CN208421592U - 一种数字型三轴加速度采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于智能采集电子设备领域；尤其涉及一种数字型三轴加速度采集装置。采样频率高，分辨率高，体积小功能完善。包括主控模块、用于将12V电压转换为5V电压的第一电压转换模块、用于将5V电压转换为3.3V电压的第二电压转换模块、加速度采集传感器、RS485通信电路及指示灯模块；所述第一电压转换模块的输入与12V外部电源相连，第一电压转换模块的输出与第二电压转换模块的输入相连；所述第二电压转换模块作为系统电源，为各模块供电；所述RS485通信电路与串行通信接口相连；所述主控模块分别与加速度采集传感器、RS485通信电路及指示灯模块相连。

Description

一种数字型三轴加速度采集装置

技术领域

本实用新型涉及加速度监测，属于智能采集电子设备领域；尤其涉及一种数字型三轴加速度采集装置。

背景技术

随着我国经济建设的迅速发展，对基础设施建设的需求急剧增加，运输业也随之得到了大力发展。与此同时，运输过程的安全性开始被广泛关注，而在重大设备、精密仪器、危化品等物质的运输过程中安全性更是被看成重中之重。近年来，电子技术的发展推动了智能感知与智能检测技术的进步和完善。将智能感知与智能检测技术应用到运输过程的监控中，数字型三轴加速度采集装置可以在运输过程中，实时检测被运输的设备或物资在受外力作用下产生的加速度值，并在采集到的数据中提取相对重要的信息通过串行通信方式传输给其他主机。当加速度值超出预设的安全系数时发出报警信号，驾驶员可以及时调整安全驾驶策略；路程结束后，驾驶员可以随时查看历史报警数据，并进行大数据比对分析，得出安全预警信息，这样极大程度的降低了运输风险。运输全过程的加速度数据还可以作为物质安全验收的数据凭证之一。

综上，三轴加速度采集装置对于保障运输安全、加强物品运输监控和紧急事故预警具有十分重要的意义。现阶段我们正需要这种科技前沿的智能采集电子装置或仪器，来满足各大行业监控系统中的监测需求。此种创新的高科技智能采集装置的引入必将提高物质运输的安全性并降低物质运输中的事故发生率及经济损失，给社会上普遍需要工业过程监控的行业都带来了实用性的益处。

目前的重大设备、精密仪器、危化品等物质运输领域缺乏现代化的前沿监控技术手段，现有的对被监测设备的实时监测技术有如下缺点：数据采集频率低，数据采集精度低，采集器数字分辨率有限，处理器模块功能不够强大，实时分析处理能力不足等，导致智能监控过程中重要数据信息无法及时汇报甚至导致重要信息缺失。

发明内容

本实用新型就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种提高采样频率可达500Hz，分辨率高(加速度分辨率0.01g），精度高（满量程相对精度达到2‰），体积小功能完善的数字型三轴加速度采集装置。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案，包括主控模块、用于将12V电压转换为5V电压的第一电压转换模块、用于将5V电压转换为3.3V电压的第二电压转换模块、加速度采集传感器、RS485通信电路及指示灯模块。

所述第一电压转换模块的输入与12V外部电源相连，第一电压转换模块的输出与第二电压转换模块的输入相连；所述第二电压转换模块作为系统电源，为各模块供电。

所述RS485通信电路与串行通信接口相连。

所述主控模块分别与加速度采集传感器、RS485通信电路及指示灯模块相连。

作为本实用新型的一种优选方案，所述主控模块（嵌入式核心处理器）包括ST公司出产的低功耗系列芯片STM8L152C8T6,主控模块的供电部分经过CLC型滤波整流电路后输入至主控模块的电源输入引脚；该CLC型滤波整流电路包括由电解电容C5、电感L1及电解电容C8组成的π型滤波电路，所述电解电容C5两端并联有两个滤波去耦电容C6、C7；所述电解电容C8两端并联有滤波电容C9。

