專利名稱：多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)采集，具體涉及一種多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及控制方法。
背景技術(shù)：
目前，通用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)大多只能采集電壓、電流、頻率等一些通用信號，基本 由處理器、ADC芯片、通訊接口和電源等四部分構(gòu)成，這些批量化的產(chǎn)品通用性強(qiáng)，能滿足大 多數(shù)應(yīng)用場合的需求，部分為特殊應(yīng)用定制的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，或可采集雨量、水位信號，或 可采集溫度、濕度信號。但在地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警監(jiān)測應(yīng)用中，需要采集監(jiān)測的信號種類較多且在 不同的項目所需的監(jiān)測信號也不盡相同，采用通用的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警監(jiān)測 應(yīng)用存在兩個缺點(diǎn)一是采集參數(shù)少，需要采用多種類型的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)才能實(shí)現(xiàn)所有參 數(shù)的采集，造成系統(tǒng)成本過高；二是通用采集器沒有考慮野外環(huán)境使用的數(shù)據(jù)傳輸、防護(hù)和 供電問題，無法適用于惡劣環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之一是提供一種多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之二是提供一種多功能數(shù)據(jù)采集控制方法。根據(jù)本發(fā)明的第一種技術(shù)方案，一種多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括模擬信號轉(zhuǎn)換采 集電路、微處理器電路、電源開關(guān)控制電路、脈沖信號采集電路、溫度采集電路、電壓采集電 路、通訊電路和電源轉(zhuǎn)換電路；其特點(diǎn)是
所述模擬信號轉(zhuǎn)換采集電路的電源輸入端連接電源開關(guān)控制電路的輸出端，模擬信號 轉(zhuǎn)換采集電路的輸出端連接微處理器電路的輸入端；模擬信號轉(zhuǎn)換采集電路的信號輸入端 采集外部模擬信號，將模擬信號經(jīng)過隔離、信號處理和A/D轉(zhuǎn)換后，輸入到微處理器電路；
所述脈沖信號采集電路的輸入端采集外部脈沖信號，輸出端連接微處理器電路的輸入 端；脈沖信號采集電路將脈沖信號經(jīng)過隔離和電平轉(zhuǎn)換處理后，輸入到微處理器電路；
所述溫度采集電路的輸入端采集溫度信號，輸出端連接微處理器電路的輸入端；溫度 采集電路將采集的溫度信號輸入到微處理器電路；
所述電壓采集電路的輸入端采集內(nèi)部電源的電壓信號，輸出端連接微處理器電路的輸 入端；電壓采集電路將電壓信號經(jīng)過電壓跟隨器輸入到微處理器電路；電壓采集電路的作 用是采集內(nèi)部電源的電壓信號輸入到微處理器電路，以便微處理器電路控制本機(jī)和外接設(shè) 備供電電源；
所述電源開關(guān)控制電路的輸入端連接微處理器電路，輸出端連接模擬信號轉(zhuǎn)換采集電 路的電源輸入端和外部傳感器的電源輸入端；電源開關(guān)控制電路接收單片機(jī)電路輸出的控 制信號，輸出電源信號到模擬信號轉(zhuǎn)換采集電路和外部傳感器；
所述微處理器電路的輸入端連接模擬信號轉(zhuǎn)換采集電路、脈沖信號采集電路、溫度采 集電路和電壓采集電路的輸入端，所述微處理器電路的輸出端連接電源開關(guān)控制電路的輸 入端，同時所述微處理器電路還與通訊電路連接，信號為雙向傳輸；所述微處理器電路接收模擬信號轉(zhuǎn)換采集電路、脈沖信號采集電路輸出的信號、溫度采集電路和電壓采集電路輸 出的數(shù)據(jù)，并對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和處理，并通過通訊電路將處理后的數(shù)據(jù)上傳到上位 機(jī)，同時，微處理器電路通過通訊電路接收上位機(jī)下發(fā)的控制命令，并輸出控制信號到電源 開關(guān)控制電路；
