一种数据采集装置及移动载体的制作方法

本发明涉及工业自动化技术领域，尤其涉及一种数据采集装置及移动载体。

背景技术：

移动载体在环境监测过程中，需要同时采集、处理多路传感器信号，并且对数据采集模块的主要技术指标，如采样速率、分辨率、输入电压范围、尺寸以及抗干扰能力等方面的要求也越来越高。

然而，现有的移动载体无法同时采集及处理多路传感器信号，并且多数传感器在使用时都是采用外部供电模式。但是，考虑到移动载体的安全性、稳定性和尺寸的紧凑性以及数据采集的协调性，因此有必要通过移动载体内部的数据采集装置向外部传感器供电，且输出的供电电压能够克服移动载体内部供电电压的不确定性。

技术实现要素：

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种数据采集装置及移动载体，能同时采集及处理多路传感器信号，并能向外部传感器提供稳定的供电电压。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种数据采集装置及移动载体，其与外部的多路传感器相配合，所述数据采集装置包括：

一用于同时采集所述多路传感器信号的信号采集模块，所述信号采集模块的一端与所述多路传感器相连，其由一多通道模数转换芯片形成；

一用于接收及处理所述信号采集模块所采集到的信号的主控制器，所述主控制器的一端与所述信号采集模块的另一端相连，其由一ARM芯片及其外面电路形成；

一用于将所述主控制器处理的相关信息输出给上位机的数据交换模块，所述数据交换模块的两端分别与所述主控制器的另一端及所述上位机相连，其由一DSP芯片及其外围电路形成。

其中，所述信号采集模块的多通道模数转换芯片为ADI公司的支持8通道16位同步采样的AD7606芯片。

其中，所述主控制器的ARM芯片采用的芯片型号为Atmega16A。

其中，所述数据交换模块的DSP芯片采用的芯片型号为MAX232。

其中，所述数据采集装置还包括用于所述多路传感器信号电压分压的电阻分压电路和用于缓冲所述分压后的多路传感器信号电压的电压跟随器；其中，

所述电阻分压电路的一端与所述多路传感器相连，另一端与所述电压跟随器的一端相连；

所述电压跟随器的另一端与所述信号采集模块相连。

其中，所述数据采集装置还包括用于给所述数据采集装置内部所有模块供电及所述多路传感器供电并提供稳定电压的供电电源模块，所述供电电源模块与所述信号采集模块、主控制器、数据交换模块以及多路传感器均相连。

其中，所述供电电源模块由芯片LM2596、芯片HT7350及外围电路形成。

本发明实施例还提供了一种移动载体，其前述的数据采集装置。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

1、在本发明实施例中，由于采用多通道模数转换芯片形成的信号采集模块同时采集多路传感器信号，并在主控制器中将所采集到的多路传感器信号进行分析及处理后，通过数据交换模块发给上位机，从而能同时采集及处理多路传感器信号；

2、在本发明实施例中，由于采用给数据采集装置内部所有模块供电及多路传感器供电的供电电源模块，从而实现向外部传感器提供稳定的供电电压。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。

图1为本发明实施例一提供的数据采集装置的一系统结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的数据采集装置的另一系统结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的数据采集装置的又一系统结构示意图；

图4为本发明实施例一提供的数据采集装置中信号采集模块的应用场景图；

图5为本发明实施例一提供的数据采集装置中主控制器的应用场景图；

图6为本发明实施例一提供的数据采集装置中数据交换模块的应用场景图；

图7为本发明实施例一提供的数据采集装置中电阻分压电路的应用场景图；

图8为本发明实施例一提供的数据采集装置中电压跟随器的应用场景图；

图9为本发明实施例一提供的数据采集装置中供电电源模块的应用场景图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

如图1所示，为本发明实施例一中，提供的一种数据采集装置及移动载体，其与外部的多路传感器相配合，该数据采集装置包括：

一用于同时采集多路传感器信号的信号采集模块1，信号采集模块1的一端与多路传感器相连，其由一多通道模数转换芯片形成；

一用于接收及处理信号采集模块1所采集到的信号的主控制器2，主控制器2的一端与信号采集模块1的另一端相连，其由一ARM芯片及其外面电路形成；

一用于将主控制器2处理的相关信息输出给上位机的数据交换模块3，数据交换模块3的两端分别与主控制器2的另一端及所述上位机相连，其由一DSP芯片及其外围电路形成。

在一个实施例中，信号采集模块1的多通道模数转换芯片为ADI公司的支持8通道16位同步采样的AD7606芯片；主控制器2的ARM芯片采用的芯片型号为Atmega16A；数据交换模块的DSP芯片采用的芯片型号为MAX232。

如图2所示，数据采集装置还包括用于多路传感器信号电压分压的电阻分压电路4和用于缓冲分压后的多路传感器信号电压的电压跟随器5；其中，电阻分压电路4的一端与多路传感器相连，另一端与电压跟随器5的一端相连；电压跟随器5的另一端与信号采集模块1相连。

