CN212781301U - 一种用于多通道翻斗式雨量传感器的数据采集器 - Google Patents
一种用于多通道翻斗式雨量传感器的数据采集器 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开一种用于多通道翻斗式雨量传感器的数据采集器，包括主控芯片、对多路雨量计进行脉冲计数的捕获电路、对环境温湿度数据进行采集的温湿度测控模块、进行状态显示及人机交互的人机界面，捕获电路、温湿度测控模块、人机界面分别与主控模块相连，并且主控芯片与上位机通信连接。本实用新型的输出信号可根据记录需要自由选择独立或者接入软件系统使用，并且可实现对多路雨量传感器的实时采集。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于多通道翻斗式雨量传感器的数据采集器，适用于对多个翻斗式雨量传感器的检定、校准数据的采集，实现对检定、校准数据的实时采集。
背景技术
自动气象站翻斗式雨量传感器的计量形式主要有实验室检定、现场校准、核查等方式，在对其检定、校准或核查中需要能实时采集其输出信号，目前对其数据信号的采集一种是采用带有显示屏的计数器，多个传感器数据采集需要配备相应数量的计数器，且采集数据无法实现接入软件进行后续数据处理；一种是检定系统自带的采集模块，须接入软件，无法脱离软件独立使用。这两种数据采集设备在不同的计量工作形式中，都有使用的局限性，不方便计量工作的有效开展。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种用于多通道翻斗式雨量传感器的数据采集器，其输出信号可根据记录需要自由选择独立或者接入软件系统使用，并且可实现对多路雨量传感器的实时采集。
为了解决所述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种用于多通道翻斗式雨量传感器的数据采集器，包括主控芯片、对多路雨量计进行脉冲计数的捕获电路、对环境温湿度数据进行采集的温湿度测控模块、进行状态显示及人机交互的人机界面，捕获电路、温湿度测控模块、人机界面分别与主控模块相连，并且主控芯片与上位机通信连接。
进一步的，所述捕获电路包括多条支路，每条支路包括雨量计、二极管、分压电阻和电源，雨量计一端接地，另一端连接至二极管的负极，二极管的正极连接至主控芯片的GPIO口，雨量计与二极管负极之间的接点称为接点1，接点1连接至主控芯片的中断引脚，电源通过分压电阻连接至接点1。
进一步的，所述温湿度测控模块包括温湿度采集电路，温湿度采集电路包括可控精密稳压源TL431、测量电桥和差分放大器，测量电桥包括电阻R1、R2、温度传感器Pt100和电位器VR2，电阻R1与温度传感器Pt100串联在可控精密稳压源TL431与地之间，电阻R2与电位器VR2串联在可控精密稳压源TL431与地之间，电阻R1与温度传感器Pt100之间的接点经过电阻R3连接至差分放大器的同相输入端，电阻R2与电位器VR2之间的接点经过电阻R4连接至差分放大器的反相输入端，差分放大器的输出端连接至主控芯片自带的AD模块。
进一步的，所述温湿度测控模块包括温控设备驱动电路，温控设备驱动电路包括光耦、三极管、二极管和继电器线圈，光耦的端口1连接主控芯片的GPIO口，光耦的端口2通过电阻R10接地，光耦的端口4连接电源VCC，光耦的端口3通过电阻R11连接三极管的基极，电源VCC连接至三极管的发射极，三极管的集电极连接至继电器线圈，二极管反并联在继电器线圈两侧，继电器触点为温控设备的动作开关。
进一步的，所述人机界面包括分别与主控芯片相连的操作按键、计数模式切换按键和显示屏，显示屏通过串口与主控芯片相连。
进一步的，主控芯片通过串口实现与上位机的通信连接。
进一步的，主控芯片为STM32F103ZET6型号的ARM芯片。
进一步的，电阻R1、R2的阻值相等，电阻R3、R4的阻值相等。
本实用新型的有益效果：本实用新型的输出信号可根据计量需要自由选择独立或者接入软件系统使用，该设备可适应在实验室或观测现场进行使用，最大可实现对10路通道数据的实时采集，有效满足实验室批量检定、现场多传感器同时校准、核查的需要，有效提高计量工作效率和业务质量。