電源轉(zhuǎn)換電路為上述電路單元提供工作電壓。根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選方案，所述通訊電路包括GPRS無線模塊電路。根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選方案，所述通訊電路包括接口電路。根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選方案，所述微處理器電路還連接時鐘電路和存儲器，時鐘 電路為微處理器電路提供外部時鐘，存儲器存儲微處理器電路接收的數(shù)據(jù)。根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選方案，所述接口電路包括RS-232接口 U8、RS-485接口 U9、U10、反向器U16、U17、光電耦合器0C1、0C2 ；其中，反向器U16的一個輸入端A6連接到 RS-485接口 U9的RO端，反向器U16的一個輸出端Y6與反向器U16的一個輸入端A5連接 并通過排阻RP7接電源，反向器U16的輸出端TO、Y2同時連接到光電耦合器0C2的一個輸 入端，反向器U16的輸入端A4與反向器U16的一個輸出端TO同時連接到RS-485接口 U9 的/RE、DE端，并通過排阻RP6接電源，反向器U16的一個輸出端W連接到RS-485接口 U9 的DI端并通過排阻RP6接電源，反向器U16的一個輸入端A3連接到光電耦合器OCl的一 個輸出端V01，反向器U16的一個輸入端Al連接到RS-232接口 U8的RlOUT端，反向器U16 的一個輸出端Yl與反向器U16的一個輸入端A2連接并通過排阻RP6接電源；反向器U17 的一個輸入端A6連接到RS-485接口 UlO的RO端，反向器U17的一個輸出端Y6與反向器 U17的一個輸入端A5連接并通過排阻RP7接電源，反向器U17的輸出端TO、Y2同時連接到 光電耦合器0C2的一個輸入端，反向器U17的輸入端A4與反向器U17的一個輸出端TO同 時連接到RS-485接口 UlO的/RE、DE端，并通過排阻RPl接電源，反向器U17的一個輸出端 Y4連接到RS-485接口 UlO的DI端并通過排阻RPl接電源，反向器U17的一個輸入端A3連 接到光電耦合器OCl的一個輸出端V02，反向器U17的一個輸入端Al連接到RS-232接口 U8的R20UT端，反向器U17的一個輸出端Yl與反向器U16的一個輸入端A2連接并通過排 阻RPl接電源。根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選方案，所述電壓采集電路包括運(yùn)放集成電路U14。根據(jù)本發(fā)明的第二種技術(shù)方案，一種多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集控制方法， 其特征在于按如下步驟進(jìn)行
第一步建立多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；所述系統(tǒng)包括模擬信號轉(zhuǎn)換采集電路、微處理器 電路、電源開關(guān)控制電路、脈沖信號采集電路、溫度采集電路、電壓采集電路、通訊電路和電 源轉(zhuǎn)換電路；
所述模擬信號轉(zhuǎn)換采集電路的電源輸入端連接電源開關(guān)控制電路的輸出端，模擬信號 轉(zhuǎn)換采集電路的輸出端連接微處理器電路的輸入端；
所述脈沖信號采集電路的輸入端采集外部脈沖信號，輸出端連接微處理器電路的輸入 端；脈沖信號采集電路將脈沖信號經(jīng)過隔離和電平轉(zhuǎn)換處理后，輸入到微處理器電路；
所述溫度采集電路的輸入端采集溫度信號，輸出端連接微處理器電路的輸入端；溫度 采集電路將采集的溫度信號輸入到微處理器電路；
所述電壓采集電路的輸入端采集內(nèi)部電源的電壓信號，輸出端連接微處理器電路的輸入端；電壓采集電路將電壓信號經(jīng)過電壓跟隨器輸入到微處理器電路；
所述電源開關(guān)控制電路的輸入端連接微處理器電路，輸出端連接模擬信號轉(zhuǎn)換采集電 路的電源輸入端和外部傳感器的電源輸入端；電源開關(guān)控制電路接收單片機(jī)電路輸出的控 制信號，輸出電源信號到模擬信號轉(zhuǎn)換采集電路和外部傳感器；
所述微處理器電路的輸入端連接模擬信號轉(zhuǎn)換采集電路、脈沖信號采集電路、溫度采 集電路和電壓采集電路的輸入端，所述微處理器電路的輸出端連接電源開關(guān)控制電路的輸 入端，同時所述微處理器電路還與通訊電路連接，信號為雙向傳輸；所述微處理器電路接收 模擬信號轉(zhuǎn)換采集電路、脈沖信號采集電路輸出的信號、溫度采集電路和電壓采集電路輸 出的數(shù)據(jù)，并對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和處理，并通過通訊電路將處理后的數(shù)據(jù)上傳到上位 機(jī)，同時，微處理器電路通過通訊電路接收上位機(jī)下發(fā)的控制命令，并輸出控制信號到電源 開關(guān)控制電路；
