CN216434729U - 手持信号采集仪 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种手持信号采集仪，包括信号接口、隔离通道切换电路和单片机控制电路，隔离通道切换电路包括多个相互隔离的信号传输通道，不同的信号传输通道分别对应不同的信号类型，所述信号传输通道的输入端连接信号接口，输出端依次经相应的信号调理电路和信号采集电路连接单片机控制电路，所述单片机控制电路配置为判断输入信号类型，并根据输入信号类型驱动相应的信号传输通道导通。本实用新型采用单一的外部数据接口，对接入的不同信号采用固态继电器的方式进行有效的数据隔离，避免不同的信号调理电路之间的相互干扰，以及错误接线对采集仪的损坏。在应用环境恶劣，强干扰等场合，具有较高的可靠性。

Description

手持信号采集仪

技术领域

本实用新型涉及使用数字处理装置技术领域，具体涉及一种手持信号采集仪。

背景技术

随着我国交通事业的迅猛发展，大跨度、高难度的大型复杂桥梁正在被越来越多地建造和规划着，为了保证桥梁结构施工的安全、达到成桥的设计目标、提高施工质量而进行的桥梁施工监测与控制已成为桥梁施工技术的重要组成部分和关键的一环。桥梁建成后随着运营时间的推移，各构件可能会受到各种损伤，相应桥梁的刚度和承载能力就会出现不同程度的衰减，这些损伤和内力状态的改变需要及时进行适当的调整、维护、维修，否则将可能导致灾难性事故。

桥梁健康监测系统与桥梁施工监控虽然分属桥梁建设与运营两个不同阶段，健康监测与施工监控均需要通过传感器感知桥梁状态变化，并通过数据采集仪将模拟信号转换为数字信号进行传输。为避免因施工问题导致测点数据异常甚至无效，需要在安装时进行安装质量的检验，以提高项目的质量同时降低施工成本。施工中可能存在诸多问题，例如在安装埋入式传感器时，若安装过程中传感器自身问题或者安装时外力导致传感器损坏，在安装过程中未能及时进行检查，则容易导致关键测点无数据，对后期数据分析与处理带来非常大的困难，若能够在前期进行快速检查，则可在故障点附近补增相关测点进行弥补，以提高系统的有效性和可靠性；传感器在桥梁表面安装时，部分测点安装需要借助施工平台，若安装初期未进行测点数据有效性检查，在系统试运行进行统一检查时，容易增加故障排查难度，需要在此搭建施工平台或者延长施工平台使用时间，增加系统建设成本。

监测和监控所涉及的传感器种类繁多，输出信号类型各有差异，例如需要激励的振弦信号，模拟电压电流信号、RS485接口的数字信号等。桥梁结构特殊，往往传感器安装位置施工空间狭窄，多个数据采集设备同时携带不便，同时由于往往施工现场属于高空作业，大量设备携带容易带来一定的安全隐患，现场施工人员往往需要一种便携式且无需外部供电的多功能的数据采集设备。

而对于不同的数据信号，采用同一个采集仪的同一个固定接口或采集电路进行信号采集时，信号异常或人为接线错误，很容易导致采集设备的损坏，采用通道隔离的方式，能有效避免不同信号接入对采集电路的干扰以及人为接线错误对设备的损坏。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型提出一种手持信号采集仪，可以减少通道间干扰以及接线错误对设备的损坏。

提供了一种手持信号采集仪，在第一种可实现方式中，包括信号接口、隔离通道切换电路和单片机控制电路，隔离通道切换电路包括多个相互隔离的信号传输通道，不同的信号传输通道分别对应不同的信号类型，所述信号传输通道的输入端连接信号接口，输出端依次经相应的信号调理电路和信号采集电路连接单片机控制电路，所述单片机控制电路配置为判断输入信号类型，并根据输入信号类型驱动相应的信号传输通道导通。

结合第一种可实现方式，在第二种可实现方式中，所述隔离通道切换电路包括功率放大器阵列，该功率放大器阵列设置有指令接收端和多个控制端，该指令接收端连接所述单片机控制电路，控制端连接有信号继电器，该信号继电器的常开开关串接在相应的信号调理电路与信号接口之间。