可以理解的是，电阻分压电路4和电压跟随器5的接入，可以实现整个数据采集装置的测量范围灵活性。其中，电阻分压电路4的阻值可根据具体需求来确定，这样增强了整个采集系统的测量范围和灵活性，方便使用。

如图3所示，数据采集装置还包括用于给数据采集装置内部所有模块供电及多路传感器供电并提供稳定电压的供电电源模块6，供电电源模块6与信号采集模块1、主控制器2、数据交换模块3以及多路传感器均相连。

在一个实施例中，供电电源模块由芯片LM2596、芯片HT7350及外围电路形成。

如图4至图9所示，对本发明实施例一中提供的数据采集装置的应用场景做进一步说明：

图4为信号采集模块的应用场景图。图4中，为了实现多个传感器的多通道数据的同时采集，信号采集模块1采用了美国亚德诺半导体公司生产的同步采样ADC芯片AD7606为A/D转换芯片。AD7606为8通道、16位同步采样模数数据转换芯片，每个通道的采样速率高达200kSPS。该芯片的特点有：内置输入端的箝位保护电路，芯片可以承受最高达±16.5V的电压；内置稳定的数字滤波器，可提供过采样和数字滤波功能，可通过管脚选择过采样的倍数；内置二阶抗混叠滤波器和跟踪保持放大器，不需要外部接滤波电路和运算放大器，简化了前端电路；内部具有2.5V基准电压和基准缓冲电路，使用中可根据设计需要选用内置或外部基准；提供并行、串行的数据传输口，方便使用；同时采用5V单电源供电，不需要双电源，并可以处理±10V和±5V的双极性信号。

AD7606外围电路具体设置如下：

（1）管脚OS[2:0]与单片机相连，可根据实际应用要求选择过采样倍率为：×2，×4，×8，×16，×32，×64；

（2）管脚/PAR接低电平，选择并行数据传输方式，提高数据传输速率；

管脚CONVST A和CONVST B短接，可同时启动8通道转换，提高工作效率；

（3）主机接口电源为5V，所以管脚VDRIVE接+5V电压

（4）管脚REF接高电平，采用内部基准电压，简化外围电路。同时对管脚REFIN与REFGND管脚附近的地之间连接了一个10μF的电容用来对管脚REFIN去耦；

（5）管脚RANGE接低电平，选择±5V测量范围。

（6）管脚/RD、/RS与单片机相连，在进行初始化时，对相应管脚赋值低电平，使转换结果能够输出在并行数据总线上。

图5为主控制器的应用场景图。图5中，主控制器2以ARM芯片Atmega16A为核心，主要对AD转换后的数据进行收集、处理后通过串口232部分上传给上位机，同时接受上位机的指令，根据指令进行相应操作。ATmega16A是一种低功耗微控制器CMOS 8-bit关于加强AVR基础的RISC架构。通过执行在一个时钟周期ATmega16A强大的指令，实现吞吐量接近每1 MIPS MHz，允许系统设计师能够优化功耗与处理速度。

图6为数据交换模块的应用场景图。图6中，数据交换模块3与上位机的数据交换通过串口232来完成，该数据交换模块3以MAX232芯片为核心，在外围电路的配合下实现采集系统数据向上位机的上传和上位机向采集系统发送指令，是人机交互的重要组成部分；MAX232芯片是美信（MAXIM）公司专为RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片，使用+5v单电源供电。

图7为电阻分压电路的应用场景图。图7中，电阻分压电路4包括电阻R17和电阻R18。

图8为电压跟随器的应用场景图。图8中，电压跟随器5由芯片U8和U9形成。

图9为供电电源模块的应用场景图。图9中，供电电源模块9由芯片LM2596和HT7350构成，芯片LM2596能够输出3A的驱动电流，线性好并具有负载调节特性，能实现在1.2~37V之间的调节输出；芯片HT7350的最高输入电压为12V，输出5V，最大输出电流250mA，耗散功率500mW。

整个供电电源模块9可使用24V或12V供电，并且可向外提供24V和5V电压供传感器使用。使用24V供电时，芯片LM2596管脚VIN接24V电压，并输出12V电压，把该电压接入芯片HT7350的Vin管脚，芯片HT7350输出5V电压。此时，电源模块可向外提供24V和5V电压供传感器使用。使用12V电压供电时，芯片HT7350的管脚Vin接12V电压，并输出5V电压。此时，供电电源模块9可向外提供5V电压供传感器使用。

相对于本发明实施例一中提供的数据采集装置，本发明实施例二还提供了一种移动载体，其包括本发明实施例一中的数据采集装置，该数据采集装置与本发明实施例一中的数据采集装置具有相同的结构及连接关系，因此在此不再一一赘述。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

1、在本发明实施例中，由于采用多通道模数转换芯片形成的信号采集模块同时采集多路传感器信号，并在主控制器中将所采集到的多路传感器信号进行分析及处理后，通过数据交换模块发给上位机，从而能同时采集及处理多路传感器信号；

2、在本发明实施例中，由于采用给数据采集装置内部所有模块供电及多路传感器供电的供电电源模块，从而实现向外部传感器提供稳定的供电电压。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。