作为本实用新型的另一种优选方案，所述第一电压转换模块包括稳压芯片HT7350，12V外部输入电源正极与肖特基二极管DP1正极相连，二极管DP1负极与电阻RP1相连后接入所述稳压芯片的1脚，所述12V外部输入电源与地间连接有电解电容CP5；所述RP1与稳压芯片1脚相连的公共点与电解电容CP6的正极相连，CP6的负极接地；电阻RP1与CP6形成RC型滤波器；稳压芯片的2脚接地，稳压芯片的3脚输出5V电压，作为第二稳压转换模块的输入；稳压芯片3脚与地间连接有电解电容CP7，CP7的正端与稳压芯片3脚相连，CP7的负端接地。

作为本实用新型的另一种优选方案，所述肖特基二极管型号为SS24，SS24的耐压值为40V、电流2A；CP5、CP6的值均为106pF，RP1值为10Ω/1W。

作为本实用新型的另一种优选方案，所述第二电压转换模块包括降压集成芯片XC6209F332MR，实现5V转换为3.3V电压转换；所述降压集成芯片的1脚与3脚相连后与第一转换模块的+5V输出相连，所述降压集成芯片的2脚接地，所述降压集成芯片的5脚将电感LP2输出作为第二电压转换模块的输出；降压集成芯片的输入侧的1脚与地间连接有电容CP3、电解电容EP3，降压集成芯片的输出侧的5脚与地间连接有电容CP4、电解电容EP4。

作为本实用新型的另一种优选方案，所述加速度采集传感器采用MPU6050，加速度采集传感器的1脚、6脚连接到一起后与3.3V输入相连，该3.3V输入与地之间设置有滤波电容CM1、CM2，且电容CM1与CM2并联连接；该加速度采集传感器2脚、4脚、5脚相连后接地，加速度采集传感器的12脚与主控模块的33脚相连，加速度采集传感器的13脚与主控模块的34脚相连，加速度采集传感器的14脚与主控模块的35脚相连，加速度采集传感器的7脚与主控模块的36脚相连；加速度采集传感器的8脚与主控模块的27脚相连，加速度采集传感器的9脚与主控模块的26脚相连。

作为本实用新型的另一种优选方案，所述指示灯模块包括指示灯的正端与主控模块的25脚相连，该指示灯的负端接地。

作为本实用新型的另一种优选方案，所述RS485通信电路包括通信芯片SP3485，该通信芯片的1脚与主控模块的42脚相连，通信芯片的4脚与主控模块的41脚相连，通信芯片的2脚、3脚相互连接后接入主控模块的43脚；通信芯片的信号线A端接上拉电阻RH7，上拉电阻RH7阻值为360Ω,信号线B端接下拉电阻RH5，RH5阻值为360Ω，信号线AB端之间加入匹配电阻RH6，RH6阻值为120Ω；在A、B信号线上分别设置电流保护保险丝，保险丝的标称值为1A/60V，当外部电流超过1A时候，保险丝自动熔断。

与现有技术相比本实用新型有益效果。

本实用新型数字型三轴加速度采集装置实现了加速度数据的自采集、自处理、自传输。其低功耗、高精度、且低功耗，体积精巧但功能强大。

本实用新型电压转换部分设置有滤波电路、保护电路、去耦电路，确保装置的供电系统的稳定与安全。

本实用新型电路精简，从而极大的缩小了采集装置的体积，电路板为直径仅30mm的圆形。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。本实用新型保护范围不仅局限于以下内容的表述。

