专利名称：气象传感器数据采集系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于气象领域，具体地说，是涉及一种气象传感器信号数据采 集处理系统。
背景技术：
关于降雨测量装置在国内有许多相关的专利，这些专利尽管结构 有所不同，但基本原理都仅为翻斗式、虹吸式及其在这两种的基础上 在结构或控制方式等方面的改进方式，上述专利中降雨量测量装置存在如下缺陷在海上浮标、舰船或海基站上，由于海浪的波动，非常 容易使翻斗误翻转，而且在大风或大雨时翻斗容易因来不及翻转而导 致测量不准确。虹吸式雨量计虽然可以在浮标、舰船上应用，但也存 在如下不足在大风中因雨滴不是垂直降落或者因浮标晃动使雨水接 受面处于非水平状态，造成相当数量的雨水不能被有效地收集到集雨 器中；虹吸过程需要时间，在虹吸过程中的降雨一并流失，产生降水 的流失误差，降水强度越大，误差越大；在海上高温环境中，收集到 的雨会大量被蒸发，造成较大误差；测量量程小，一般在0~ 4mm/min, 对大雨和暴雨都不能监测；有海浪击到传感器时经常误当降水量报出 数据；容易产生集雨器溢流或虹吸管阻塞，影响正常测量。为解决这些不足，海洋环境监测、气候要素监测的研究者们一直 在开发满足要求的海上降水量新型传感器，海洋气象要素局部监测传 感器在基本技术指标满足地条件下，向微型化、智能化、数字化、集 成化、低功耗和多功能化方向发展，开发具有高灵敏度、高精度、高 响应速度、高信噪比、高可靠性、高耐受环境能力极微小体积和重量的多参数传感器已经成为检测及其自动化装备领域的必然趋势。在海 洋气象传感器系统中，数据采集系统起着至关重要的作用，现有的数据采集系统存在如下缺陷1、兼容性差，采集不同的信号需要更换不同的采集系统，一 方面提高了使用成本，另一方面给使用者带来不便；2、抗干扰性差，在一些 干扰性强的测试现场无法专门对其进行屏蔽，因而会导致采集的数据 失真。 发明内容本实用新型的发明目的在于为气象传感器测量降雨量装置提供一套兼容性 强数据采集系统。为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现 一种气象传感器数据釆集系统，包括气象传感器和主处理器，其特 征在于所述气象传感器中，输出模拟信号的传感器通过电压/电流 选择电路连接模数转换通路，将模拟信号转换为数字信号后通过数据 总线连接所述的主处理器；所述主处理器连接CAN总线控制收发电路， 通过所述CAN总线控制收发电路将接收到的数字信号转换成CAN总线 数据，进而经CAN总线与上位工控机进行通信；输出串行数字信号的 传感器通过串行数据接口处理通路，进而经数据总线连接所述的主处 理器。筒单地，所述输出模拟信号的传感器输出通过排阻 一 方面与模数 转换通路相接，另一方面通过开关器件后经电阻接地。进一步地，在所述的模数转换通路中包含有模拟开关电路、A/D 转换电路、光电隔离电路和信号锁存电路；其中，传感器输出的模拟 信号通过模拟开关进行通道切换后，经过信号调整电路连接A/D转换 电路的输入端，将模拟信号转换成数字信号后通过其输出端连接光电 隔离电路，进而通过信号锁存电路对数字信号进行锁存后，通过数据 总线输出到所述的主处理器中；所述主处理器发出控制信号通过控制总线连接所述A/D转换电路和模拟开关电路的控制端。所述信号调整电路包括一四运算放大电路，所述放大电路的输入端与模拟开关输出电路相连，输出端连接A/D转换电路的输入端。为了消除干扰，在所述的串行数据接口处理电路中包含有高速光 电隔离电路，对传感器通过串口输入的串行数据进行光电隔离处理 后，通过数据总线输出到所述的主处理器中。为了灵活选择串行数据处理电路，所述串行数据处理电路至少包 含一路所述处理电路，所述每一路处理电路在传感器与主处理器之间 通过跳线选择连接或断开。为了增加CAN总线控制收发电路输出的可靠性，所述CAN总线控 制收发电路包括两路CAN总线控制收发电路，所述主处理器的数据传 输端连接CAN收发器的多输入单输出数据端口 ，所述CAN转换器的CAN 总线端口通过CAN总线连接上位工控机，实现TTL电平数据与CAN总 线数据之间的转换。