電源轉(zhuǎn)換電路為上述電路單元提供工作電壓；
第二步微處理器電路判斷工作模式，當(dāng)工作模式為非采集模式時，使系統(tǒng)進(jìn)入休眠模 式；當(dāng)工作模式為采集數(shù)據(jù)模式時，微處理器電路輸出控制信號，控制電源開關(guān)控制電路輸 出電源信號到模擬信號轉(zhuǎn)換采集電路；模擬信號轉(zhuǎn)換采集電路的信號輸入端采集外部模擬 信號，將模擬信號經(jīng)過隔離、信號處理和A/D轉(zhuǎn)換后，輸入到微處理器電路，微處理器電路 接收數(shù)據(jù)；
第三步微處理器電路判斷數(shù)據(jù)是否有效，當(dāng)數(shù)據(jù)有效時，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理計算； 第四步微處理器電路按照擬定的幀格式打包； 第五步通過通訊電路將打包數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)。本發(fā)明所述的多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的有益效果是本發(fā)明采用單片機(jī)進(jìn)行控制， 通過接口電路或GPRS無線模塊電路與上位機(jī)進(jìn)行通信，可接收上位機(jī)輸出的控制命令，并 將數(shù)據(jù)采集結(jié)果通過接口電路或GPRS無線模塊電路自動上傳到上位機(jī)；可采集的數(shù)據(jù)包 括雨量、水位、水壓、滲流、超聲波水位計、溫度、濕度、電壓、電流、頻率、脈沖等，能實(shí)現(xiàn)多參 數(shù)數(shù)據(jù)自動采集、自動記錄、自動計算，同時，本發(fā)明功耗低、歷史數(shù)據(jù)查詢方便，非常適合 滑坡體、水庫大壩等地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警監(jiān)測使用，因此本發(fā)明具有重要的應(yīng)用價值。


以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步的說明。圖1是本發(fā)明所述的多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的原理框圖。圖2是本發(fā)明所述的模擬信號轉(zhuǎn)換采集電路1的電路原理圖。圖3是本發(fā)明所述的微處理器電路2、時鐘電路10和存儲器11的電路原理圖。圖4是本發(fā)明所述的電源開關(guān)控制電路3的電路原理圖。圖5是本發(fā)明所述的脈沖信號采集電路4、溫度采集電路5、電壓采集電路6的電 路原理圖。圖6是本發(fā)明所述的GPRS無線模塊電路7和接口電路8的電路原理圖。圖7是本發(fā)明所述的多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主程序流程框圖。
具體實(shí)施例方式參見圖1，一種多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，由模擬信號轉(zhuǎn)換采集電路1、微處理器電路 2、電源開關(guān)控制電路3、脈沖信號采集電路4、溫度采集電路5、電壓采集電路6、時鐘電路 10、存儲器11和電源轉(zhuǎn)換電路9構(gòu)成；其中
所述模擬信號轉(zhuǎn)換采集電路1的電源輸入端連接電源開關(guān)控制電路3的輸出端，模擬信號 轉(zhuǎn)換采集電路1的輸出端連接微處理器電路2的輸入端；模擬信號轉(zhuǎn)換采集電路1的信號輸入 端采集外部模擬信號，將模擬信號經(jīng)過隔離、信號處理和A/D轉(zhuǎn)換后，輸入到微處理器電路2 ；
所述脈沖信號采集電路4的輸入端采集外部脈沖信號，輸出端連接微處理器電路2的 輸入端；脈沖信號采集電路4將脈沖信號經(jīng)過隔離和電平轉(zhuǎn)換處理后，輸入到微處理器電 路2 ；
所述溫度采集電路5的輸入端采集溫度信號，輸出端連接微處理器電路2的輸入端；溫 度采集電路5將采集的溫度信號輸入到微處理器電路2 ；
所述電壓采集電路6的輸入端采集電壓信號，輸出端連接微處理器電路2的輸入端；電 壓采集電路6將電壓信號經(jīng)過電壓跟隨器輸入到微處理器電路2 ；
所述電源開關(guān)控制電路3的輸入端連接微處理器電路2，輸出端連接模擬信號轉(zhuǎn)換采 集電路1的電源輸入端和外部傳感器的電源輸入端；電源開關(guān)控制電路3接收單片機(jī)電路 輸出的控制信號，輸出電源信號到模擬信號轉(zhuǎn)換采集電路1和外部傳感器；
