多通道通用数据采集器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电子电路技术领域，具体的讲是多通道通用数据采集器。
【背景技术】
[0002]传统采集器主要以单一的数据采集类型为主。但是传感器输出信号类型是多种多样的。不仅不同类型的传感器可能输出不同的信号类型，例如风速传感器输出的是脉冲信号，而辐射传感器输出的是电压信号。而且同一类型传感器也可能输出不同的信号类型。水位传感器分为电压输出型和电流输出型。因此，传统采集器在数据采集过程中需要与传感器具备一致性。在同时对多种类型信号的采集系统中需要多种采集器，一定程度上增加了成本。
[0003]如今无论是气象部门或者水质监测部门等在对气象要素或者水质要素采集过程中往往需要对多种数据类型进行测量。这样就需要同时进行多种信号类型采集。传统上采用多个不同数据类型的采集器或者采用一个简单集成的采集器来实现多种数据类型的采集。但是这两种方式往往需要根据实际数据类型采集需求对采集器进行定制，无形的增加系统的复杂性以及成本，因此设计一种通用型的采集器是迫切需要的。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题，就是传统采集器结构和功能单一，提供一种多通道通用数据采集器。
[0005]本发明为解决以上问题提供的技术方案是，多通道通用数据采集器包含采集探头、信号通道、电路调理模块和微控制器MCU，其中采集探头包含电压型探头、电流型探头、电阻型探头和脉冲频率型探头。信号通道包含电压型通道、电流型通道、电阻型通道和脉冲频率型通道，。电路调理模块包括电压型调理电路、电流型调理电路、电阻型调理电路、脉冲频率型调理电路、数据选择器和模数转换器。数据选择器分别与电压型调理电路、电流型调理电路和电阻型调理电路连接，模数转换器与数据选择器连接，微控制器MCU分别与模数转换器和脉冲频率型调理电路连接。电压型通道分别与电压型探头和电压型调理电路连接，电流型调理电路分别与电流型探头和电流型调理电路连接，电阻型通道分别与电阻型探头和电阻型调理电路连接，脉冲频率型通道分别与脉冲频率型探头和脉冲频率型调理电路连接。与传统意义上简单集成采集器不同的是本发明将采集器采集通道所接入的信号类型分为四种，电流型，电压型，脉冲频率型以及电阻型。同一类型的通道可以接入与信号类型相一致传感器。采集器其采集通道所接入的信号类型是由硬件电路决定的，即同一通道能接入相同信号类型的传感器。接入数据类型可以通过上位机软件配置，即同一通道可以接入不同的数据类型的传感器，由此大大提升本发明设计采集器的通用性。不仅如此，为了达到完全的通用性，数据采集过程中每个通道接入的电信号量和测量量之间的换算关系可以通过上位机软件来配置。
[0006]进一步的，电压型调理电路包含至少一个缓冲器、一个运算放大器和一个数模转换器。缓冲器的信号输入端与电压型通道连接，运算放大器的信号输入端分别与缓冲器的信号输出端和数模转换器的信号输入端连接，运算放大器的信号输出端与数据选择器的信号输入端连接，数据选择器的信号输出端与模数转换器的信号输入端连接。选用缓冲器在于兼容类似于酸碱度或者溶解氧这一类具有极高阻抗的传感器。对于普通的传感器可以在一定程度上提高测量精度，选用运算放大器和数模转换器连接的结构的目的在于在于兼容一些输出负电压范围信号的传感器。通过运算放大器加入直流分量以后可以直接转换为正电压范围信号。
[0007]进一步的，电流型调理电路包含至少一个电阻和一个运算放大器。运算放大器的信号输入端分别与电流型通道和电阻连接，电阻与电流型通道串联，运算放大器的信号输出端与数据选择器的信号输入端连接，数据选择器的信号输出端与模数转换器的信号输入端连接。这样的结构通常情况下可以兼容OmA至20mA或者4mA至20mA电流。如果有其他电流范围的采集需求，可以通过在电流流至取样电阻之前加上多路复用单元，后接多路不同阻值的采样电阻，这样依然可以实现接入软件可控的，不同电流范围输出的传感器。
[0008]进一步的，电阻型调理电路包含至少一个电流源和一个电阻。电流源分别与电阻型通道和数据选择器连接，电阻分别与电阻型通道、数据选择器和模数转换器连接。