结合第一种可实现方式，在第三种可实现方式中，还包括通信电路，该通信电路与所述单片机控制电路连接，所述单片机控制电路通过通信电路与上位机进行通信。

结合第一种可实现方式，在第四种可实现方式中，还包括充电接口，该充电接口经充电电路连接电源。

结合第一种可实现方式，在第五种可实现方式中，还包括BOOST升压稳压电路，电源经BOOST升压稳压电路输出电压。

有益效果：采用本实用新型的手持信号采集仪，采用通道隔离的方式，能够减少通道间干扰以及接线错误对设备的损坏。通过设置的隔离通道切换电路可以实现信号传输通道的内部切换，以分别采集不同信号类型的数据信号，具有高度融合性和统一性的特点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本实用新型一实施例提供的手持信号采集仪的硬件原理图；

图2为本实用新型一实施例提供的隔离通道切换电路的电路图；

图3为本实用新型一实施例提供的充电电路的电路图；

图4为本实用新型一实施例提供的BOOST升压稳压电路的电路图；

图5为本实用新型一实施例提供的电流电压调理电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

如图1所示的手持信号采集仪的硬件原理图，该采集电路包括信号接口、隔离通道切换电路和单片机控制电路，隔离通道切换电路包括多个相互隔离的信号传输通道，不同的信号传输通道分别对应不同的信号类型，所述信号传输通道的输入端连接信号接口，输出端依次经相应的信号调理电路和信号采集电路连接单片机控制电路，所述单片机控制电路配置为判断输入信号类型，并根据输入信号类型驱动相应的信号传输通道导通。

具体而言，本实施例的技术方案中，隔离通道切换电路包括多个信号传输通道，这些信号传输通道之间彼此相互隔离，每个信号传输通道分别用于传输不同的信号，如485数字信号、模拟电压信号等。所有信号传输通道的输入端均与同一信号接口信号连接，该信号接口用于连接外部检测设备，比如传感器、测试仪等。

而所有信号传输通道的输出端分别依次经相应的信号调理电路、信号采集电路连接单片机控制电路，如用于传输485数字信号的信号传输通道的输出端经485数字信号调理电路和串口通信电路连接单片机控制电路，用于模拟电压信号的信号传输通道的输出端经依次模拟电压信号调理电路、AD转换电路连接单片机控制电路。

单片机控制电路包括MCU控制器，该MCU控制器分别与信号采集电路和隔离通道切换电路信号连接。在本实施例中，MCU控制器起到控制隔离通道切换电路切换信号传输通道，以及获取信号采集电路采集到的数据的作用。MCU控制器可以连接通信电路，以通过通信电路与上位机进行通信交互，上位机可以手机终端、PC终端等，可以向MCU控制器发送采集指令，MCU控制器可以根据采集指令判断需要采集的信号类型，并根据信号类型驱动隔离通道切换电路控制相应的信号传输通道导通，以对信号接口输入的信号进行采集。

在本实施例中，可选的，所述隔离通道切换电路包括功率放大器阵列，该功率放大器阵列设置有指令接收端和多个控制端，该指令接收端连接所述单片机控制电路，控制端连接有信号继电器，该信号继电器的常开开关串接在相应的信号调理电路与信号接口之间。

具体而言，如图2所示，隔离通道切换电路包括功率放大器阵列U2，该功率放大器阵列U2设置有一个指令接收端FREQ_EN和多个控制端OUT1、OUT2、、、、、、OUT7，其中，指令接收端FREQ_EN与MCU控制器连接，用于接收MCU控制器根据信号类型生成的控制信号。每个控制端均连接有结构一致的信号继电器RLA1、、、、RLA4，信号继电器的线圈一端连接所述控制端，线圈另一端连接电源，信号继电器的常开开关可以串接在信号调理电路与信号接口之间。如控制端OUT2连接的信号继电器的常开开关可以串接在信号接口和振弦信号调理电路之间。

