CN206224778U - 一种无线多通道振弦采集仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种无线多通道振弦采集仪及其采集方法，应用于结构安全健康监测行业。它包括通道片选板、信号调理电路、信号采集电路、单片机系统、存储电路、激励电路、RTC电路、zigbee无线通信模块与振弦传感器；本实用新型解决了结构安全监测行业多通道振弦采集仪和振弦传感器现场部署问题，通过无线的方式，减少现场布线，可以解决一些现场复杂的施工环境，降低施工成本。

Description

一种无线多通道振弦采集仪

技术领域

本实用新型涉及一种无线多通道振弦采集仪，应用于结构安全健康监测行业。

背景技术

振弦式传感器是目前国内外普遍重视和广泛应用的一种非电量电测的传感器。由于振弦传感器直接输出振弦的自振频率信号，因此，具有抗干扰能力强、受电参数影响小、零点飘移小、受温度影响小、性能稳定可靠、耐震动、寿命长等特点。振弦传感器已经广泛用于工程、科研的长期监测项目中。振弦采集仪是用于采集振弦传感器的仪器设备，目前工程上使用的多通道振弦采集仪一般采用市电供电，这样便增加了现场部署难度，要求多通道振弦采集仪部署在室内或供电箱旁，这样振弦传感器必须经过长电缆接入振弦采集仪，振弦传感器属于微弱信号，电缆的延长，会导致信号的衰减，而且可能会有其他的干扰信号引入，影响数据采集。由于多通道振弦采集仪以RS485总线接入监测系统，由控制中心控制采集，此时多通道振弦采集仪必须一直处于工作状态，才能及时响应采集命令，这种工作方式使得多通道振弦采集仪功耗过大。

实用新型内容

针对上述的问题，本实用新型提供了一种无线多通道振弦采集仪，降低了多通道振弦采集仪的功耗，使多通道振弦采集仪可以在任意位置部署，解决了现场部署困难的难题，提高了现场部署的效率。

本实用新型为了实现上述目的，采用如下技术方案：

一种无线多通道振弦采集仪，它包括通道片选板、信号调理电路、信号采集电路、单片机系统、存储电路、激励电路、RTC电路、zigbee无线通信模块与振弦传感器；

上述的通道片选板由片选控制器和继电器组成，每个片选板为4个通道；

通道片选板与单片机系统通过CAN总线连接，振弦传感器与通道片选板的航插连接。

激励电路由高压模块组成，高压模块与单片机系统连接；

单片机系统与存储电路通过IO口引脚连接；

zigbee无线通信模块与单片机系统连接；

RTC电路与单片机系统连接；

信号调理电路与信号采集电路连接，信号采集电路与单片机系统连接。

通道片选板由片选控制器和继电器组成，每个片选板为4个通道，多通道振弦采集仪可以连接多个4通道片选板，组成以4为倍数的多通道振弦采集仪，通道片选板与单片机系统通过CAN总线连接，保证通信可靠性，振弦传感器与通道片选板的航插连接；

激励电路由高压模块组成，高压模块由单片机控制，输出电压，单片机通过IO引脚控制高压模块发送，采集时，单片机控制电压输出，激励振弦传感器；单片机可以选择两种不同的激励方式，分别为共振激励与多脉冲激励；

信号调理电路由滤波电路和放大电路组成，传感器采集时，振弦传感器信号非常微弱，经过滤波电路和放大电路后，首先将现场部分干扰信号滤除，然后将振弦传感器信号放大，使采集的信号满足信号采集电路的输入要求；信号采集电路采用16位独立ADC，将传感器输入信号转变为数字信号；

单片机系统对输入的数字信号处理，单片机内置TTF算法，将信号采集电路输入的时域信号转换为频域；FFT计算完成后，得出振弦传感器的频率值与信号幅值；同时，单片机控制外围电路，采集振弦传感器温度，采集完成后，一次数据采集完成；

RTC电路由时钟芯片组成，芯片外置纽扣电池，保证多通道振弦采集仪掉电后，时钟信息不会丢失；RTC电路设置闹钟，当闹钟触发后，时钟芯片的输出引脚输出一个信号到单片机，将单片机从休眠状态唤醒，使单片机开始工作，采集完成后，单片机重新进入休眠，下次再由RTC电路唤醒工作，这样可以保证系统工作在低功耗模式；

Zigbee通信模块与单片机系统通过串口控制器连接；Zigbee通信模块与其他的zigbee模块组成zigbee无线网络；多通道振弦采集仪采集完成之后，将采集数据发送至zigbee通信模块，zigbee通信模块通过zigbee网络将数据发送至服务器；

存储电路采用存储芯片组成，单片机内置小型文件系统，用于管理存储数据；单片机系统与存储电路通过IO口引脚连接；当数据采集完成，数据发送至zigbee通信模块时，同时将数据保存在存储电路中，保证数据的可靠性；存储电路采用循环存储方式，可以保存大量采集数据。