所述微處理器電路2的輸入端連接模擬信號轉(zhuǎn)換采集電路1、脈沖信號采集電路4、溫 度采集電路5和電壓采集電路6的輸入端，所述微處理器電路2的輸出端連接電源開關(guān)控 制電路3的輸入端，同時所述微處理器電路2還與通訊電路12連接，信號為雙向傳輸；所述 微處理器電路2接收模擬信號轉(zhuǎn)換采集電路1、脈沖信號采集電路4輸出的信號、溫度采集 電路5和電壓采集電路6輸出的數(shù)據(jù)，并對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和處理，并通過通訊電路12 將處理后的數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)，同時，微處理器電路2通過通訊電路12接收上位機(jī)下發(fā)的 控制命令，并輸出控制信號到電源開關(guān)控制電路3。同時，所述微處理器電路2還連接時鐘 電路10和存儲器11，時鐘電路10為微處理器電路2提供外部時鐘，存儲器11存儲微處理 器電路2接收的數(shù)據(jù)；
電源轉(zhuǎn)換電路9為各電路單元提供工作電壓；
其中，所述通訊電路12包括GPRS無線模塊電路7和接口電路8，接口電路8由RS-232 接口電路和RS-485接口電路構(gòu)成。在具體實(shí)施例中，參見圖2，所述模擬信號轉(zhuǎn)換采集電路1包括A/D轉(zhuǎn)換電路和η 個隔離轉(zhuǎn)換模塊，η為1 < η < 8的自然數(shù)；其中，隔離轉(zhuǎn)換模塊接收外部模擬信號，將模擬 信號進(jìn)行隔離、放大并轉(zhuǎn)換成電壓信號，輸入到A/D轉(zhuǎn)換電路，A/D轉(zhuǎn)換電路將A/D轉(zhuǎn)換后的 信號輸出到所述微處理器電路2。隔離轉(zhuǎn)換模塊的作用是將0-5V電壓、0-10V電壓、0-20mA 電流、4-20mA電流、O-IOkHz頻率等不同類型的模擬信號，轉(zhuǎn)換成0-5V電壓，輸出到A/D轉(zhuǎn) 換電路；在具體實(shí)施例中，接口 J2-J5與傳感器連接，隔離轉(zhuǎn)換模塊通過接口 J6-J9與A/ D轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行連接，在接口 J6-J9可根據(jù)采集信號的需要安裝相適應(yīng)的隔離轉(zhuǎn)換模塊；A/ D轉(zhuǎn)換電路包括集成電路U6和電壓基準(zhǔn)電路，其中，集成電路U6可以選用4路12位ADC 芯片MCP3204 ；電壓基準(zhǔn)電路由集成電路U7、電阻R23、R24、可調(diào)電阻VRl、電容C10、C11構(gòu) 成，通過設(shè)置電壓基準(zhǔn)電路，保證了 A/D轉(zhuǎn)換電路輸出的信號有較高的精度；所述模擬信號轉(zhuǎn)換采集電路1的工作原理是先通過隔離轉(zhuǎn)換模塊，將采集的不同類型的模擬信號，轉(zhuǎn)換 成0-5V電壓，輸出到A/D轉(zhuǎn)換電路；然后將轉(zhuǎn)換得到的0-5V電壓信號送入集成電路U6,并 由集成電路U6送入處理器微處理器電路2。另外，每個隔離轉(zhuǎn)換模塊的電源由電源開關(guān)控 制電路3進(jìn)行接入控制，保證了上位機(jī)對模擬信號的采集進(jìn)行控制，可根據(jù)需要采集信號。在具體實(shí)施例中，參見圖3，所述微處理器電路2包括單片機(jī)U1、排阻RP2 RP5， USB接口 J23、靜電保護(hù)芯片U21、復(fù)位芯片U3、復(fù)位開關(guān)Si、撥碼開關(guān)S2，其中，撥碼開關(guān)S2 的1、2、3、4腳接地，撥碼開關(guān)S2的5、6、7、8腳分別與單片機(jī)Ul的P3. 2 P3. 5腳連接，撥 碼開關(guān)S2的作用是進(jìn)行通訊地址設(shè)置，保證了單片機(jī)Ul通過GPRS無線模塊電路7與上位 機(jī)進(jìn)行可靠通訊，在單片機(jī)Ul中設(shè)置有圖7所示的單片機(jī)程序，單片機(jī)Ul可以選用C8051。—所述時鐘電路10由實(shí)時時鐘芯片U4、晶體震蕩器Y1、電容C2構(gòu)成。其中，集 成電路U4可以選擇ISL12(^6，集成電路U4的IRQ/Fout端、SCL端、SDA端分別與單片機(jī)Ul 連接。在具體實(shí)施例中，實(shí)時時鐘芯片U4外接CR1220鈕扣式電池，保證斷電后實(shí)時時鐘仍 可工作3年以上。_所述存儲器11由集成電路TO、電阻R36、R37構(gòu)成；其中，集成電路TO可以選擇 AT45DB,集成電路U5的SI端、SCK端、SO端、CS端分別與單片機(jī)Ul連接。存儲器11用于 存儲一定時段內(nèi)采集的數(shù)據(jù)。在具體實(shí)施例中，參見圖4，電源開關(guān)控制電路3包括電阻R8 R15、R70、R71，達(dá) 林頓陣列集成電路U15、8路D型鎖存器U24、繼電器Kl K8，其中，繼電器常開觸點(diǎn)的端口 用來對模擬信號轉(zhuǎn)換采集電路1和進(jìn)行電源接入控制。