为了提高系统性能及处理速度，所述主处.理器为ARM9嵌入式处 理器，其地址信号端和数据信号端分别与程序存储器和数据存储器的 相应管脚对应连接。与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果如下1、气象传感器输 出与地之间连接一电压/电流选择电路，当气象传感器输出电压信号时，不选 择此电路，当气象传感器输出电流信号时，上述电路将电流信号转换为电压信 号，有效实现了不同信号传感器的兼容；2、 CAN总线收发电路采用双冗余设计， 当 一路CAN总线控制收发电路出现故障时，自动切换到另 一路输出， 增加CAN总线控制收发电路输出的可靠性；3、串行数据处理电路的 多路处理电路与主处理器之间通过跳线选择连接或断开，实现了灵活 选择串行数据电路的目的；4、受现场干扰影响小，可用于复杂恶劣 环境中具有数据传输可靠的特点。
图1为本实用新型数据采集系统原理框图； 图2为主处理器电路结构原理图； 图3为数据采集电路原理图； 图4为CAN总线控制收发电路原理图； 图5为串行数据处理电路原理图； 图6为存储电路原理图。*^实施方式
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步详细地说明。如图1所示， 一种气象传感器数据采集系统，包括气象传感器和主处 理器，其特征在于所述气象传感器中，输出模拟信号的传感器连接 电压/电流选择电路，如果来自传感器的信号为电流信号，则接通选 择电路，将电流信号经转换电路转换成电压信号，然后连接到模数转 换通路，如果来自传感器的信号是电压信号，则不经过上述选择电路， 而是直接连接到模数转换通路，模数转换通路将模拟信号转换为数字 信号后通过数据总线连接所述的主处理器；所述主处理器连接CAN总 线控制收发电路，通过所述CAN总线控制收发电路将接收到的数字信 号转换成CAN总线数据，进而经CAN总线与上位工控机进行通信；输 出串行数字信号的传感器通过串行数据接口处理通路，进而经数据总 线连接所述的主处理器。如图2-图6所示，为了对各种输出信号的传感器实现通用性，输出模拟 信号的传感器输出通过排阻一方面与模数转换通路相接，另 一方面通 过开关器件后经电阻接地。模数转换通路包括模拟开关电路、信号调整电路、A/D转换电路、光电隔离电路和信号锁存电路；其中，传感器输出的模拟信号通过模 拟开关进行通道切换后，进而经信号调整电路连接A/D转换电路的输 入端，将模拟信号转换成数字信号后通过其输出端连接光电隔离电 路，进而通过信号锁存电路对数字信号进行锁存后，通过数据总线输 出到所述的主处理器中；所述主处理器发出控制信号通过控制总线连 接所述A/D转换电路和模拟开关电路的控制端，控制其工作时序。所 述主处理器为ARM9嵌入式处理器AT91RM9200，其地址信号端A0 A25 和数据信号端PC0 PC15、 D17 D31分别通过地址总线A[0…25]和数 据总线D[O... 31]与程序存储器FLASH芯片HY57V56 1 62 0和数据存储器 SDRAM芯片SST39VF6401-70-4C-EK的相应管脚对应连冲妾。在串行接口数据处理电路中包含有高速光电隔离电路，对主处理 器通过串口输入的串行数据进行光电隔离处理后，通过数据总线与上 位工控机通讯。串行数据处理电^各可以包含多聘4妄口处理电3各，如 RS422接口、 RS2 32 4妻口、 RS485接口，各接口可通过跳线选4奪在外设 与主处理器之间的连接或断开，至于如何布置及选择跳线是本领域技 术人员的公知常识，因而此处不详述，另外，图5只示出了RS422接 口原理图，其他未示出。如图4所示，CAN总线控制收发电路包括两组收发电路，每一组 CAN收发器的时钟端SCK、片选端/CS、多输入单输出数据端口 SO和 单输入多输出数据端口 SI通过总线与ARM9嵌入式处理器的数据传输 端PA[0…31]相连，ARM9嵌入式处理器通过数据线PC[0…15]向每一 组CAN收发器的/IN端输出中断信号，CAN转换器的两路CAN总线端 口 CANH、 CANL通过CAN总线连接上位工控才几，实现TTL电平数据与 CAN总线数据之间的转换。当一路CAN总线收发电路出现故障，在内 部程序的控制下，自动切换到另 一路CAN总线收发电路，上述双冗余 设计大大增加了电路的可靠性。
