CN208596293U - 多类型传感器无线通用数据采集器 - Google Patents

Abstract

多类型传感器无线通用数据采集器，涉及自动化监测数据采集技术领域。本实用新型包括下述部分：信号接收单元，用于接收传感器信号；与信号接收单元连接的信号分发单元，用于鉴别传感器信号的类型并将传感器信号分发到不同的传感器信号处理单元；以及与信号分发单元连接的下述传感器信号处理单元：数字量传感器信号处理单元、模拟量传感器信号处理单元、脉冲量传感器信号处理单元、通断量传感器信号处理单元；数字滤波器，用于接收来自各传感器信号处理单元的输出数据并对其进行滤波降噪：与数字滤波器连接的阈值对比单元。本实用新型的有益效果是，能够实现多类型传感器远程数据采集，兼备灾害发生实时报警、远程程序更新升级功能，具有很高的工作效率。

Description

多类型传感器无线通用数据采集器

技术领域

本实用新型涉及自动化监测数据采集技术领域。

背景技术

随着铁路的飞速发展，运营安全得到越来越广泛的重视，铁路基础设施健康状态是确保铁路安全运营的重要保障。然而当前铁路基础设施运维，通常采用人工巡检和动检车巡查方式。铁路尤其是高铁，通常具有天窗时间短、车辆运行速度快等特点，人工巡检、动检车等方式不仅需要耗费大量的人力财力，同时施工作业也非常不方便。因此利用一种无线的数据采集装置，实时的通过接入多种类型传感器采集现场环境数据，且具有动态阈值设定、设备状态自检等功能，能够极大减少设施巡检工作，实时的对设施状态进行安全监测。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种多类型传感器信号接入、突发灾害实时报警、低功耗、高稳定性的无线数据采集装置。

本实用新型解决所述技术问题所采用的技术方案为：多类型传感器无线通用数据采集器，包括下述部分：

信号接收单元，用于接收传感器信号；

与信号接收单元连接的信号分发单元，用于鉴别传感器信号的类型并将传感器信号分发到不同的传感器信号处理单元；

以及与信号分发单元连接的下述传感器信号处理单元：

数字量传感器信号处理单元、模拟量传感器信号处理单元、脉冲量传感器信号处理单元、通断量传感器信号处理单元；

数字滤波器，用于接收来自各传感器信号处理单元的输出数据并对其进行滤波降噪：

与数字滤波器连接的阈值对比单元。

本实用新型的有益效果是，能够实现多类型传感器远程数据采集，兼备灾害发生实时报警、远程程序更新升级功能，具有很高的工作效率。

附图说明

图1为本实用新型的模块结构示意图；

图2为本实用新型的工作流程示意图；

图3为本实用新型的多通道模拟量采集电路图。

具体实施方式

多传感器类型无线通用数据采集器，包括：

信号接收单元，用于接收传感器信号；

与信号接收单元连接的信号分发单元，用于鉴别传感器信号的类型并将传感器信号分发到不同的传感器信号处理单元；

以及与信号分发单元连接的下述传感器信号处理单元：

数字量传感器信号处理单元、模拟量传感器信号处理单元、脉冲量传感器信号处理单元、通断量传感器信号处理单元；

数字滤波器，用于接收来自各传感器信号处理单元的输出数据并对其进行滤波降噪：

与数字滤波器连接的阈值对比单元。

本实用新型的各个部分可以采用芯片处理器(例如CPU、FPGA)的形式实现，也可以采用分立器件搭建而成。

采用CPU的实施方式：

具体结构为：采用CPU控制模块、RF模块、A/D转换模块、脉冲信号测量模块、RS232信号输入模块、开关量通断测量模块、外扩SRAM模块、稳压电路模块和电源模块。所述CPU控制模块分别与RF模块、A/D转换模块、脉冲信号测量模块、RS232信号输入模块、开关量通断测量模块、外扩SRAM模块、稳压电路模块相连接，所述电源模块与稳压电路相连接。

