CN212031973U - 一种基于物联网的数据采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开的一种基于物联网的数据采集装置，所述装置上设置有数据采集接口，所述装置内设置有信号调理电路、A/D转换电路、单片机、信号收发电路、过压保护电路和蓄电池，所述数据采集接口依次通过信号调理电路、A/D转换电路与单片机的输入端相连，所述蓄电池通过过压保护电路与单片机的输入端相连，所述单片机的输出端通过信号收发上传至主站服务器；本实用新型在过压情况下能够及时断开蓄电池的供电，避免数据采集装置的损坏，保证后续工作的正常运行；从而保证数据采集装置的使用寿命下，采集到的数据更加精确，实用性强。

Description

一种基于物联网的数据采集装置

技术领域

本实用新型属于数据采集装置的技术领域，具体涉及一种基于物联网的数据采集装置。

背景技术

近几年，目前物联网技术合云技术逐步成熟，我国已形成了基本齐全的物联网产业体系，部分领域已形成一定的市场规模，网络通信相关技术和产业支持能力与国外差距在逐渐缩小，在公共安全、交通运输、能源环保、农业生产等多个领域保持快速发展。

然而在数据采集终端方面，当前大多数物联网的终端都是采集简单直观的数据实现应用，但是随着物联网应用场景的复杂化，物联网终端需要在不同情况下对数据进行采集、分析并做出合理的响应，这就对终端智能化水平提出较高的要求，体现物联网的应用价值。与此同时，由于与物联网相关的采集设备及服务尚在起步，物联网的应用服务还需发展，并且现有的物联网采集装置传输距离较短，并且其功能也较为单一。

实用新型内容

本实用新型克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种使用寿命长、抗干扰能力强，且基于物联网的数据采集装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种基于物联网的数据采集装置，所述装置上设置有数据采集接口，所述装置内设置有信号调理电路、A/D转换电路、单片机、信号收发电路、过压保护电路和蓄电池，所述数据采集接口依次通过信号调理电路、A/D转换电路与单片机的输入端相连，所述蓄电池通过过压保护电路与单片机的输入端相连，所述单片机的输出端通过信号收发上传至主站服务器。

优选地，所述信号调理电路包括放大器P1和放大器P2，所述放大器P1的同相输入端串接电阻R1后接地，放大器P1的反相输入端通过接线端子a与数据采集接口的输出端相连，放大器P1的反相输入端与接线端子a之间的连线串接电阻R2后与放大器P1的输出端相连，电容C2并接在电阻R2两端，放大器P1的输出端串接电阻R3后与放大器P2的同相输入端相连，放大器P2的反相输入端串接电阻R4后接地，放大器P2的反相输入端与电阻R4之间的连线分别与电容C3的一端、电阻R5的一端相连，电容C3的另一端分别与放大器P2的输出端、接线端子b相连，接线端子b与A/D转换电路的输入端相连，电阻R5的另一端串接电阻R7后接地，电阻R5与电阻R7之间的连线串接电阻R6后与放大器P2的输出端相连。

优选地，所述信号收发电路包括RS485收发器U1、光耦合器M1和光耦合器M2，所述光耦合器M1的正极串接电阻R8后与VCC电源端相连，光耦合器M1的负极通过接线端子C与单片机的RXD端相连，光耦合器M1的发射极接地，光耦合器M1的集电极串接电阻R10后与RS485收发器U1的RO端相连，RS485收发器U1的RE端与RS485收发器U1的DE端相连后与三极管T1的集电极相连，三极管T1的基极与光耦合器M2的集电极相连，光耦合器M2的发射极与三极管T1的发射极相连后接地，光耦合器M2的正极串接电阻R9后与VCC电源端相连，光耦合器M2的负极通过接线端子d与单片机的TXD端相连，RS485收发器U1的B端串接电阻R11后接地，RS485收发器U1的B端与电阻R11之间的连线串接双向稳压二极管D1后接地，RS485收发器U1的A端串接电阻R12后接地，RS485收发器U1的A端与电阻R12之间的连线串接双向稳压二极管D3后接地，双向稳压二极管D2并接在RS485收发器U1的A端与RS485收发器U1的B端之间，双向稳压二极管D1与双向稳压二极管D2之间的连线与接插座J1的第一接线端子相连，双向稳压二极管D2与双向稳压二极管D3之间的连线与接插座J1的第二接线端子相连。

