一种低功耗多路温度采集装置的制作方法

本实用新型涉及道桥技术领域，尤其涉及一种低功耗多路温度采集装置。

背景技术：

道路可划分为多个结构层，如上面层、下面层、基层、底基层、路基等，温度变化而导致的道路桥梁结构病害也是不容忽视的重要因素，可能导致道路结构的不均匀沉降、裂缝等问题的产生。为了研究道路各结构层相对与路表温度的变化趋势，以及道路各层温度变化与病害的相关性，需要对道路各层的温度进行长期的监控和记录。而要实现道路各层的温度进行长期的监控，对温度采集装置的可靠性及功耗要求较高。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供一种低功耗多路温度采集装置，采用铂电阻作为温度传感器，实现道路层间温度数据的长期采集及数据的定时发送，功耗低、可靠性高。

本实用新型采用以下技术方案：

本实用新型提供一种低功耗多路温度采集装置，包括太阳能电池、立柱和温度采集模块，所述太阳能电池设置在立柱一端，所述立柱另一端埋设在道路路面内，所述温度采集模块设置在立柱内，所述太阳能电池连接所述温度采集模块；所述温度采集模块包括电源电路、电源切换及多路开关电路、电压基准电路、模拟多路器、多路铂电阻、单臂电阻桥电路、差分放大器及单片机，所述电源电路连接电源切换及多路开关电路，所述电源切换及多路开关电路分别连接单片机、模拟多路器与电压基准电路，所述单片机分别连接模拟多路器与差分放大器，所述电压基准电路分别连接多路铂电阻与单臂电阻桥，所述多路铂电阻与模拟多路器连接，所述单臂电阻桥连接所述差分放大器。

优选的，所述温度采集模块还包括gprs模块，所述gprs模块分别连接所述电源切换及多路开关电路与单片机。

优选的，所述多路铂电阻设置在所述立柱的侧壁上。

优选的，所述单片机采用stm32l010f4芯片。

优选的，所述太阳能电池经充电电路连接锂电池，所述太阳能电池与锂电池连接所述电源电路。

优选的，所述电源切换及多路开关电路采用mosfet双电源切换电路。

优选的，所述多路铂电阻包含的铂电阻数为n个，所述n为待测道路路面层数。

本实用新型的有益效果为：

传统行业中由于具有稳定的供电设施往往对低功耗没有显著的需求，但是在路桥领域，在一些需要长期监控温度而又不方便接入市电等稳定电源供给的场合，就需要温度采集装置具备低功耗来尽可能的使设备能够长期稳定工作。本实用新型为实现如对道路层间温度数据的长期采集监控，采用铂电阻作为温度传感器，实现道路层间温度数据的长期采集及数据的定时发送，功耗低、可靠性高。

本实用新型采用太阳能电池和锂电池双电源供电，当太阳能电池供电电压高于1.8伏时采用太阳能电池供电并向锂电池充电，当太阳能电池电压低于1.8伏时自动切换到锂电池供电，保证了系统的稳定性。同时为了减少开关电路损耗，开关电路采用低功耗的mosfet进行电源的切换开关。

本实用新型采用定时数据采集，当积累了一定数量的数据后通过gprs模块向云平台发送数据。当本实用新型不采集和发送数据时，单片机处于休眠状态并只有内部rtc定时器工作，用于在到达设定时间时唤醒单片机，同时其他外围电路全处于断电状态，降低了功耗，达到节能的目的。

附图说明

图1是本实用新型的电路原理框图；

图2是本实用新型的电源电路原理图；

图3是本实用新型的充电电路与电源切换及开关电路原理图；

图4是本实用新型的模拟多路器电路原理图；

图5是本实用新型的差分放大器电路图；

图6是本实用新型的电压基准及单臂电阻桥电路原理图；

图7是本实用新型的多路铂电阻电路原理图；

图8是本实用新型单片机的原理图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

为使本实用新型的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细说明。参照图1，一种低功耗多路温度采集装置包括太阳能电池、立柱和温度采集模块，太阳能电池设置在立柱一端，立柱另一端埋设在道路路面内，温度采集模块设置在立柱内。温度采集模块包括电源电路、电源切换及多路开关电路、gprs模块、电压基准电路、模拟多路器、多路铂电阻、单臂电阻桥电路、差分放大器及单片机，电源电路连接电源切换及多路开关电路，电源切换及多路开关电路分别连接单片机、模拟多路器与电压基准电路，单片机分别连接模拟多路器与差分放大器，电压基准电路分别连接多路铂电阻与单臂电阻桥，多路铂电阻与模拟多路器连接，单臂电阻桥连接所述差分放大器。gprs模块分别连接电源切换及多路开关电路与单片机。

