CN208366386U - 一种多路数据采集系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种多路数据采集系统，它包括单片机、以及分别与单片机连接的液晶显示器、计算机单元和数据采集单元，所述数据采集单元包括温湿度传感器、光照度传感器、压力传感器、人体红外传感器和开关量传感器并分别采集温湿度、光照度、压力、人体和开关量的物理量转换为数字信号直接传输给单片机；它采用设置传感器直接传输数字信号给单片机的结构从而克服现有技术传输模拟信号准确性差和速度慢的缺陷，可实现多路数据同时采集、快速传输、动态显示，并能保障采集的数据更加真实可靠，整体结构科学合理、简单紧凑，安装和使用方便；它广泛适用于工业测控配套使用。

Description

一种多路数据采集系统

技术领域

本实用新型涉及工业测控技术设备，尤其涉及一种多路数据采集系统。

背景技术

随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，电子测控技术也获得高速发展，数据采集成为现代信息技术必不可少的元素；在工业控制过程中，往往需要对被测控对象进行多路数据采集，以便全面快速的分析判断系统运行的可靠性和稳定性。

随着计算机接口技术、传感器技术和软件的不断发展，国内外已开发出多种数据采集卡或数据采集器，基本可以实现多路数据采集、传输、动态显示、控制、反馈等功能；但目前的数据采集技术主要包括模拟信号采样、放大滤波、数字化转换、再传输计算机进行处理，当多路数据同时采集时，由于系统中的模拟器件、阻容元件等参数特性不一致，对系统的校准带来很大困难，容易造成相互干扰从而影响测控的准确性，如果每路数据采集都单独设置一个回路，即每路都设置放大滤波和数字转换模块，则造成系统体积庞大，采集速度降低，也无法满足现代工业自动化对高速数据采集的需求。

发明内容

针对上述情况，本实用新型的目的在于提供一种多路数据采集系统，它采用设置传感器直接传输数字信号给单片机的结构从而克服现有技术传输模拟信号准确性差和速度慢的缺陷，可实现多路数据同时采集、快速传输、动态显示，并能保障采集的数据更加真实可靠，整体结构科学合理、简单紧凑，安装和使用方便，市场前景广阔，便于推广使用。

为了实现上述目的，一种多路数据采集系统，它包括单片机、以及分别与单片机连接的液晶显示器、计算机单元和数据采集单元，所述数据采集单元包括分别与单片机连接的温湿度传感器、光照度传感器、压力传感器、人体红外传感器、开关量传感器；所述温湿度传感器、光照度传感器、压力传感器、人体红外传感器和开关量传感器分别采集温湿度、光照度、压力、人体和开关量的物理量并转换为数字信号传输给单片机。

为了实现结构、效果优化，其进一步的措施是：所述数据采集单元还包括电流电压传感器用于采集电流电压物理量转换成模拟信号传输给单片机。

所述单片机包括AD模数转换模块，所述电流电压传感器经AD模数转换模块与单片机连接。

所述单片机经USB2.0通信模块与计算机单元连接。

本实用新型相比现有技术所产生的有益效果：

(Ⅰ)本实用新型采用温湿度传感器、光照度传感器、压力传感器、人体红外传感器和开关量传感器分别将采集的物理量转换为数字信号传输给单片机，与传输模拟信号相比其传输速率快，数据更真实可靠，并有利于防止信号的相互干扰，系统运行稳定；

(Ⅱ)本实用新型采用温湿度传感器、光照度传感器、压力传感器、人体红外传感器和开关量传感器分别将采集的物理量转换为数字信号传输给单片机，与现有技术相比可减少数字转换模块，系统制作成本更低，体积小，符合电子测控技术飞速发展的需求；

(Ⅲ)本实用新型采用设置传感器直接传输数字信号给单片机的结构从而克服现有技术传输模拟信号准确性差和速度慢的缺陷，可实现多路数据同时采集、快速传输、动态显示，并能保障采集的数据更加真实可靠，整体结构科学合理、简单紧凑，安装和使用方便，具有显著的经济效益和社会效益。

本实用新型广泛适用于工业测控配套使用。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1是本实用新型的整体结构框图。

