“土壤水份分采集器”、“主采集器”、“二代站分采集器”、“通讯服务器”、“农业气象站”、“地温扩展板”、“防雷板”、“单雨量数据采集设备”等。

需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。

Claims (6)

1.一种多功能数据采集器，由机壳及其内部的数据采集控制电路连接构成，其特征在于：在机壳的面板上设置有多组接入端子、外置存储器接口并与数据采集控制电路相连接，所述多组接入端子包括数字接入端子、模拟接入端子、RS485接入端子、CAN总线接入端子、RS232接入端子和电源接入端子；所述数据采集控制电路包括MCU核心模块及与其相连接的电源转换模块、高精度时钟模块、数字采集模块、模拟采集模块、串口采集模块、温度检测模块、CAN总线接入模块、内部存储模块及外部存储模块，电源转换模块通过电源接入端子与外部电源相连接。

2.根据权利要求1所述的多功能数据采集器，其特征在于：所述机壳的面板上还设有一组与数据采集控制电路相连接的工作状态指示灯，该工作状态指示灯包括电源指示灯和两个CAN总线收发状态指示灯。

3.根据权利要求1或2所述的多功能数据采集器，其特征在于：所述数字接入端子为八路接入端子，与数字接入端子相连接的数字采集模块为八路数字采集模块。

4.根据权利要求1或2所述的多功能数据采集器，其特征在于：所述模拟接入端子为六路或十二路接入端子，与模拟接入端子相连接的模拟采集模块为六路或十二路模拟采集模块。

5.根据权利要求1或2所述的多功能数据采集器，其特征在于：所述RS232接入端子包括四路RS232接入端子，与RS232接入端子相连接的串口采集模块为四路串口采集模块。

6.根据权利要求1或2所述的多功能数据采集器，其特征在于：所述的电源接入端子为直流电源接入端子或电池接入端子。