本实施例的立柱可采用金属材质，为中空结构，可以为方形、圆柱形等形状，立柱的一端设置太阳能电池，另一端埋设在道路路面内，道路路面为多层结构，可以包括上面层、下面层、基层、底基层、路基等。根据待测温度的道路路面的层数，设置对应的铂电阻，每一路铂电阻设置在对应道路路面层位置的立柱侧壁上，对应检测该层道路路面层的温度，若待测温的道路路面层数为n层，则多路铂电阻包含的电阻数为n个，本实施例的铂电阻为6个。铂电阻设置在立柱的侧壁上，为提高检测精度，本实施例将铂电阻设置在立柱的外壁上。

如图3所示，当太阳能电池电压高于5v时通过ad4057集成电路给锂电池bt1充电。在太阳能电池和锂电池后面有mofet晶体管q1、q2，当mofet晶体管q1导通时电路由太阳能电池供电；当mofet晶体管q2导通时电路由锂电池供电。

如图2-图6所示，u1是dc/dc集成电路，用来将太阳能电池或锂电池提供的电源转变成2.7v直流电。u1产生的2.7v电源为单片机供电，并通过mosfet晶体管q3、q4分别提供给电压基准电路u5、可编程差分放大器u4、模拟多路器开关u6、u7、u8、u9和gprs模块。

如图6所示，电压基准电路u5输出电压驱动晶体管q5，并以发射极驱动电阻r9形成负反馈电路，使电压基准输出的电流驱动能力得以放大。电阻r12、r13对电压基准电路的输出电压进行分压，形成单臂电阻桥，给差分放大器u4的反向输入端提供信号。

如图7所示，电阻r16-r21在电路中具有分压、限流功能，分别连接对应的铂电阻r22-r27，多路铂电阻r22-r27、电阻r12、r13、分压电阻r16-r21形成半桥电路，其输出信号连接到模拟多路器u6、u7、u8的输入端，模拟多路器u6、u7、u8的输出端连接u9的输入端，通过增加模拟多路开关得以扩展更多的铂电阻采集信号。模拟多路开关集成电路q9的公共端输出到可编程差分放大器u4，只用一个放大器就可以实现对多路铂电阻信号进行差分放大。

如图5、图8所示，可编程增益放大器u4的输出端连接到单片机u2的第10脚上。单片机第10脚为adc模数转换输入端。单片机u2通过1脚检测太阳能电池的电压；太阳能电池输出的电压通过第一电阻、第二电阻分压后输出到单片机u2的1脚上。当太阳能电池电压低于2.7伏时通过单片机u2的1脚唤醒单片机；单片机驱动q1并关闭q2使电源切换到锂电池供电。当没有采集任务时单片机处于休眠状态只有rtc实时时钟工作，当rtc实时时钟定时信号达到触发时间时唤醒单片机。单片机被唤醒后驱动q3使电压基准电路、差分放大器、模拟多路开关（模拟多路器）通电并通过引脚sw5、sw6、sw7、sw8切换需要采集的铂电阻电路。当单片机数据采集达到一定数量时通过驱动q4使gprs模块得电，并通过低功耗串口tx、tr与gprs模块通信把采集到的数据发送到云端。同时云端返回网络时间以修正单片机rtc实时时钟时间保证采集时间的精确。电路每次唤醒后会同时检测锂电池供电电压，一旦检测到供电电压低于预设值会及时向云端发送报警信息便于及时处置，提高了该装置的可靠性。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些改动和变型属于本实用新型要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。