图1是本实用新型主控模块结构示意图。

图2是本实用新型外部供电接口及RS485接口示意图。

图3是本实用新型第一电压转换模块电路图。

图4是本实用新型第二电压转换模块电路图。

图5是本实用新型加速度采集传感器电路图。

图6是本实用新型指示灯电路图。

图7是本实用新型RS485通信电路图。

图8是本实用新型原理框图。

具体实施方式

如图1-8所示，本实用新型包括主控模块、用于将12V电压转换为5V电压的第一电压转换模块、用于将5V电压转换为3.3V电压的第二电压转换模块、加速度采集传感器、RS485通信电路及指示灯模块。所述第一电压转换模块的输入与12V外部电源相连，第一电压转换模块的输出与第二电压转换模块的输入相连；所述第二电压转换模块作为系统电源，为各模块供电。所述RS485通信电路与串行通信接口相连。所述主控模块分别与加速度采集传感器、RS485通信电路及指示灯模块相连。

优选的，所述主控模块（嵌入式核心处理器）包括ST公司出产的低功耗系列芯片STM8L152C8T6；主控模块的供电部分经过CLC型滤波整流电路后输入至主控模块的电源输入引脚；该CLC型滤波整流电路包括由电解电容C5、电感L1及电解电容C8组成的π型滤波电路，所述电解电容C5两端并联有两个滤波去耦电容C6、C7；所述电解电容C8两端并联有滤波电容C9。

具体地，主控模块供电部分应用了π型滤波电路中的CLC型滤波电路和整流电路，π型两端均采用标称值1F的电容C5和C8。特殊π型滤电路应用在主控模块的电源输入前端，起到了从低频到高频的宽频域滤除外部电源纹波和大程度降低外部电磁干扰的作用。特殊π型滤电路应用在单片机的电源输入前端，起到了从低频到高频的宽频域滤除外部电源纹波和大程度降低外部电磁干扰的作用。图2为12V外部电源输入接口及RS485串行通信接口，即接插件。

优选的，所述第一电压转换模块包括稳压芯片HT7350，12V外部输入电源正极与肖特基二极管DP1正极相连，二极管DP1负极与电阻RP1相连后接入所述稳压芯片的1脚，所述12V外部输入电源与地间连接有电解电容CP5；所述RP1与稳压芯片1脚相连的公共点与电解电容CP6的正极相连，CP6的负极接地；电阻RP1与CP6形成RC型滤波器；稳压芯片的2脚接地，稳压芯片的3脚输出5V电压，作为第二稳压转换模块的输入；稳压芯片3脚与地间连接有电解电容CP7，CP7的正端与稳压芯片3脚相连，CP7的负端接地。

优选的，所述肖特基二极管型号为SS24，SS24的耐压值为40V、电流2A；CP5、CP6的值均为106pF，RP1值为10Ω/1W。

具体地，电压12V转5V电路，采用外部电源供电（锂电池、车载电源等直流电源均可），采用低损耗DC转换芯片实现12V电压转换为5V，肖特基二极管结合π型滤波电路达到降低干扰和电路保护的功能。保护电路部分使用肖特基二极管结合π型滤波器中的RC型滤波器，实现了很好的电路保护及电路滤波效果。其中肖特基二极管选型为SS24，SS24耐压40V、电流2A；CP5\CP6的参数值为106pF，RP1参数值为10Ω/1W。

优选的，所述第二电压转换模块包括降压集成芯片XC6209F332MR，实现5V转换为3.3V电压转换；所述降压集成芯片的1脚与3脚相连后与第一转换模块的+5V输出相连，所述降压集成芯片的2脚接地，所述降压集成芯片的5脚将电感LP2输出作为第二电压转换模块的输出；降压集成芯片的输入侧的1脚与地间连接有电容CP3、电解电容EP3，降压集成芯片的输出侧的5脚与地间连接有电容CP4、电解电容EP4。

更为具体地，电压5V转3.3V电路：采用低功耗高效率的降压集成芯片，实现5V转换为3.3V电压转换，转换后的3.3V电压为系统供电。转换芯片前后共四个电容以及输出端的电感配合使用，完成了电路的去耦和滤波效果。