電源開關(guān)控制電路3的工作原理是 單片機(jī)Ul將控制信號通過SCLO端 SCL7端輸出到8路D型鎖存器U24的8D ID端、 以防止上電時因為單片機(jī)Ul的I/O 口為高而意外自動打開繼電器，8路D型鎖存器UM對 控制信號進(jìn)行邏輯判斷后，輸出驅(qū)動信號到達(dá)林頓陣列集成電路U15，達(dá)林頓陣列集成電路 U15控制繼電器Kl K8通斷，從而實(shí)現(xiàn)通過將單片機(jī)Ul對應(yīng)I/O 口的輸出高或低，相應(yīng)的 繼電器自動開或閉，實(shí)現(xiàn)對電源輸出的自動控制。其中，達(dá)林頓陣列集成電路U15可以選用UL擬803，8路D型鎖存器UM可以選用 74HC573。在具體實(shí)施例中，參見圖5，所述脈沖信號采集電路4包括光電耦合器0C3、電阻 R34、R35、R45、R51、R52、R53、R69、R68，光電耦合器0C3的作用是進(jìn)行隔離和電平轉(zhuǎn)換，將 脈沖信號轉(zhuǎn)換為單片機(jī)Ul可接收的3. 3V脈沖，然后送入單片機(jī)Ul的外部中斷輸入管腳， 采用下降沿觸發(fā)的方式，完成脈沖信號的采集功能。所述溫度采集電路5包括溫度傳感器U2，溫度傳感器U2的DQ端連接單片機(jī)Ul的 I/O 口 Pl. 7。溫度采集電路5的工作原來是單片機(jī)Ul通過I/O 口 Pl. 7與溫度傳感器U2 的數(shù)字輸入/輸出接口 DQ相連，單片機(jī)Ul控制溫度傳感器U2采集出當(dāng)前的溫度值。溫度 傳感器U2可以選用DS18B20。電壓采集電路6由電阻R38 R43、電容C39 C41、運(yùn)算放大集成電路U14構(gòu)成、 電壓采集電路6的工作原理是采集器內(nèi)部的12V、5V和3. 3V電壓通過電阻分壓后，通過 運(yùn)放運(yùn)算放大集成電路U14組成的電壓跟隨器后，輸入到單片機(jī)Ul的I/O 口 P2. 5、P2. 3、 P2. 1，單片機(jī)Ul自帶的10位ADC得到采集結(jié)果，將得到的結(jié)果除以電阻分壓的比例，即得 到采集的電壓值。
GPRS無線模塊電路7通過TTL電平的UART接口與單片機(jī)Ul互連，通過單片機(jī)Ul 完成參數(shù)的配置，正常工作時單片機(jī)Ul通過UART接口完成數(shù)據(jù)的收發(fā)。所述接口電路8由RS-232接口 U8、RS_485接口 U9、U10、反向器U16、U17、光電耦合 器 0C1、0C2，瞬態(tài)電壓抑制器 U18、U19、U20、排阻 RP1、RP6、RP7,電阻 R3、R4、R26-R35、R45、 R48-R52、R56-R63、R68、R69，電容 C15_C20、C49，電感 L1-L4 構(gòu)成；其中，其中，反向器 U16 的 一個輸入端A6連接到RS-485接口 U9的RO端，反向器U16的一個輸出端Y6與反向器U16 的一個輸入端A5連接并通過排阻RP7接電源，反向器U16的輸出端TO、Y2同時連接到光電 耦合器0C2的一個輸入端，反向器U16的輸入端A4與反向器U16的一個輸出端TO同時連 接到RS-485接口 U9的/RE、DE端，并通過排阻RP6接電源，反向器U16的一個輸出端W連 接到RS-485接口 U9的DI端并通過排阻RP6接電源，反向器U16的一個輸入端A3連接到 光電耦合器OCl的一個輸出端VOl，反向器U16的一個輸入端Al連接到RS-232接口 U8的 RlOUT端，反向器U16的一個輸出端Yl與反向器U16的一個輸入端A2連接并通過排阻RP6 接電源；反向器U17的一個輸入端A6連接到RS-485接口 UlO的RO端，反向器U17的一個 輸出端Y6與反向器U17的一個輸入端A5連接并通過排阻RP7接電源，反向器U17的輸出端 Y5>Y2同時連接到光電耦合器0C2的一個輸入端，反向器U17的輸入端Α4與反向器U17的 一個輸出端Υ3同時連接到RS-485接口 UlO的/RE、DE端，并通過排阻RPl接電源，反向器 U17的一個輸出端W連接到RS-485接口 UlO的DI端并通過排阻RPl接電源，反向器U17 的一個輸入端A3連接到光電耦合器OCl的一個輸出端V02，反向器U17的一個輸入端Al連 接到RS-232接口 U8的R20UT端，反向器U17的一個輸出端Yl與反向器U16的一個輸入端 Α2連接并通過排阻RPl接電源。接口電路8可用于與上位機(jī)通訊或采集帶RS-232/485接 口的水壓、滲流、超聲波水位計等傳感器的信息。