优选地，所述过压保护电路包括比较器P3、反相器P4、MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3、MOS管Q4和MOS管Q5，所述反相器P4的型号为LM193，所述比较器P3的同相输入端通过接线端子e与蓄电池的供电电压相连，比较器P3的反相输入端与外接基准电压U0相连，比较器P3的输出端与反相器P4的输入端相连，反相器P4的输出端分别与电容C4的一端、电容C5的一端、MOS管Q1的漏极、MOS管Q2的漏极、三极管T2的基极相连，电容C4的另一端与MOS管Q1的栅极、MOS管Q1的源极相连后与VCC电源端相连，电容C5的另一端与MOS管Q2的栅极、MOS管Q2的源极相连后接地，三极管T2的集电极分别与MOS管Q3的栅极、电阻R14的一端、电阻R15的一端相连，电阻R14的另一端分别与MOS管Q3的漏极、电阻R13的一端相连，电阻R13的另一端分别与蓄电池的电压端VB端、电阻R16的一端、MOS管Q5的漏极相连，MOS管Q5的源极通过接线端子f与单片机的输入端相连，MOS管Q5的栅极分别与电阻R16的另一端、MOS管Q4的漏极、电阻R15的另一端、MOS管Q4的栅极相连，MOS管Q4的源极分别与MOS管Q3的源极、三极管T2的发射极相连后接地。

优选地，所述数据采集接口包括RS232接口、RS485接口、UART接口、UASRT接口、CAN总线接口、SPI串口、I2C总线、16位GPIO接口、USB接口。

优选地，所述单片机的型号为89C51系列。

优选地，所述放大器P1和放大器P2的型号为OPA2336。

优选地，所述光耦合器M1和光耦合器M2的型号为MOC020。

优选地，所述比较器P3的型号为LM193。

本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本实用新型一种基于物联网的数据采集装置，数据采集接口的输入端与传感器相连，经信号调理电路放大处理、A/D转换电路模数转化处理后发送至单片机，单片机通过信号收发电路发送至主站服务器，通过设置过压保护电路，在过压情况下能够及时断开蓄电池的供电，避免数据采集装置的损坏，保证后续工作的正常运行；从而保证数据采集装置的使用寿命下，采集到的数据更加精确，实用性强。

2、本实用新型的信号收发电路简化了信号的接收与发送的控制过程，同时该信号收发电路的抗干扰能力强，增强通信可靠性高和电路稳定性强。

3、本实用新型的压保护电路的工作功耗低，成本低，结构简单，电路工作稳定性高，安全可靠，使用MOS管作开关管，更加节能。

附图说明

下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型中信号调理电路的电路原理图；

图3为本实用新型中信号收发电路的电路原理图；

图4为本实用新型中过压保护电路的电路原理图；

图中：1为数据采集接口，2为信号调理电路，3为A/D转换电路，4为信号收发电路，5为过压保护电路，6为蓄电池。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，一种基于物联网的数据采集装置，所述装置上设置有数据采集接口1，所述装置内设置有信号调理电路2、A/D转换电路3、单片机、信号收发电路4、过压保护电路5和蓄电池6，所述数据采集接口1依次通过信号调理电路2、A/D转换电路3与单片机的输入端相连，所述蓄电池6通过过压保护电路5与单片机的输入端相连，所述单片机的输出端通过信号收发4上传至主站服务器。

具体地，数据采集接口1的输入端与传感器相连，经信号调理电路2放大处理、A/D转换电路3模数转化处理后发送至单片机，单片机通过信号收发电路4发送至主站服务器，通过设置过压保护电路5，在过压情况下能够及时断开蓄电池的供电，避免数据采集装置的损坏，保证后续工作的正常运行；从而保证数据采集装置的使用寿命下，采集到的数据更加精确，实用性强。

如图2所示，所述信号调理电路2包括放大器P1和放大器P2，所述放大器P1和放大器P2的型号为OPA2336；所述A/D转换电路3包括型号为MC14433的A/D转换芯片；所述放大器P1的同相输入端串接电阻R1后接地，放大器P1的反相输入端通过接线端子a与数据采集接口1的输出端相连，放大器P1的反相输入端与接线端子a之间的连线串接电阻R2后与放大器P1的输出端相连，电容C2并接在电阻R2两端，放大器P1的输出端串接电阻R3后与放大器P2的同相输入端相连，放大器P2的反相输入端串接电阻R4后接地，放大器P2的反相输入端与电阻R4之间的连线分别与电容C3的一端、电阻R5的一端相连，电容C3的另一端分别与放大器P2的输出端、接线端子b相连，接线端子b与A/D转换电路3的输入端相连，电阻R5的另一端串接电阻R7后接地，电阻R5与电阻R7之间的连线串接电阻R6后与放大器P2的输出端相连，所述接线端子b与A/D转换芯片的Vx端相连。

