一种通用型智能多通道电压采集仪的制作方法

本实用新型属于传感器领域，特别涉及一种通用型智能多通道电压采集仪。

背景技术：

测量精度是采集仪的重要指标之一，目前的电压信号采集仪大多数都可以满足精度的需求，但大多数的电压信号采集仪与传感器(需测量的电压信号发生器件)都是配套使用的，虽然可做到多通道测量，但是却造成极大的不便，也就是该款传感器只能配该款采集仪，这样一来，采集仪的通用性就很差。此外，大多数市面上的电压采集仪是有线通信的，想在一些户外安装比较麻烦，比如要拉线什么的；纵观大多数电压信号采集仪，其大多数是室内安装使用的，并且无设置安全保护措施。如此一来，其适用性就比较差了。因此，需要一种新型的通用性强的、适用性广泛的电压采集仪。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种高精度、通用性和适用性强的通用型智能多通道电压采集仪。

本实用新型的目的通过以下的技术方案实现：一种通用型智能多通道电压采集仪，包括处理器、采集电路和供电模块；

所述处理器mcu与采集仪其他模块数据连接，用于执行数据获取、数据运算、通信、存储功能并控制电压采集仪其他模块工作；

所述采集电路包括依次连接的模数转换器、滤波器、测量接口；所述滤波器数量与测量接口数量相同；部分滤波器与模数转换器之间增设放大器；所述模数转换器中集成pga；

所述测量接口连接待测电压传感器；

所述供电模块包括为采集电路供电的数字供电子模块，提供多种参考电压，使用时通过选择将不同电压接入模数转换器。

优选的，所述供电模块还包括为传感器供电的模拟供电子模块，提供多种供电电压，使用时将不同电压有选择的通过测量接口接入传感器；所述模拟供电子模块与数字供电子模块分开供电，并在接地处使用单点接地。

优选的，所述电压采集仪还包括无线通信模块，内置lora协议，多个采集仪通过无线通信模块形成自组织星型网络结构。

优选的，所述供电模块的电能来源为可充电电池，所述可充电电池连接保护电路后接入采集仪需要供电的模块。

更进一步的，所述保护电路为依次连接的防雷管、压敏电阻、tvs二极管、共模电感。

更进一步的，所述电压采集仪还包括电池电能测量模块，与处理器数据连接，用于测量电池电压并换算成电池所剩余的电量。

优选的，所述处理器mcu、采集电路均可切换为休眠状态，在非采集时间时处于休眠状态。

优选的，所述处理器mcu与上位机通过有线通信模块连接，并在处理器mcu与上位机之间增设保护电路。

更进一步的，所述有线通信模块以rs-485总线协议进行通信。

优选的，所述测量接口为可适应两线、三线、四线和五线的接口。

优选的，所述模数转换器为24位高精度a/d转换器。

优选的，所述参考电压包括2.048v、3.3v和5.0v三种。

优选的，所述电压采集仪还包括温度补偿模块，为与处理器数据连接的温度传感器。

优选的，所述电压采集仪还包括存储器，存储采集到的经模数转换器转换后的数据。

优选的，所述电压采集仪各模块集成于防水铝壳内。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本实用新型通过提供多种参考电压以及可变增益增加了采集仪的适用性，其测量范围可从微小电压到伏级电压(这就包含了市面上大多数的电压输出型传感器)，因此适用范围十分广泛；

2、本实用新型增加了保护电路，以便在室外使用时可以防雷击，也可以防静电、浪涌电流等；

3、本实用新型电池电量测量模块可显示剩余电量，这对于提示剩余的电量和判断是否需要充电提供了便利；

4、本实用新型通信采用有线与无线并存的方式，以提供稳定可靠的有线通信和方便无线通信。

5、本实用新型mcu与其他可休眠和断电的模块采用休眠与断电的方式以节省电能，采用lora进行无线通信比一般的无线通信更为节能。因此，本采集仪相较于市面上的电压采集仪的适用性更为广泛。

附图说明

图1是本实用新型实施例通用型智能无线多通道电压采集仪连接框图；

图2采集电路a与供电模块连接关系原理图；

图3是本实用新型采集仪工作流程图。

具体实施方式

为了更好的理解本实用新型的技术方案，下面结合附图详细描述本实用新型提供的实施例，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例

如图1-2所示，一种通用型智能无线多通道电压采集仪，包括处理器、采集电路和供电模块；

所述处理器mcu与采集仪其他模块数据连接，用于执行数据获取、数据运算、通信、存储功能并控制电压采集仪其他模块工作；处理器mcu在空闲时间(非采集时间)处于休眠状态，以满足节能的需求，让整个采集仪的使用时间延长；所述处理器mcu与上位机(如电脑或其他设备)通过有线通信模块连接，具体选用rs-485总线协议，并在处理器mcu与上位机之间增设保护电路，以防在恶劣环境下通信受到以防雷击、静电、浪涌时外部高压或大电流等烧毁传感器内部电源。