參見圖1至圖7，本發(fā)明所述的多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作原理是微處理器電路 2通過接口電路8或GPRS無線模塊電路9接收上位機(jī)輸出的控制命令，控制模擬信號轉(zhuǎn)換 采集電路1、脈沖信號采集電路4、溫度采集電路5和電壓采集電路6分別采集模擬信號、脈 沖信號、溫度信號和電壓信號，同時微處理器電路2對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算、處理，并將處 理結(jié)果通過接口電路8或GPRS無線模塊電路9自動上傳到上位機(jī)；可采集的數(shù)據(jù)包括雨 量、水位、水壓、滲流、超聲波水位計、溫度、濕度、電壓、電流、頻率、脈沖等。參見圖7，一種多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集控制方法，按如下步驟進(jìn)行 第一步建立多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；所述系統(tǒng)包括模擬信號轉(zhuǎn)換采集電路1、微處理器
電路2、電源開關(guān)控制電路3、脈沖信號采集電路4、溫度采集電路5、電壓采集電路6、通訊電 路12和電源轉(zhuǎn)換電路9;
所述模擬信號轉(zhuǎn)換采集電路1的電源輸入端連接電源開關(guān)控制電路3的輸出端，模擬 信號轉(zhuǎn)換采集電路1的輸出端連接微處理器電路2的輸入端；
所述脈沖信號采集電路4的輸入端采集外部脈沖信號，輸出端連接微處理器電路2的 輸入端；脈沖信號采集電路4將脈沖信號經(jīng)過隔離和電平轉(zhuǎn)換處理后，輸入到微處理器電 路2 ；
所述溫度采集電路5的輸入端采集溫度信號，輸出端連接微處理器電路2的輸入端；溫 度采集電路5將采集的溫度信號輸入到微處理器電路2 ；
所述電壓采集電路6的輸入端采集內(nèi)部電源的電壓信號，輸出端連接微處理器電路2的輸入端；電壓采集電路6將電壓信號經(jīng)過電壓跟隨器輸入到微處理器電路2 ；
所述電源開關(guān)控制電路3的輸入端連接微處理器電路2，輸出端連接模擬信號轉(zhuǎn)換采 集電路1的電源輸入端和外部傳感器的電源輸入端；電源開關(guān)控制電路3接收單片機(jī)電路 輸出的控制信號，輸出電源信號到模擬信號轉(zhuǎn)換采集電路1和外部傳感器；
所述微處理器電路2的輸入端連接模擬信號轉(zhuǎn)換采集電路1、脈沖信號采集電路4、溫 度采集電路5和電壓采集電路6的輸入端，所述微處理器電路2的輸出端連接電源開關(guān)控 制電路3的輸入端，同時所述微處理器電路2還與通訊電路12連接，信號為雙向傳輸；所述 微處理器電路2接收模擬信號轉(zhuǎn)換采集電路1、脈沖信號采集電路4輸出的信號、溫度采集 電路5和電壓采集電路6輸出的數(shù)據(jù)，并對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄和處理，并通過通訊電路12 將處理后的數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)，同時，微處理器電路2通過通訊電路12接收上位機(jī)下發(fā)的 控制命令，并輸出控制信號到電源開關(guān)控制電路3 ； 電源轉(zhuǎn)換電路9為上述電路單元提供工作電壓；
第二步微處理器電路2判斷工作模式，當(dāng)工作模式為非采集模式時，使系統(tǒng)進(jìn)入休眠 模式；當(dāng)工作模式為采集數(shù)據(jù)模式時，微處理器電路2輸出控制信號，控制電源開關(guān)控制電 路3輸出電源信號到模擬信號轉(zhuǎn)換采集電路1 ；模擬信號轉(zhuǎn)換采集電路1的信號輸入端采 集外部模擬信號，將模擬信號經(jīng)過隔離、信號處理和A/D轉(zhuǎn)換后，輸入到微處理器電路2，微 處理器電路2接收數(shù)據(jù)；
第三步微處理器電路2判斷數(shù)據(jù)是否有效，當(dāng)數(shù)據(jù)有效時，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理計算； 第四步微處理器電路2按照擬定的幀格式打包； 第五步通過通訊電路12將打包數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)。
權(quán)利要求