具体地，信号调理电路2对传感器输出的微弱电流信号进行放大处理，由放大器P1、电阻R1、电阻R2、电容C2组成的一级放大电路实现把传感器输出的微弱电流信号转换成电压信号并放大到一定电压值，由放大器P2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7组成的二级放大电路对一级放大电路的输出电压再放大，使得输出电压在一个适合A/D转换电路3采样的范围内，二级放大电路中，电阻R5、电阻R6、电阻R7构成T型反馈电阻网络，不用高值电阻也能得到阻值较大的增益值，从而减小了采用大阻值电阻所带来的漂移误差，有效的提高了信号采集精度。

如图3所示，所述信号收发电路4包括RS485收发器U1、光耦合器M1和光耦合器M2，所述RS485收发器U1的型号为SP3485，所述光耦合器M1和光耦合器M2的型号为MOC020，所述光耦合器M1的正极串接电阻R8后与VCC电源端相连，光耦合器M1的负极通过接线端子C与单片机的RXD端相连，光耦合器M1的发射极接地，光耦合器M1的集电极串接电阻R10后与RS485收发器U1的RO端相连，RS485收发器U1的RE端与RS485收发器U1的DE端相连后与三极管T1的集电极相连，三极管T1的基极与光耦合器M2的集电极相连，光耦合器M2的发射极与三极管T1的发射极相连后接地，光耦合器M2的正极串接电阻R9后与VCC电源端相连，光耦合器M2的负极通过接线端子d与单片机的TXD端相连，RS485收发器U1的B端串接电阻R11后接地，RS485收发器U1的VCC端串接电容C6后接地，RS485收发器U1的VCC端与电容C6之间的连线与VCC电源端相连，RS485收发器U1的B端与电阻R11之间的连线串接双向稳压二极管D1后接地，RS485收发器U1的A端串接电阻R12后接地，RS485收发器U1的A端与电阻R12之间的连线串接双向稳压二极管D3后接地，双向稳压二极管D2并接在RS485收发器U1的A端与RS485收发器U1的B端之间，双向稳压二极管D1与双向稳压二极管D2之间的连线与接插座J1的第一接线端子相连，双向稳压二极管D2与双向稳压二极管D3之间的连线与接插座J1的第二接线端子相连，信号收发电路4通过接插座J1连接外部通信线，所述单片机的型号为89C51系列，所述双向稳压二极管D1、双向稳压二极管D2、双向稳压二极管D3的型号为SMCJ6.5CA。

具体地，光耦合器M1和光耦合器M2能够将外接电源与RS485收发器U1进行电气隔离，消除了电连接产生的干扰，提高了物联网的数据采集装置的抗干扰性和通信可靠性；RS485收发器U1的RO端通过电阻R10、光耦合器M1连接单片机的RXD端，电阻R8、电阻R9、电阻R10起限流作用，能够保护RS485收发器U1的引脚；电容C6是电源旁路电容，能够给RS485收发器U1提供干净的电源，使RS485收发器U1能够稳定工作；电阻R11是下拉电阻，电阻R12是上拉电阻，双向稳压二极管D1、双向稳压二极管D2、双向稳压二极管D3能够把RS485收发器U1的A端、RS485收发器U1的B端对地的电压以及RS485收发器U1的A端、RS485收发器U1的B端之间的电压牵制在6.5V内，保护RS485收发器U1；当单片机需要发送数据时，在单片机的TXD引脚上表现数据，当TXD发送0时，三极管T1不导通，DE接高电平，进入发送模式，由于DI已经接地，RS485收发器U1把DI上的电平反应到A、B引脚上输出，所以A、B引脚传输0；当TXD发送1时，三极管T1导通，RE接低电平，进入接收模式，RS485收发器U1的A、B引脚进入高阻状态，因为电阻R12把A引脚拉高，电阻R11把B引脚拉低，所以A、B引脚传输1；当单片机需要接收数据时，在单片机的RXD引脚上表现数据，在接收数据的过程中，TXD引脚为高电平，三极管T1导通接地，RS485收发器U1的RE端、DE端接地RS485收发器U1的RE端为低电平，RS485收发器U1的RO端接收A、B引脚传输过来的数据；通过信号收发电路4只需要连接单片机的RXD与TXD引脚，无需单片机的IO端连接到RS485收发器U1的RE、DE端，简化了信号的接收与发送的控制过程，同时该信号收发电路的抗干扰能力强，增强通信可靠性高和电路稳定性强。