MCU控制器根据上位机发送的采集指令判断输入信号为振弦信号时，MCU控制器就会向功率放大器阵列U2发送相应的控制信号，控制功率放大器阵列U2的控制端OUT2导通，信号继电器的常开开关闭合，信号接口输入的振弦信号即可传输至振弦信号调理电路进行信号调理，调理后的信号经过AD转换电路转换成数字信号后发送给MCU控制器，MCU控制器即可将采集到的数据通过通信电路发送给上位机。

在本实施例中，采用固态继电器的方式可以实现各个信号传输通道之间的有效隔离避免，不同的信号调理电路之间的相互干扰，以及错误接线对采集仪的损坏。在应用环境恶劣，强干扰等场合，具有较高的可靠性。

在本实施例中，可选的，还包括充电接口，该充电接口经充电电路连接电源。

具体而言，在本实施例的技术方案中，可以采用采用单节18650标准锂电池为整个采集电路供电。采集电路中还可以设置一个充电接口J5，该充电接口J5可以通过充电电路连接锂电池，以对锂电池进行充电，提高采集电路的实用性。

充电电路的具体电路如图3所示，其中控制芯片U9的SENSE和BAT引脚的外部检测电阻来设定。当控制芯片U9的VCC引脚电压高于欠压锁定阈值且比电池电压高250mV以上时，充电周期开始。在充电周期开始时，如果电池电压低于涓流充电阈值时，充电电路进入涓流充电模式，涓流充电电流内置为满额电流的15％。如果电池电压在低电位充电时间达到30分钟，电池就被认为失效且充电周期终止。电池电压超过涓流充电阈值，充电电路进入满额恒流充电模式。

该电路可以分别给单节锂电池进行快速高效地充电。电路具备较宽的输入电源范围，采用电流模式PWM降压型开关结构，简单且高效为锂电池快速充电。

在本实施例中，可选的，还包括BOOST升压稳压电路，电源经BOOST升压稳压电路输出电压。单节电池的电压可能无法满足采集电路的工作需要，因此，本实施例的技术方案中还采用了BOOST升压稳压电路，锂电池可以通过BOOST升压稳压电路向采集电路中的各个元器件供电，BOOST升压稳压电路的具体电路结构如图4所示。

在本实施例中，可选的，信号调理电路包括电流电压调理电路，该电流电压调理电路包括2种信号调理模式，分别为电流调理模式和电压调理模式。电流电压调理电路中设置有模式切换开关来实现2种信号调理模式之间的切换。该模式切换开关由MCU控制器进行控制。

在本实施例的技术方案中，电流电压调理电路的具体电路结构如图5所示，当上位机设置信号类型为电流信号时，MCU控制器会输出CUR_EN_1信号，驱动模式切换开关LS1吸合，电流电压调理电路切换到电流调理模式，输入的电流流过采样电阻R28、R29、R32、R33后，采样电流再经过分压、射随处理，处理后的信号经过AD转换电路处理后输入MCU控制器进行运算，得到相应的电流数据。

以上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，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (5)

1.一种手持信号采集仪，其特征在于，包括信号接口、隔离通道切换电路和单片机控制电路，隔离通道切换电路包括多个相互隔离的信号传输通道，不同的信号传输通道分别对应不同的信号类型，所述信号传输通道的输入端连接信号接口，输出端依次经相应的信号调理电路和信号采集电路连接单片机控制电路，所述单片机控制电路配置为判断输入信号类型，并根据输入信号类型驱动相应的信号传输通道导通。

2.根据权利要求1所述的手持信号采集仪，其特征在于，所述隔离通道切换电路包括功率放大器阵列，该功率放大器阵列设置有指令接收端和多个控制端，该指令接收端连接所述单片机控制电路，控制端连接有信号继电器，该信号继电器的常开开关串接在相应的信号调理电路与信号接口之间。

3.根据权利要求1所述的手持信号采集仪，其特征在于，还包括通信电路，该通信电路与所述单片机控制电路连接，所述单片机控制电路通过通信电路与上位机进行通信。

4.根据权利要求1所述的手持信号采集仪，其特征在于，还包括充电接口，该充电接口经充电电路连接电源。

5.根据权利要求1所述的手持信号采集仪，其特征在于，还包括BOOST升压稳压电路，电源经BOOST升压稳压电路输出电压。

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