[0009]进一步的，脉冲频率型调理电路包含至少一个比较器、一个耦合电容、两个电阻和一个滤波器。两个电阻其中一个为上拉电阻另一个为泄流电阻，耦合电容一端与比较器相连另一端与脉冲频率型调理通道相连，上拉电阻设于耦合电容和脉冲频率型调理通道之间，泄流电阻设于比较器和耦合电容之间，比较器的信号输出端与滤波器的信号输入端连接，滤波器的信号输出端与微控制器MCU的信号输入端连接。这样的结构可以兼容方波、正弦波及三角波提高的适用面。
[0010]可选的，脉冲频率型调理电路中滤波器与CPLD芯片连接，所述CPLD芯片与微控制器MCU连接。微控制器MCU作为整个采集系统的核心控制模块，担任整个数据采集任务调度和实施。但是由于微控制器MCU管脚资源有限，为了使本系统后续升级具备扩展性，本发明采用了一款单独的CPLD芯来扩展MCU的管脚资源。
[0011]进一步的，微控制器MCU使用STM32系列单片机，选用STM32系列单片机主要意图在于降低系统功耗，提升产品性能。
[0012]进一步的，微控制器M⑶还与液晶显示屏、键盘、警报器和GPRS定位器连接，微控制器MCU与外设设备连接可以提高系统的功能。例如信息查看、模式切换等基本操作、GPRS定位器主要是将采集信息通过无线网络发送给远端上位机，便于工作人员查看与分析。
[0013]本发明的有益效果是，通过特有的电路和微控制处理弥补了传统采集器只能采集单一数据的弱点，提供了一种具有通用性的采集器。采集器可以同时对气象，水质，土壤等多种数据类型的采集。主要包括气压，风速，风向，雨量，湿度，气温，水温，溶解氧，酸碱度，余氯，流量，水位，浊度，电导率，辐射，土壤墒情。使该采集器可以适应多种数据采集，具备通用性。
[0014]下面结合附图对本发明进一步说明，以使本领域技术人员能够实现本发明。
【附图说明】
[0015]图1为多通道通用数据采集器结构示意图；
[0016]图2为电压型调理电路和电流型调理电路连接示意图；
[0017]图3为电阻型调理电路连接示意图；
[0018]图4为脉冲频率型调理电路连接示意图；
[0019]图5为实施例结构示意图；
[0020]图中标记:Jl为电压型通道、J2为电流型通道、J3为电阻型通道、J4为脉冲频率型通道接口、Ul为缓冲器、U2为一号运算放大器、U3为数模转换器、U4数据选择器、U5为模数转换器、U6为STM32F103VET6、U7为二号运算放大器、U8电流源、U9为比较器、UlO为低通滤波器、Rl为一号电阻、R2为二号电阻、R3为三号电阻、R4为上拉电阻、R5为泄流电阻。
【具体实施方式】
[0021 ]如图1所示，多通道通用数据采集器结构示意图，多通道通用数据采集器包含采集探头、信号通道、电路调理模块和STM32单片机，其中采集探头包含电压型探头、电流型探头、电阻型探头和脉冲频率型探头。信号通道包含电压型通道、电流型通道、电阻型通道和脉冲频率型通道，信号通道与采集探头一一匹配并连接。电路调理模块包括电压型调理电路、电流型调理电路、电阻型调理电路、脉冲频率型调理电路、数据选择器和模数转换器，电路调理模块与信号通道一一匹配并连接。数据选择器分别与电压型调理电路、电流型调理电路和电阻型调理电路连接，模数转换器与数据选择器连接，STM32单片机与模数转换器和脉冲频率型调理电路连接。
[0022]如图2所示，电压型调理电路和电流型调理电路连接示意图，其中电压型调理电路包含缓冲器U1、一号运算放大器U2和数模转换器U3，缓冲器Ul的信号输入端与电压型通道Jl连接，所述一号运算放大器U2的信号输入端分别与缓冲器Ul的信号输出端和数模转换器U3的信号输入端连接，所述一号运算放大器U2的信号输出端与数据选择器U4的信号输入端连接，所述数据选择器U4的信号输出端与模数转换器U5的信号输入端连接。使用缓冲器Ul时需要选择输入阻抗极大和偏置电流极小的运算放大器。当然偏置电流漂移也需要比较小。这样设计的目的在于兼容类似于酸碱度或者溶解氧这一类具有极高阻抗的传感器。对于普通的传感器可以在一定程度上提高测量精度。一号运算放大器U2和数模转换器U3分别是由运算放大器构成的加法器以及数模转换器。这样设计的目的在于兼容一些输出负电压范围信号的传感器。通过加法