如图4所示，所述过压保护电路5包括比较器P3、反相器P4、MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3、MOS管Q4和MOS管Q5，所述比较器P3的型号为LM193，所述比较器P3的同相输入端通过接线端子e与蓄电池6的供电电压相连，比较器P3的反相输入端与外接基准电压U0相连，比较器P3的输出端与反相器P4的输入端相连，反相器P4的输出端分别与电容C4的一端、电容C5的一端、MOS管Q1的漏极、MOS管Q2的漏极、三极管T2的基极相连，电容C4的另一端与MOS管Q1的栅极、MOS管Q1的源极相连后与VCC电源端相连，电容C5的另一端与MOS管Q2的栅极、MOS管Q2的源极相连后接地，三极管T2的集电极分别与MOS管Q3的栅极、电阻R14的一端、电阻R15的一端相连，电阻R14的另一端分别与MOS管Q3的漏极、电阻R13的一端相连，电阻R13的另一端分别与蓄电池6的电压端VB端、电阻R16的一端、MOS管Q5的漏极相连，MOS管Q5的源极通过接线端子f与单片机的输入端相连，MOS管Q5的栅极分别与电阻R16的另一端、MOS管Q4的漏极、电阻R15的另一端、MOS管Q4的栅极相连，MOS管Q4的源极分别与MOS管Q3的源极、三极管T2的发射极相连后接地。

具体地，所述MOS管Q1、MOS管Q2组成静电防护电路，静电防护电路能够消除静电，提高耐压值，当人体接触芯片时，瞬态电压超过电路的正常工作电压时，MOS管Q1、MOS管Q2同时击穿，为瞬态电流提供通路，使内部电路免遭超额电压击穿或超额电流的过热烧毁；所述电容C4、电容C5用于提高MOS管的耦合速度，使得尽快击穿；电阻R15为限流电阻，提高电路稳定性。

当蓄电池6的电压处于过压状态时，蓄电池6的供电电压大于基准电压U0，比较器P3输出高电平信号，高电平信号经过反相器P4转换为低电平信号，三极管T2的基极接收低电平信号截止，此时MOS管Q3的栅极经过电阻R14接收蓄电池6VB端的高电压信号导通，由于MOS管Q3的导通接地，此时MOS管Q4的栅极接收低电平信号截止，MOS管Q5的栅极接收蓄电池6VB端的高电压信号截止，此时接线端子f端无电压输出，蓄电池6不再为数据采集装置供电，保护了数据采集装置不被过压状态而损坏；若蓄电池6的电压处于正常状态时，蓄电池6的供电电压小于基准电压U0，比较器P3输出低电平信号，低电平信号经过反相器P4转换为高电平信号，三极管T2的基极接收高电平信号导通，由于三极管T2的导通接地，此时MOS管Q3的栅极电压被拉低，MOS管Q3截止，MOS管Q4接收高电平信号导通，由于MOS管Q4的导通接地，此时MOS管Q5的栅极接收低电平信号导通，接线端子f端正常输出电压，蓄电池进行正常供电；过压保护电路5的工作功耗低，成本低，结构简单，电路工作稳定性高，安全可靠，使用MOS管作开关管，更加节能。