图2是本实用新型中各传感器的接线图。

图3是本实用新型中单片机的工作原理图。

图4是本实用新型中USB2.0通信模块的工作原理图。

图5是本实用新型中USB2.0通信模块的工作流程图。

图6是本实用新型的工作流程图。

具体实施方式

参照图1～图6，本实用新型是这样实现的：一种多路数据采集系统，它包括单片机、以及分别与单片机连接的液晶显示器、计算机单元和数据采集单元，所述数据采集单元包括分别与单片机连接的温湿度传感器、光照度传感器、压力传感器、人体红外传感器、开关量传感器；所述温湿度传感器、光照度传感器、压力传感器、人体红外传感器和开关量传感器分别采集温湿度、光照度、压力、人体和开关量的物理量并转换为数字信号传输给单片机。

参考图1所示，本实用新型中数据采集单元包括采用温湿度传感器、光照度传感器、压力传感器、人体红外传感器和开关量传感器分别采集温湿度、光照度、压力、人体和开关量等多路数据并以数字信号形式传输给单片机，采用直接传输数字信号能实现快速传输，以及降低制作成本，提高测控的精度；所述数据采集单元还包括电流电压传感器，由于电流电压传感器很难实现直接进行数字信号传输，故电流电压传感器将采集电流电压物理量转换成模拟信号传输给单片机，由单片机自带的AD模数转换模块转换为数字信号输出，最终由液晶显示器对数据进行显示或传输给计算机单元进行储存，在采集电流时一般由传感器将电流信号转换为电压信号输出给单片机进行数字化处理；所述单片机经USB2.0通信模块与计算机单元连接，能有效提高了数据传输的速率，传输速度最高可达480Mbps(兆位每秒)；所述数据采集单元中的温湿度传感器、光照度传感器、压力传感器、人体红外传感器、开关量传感器采集到的数据信号经IIC总线传输给单片机，采用IIC总线传输能实现多路数据同时传输并不产生干扰，同时连接结构简单，可靠性好，传输速率快；本实用新型与传统数据采集器相比成本低，价格优惠，接口丰富，且即插即用并易于扩展，并能经液晶显示器对采集的数据进行显示，方便工作现场的目视管理，同时也可经计算机单元进行数据显示和储存，方便远程控制，达到了远程控制和现场管理相结合的目的。

参考图2所示，本实用新型中数据采集单元在系统中负责数据的采集工作，各传感器采集到的数据信号传输给单片机，当传感器采集到的前一路数据信号没有正常传输给单片机时，单片机将处于忙检测状态，将无法进行下一步的数据信号采集；所述温湿度传感器优选采用DHT11数字温湿度传感器，所述DHT11数字温湿度传感器中的2号引脚与单片机24号引脚相连，它以单总线数据传输格式进行数据传输，具有响应快、抗干扰能力强、误差小、长期稳定性好等特点，可以同时测量相对湿度和温度，并且DHT11数字温湿度传感器能以数字信号形式输出，不需要单片机再对数据信号进行模数转换，无需再添加额外部件或者电路，使用非常方便。

参照图2所示，本实用新型中光照度传感器优选采用BH1750FVI数字光照度传感器，所述BH1750FVI数字光照度传感器的SDA、ADDR、SCL引脚分别与单片机中的3、2、1引脚相连，它受红外线的影响很小，误差范围为±20%，输出方式为16位数字输出，其内部集成电路可以灵敏地感应光强度变化，并且内部集成两线式串行总线接口(IIC总线)进行数据的传输，有两种可选的IIC从机地址(逻辑地址和物理地址)，还包含除光噪音功能，可有效提高测量时的稳定性；所述压力传感器优选采用HX711数字压力传感器，它可称量5kg内的物体，自带稳压电源可给外部传感器和内部的24位A/D模数转换电路提供电源，芯片内集成的复位电路简化了初始化过程，片内的时钟振荡器也不需要外接其他器件，因此减少了模块中的电路，并且它的控制信号直接由管脚驱动，其管脚PD_SCK和DT组成串口通讯线与单片机中相应的5、4引脚连接，可用来输出数据并选择输入AB通道和增益，不需要再对芯片内部的寄存器进行编程。