本实用新型实现原理：一种无线多通道振弦采集仪，主要由单片机系统、激励电路、信号调理电路、信号采集电路、存储电路、电源电路、通信电路、RTC电路、通道片选板组成。激励电路采用高压模块，通过晶体管控制通断，使其可以在采集振弦传感器前对传感器线圈激励。信号调理电路包括滤波电路与放大电路，滤波电路可以使300Hz到5000Hz的信号正常通过。放大电路的作用是将微弱的振弦传感器信号放大到信号采集电路可以识别的信号。存储电路可以将数据存储在本地，避免数据丢失，保证数据的连续性。电源采用蓄电池供电，内部电源控制电路为各个模块提供工作电源，同时，多通道振弦采集仪外部连接有太阳能充电板，在有光照条件下，可以为蓄电池充电，充电电流由充电管理电路控制。这样可以使多通道振弦采集仪长期在野外工作，无需现场工作人员管理。RTC电路为整个系统提供准确的时间，同时还能输出闹钟功能，可以定时唤醒STM32单片机，使单片机从低功耗状态唤醒，进行数据采集，采集完成后，整个系统再次进入低功耗状态，以降低系统功耗。通信电路由zigbee模块构成，zigbee模块与zigbee协调器可组成zigbee网络，多通道振弦采集仪可通过zigbee网络将数据上传至服务器。片选板为通道扩展器，可以根据现场传感器数量，灵活变通通道数量，满足现场部署情况。现场部署多通道振弦采集仪时，可均衡考虑各个振弦传感器到振弦采集仪的电缆长度，选择最优位置后，固定部署。

本实用新型的有益效果:

本实用新型解决了结构安全监测行业多通道振弦采集仪和振弦传感器现场部署问题，通过无线的方式，减少现场布线，可以解决一些现场复杂的施工环境，降低施工成本。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意框图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细描述：

一种无线多通道振弦采集仪，它包括通道片选板1、信号调理电路2、信号采集电路3、单片机系统4、存储电路5、激励电路6、RTC电路7、zigbee无线通信模块8与振弦传感器9；

上述的通道片选板1由片选控制器和继电器组成，每个片选板为4个通道；

通道片选板1与单片机系统4通过CAN总线连接，振弦传感器9与通道片选板1的航插连接。

激励电路6由高压模块组成，高压模块与单片机系统4连接；

单片机系统4与存储电路5通过IO口引脚连接；

zigbee无线通信模块8与单片机系统4连接；

RTC电路7与单片机系统4连接；

信号调理电路2与信号采集电路3连接，信号采集电路3与单片机系统4连接。

通道片选板1由片选控制器和继电器组成，每个片选板为4个通道，多通道振弦采集仪可以连接多个4通道片选板，组成以4为倍数的多通道振弦采集仪，通道片选板1与单片机系统4通过CAN总线连接，保证通信可靠性，振弦传感器9与通道片选板1的航插连接；

激励电路6由高压模块组成，高压模块由单片机控制，输出电压，单片机通过IO引脚控制高压模块发送，采集时，单片机控制电压输出，激励振弦传感器；单片机可以选择两种不同的激励方式，分别为共振激励与多脉冲激励；

信号调理电路2由滤波电路和放大电路组成，传感器采集时，振弦传感器信号非常微弱，经过滤波电路和放大电路后，首先将现场部分干扰信号滤除，然后将振弦传感器信号放大，使采集的信号满足信号采集电路3的输入要求；信号采集电路3采用16位独立ADC，将传感器输入信号转变为数字信号；

单片机系统4对输入的数字信号处理，单片机内置TTF算法，将信号采集电路3输入的时域信号转换为频域；FFT计算完成后，得出振弦传感器的频率值与信号幅值；同时，单片机4控制外围电路，采集振弦传感器温度，采集完成后，一次数据采集完成；

RTC电路7由时钟芯片组成，芯片外置纽扣电池，保证多通道振弦采集仪掉电后，时钟信息不会丢失；RTC电路7设置闹钟，当闹钟触发后，时钟芯片的输出引脚输出一个信号到单片机，将单片机从休眠状态唤醒，使单片机开始工作，采集完成后，单片机重新进入休眠，下次再由RTC电路唤醒工作，这样可以保证系统工作在低功耗模式；

Zigbee通信模块8与单片机系统4通过串口控制器连接；Zigbee通信模块8与其他的zigbee模块组成zigbee无线网络；多通道振弦采集仪采集完成之后，将采集数据发送至zigbee通信模块8，zigbee通信模块8通过zigbee网络将数据发送至服务器；

存储电路5采用存储芯片组成，单片机内置小型文件系统，用于管理存储数据；单片机系统4与存储电路5通过IO口引脚连接；当数据采集完成，数据发送至zigbee通信模块8时，同时将数据保存在存储电路5中，保证数据的可靠性；存储电路5采用循环存储方式，可以保存大量采集数据。

Claims (1)

1.一种无线多通道振弦采集仪，其特征在于：它包括通道片选板（1）、信号调理电路（2）、信号采集电路（3）、单片机系统（4）、存储电路（5）、激励电路（6）、RTC电路（7）、zigbee无线通信模块（8）与振弦传感器（9）；

上述的通道片选板（1）由片选控制器和继电器组成，每个片选板为4个通道；

通道片选板（1）与单片机系统（4）通过CAN总线连接，振弦传感器（9）与通道片选板（1）的航插连接；

激励电路（6）由高压模块组成，高压模块与单片机系统（4）连接；

单片机系统（4）与存储电路（5）通过IO口引脚连接；

zigbee无线通信模块（8）与单片机系统（4）连接；

RTC电路（7）与单片机系统（4）连接；

信号调理电路（2）与信号采集电路（3）连接，信号采集电路（3）与单片机系统（4）连接。