1.一種多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括模擬信號轉(zhuǎn)換采集電路(1)、微處理器電路(2)、電 源開關(guān)控制電路(3)、脈沖信號采集電路(4)、溫度采集電路(5)、電壓采集電路(6)、通訊電 路(12)和電源轉(zhuǎn)換電路(9)；其特征在于所述模擬信號轉(zhuǎn)換采集電路(1)的電源輸入端連接電源開關(guān)控制電路(3)的輸出端， 模擬信號轉(zhuǎn)換采集電路(1)的輸出端連接微處理器電路(2)的輸入端；模擬信號轉(zhuǎn)換采集 電路(1)的信號輸入端采集外部模擬信號，將模擬信號經(jīng)過隔離、信號處理和A/D轉(zhuǎn)換后， 輸入到微處理器電路(2);所述脈沖信號采集電路(4)的輸入端采集外部脈沖信號，輸出端連接微處理器電路 (2)的輸入端；脈沖信號采集電路(4)將脈沖信號經(jīng)過隔離和電平轉(zhuǎn)換處理后，輸入到微處 理器電路(2)；所述溫度采集電路(5)的輸入端采集溫度信號，輸出端連接微處理器電路(2)的輸入 端；溫度采集電路(5)將采集的溫度信號輸入到微處理器電路(2)；所述電壓采集電路(6)的輸入端采集內(nèi)部電源的電壓信號，輸出端連接微處理器電路 (2)的輸入端；電壓采集電路(6)將電壓信號經(jīng)過電壓跟隨器輸入到微處理器電路(2)；所述電源開關(guān)控制電路(3)的輸入端連接微處理器電路(2)，輸出端連接模擬信號轉(zhuǎn) 換采集電路(1)的電源輸入端和外部傳感器的電源輸入端；電源開關(guān)控制電路(3)接收單 片機(jī)電路輸出的控制信號，輸出電源信號到模擬信號轉(zhuǎn)換采集電路(1)和外部傳感器；所述微處理器電路(2)的輸入端連接模擬信號轉(zhuǎn)換采集電路(1)、脈沖信號采集電路 (4)、溫度采集電路(5)和電壓采集電路(6)的輸入端，所述微處理器電路(2)的輸出端連 接電源開關(guān)控制電路(3)的輸入端，同時所述微處理器電路(2)還與通訊電路(12)連接， 信號為雙向傳輸；所述微處理器電路(2)接收模擬信號轉(zhuǎn)換采集電路(1)、脈沖信號采集電 路(4)輸出的信號、溫度采集電路(5)和電壓采集電路(6)輸出的數(shù)據(jù)，并對接收的數(shù)據(jù)進(jìn) 行記錄和處理，并通過通訊電路(12)將處理后的數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)，同時，微處理器電路(2)通過通訊電路(12)接收上位機(jī)下發(fā)的控制命令，并輸出控制信號到電源開關(guān)控制電路(3)；電源轉(zhuǎn)換電路(9)為上述電路單元提供工作電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于所述通訊電路(12)包括 GPRS無線模塊電路(7)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于所述通訊電路(12)包括 接口電路(8)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于所述微處理器電 路(2)還連接時鐘電路(10)和存儲器(11)，時鐘電路(10)為微處理器電路(2)提供外部時 鐘，存儲器(11)存儲微處理器電路(2)接收的數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于接口電路(8)包括 RS-232接口 U8、RS-485接口 U9、U10、反向器U16、U17、光電耦合器0C1、0C2 ；其中，反向器 U16的一個輸入端A6連接到RS-485接口 U9的RO端，反向器U16的一個輸出端Y6與反向 器U16的一個輸入端A5連接并通過排阻RP7接電源，反向器U16的輸出端TO、Y2同時連接 到光電耦合器0C2的一個輸入端，反向器U16的輸入端A4與反向器U16的一個輸出端TO 同時連接到RS-485接口 U9的/RE、DE端，并通過排阻RP6接電源，反向器U16的一個輸出端W連接到RS-485接口 U9的DI端并通過排阻RP6接電源，反向器U16的一個輸入端A3 連接到光電耦合器OCl的一個輸出端VOl，反向器U16的一個輸入端Al連接到RS-232接口 U8的RlOUT端，反向器U16的一個輸出端Yl與反向器U16的一個輸入端A2連接并通過排 阻RP6接電源；反向器U17的一個輸入端A6連接到RS-485接口 UlO的RO端，反向器U17 的一個輸出端Y6與反向器U17的一個輸入端A5連接并通過排阻RP7接電源，反向器U17的 輸出端TO、Y2同時連接到光電耦合器0C2的一個輸入端，反向器U17的輸入端A4與反向器 U17的一個輸出端TO同時連接到RS-485接口 UlO的/RE、DE端，并通過排阻RPl接電源， 反向器U17的一個輸出端W連接到RS-485接口 UlO的DI端并通過排阻RPl接電源，反向 器U17的一個輸入端A3連接到光電耦合器OCl的一個輸出端V02，反向器U17的一個輸入 端Al連接到RS-232接口 U8的R20UT端，反向器U17的一個輸出端Yl與反向器U16的一 個輸入端A2連接并通過排阻RPl接電源。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于所述電壓采集電路(6)包 括運(yùn)放集成電路U14。