结合图2所示，本实用新型中人体红外传感器优选采用HC-SR501数字人体红外传感器，其检测范围呈扇形，可测距离在3～7m之间，有0.5-200S的延时时间，可通过传感器上两个旋钮调节延时时间和检测距离，一般要求电压达到4.5V以上才能使传感器正常工作，其工作温度在−15～+70℃时有效，人体红外传感器用于自动感应检测是否有人的；所述HC-SR501数字人体红外传感器中的2号引脚与单片机中21号引脚相连，感应范围内检测到人时会输入高电平显示1，否则会自动延时关闭高电平后显示0，然后输出低电平；所述开关量传感器优选采用数字开关量传感器，且开关量传感器中SS1引脚与单片机中6引脚相连；所述电流电压传感器中的U1、I1引脚与单片机中的9、10号引脚相连。

参考图3所示，本实用新型中单片机优选采用型号为STC15F2K60S2系列单片机，它集成了中央处理器CPU、数据存储器SRAM、程序存储器Flash、I/O接口、10位A/D模数转换器、定时器以及各种输入/输出接口等，能满足数据采集系统的控制要求；芯片内部集成了高精度R/C时钟和复位电路，STC15F2K60S2单片机设有32个通用I/O接口，P0口作为扩展口时需要加上拉电阻，但在本实用新型中P0口仅作为输入I/O接口用于将传感器采集的数字信号传输给单片机，因此无需加上拉电阻；所述单片机设有3路CCP/PWM/PCA和8路10位高速A/D模数转换器，P1.0～P1.7/ADC可以作为A/D模数转换器的端口，其中P1.0和P1.1分别采集电压和电流信号，并经过单片机内部的AD模数转换模块转换为数字信号输出显示，串口RxD/P1.7和TxD/P1.6用作程序烧录，P2.0～P2.7为显示电路接口，P5.4/RST/MCLKO/SS_3脚为默认I/O接口，内置高可靠复位模块，还设有3个16位定时器/计数器T0、T1、T2，两个外部中断INT0和INT1，以及1个串行中断TI/RI，在数据发送时主要使用串行中断，当计算机单元发送指令给单片机时触发中断接收数据。

参考图4所示，本实用新型中USB2.0通信模块包括采用ISP在线编程下载电路，优选采用CH340G接口芯片搭建，方便实现单片机程序的下载，也能满足USB2.0通信，还可以将计算机单元发出的指令传输到单片机，以及将单片机采集的数据传输给计算机单元；由于USB2.0通信协议被越来越被广泛使用，因此本实用新型也采用USB2.0通信协议规范数据传输；同时通过CH340G接口芯片实现USB转串口，从而有效提高了数据传输的速率，传输速度最高可达480Mbps(兆位每秒)；并且每当有USB接口接入时，CH340G接口芯片能自动根据设备信息去调用相应的驱动和程序，完成数据的交换与处理；所述CH340G接口芯片内置有电源上电复位电路，以及具有独立的收发缓冲区用于收发数据，单片机进行数据传输之前是先将采集到的数据存到收发缓冲区内；所述ISP在线编程下载电路主要负责单片机的程序下载，能把keil编译生成的.hex文件程序写进单片机，它具有3.3V和5V双路电压选择，可防短路、防过流、防反接、防高压等多重保护功能，并能完全兼容USB2.0通信，从而实现数据交换。

参考图5所示，本实用新型中USB2.0通信模块是用于单片机与计算机单元之间进行数据通信，数据传输是由单片机通过USB2.0通信模块将串口转为USB接口，依据USB2.0通信协议由数据线和时钟线将传感器采集到的数据发送给计算机单元机的过程，且数据的传输方向是双向的；首先由计算机单元发送指令给单片机，单片机接收指令并将采集到的数据存到缓冲区，待数据打包好后通过信道传输到单片机上对应唯一的一个由计算机单元分配的端口，并经单片机逻辑设备触发中断将数据传输给计算机单元；当计算机单元设置参数与单片机连接时，两者之间端口与波特率要保持一致，由计算机单元向单片机发出握手信号，待握手成功后单片机才开始将采集到的数据依次传输给计算机单元显示，计算机单元一方面接收数据并将数据给显示界面显示出来，另一方面可将数据存储到TXT文件夹中记录数据。