所述RF模块设有可作为无线传输的天线，其数据传输频段为410MHz～443MHz。

所述RF模块可灵活的设置信道及地址，具有自动前向纠错功能，能够防止数据相互干扰的同时，降低通信误码率。

所述A/D转换模块采用AD7124芯片，该芯片为24位高精度模数转换模块。

在A/D转换模块之前，设有模拟量信号处理电路，能够实现对电流信号、电压信号、电阻信号的采集，同时电压信号还可实现负向电压采集。

所述脉冲信号测量能够将类似翻斗式雨量计输出信号转换成标准脉冲信号，实现对其进行精确的计数测量。

所述开关量通断测量模块能够将类似泥石流断线计输出信号转换成电压信号，在断线计闭合时转换成低电压输入，在断线计拉断时转换成高电压输入。

所述外扩SRAM模块采用IS62WV512芯片，该芯片存储空间大小为1MB。

所述SRAM模块，用于卡尔曼滤波算法参数存储，同时在采集仪远程软件升级过程中，临时存储新的bin文件数据。

实施例：

如图1-3所示，一种多类型传感器无线通用数据采集器，包括CPU控制模块、RF模块、A/D转换模块、脉冲信号测量模块、RS232信号输入模块、开关量通断测量模块、外扩SRAM模块、稳压电路模块和电源模块，所述CPU模块分别与RF模块、A/D转换模块、脉冲信号测量模块、RS232信号输入模块、开关量通断测量模块、外扩SRAM模块和稳压电路模块相连接，所述电源模块与稳压电路模块相连接。所述RF模块设有作为无线传输的天线，所述天线与RF模块相连接。

在工作过程中,外接10～18V直流电压至电源模块，经过滤波降噪处理后连接至稳压电路模块，由稳压电路模块处理后输出稳定的3.3V、+-5V、2.5V电压供电给CPU控制模块、A/D转换模块等其他模块。当CPU控制模块工作时，根据接入的传感器，进行相应的数据采集、滤波降噪处理、转换，并与设定的阈值进行对比，分析是否主动通过RF模块发送超标报警信息。同时RF模块也将接收来之采集器中心节点发送过来的无线数据指令，进行对比分析，上传采集到的传感器数据、当前软硬件版本信息等等。

实用新型具有16路模拟信号接入通道、2路RS232数字信号通道、2路脉冲信号计数通道和2路开关量通断信号通道。根据应用场景需要，接入相应类型的传感器，并通过上位机对其进行接入类型、转换公式、阈值等参数配置。

实用新型连接相应的传感器进行通电后，需通过上位机连接RS232串口线对其进行参数配置，其配置协议格式如下：

该协议使用2字节描述一帧数据包长度，4字节对命令进行编码及2字节数据包CRC校验。

实用新型RF模块具有主动发送和被动接收并解析数据命令功能，当采集器采集到的传感器数据值超过阈值后，将通过RF模块主动发送超限报警信息，同时当RF模块接收到无线数据命令后，对其进行解析并将数据通过该RF模块发送反馈。其中RF模块无线通信数据协议格式如下：

该协议采用3字节来表示数据接收方的信道与地址，采用1字节表示数据包包长，2字节代表接收方地址即协议中主站编号，2字节表示采集器自身地址即协议中从站编号，2字节代表接入的传感器编号，同时采用4字节乘以1字节表示的输出值个数的大小来表示采集到的传感器输出值的个数及每个输出值大小，最后2字节为整个协议包的CRC校验码。

实用新型将采集到的所有传感器数据转换成对应的数字信号后，采用自适应的卡尔曼滤波算法对其进行降噪滤波处理。

实用新型对模拟量信号的采集进行了较多的转换处理，能够采集电阻信号、电量信号、电压信号。其中对电阻、电量信号的采集，采用精密电阻器件进行分压转换处理，转换成电压信号输入A/D器件测量。对电压信号，尤其是负向电压，采用运放加法器，实现+-2.5V范围的电压测量。

为能够得到高精度的模拟量值，首先在硬件上进行了滤波处理，其次通过软件进行分段函数校准，使得模拟量测量精度达到0.1％。

实用新型通常布设在铁路沿线、山体等野外施工、维护相对困难的环境条件下。为了减少设备维护量，及时发现并定位设备故障，采集器设有自检和远程程序更新升级功能。

在检测到无法采集传感器数据、无法存储数据至外扩SRAM、电池电量过低等情况下，将主动通过RF模块发送故障信息。

进一步的，本实用新型具有远程程序升级功能，用户通过上位机指令可获取当前采集器软硬件版本信息，根据需要将编译好的新程序bin文件经RF模块多次分包方式发送至采集器，实现程序的远程更新功能。

Claims (1)

1.多类型传感器无线通用数据采集器，其特征在于，包括下述部分：

信号接收单元，用于接收传感器信号；

与信号接收单元连接的信号分发单元，用于鉴别传感器信号的类型并将传感器信号分发到不同的传感器信号处理单元；

以及与信号分发单元连接的下述传感器信号处理单元：

数字量传感器信号处理单元、模拟量传感器信号处理单元、脉冲量传感器信号处理单元、通断量传感器信号处理单元；

数字滤波器，用于接收来自各传感器信号处理单元的输出数据并对其进行滤波降噪：

与数字滤波器连接的阈值对比单元。