所述数据采集接口1包括RS232接口、RS485接口、UART接口、UASRT接口、CAN总线接口、SPI串口、I2C总线、16位GPIO接口、USB接口；所述数据采集接口1支持多种传感器设备连接，大大节约维护成本。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种基于物联网的数据采集装置，其特征在于：所述装置上设置有数据采集接口，所述装置内设置有信号调理电路、A/D转换电路、单片机、信号收发电路、过压保护电路和蓄电池，所述数据采集接口依次通过信号调理电路、A/D转换电路与单片机的输入端相连，所述蓄电池通过过压保护电路与单片机的输入端相连，所述单片机的输出端通过信号收发上传至主站服务器。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的数据采集装置，其特征在于：所述信号调理电路包括放大器P1和放大器P2，所述放大器P1的同相输入端串接电阻R1后接地，放大器P1的反相输入端通过接线端子a与数据采集接口(1)的输出端相连，放大器P1的反相输入端与接线端子a之间的连线串接电阻R2后与放大器P1的输出端相连，电容C2并接在电阻R2两端，放大器P1的输出端串接电阻R3后与放大器P2的同相输入端相连，放大器P2的反相输入端串接电阻R4后接地，放大器P2的反相输入端与电阻R4之间的连线分别与电容C3的一端、电阻R5的一端相连，电容C3的另一端分别与放大器P2的输出端、接线端子b相连，接线端子b与A/D转换电路的输入端相连，电阻R5的另一端串接电阻R7后接地，电阻R5与电阻R7之间的连线串接电阻R6后与放大器P2的输出端相连。

3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的数据采集装置，其特征在于：所述信号收发电路包括RS485收发器U1、光耦合器M1和光耦合器M2，所述光耦合器M1的正极串接电阻R8后与VCC电源端相连，光耦合器M1的负极通过接线端子C与单片机的RXD端相连，光耦合器M1的发射极接地，光耦合器M1的集电极串接电阻R10后与RS485收发器U1的RO端相连，RS485收发器U1的RE端与RS485收发器U1的DE端相连后与三极管T1的集电极相连，三极管T1的基极与光耦合器M2的集电极相连，光耦合器M2的发射极与三极管T1的发射极相连后接地，光耦合器M2的正极串接电阻R9后与VCC电源端相连，光耦合器M2的负极通过接线端子d与单片机的TXD端相连，RS485收发器U1的B端串接电阻R11后接地，RS485收发器U1的B端与电阻R11之间的连线串接双向稳压二极管D1后接地，RS485收发器U1的A端串接电阻R12后接地，RS485收发器U1的A端与电阻R12之间的连线串接双向稳压二极管D3后接地，双向稳压二极管D2并接在RS485收发器U1的A端与RS485收发器U1的B端之间，双向稳压二极管D1与双向稳压二极管D2之间的连线与接插座J1的第一接线端子相连，双向稳压二极管D2与双向稳压二极管D3之间的连线与接插座J1的第二接线端子相连。

4.根据权利要求1所述的一种基于物联网的数据采集装置，其特征在于：所述过压保护电路包括比较器P3、反相器P4、MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3、MOS管Q4和MOS管Q5，所述反相器P4的型号为LM193，所述比较器P3的同相输入端通过接线端子e与蓄电池的供电电压相连，比较器P3的反相输入端与外接基准电压U0相连，比较器P3的输出端与反相器P4的输入端相连，反相器P4的输出端分别与电容C4的一端、电容C5的一端、MOS管Q1的漏极、MOS管Q2的漏极、三极管T2的基极相连，电容C4的另一端与MOS管Q1的栅极、MOS管Q1的源极相连后与VCC电源端相连，电容C5的另一端与MOS管Q2的栅极、MOS管Q2的源极相连后接地，三极管T2的集电极分别与MOS管Q3的栅极、电阻R14的一端、电阻R15的一端相连，电阻R14的另一端分别与MOS管Q3的漏极、电阻R13的一端相连，电阻R13的另一端分别与蓄电池的电压端VB端、电阻R16的一端、MOS管Q5的漏极相连，MOS管Q5的源极通过接线端子f与单片机的输入端相连，MOS管Q5的栅极分别与电阻R16的另一端、MOS管Q4的漏极、电阻R15的另一端、MOS管Q4的栅极相连，MOS管Q4的源极分别与MOS管Q3的源极、三极管T2的发射极相连后接地。

5.根据权利要求1所述的一种基于物联网的数据采集装置，其特征在于：所述数据采集接口包括RS232接口、RS485接口、UART接口、UASRT接口、CAN总线接口、SPI串口、I2C总线、16位GPIO接口、USB接口。

6.根据权利要求1所述的一种基于物联网的数据采集装置，其特征在于：所述单片机的型号为89C51系列。

7.根据权利要求2所述的一种基于物联网的数据采集装置，其特征在于：所述放大器P1和放大器P2的型号为OPA2336。

8.根据权利要求3所述的一种基于物联网的数据采集装置，其特征在于：所述光耦合器M1和光耦合器M2的型号为MOC020。

9.根据权利要求4所述的一种基于物联网的数据采集装置，其特征在于：所述比较器P3的型号为LM193。

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