参考图6所示，本实用新型中单片机主要利用C语言编程，单片机控制程序的工作流程依次包括系统初始化、数据采集、采集成功、数据传输、显示；所述系统初始化包括各功能模块设备的初始化并进入工作状态；所述数据采集即各传感器接收被测量有关的物理信号并转换为电信号输出给单片机，其中电流电压传感器采用模拟信号输出给单片机，其余传感器采用数字信号输出给单片机；所述采集成功就是检查每路数据信号是否采集完成，如果采集完成则进入下一步骤，如果采集没有完成则返回继续数据采集；所述数据传输包括采用USB2.0通信协议由单片机将传感器获得的数据传输给计算机单元，同时经单片机将传感器获得的数据传输给液晶显示器对数据进行显示；所述数据传输给计算机单元的工作流程包括由单片机将采集到的数据先存储到发送缓冲区中，根据要发送的变量定义一个合适大小的数组来放存到SBUF串行数据缓冲器中的数据，当单片机接收到从计算机单元发送的命令后触发串行口中断，由串行端口完成一帧字符发送/接收后引起，单片机就对SBUF串行数据缓冲器中的数据进行相应的处理，其中执行串行口中断程序要有一个判断条件，当条件满足时SBUF串行数据缓冲器写入传感器采集到的数据，然后SBUF串行数据缓冲器将数据发送后清除整个缓冲区，准备下一次数据传输；所述显示包括液晶显示器接收单片机发送的数据并进行显示，也包括计算机单元接收单片机发送的数据并在计算机界面显示。

本实用新型中液晶显示器优选采用LCD12864液晶显示屏，各传感器采集到的多路数据经过单片机处理后在液晶屏上可分为4行同步显示出来，它是带中文字库的液晶显示屏，采用5V电压驱动，带背光，白字蓝底，一共可以显示8个汉字或16个字符，每一个汉字位置都有固定的地址，可设置不同的地址即可在不同的位置上显示字符，内置8192个16×16点阵、128个字符以及64×256点阵显示RAM存储器，与外部CPU接口采用并行或串行两种控制方式，当PSB引脚为高电平时，选择并行方式，当PSB引脚为低电平时，选择串行方式；在显示电路中寄存器选择端RS与单片机P3.5连接，读写控制端R/W与单片机P3.6连接，使能端E与单片机P3.7连接，通过对RS和R/W端进行指令编程来实现显示电路的读写、屏幕显示和光标操作，此外通过调节50k的精密可调电阻可以达到改变液晶显示对比度的目的，能够更加清晰地显示数据内容。

本实用新型中的计算机单元是采用Qt软件来完成显示界面的设计，Qt软件是一种基于C++高级语言的图形界面应用软件，不但可以开发强大的图形界面，而且使用方便，Qt软件的整体架构是釆用C++高级语言研发而成，具有很好的兼容性；计算机单元采用Qt软件编写显示界面，通过USB2.0通信协议读取单片机传输的数据并进行显示。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化；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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种多路数据采集系统，其特征在于包括单片机、以及分别与单片机连接的液晶显示器、计算机单元和数据采集单元，所述数据采集单元包括分别与单片机连接的温湿度传感器、光照度传感器、压力传感器、人体红外传感器、开关量传感器；所述温湿度传感器、光照度传感器、压力传感器、人体红外传感器和开关量传感器分别采集温湿度、光照度、压力、人体和开关量的物理量并转换为数字信号传输给单片机。

2.根据权利要求1所述的多路数据采集系统，其特征在于所述数据采集单元还包括电流电压传感器用于采集电流电压物理量转换成模拟信号传输给单片机。

3.根据权利要求2所述的多路数据采集系统，其特征在于所述单片机包括AD模数转换模块，所述电流电压传感器经AD模数转换模块与单片机连接。

4.根据权利要求1所述的多路数据采集系统，其特征在于所述单片机经USB2.0通信模块与计算机单元连接。