附图说明
图1为本实用新型的原理框图；
图2为捕获电路的原理图；
图3为温控设备驱动电路的原理图；
图4为温湿度采集电路的原理图；
图5为显示屏的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。
实施例1
本实施例公开一种用于多通道翻斗式雨量传感器的数据采集器，用于实现对各路雨量计计数值进行显示并对环境温湿度等信息进行采集，同时与上位操控界面进行通讯。该计数终端采用STM32F103ZET6型号的ARM处理器作为主控芯片。手持端通过捕获电路实现对最多10路雨量计的脉冲计数，并对环境温湿度传感器数据的采集；此外，雨量数据采集器具有显示屏，可以实现对各模拟系统的状态显示；同时，该终端与上位操控界面相连，将降水数据传输至上位系统以方便后续操作。整个终端构成如图1所示，包括主控芯片、对多路雨量计进行脉冲计数的捕获电路、对环境温湿度数据进行采集的温湿度测控模块、进行状态显示及人机交互的人机界面，捕获电路、温湿度测控模块、人机界面分别与主控模块相连，并且主控芯片与上位机通信连接。
本实施例中，雨量数据采集器采用STM32F103ZET6型号的ARM芯片作为核心控制器。该芯片具有丰富的片上资源：具有64KB SRAM、512KB FLASH、2个基本定时器、4个通用定时器、2个高级定时器、2个DMA控制器（共12个通道）、3个SPI、2个IIC、5个串口、1个USB、1个CAN、3个12位ADC、1个12位DAC、1个SDIO接口、1个FSMC接口以及112个通用IO口。采集器通过GPIO接口实现对人机界面及温控设备的控制，通过ADC实现温湿度采集，通过串口实现与上位机的通信，并采用控制器带有的中断源实现对多路雨量信号的采集。
为实现对雨量计的准确计数，需设计相应的脉冲捕获电路。一般的端口扫描方法无法实现雨量计计数脉冲的即时扫描，而且会大量耗费控制器资源；采用多路中断检测则会出现中断源数量不足及优先级冲突问题。因此在本终端的设计中采用了“中断+扫描”相结合的方式，在中断函数中采用扫描方式确定脉冲源。如图2所示，捕获电路包括多条支路，每条支路包括雨量计、二极管、分压电阻和电源，雨量计一端接地，另一端连接至二极管的负极，二极管的正极连接至主控芯片的GPIO口，雨量计与二极管负极之间的接点称为接点1，接点1连接至主控芯片的中断引脚，电源通过分压电阻连接至接点1。当任意一路雨量计产生脉冲时，均可触发程序进入中断函数，同时，相应采集通道的二极管导通，对应的GPIO接收到脉冲信号，程序在中断函数中对通道计数信号进行记录，从而实现计数功能。
本实施例中雨量数据采集器可以实现对温控装置的控制，如图4所示，温控设备驱动电路包括光耦、三极管、二极管和继电器线圈，光耦的端口1连接主控芯片的GPIO口，光耦的端口2通过电阻R10接地，光耦的端口4连接电源VCC，光耦的端口3通过电阻R11连接三极管的基极，电源VCC连接至三极管的发射极，三极管的集电极连接至继电器线圈，二极管反并联在继电器线圈两侧，继电器触点为温控设备的动作开关。主控芯片发出控制信号后，由驱动电路进行信号放大，最终对温控装置实现启停控制，本实施例采用继电器低电平闭合的工作方式，并在继电器线圈反并联二极管实现续流作用，同时采用光耦对控制器进行隔离，减小继电器线圈开闭对系统影响。
本实施例中的雨量数据采集器可以实现对环境温湿度的采集功能，由主控芯片的自带AD模块实现。其中温度的采集使用PT100热电阻实现，并通过如图4所示的具有温度补偿功能的电桥进行测量。湿度采集使用电压输出型湿度传感器实现，传感器输出信号直接与控制器AD引脚相连，由控制器采集信号电压值后，由人机界面实现湿度显示。
如图4所示，温度采集电路包括可控精密稳压源TL431、测量电桥和差分放大器，测量电桥包括电阻R1、R2、温度传感器Pt100和电位器VR2，电阻R1与温度传感器Pt100串联在可控精密稳压源TL431与地之间，电阻R2与电位器VR2串联在可控精密稳压源TL431与地之间，电阻R1与温度传感器Pt100之间的接点经过电阻R3连接至差分放大器的同相输入端，电阻R2与电位器VR2之间的接点经过电阻R4连接至差分放大器的反相输入端，差分放大器的输出端连接至主控芯片自带的AD模块。其中电阻R1、R2的阻值相等，电阻R3、R4的阻值相等。