权利要求1、一种气象传感器数据采集系统，包括气象传感器和主处理器，其特征在于所述气象传感器中，输出模拟信号的传感器通过电压/电流选择电路连接模数转换通路，将模拟信号转换为数字信号后通过数据总线连接所述的主处理器；所述主处理器连接CAN总线控制收发电路，通过所述CAN总线控制收发电路将接收到的数字信号转换成CAN总线数据，进而经CAN总线与上位工控机进行通信；输出串行数字信号的传感器通过串行数据接口处理通路，进而经数据总线连接所述的主处理器。
2. 根据权利要求1所述的气象传感器数据采集系统，其特征在 于所述输出模拟信号的传感器输出通过排阻一方面与模数转换通路 相接，另一方面通过开关器件后经电阻接地。
3. 根据权利要求1或2所述的气象传感器数据采集系统，其特 征在于在所述的模数转换通路中包含有模拟开关电路、A/D转换电 路、光电隔离电路和信号锁存电路；其中，传感器输出的模拟信号通 过模拟开关进行通道切换后，经过信号调整电路连接A/D转换电路的 输入端，将模拟信号转换成数字信号后通过其输出端连接光电隔离电 路，进而通过信号锁存电路对数字信号进行锁存后，通过数据总线输 出到所述的主处理器中；所述主处理器发出控制信号通过控制总线连 接所述A/D转换电路和模拟开关电路的控制端。
4. 根据权利要求3所述的气象传感器数据采集系统，其特征在 于所述信号调整电路包括一四运算放大电路，所述放大电路的输入 端与模拟开关输出电路相连，输出端连接A/D转换电路的输入端。
5. 根据权利要求l、 2或3所述的气象传感器数据采集系统，其 特征在于在所述的串行数据接口处理电路中包含有高速光电隔离电路，对传感器通过串口输入的串行数据进行光电隔离处理后，通过数 据总线输出到所述的主处理器中。
6. 根据权利要求5所述的气象传感器数据采集系统，其特征在于所述串行数据处理电路至少包含一路所述处理电路，所述每一路处理电路在传感器与主处理器之间通过跳线选择连接或断开。
7. 根据权利要求6所述的气象传感器数据采集系统，其特征在 于所述CAN总线控制收发电路包括两路CAN总线控制收发电路，所 述主处理器的数据传输端连接CAN收发器的多输入单输出数据端口 ， 所述CAN转换器的CAN总线端口通过CAN总线连接上位工控机，实现 TTL电平数据与CAN总线数据之间的转换。
8. 根据权利要求7所述的气象传感器数据采集系统，其特征在 于所述主处理器为ARM9嵌入式处理器，其地址信号端和数据信号 端分别与程序存储器和数据存储器的相应管脚对应连接。
专利摘要本实用新型涉及一种气象传感器数据采集系统，包括气象传感器和主处理器，其特征在于所述气象传感器中，输出模拟信号的传感器通过电压/电流选择电路连接模数转换通路，将模拟信号转换为数字信号后通过数据总线连接所述的主处理器；所述主处理器连接CAN总线控制收发电路，通过所述CAN总线控制收发电路将接收到的数字信号转换成CAN总线数据，进而经CAN总线与上位工控机进行通信；输出串行数字信号的传感器通过串行数据接口处理通路，进而经数据总线连接所述的主处理器。本实用新型实现了不同信号传感器的兼容；受现场干扰影响小，可用于复杂恶劣环境中，具有数据传输可靠的特点。
文档编号G01W1/14GK201116934SQ200720157259
公开日2008年9月17日 申请日期2007年11月13日 优先权日2007年11月13日
发明者于慧彬, 初伟先, 宋文杰, 李小峰, 漆随平, 平 王, 王东明, 石彦平 申请人:山东省科学院海洋仪器仪表研究所