优选的，所述加速度采集传感器采用MPU6050，加速度采集传感器的1脚、6脚连接到一起后与3.3V输入相连，该3.3V输入与地之间设置有滤波电容CM1、CM2，且电容CM1与CM2并联连接；该加速度采集传感器2脚、4脚、5脚相连后接地，加速度采集传感器的12脚与主控模块的33脚相连，加速度采集传感器的13脚与主控模块的34脚相连，加速度采集传感器的14脚与主控模块的35脚相连，加速度采集传感器的7脚与主控模块的36脚相连；加速度采集传感器的8脚与主控模块的27脚相连，加速度采集传感器的9脚与主控模块的26脚相连。

更为具体地，加速度采集传感器采用一款小而薄的低功耗3轴MEMS加速度计，具有高达±200 g的高分辨率测量范围。数字输出数据为16位二进制补码格式，可通过SPI（3线或4线）或者I2C数字接口访问。集成式存储器管理系统采用32级先进先出(FIFO)缓冲器，可用于存储数据，从而将主机处理器负荷降至最低，并降低整体系统功耗。利用自带的数字运动处理器硬件加速引擎，实时采集被测设备的角速度信息，采样频率可达500HZ，并通过嵌入式核心控制芯片进行数据处理及数据分析解算，实现加速度数据的实时采集。

优选的，所述指示灯模块包括指示灯的正端与主控模块的25脚相连，该指示灯的负端接地。指示采集器的状态信息，方便查看采集器的实时状态。

优选的，所述RS485通信电路包括通信芯片SP3485，该通信芯片的1脚与主控模块的42脚相连，通信芯片的4脚与主控模块的41脚相连，通信芯片的2脚、3脚相互连接后接入主控模块的43脚；通信芯片的信号线A端接上拉电阻RH7，上拉电阻RH7阻值为360Ω,信号线B端接下拉电阻RH5，RH5阻值为360Ω，信号线AB端之间加入匹配电阻RH6，RH6阻值为120Ω；在A、B信号线上分别设置电流保护保险丝，保险丝的标称值为1A/60V，当外部电流超过1A时候，保险丝自动熔断。

更为具体地，RS485串行通讯电路具有一主多从、传输距离远、抗干扰等特点，便于实现采集器与上位机的数据交互。因为本采集装置为通信末端设备，在RS485总线的现场施工当中，通信质量会受到电缆种类、拓扑结构、走线长度、电器匹配等因素影响，造成通信质量下降，导致误码发生。所以在RS485的通信端加入上拉电阻、下拉电阻、匹配电阻，从而保证RS485总线的稳定性。信号线A端上拉电阻RH7选值为360Ω,信号线B端下拉电阻RH5选值为360Ω，信号线AB端之间加入匹配电阻RH6选值为120Ω。并且在AB信号线上加入电流保护保险丝，保险丝选取标称值为1A/60V，当外部电流超过1A时候，保险丝自动熔断，防止过大电流烧毁芯片，起到了过流保护作用。

三轴加速度采集装置实时采集车辆运动过程中载体受外力或外界环境影响所产生的加速度数据，并利用相关算法进行数据解析和过滤，当加速度数据超过预设的报警阈值进行处理，例如：上报报警数据信息，做到自采集、自处理、主动上报。

可以理解的是，以上关于本实用新型的具体描述，仅用于说明本实用新型而并非受限于本实用新型实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本实用新型进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种数字型三轴加速度采集装置，其特征在于，包括主控模块、用于将12V电压转换为5V电压的第一电压转换模块、用于将5V电压转换为3.3V电压的第二电压转换模块、加速度采集传感器、RS485通信电路及指示灯模块；