图中TL431为精密电压源，可输出4.096V电压，VR2为电位器，可对Pt100的零位工作电压进行调节。R1、R2、VR2和Pt100电阻构成测量电桥，各电阻阻值已在图中标出，当温度处于零位时，Pt100与VR2阻值相同，输出压差为0；当环境温度发生改变时，电桥输出毫伏级压差信号，经过LM393运放进行差分放大100倍后输出至控制器，由控制器自带AD模块完成对输出电压Uo的采集。其中，Pt100电阻大小与输出电压Uo具有如下关系：
本实施例中的雨量数据采集器人机界面主要由操作按键、计数模式切换按键及显示部分组成。其中通过安检机拨码设置，可以实现采集器的采集模式切换及采集结果显示功能；雨量数据采集器可以通过12864液晶显示屏对多路雨量计的计数值进行显示，并实时显示环境温度数据，其电路原理图如图5所示。液晶屏幕的控制采用串口方式，仅需使用RS、R/W及EN三根引线，同并口方式相比可大幅减小控制器引脚数量。
本终端通过串口通讯实现与上位机的通讯，将雨量计数据及环境参数上传至上位机，由上位机实现更复杂的显示及后续数据库功能。
以上描述的仅是本实用新型的基本原理和优选实施例，本领域技术人员根据本实用新型做出的改进和替换，属于本实用新型的保护范围。
Claims (8)
1.一种用于多通道翻斗式雨量传感器的数据采集器，其特征在于：包括主控芯片、对多路雨量计进行脉冲计数的捕获电路、对环境温湿度数据进行采集的温湿度测控模块、进行状态显示及人机交互的人机界面，捕获电路、温湿度测控模块、人机界面分别与主控模块相连，并且主控芯片与上位机通信连接。
2.根据权利要求1所述的用于多通道翻斗式雨量传感器的数据采集器，其特征在于：所述捕获电路包括多条支路，每条支路包括雨量计、二极管、分压电阻和电源，雨量计一端接地，另一端连接至二极管的负极，二极管的正极连接至主控芯片的GPIO口，雨量计与二极管负极之间的接点称为接点1，接点1连接至主控芯片的中断引脚，电源通过分压电阻连接至接点1。
3.根据权利要求1所述的用于多通道翻斗式雨量传感器的数据采集器，其特征在于：所述温湿度测控模块包括温度采集电路，温度采集电路包括可控精密稳压源TL431、测量电桥和差分放大器，测量电桥包括电阻R1、R2、温度传感器Pt100和电位器VR2，电阻R1与温度传感器Pt100串联在可控精密稳压源TL431与地之间，电阻R2与电位器VR2串联在可控精密稳压源TL431与地之间，电阻R1与温度传感器Pt100之间的接点经过电阻R3连接至差分放大器的同相输入端，电阻R2与电位器VR2之间的接点经过电阻R4连接至差分放大器的反相输入端，差分放大器的输出端连接至主控芯片自带的AD模块。
4.根据权利要求1所述的用于多通道翻斗式雨量传感器的数据采集器，其特征在于：所述温湿度测控模块包括温控设备驱动电路，温控设备驱动电路包括光耦、三极管、二极管和继电器线圈，光耦的端口1连接主控芯片的GPIO口，光耦的端口2通过电阻R10接地，光耦的端口4连接电源VCC，光耦的端口3通过电阻R11连接三极管的基极，电源VCC连接至三极管的发射极，三极管的集电极连接至继电器线圈，二极管反并联在继电器线圈两侧，继电器触点为温控设备的动作开关。
5.根据权利要求1所述的用于多通道翻斗式雨量传感器的数据采集器，其特征在于：所述人机界面包括分别与主控芯片相连的操作按键、计数模式切换按键和显示屏，显示屏通过串口与主控芯片相连。
6.根据权利要求1所述的用于多通道翻斗式雨量传感器的数据采集器，其特征在于：主控芯片通过串口实现与上位机的通信连接。
7.根据权利要求1所述的用于多通道翻斗式雨量传感器的数据采集器，其特征在于：主控芯片为STM32F103ZET6型号的ARM芯片。
8.根据权利要求3所述的用于多通道翻斗式雨量传感器的数据采集器，其特征在于：电阻R1、R2的阻值相等，电阻R3、R4的阻值相等。
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