所述采集电路包括依次连接的模数转换器、滤波器、测量接口；所述模数转换器为24位高精度a/d转换器；所述滤波器数量与测量接口数量相同；部分滤波器与模数转换器之间增设495倍的放大器g，以便测量更微小的电压信号；所述模数转换器中集成pga以适应不同电压等级输入的信号测量放大，放大倍数可调1～128倍，结合放大器后，测量放大倍数可调节至几千，满足了毫伏级电压和伏级电压的测量需求；所述测量接口连接待测电压传感器，为可适应两线、三线、四线和五线的接口，该接口主要包含最多五种线，电源正、电源负、信号正、信号负和屏蔽线。接线少于五线的接线方法可根据说明手册来接线；

所述供电模块包括为采集电路供电的数字供电子模块，提供多种参考电压，使用时通过选择器选择，分别将2.048v、3.3v、5.0v电压有选择的接入模数转换器；用户可根据传感器输出电压信号的测量需求选择放大倍数、参考电压等，以让放大后的测量信号更好的满足在参考电压的测量范围以内，以提高其测量精度；供电模块还包括为传感器供电的模拟供电子模块，提供3.3v、5.0v和9.0v供电电压，使用时通过选择将不同电压通过测量接口接入传感器；所述模拟供电子模块与数字供电子模块分开供电，并在接地处使用单点接地，以防止数字供电子模块与模拟供电子模块之间的供电电路互相干扰，导致采集精度降低；

所述供电模块的电能来源为可充电电池以增加采集仪的适用性，所述可充电电池连接保护电路后接入采集仪需要供电的模块，可采用太阳能充电方式充电；所述保护电路为依次连接的防雷管、压敏电阻、tvs二极管、共模电感，进行防高压和泄流，以保证采集仪于户外受到雷击、静电、浪涌电流等时不会损坏采集仪的内部器件。

所述电压采集仪还包括电池电能测量模块，与处理器数据连接，用于测量电池电压并换算成电池所剩余的电量，以及时发现电池已经处于低电量状态，应该给予电池充电或者更换电池，也可以通过长期的电池电能数据判断出电池所剩的寿命，本实用新型选用ic芯片lm358d配合外围电路对电源电压降压和滤波，将输出的低电压接至微控制器的adc外设进行模数转换，得到其模拟电压的数字值。

所述电压采集仪还包括无线通信模块，内置lora(远距离无线电)协议，多个采集仪通过无线通信模块形成自组织星型网络结构；lora协议通信模式具有功耗低、通信距离远、速度快、小体积稳定性好的特点，形成的自组织星型网络可让采集仪节点在不影响其他节点的情况下加入或退出该星型网络，以达到方便、高效地安装使用的目的。

所述电压采集仪还包括温度补偿模块，为与处理器数据连接的温度传感器，处理器mcu根据测量得出的温度对采集仪所采到的传感器进行补尝，以保证采集出来的电压信号的精度。

所述电压采集仪还包括存储器，存储采集到的经模数转换器转换后的数据，处理器mcu将采集到的数据按时间存储在存储器中。

所述电压采集仪各模块集成于防水铝壳内，从而避免在室外使用时受到长期的雨水和紫外线等的侵蚀，延长其使用寿命。

与处理器mcu相同，所述采集电路、温度补偿模块、存储器模块、无线、有线通信模块，也可切换为休眠状态或断电状态，以使其在非采集时间处于休眠状态，降低能耗。

下面以一具体实例操作上述公开的采集仪：

所述采集仪上电启动时便开始初始化传感器、lora模块和其他相关配置参数；完成参数的配置后便主动向lora网关发送入网请求，若入网失败，则所述采集仪自动重新入网，若多次入网失败产生入网超时，则需要复位采集仪，重新初始化参数后再次入网；若入网成功，则等待上位机指令，若无上位机指令操作，一段时间后所述采集仪会按照初始化的相关参数进行传感器数据的采集与发送；若有上位机发来的指令，所述采集仪会自动解析指令并执行。采集仪的整体工作流程如下图3。

其中传感器的电压信号采集流程是：

1)配置参数：用户设置传感器的输出量程，采集电路自动根据用户设置的传感器输出量程通过选择器合适的数字参考电压，并自动设置相应的放大倍数，以精确测量传感器的输出电压，若采集微电压信号(0～5mv)，则将传感器接至1通道，其他普通信号(0～5.0v)接至2～4通道；用户设置传感器的模拟供电电压，采集电路通过选择器选择合适的传感器供电电压给传感器供电；设置采集通道，用户需要根据接入的传感器个数和通道设置采集通道，以便略过未接传感器的通道采集，加快采集速度；当切换传感器时，需要重新配置前述参数。参数配置完成，则对模数转换器进行自我校正，便可开始采集传感器电压。

2)传感器电压采集：模数转换器对每一个通道的电压传感器进行通道选择，依次从通道1采集至通道4(若用户设置了采集通道，未接传感器的通道会被略过，循环往复)；原始的传感器电压信号通过滤波器到达模数转换器，模数转换器将模拟的电压信号转换为数字电压信号，并根据采集到的实时温度信息，对转换好的电压信号进行实际的温度补偿，得到了高精度的数字电压信号，该数字电压信号被mcu获取，通过有线或无线传至上位机(或其他设备)或云服务器。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。