所述第一电压转换模块的输入与12V外部电源相连，第一电压转换模块的输出与第二电压转换模块的输入相连；所述第二电压转换模块作为系统电源，为各模块供电；

所述RS485通信电路与串行通信接口相连；

所述主控模块分别与加速度采集传感器、RS485通信电路及指示灯模块相连。

2.根据权利要求1所述的一种数字型三轴加速度采集装置，其特征在于：所述主控模块包括ST公司出产的低功耗系列芯片STM8L152C8T6，主控模块的供电部分经过CLC型滤波整流电路后输入至主控模块的电源输入引脚；该CLC型滤波整流电路包括由电解电容C5、电感L1及电解电容C8组成的π型滤波电路，所述电解电容C5两端并联有两个滤波去耦电容C6、C7；所述电解电容C8两端并联有滤波电容C9。

3.根据权利要求1所述的一种数字型三轴加速度采集装置，其特征在于：所述第一电压转换模块包括稳压芯片HT7350，12V外部输入电源正极与肖特基二极管DP1正极相连，二极管DP1负极与电阻RP1相连后接入所述稳压芯片的1脚，所述12V外部输入电源与地间连接有电解电容CP5；所述RP1与稳压芯片1脚相连的公共点与电解电容CP6的正极相连，CP6的负极接地；电阻RP1与CP6形成RC型滤波器；稳压芯片的2脚接地，稳压芯片的3脚输出5V电压，作为第二稳压转换模块的输入；稳压芯片3脚与地间连接有电解电容CP7，CP7的正端与稳压芯片3脚相连，CP7的负端接地。

4.根据权利要求3所述的一种数字型三轴加速度采集装置，其特征在于：所述肖特基二极管型号为SS24，SS24的耐压值为40V、电流2A；CP5、CP6的值均为106pF，RP1值为10Ω/1W。

5.根据权利要求1所述的一种数字型三轴加速度采集装置，其特征在于：所述第二电压转换模块包括降压集成芯片XC6209F332MR，实现5V转换为3.3V电压转换；所述降压集成芯片的1脚与3脚相连后与第一转换模块的+5V输出相连，所述降压集成芯片的2脚接地，所述降压集成芯片的5脚将电感LP2输出作为第二电压转换模块的输出；降压集成芯片的输入侧的1脚与地间连接有电容CP3、电解电容EP3，降压集成芯片的输出侧的5脚与地间连接有电容CP4、电解电容EP4。

6.根据权利要求2所述的一种数字型三轴加速度采集装置，其特征在于：所述加速度采集传感器采用MPU6050，加速度采集传感器的1脚、6脚连接到一起后与3.3V输入相连，该3.3V输入与地之间设置有滤波电容CM1、CM2，且电容CM1与CM2并联连接；该加速度采集传感器2脚、4脚、5脚相连后接地，加速度采集传感器的12脚与主控模块的33脚相连，加速度采集传感器的13脚与主控模块的34脚相连，加速度采集传感器的14脚与主控模块的35脚相连，加速度采集传感器的7脚与主控模块的36脚相连；加速度采集传感器的8脚与主控模块的27脚相连，加速度采集传感器的9脚与主控模块的26脚相连。

7.根据权利要求2所述的一种数字型三轴加速度采集装置，其特征在于：所述指示灯模块包括指示灯的正端与主控模块的25脚相连，该指示灯的负端接地。

8.根据权利要求2所述的一种数字型三轴加速度采集装置，其特征在于：所述RS485通信电路包括通信芯片SP3485，该通信芯片的1脚与主控模块的42脚相连，通信芯片的4脚与主控模块的41脚相连，通信芯片的2脚、3脚相互连接后接入主控模块的43脚；通信芯片的信号线A端接上拉电阻RH7，上拉电阻RH7阻值为360Ω,信号线B端接下拉电阻RH5，RH5阻值为360Ω，信号线AB端之间加入匹配电阻RH6，RH6阻值为120Ω；在A、B信号线上分别设置电流保护保险丝，保险丝的标称值为1A/60V，当外部电流超过1A时候，保险丝自动熔断。