7.一種多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集控制方法，其特征在于按如下步驟進(jìn)行 第一步建立多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；所述系統(tǒng)包括模擬信號轉(zhuǎn)換采集電路(1)、微處理器電路(2)、電源開關(guān)控制電路(3)、脈沖信號采集電路(4)、溫度采集電路(5)、電壓采集電 路(6)、通訊電路(12)和電源轉(zhuǎn)換電路(9)；所述模擬信號轉(zhuǎn)換采集電路(1)的電源輸入端連接電源開關(guān)控制電路(3)的輸出端， 模擬信號轉(zhuǎn)換采集電路(1)的輸出端連接微處理器電路(2)的輸入端；所述脈沖信號采集電路(4)的輸入端采集外部脈沖信號，輸出端連接微處理器電路 (2)的輸入端；脈沖信號采集電路(4)將脈沖信號經(jīng)過隔離和電平轉(zhuǎn)換處理后，輸入到微處 理器電路(2)；所述溫度采集電路(5)的輸入端采集溫度信號，輸出端連接微處理器電路(2)的輸入 端；溫度采集電路(5)將采集的溫度信號輸入到微處理器電路(2)；所述電壓采集電路(6)的輸入端采集內(nèi)部電源的電壓信號，輸出端連接微處理器電路 (2)的輸入端；電壓采集電路(6)將電壓信號經(jīng)過電壓跟隨器輸入到微處理器電路(2)；所述電源開關(guān)控制電路(3)的輸入端連接微處理器電路(2)，輸出端連接模擬信號轉(zhuǎn) 換采集電路(1)的電源輸入端和外部傳感器的電源輸入端；電源開關(guān)控制電路(3)接收單 片機(jī)電路輸出的控制信號，輸出電源信號到模擬信號轉(zhuǎn)換采集電路(1)和外部傳感器；所述微處理器電路(2)的輸入端連接模擬信號轉(zhuǎn)換采集電路(1)、脈沖信號采集電路 (4)、溫度采集電路(5)和電壓采集電路(6)的輸入端，所述微處理器電路(2)的輸出端連 接電源開關(guān)控制電路(3)的輸入端，同時所述微處理器電路(2)還與通訊電路(12)連接， 信號為雙向傳輸；所述微處理器電路(2)接收模擬信號轉(zhuǎn)換采集電路(1)、脈沖信號采集電 路(4)輸出的信號、溫度采集電路(5)和電壓采集電路(6)輸出的數(shù)據(jù)，并對接收的數(shù)據(jù)進(jìn) 行記錄和處理，并通過通訊電路(12)將處理后的數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)，同時，微處理器電路(2)通過通訊電路(12)接收上位機(jī)下發(fā)的控制命令，并輸出控制信號到電源開關(guān)控制電路(3)；電源轉(zhuǎn)換電路(9)為上述電路單元提供工作電壓；第二步微處理器電路(2)判斷工作模式，當(dāng)工作模式為非采集模式時，使系統(tǒng)進(jìn)入休眠模式；當(dāng)工作模式為采集數(shù)據(jù)模式時，微處理器電路(2)輸出控制信號，控制電源開關(guān)控 制電路(3)輸出電源信號到模擬信號轉(zhuǎn)換采集電路(1)；模擬信號轉(zhuǎn)換采集電路(1)的信號 輸入端采集外部模擬信號，將模擬信號經(jīng)過隔離、信號處理和A/D轉(zhuǎn)換后，輸入到微處理器 電路(2 )，微處理器電路(2 )接收數(shù)據(jù)；第三步微處理器電路(2)判斷數(shù)據(jù)是否有效，當(dāng)數(shù)據(jù)有效時，對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理計算； 第四步微處理器電路(2)按照擬定的幀格式打包； 第五步通過通訊電路(12)將打包數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)及控制方法，包括模擬信號轉(zhuǎn)換采集電路、微處理器電路、電源開關(guān)控制電路、脈沖信號采集電路、溫度采集電路、電壓采集電路、通訊電路和電源轉(zhuǎn)換電路；其特征在于所述模擬信號轉(zhuǎn)換采集電路的電源輸入端連接電源開關(guān)控制電路的輸出端，模擬信號轉(zhuǎn)換采集電路的輸出端連接微處理器電路的輸入端；模擬信號轉(zhuǎn)換采集電路的信號輸入端采集外部模擬信號，將模擬信號經(jīng)過隔離、信號處理和A/D轉(zhuǎn)換后，輸入到微處理器電路；本發(fā)明采用單片機(jī)進(jìn)行控制，通過接口電路或GPRS無線模塊電路與上位機(jī)進(jìn)行通信，可接收上位機(jī)輸出的控制命令，并將數(shù)據(jù)采集結(jié)果通過接口電路或GPRS無線模塊電路自動上傳到上位機(jī)。
文檔編號G05B19/418GK102135769SQ20101060918
公開日2011年7月27日 申請日期2010年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月28日
發(fā)明者徐闖, 郭亮, 雷輝, 龍林 申請人:重慶恩菲斯軟件有限公司