一种带信号调理功能的传感器参数采集设备的制作方法

1.本实用新型涉及传感器采集技术领域，具体涉及一种带信号调理功能的传感器参数采集设备。


背景技术：

2.传感器作为一种检测装置，能感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求，其涉及领域非常广泛。然而目前众多种类的传感器却缺少统一的传感器参数采集装置，不便于对装载有传感器的设备对传感器的统一管理和控制；同时，由于进行参数采集的部分传感器产生的电量很小，传感器产生的电信号很容易受到噪声干扰，因此，在对传感器进行参数采集时，如何对采集的信号进行放大和信号调理，并保证更好的抗噪声性并更容易封装，是需要解决的问题。


技术实现要素：

3.为了克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种带信号调理功能的传感器参数采集设备，不仅能够对各种传感器的各个参数进行集中采集、协议解析以及信号编码，还能在参数采集之前，对加速度等部分特殊传感器产生的信号进行放大和信号调理，保证更好的抗噪声性并更容易封装。
4.本实用新型的技术方案如下：
5.一种带信号调理功能的传感器参数采集设备，包括有主处理器，主处理器包括有pl端和ps端；参数采集设备还包括有信号调理模块以及模数转换器；信号调理模块，与传感器通信连接，用于为传感器供电、对传感器输出的原始振动信号进行放大和滤波处理；模数转换器，与信号调理模块通信连接，用于接收来自于模拟传感器的模拟信号并进行模数转换。
6.pl端包括有adc数据采集模块、数据缓存模块以及总线处理模块，adc数据采集模块，分别与模数转换器、数据缓存模块通信连接，用于当接收到完整的传感器信号之后，产生中断请求信号并传送至中断信号处理模块,并将模拟传感器信号数据写入数据缓存模块；数据缓存模块，与通信总线通信连接，用于将接收的传感器信号数据进行存储以及上传至总线处理模块。
7.进一步地，信号调理模块包括有恒流源电路、同相交流放大电路以及滤波电路；
8.恒流源电路包括有二极管d1、三极管q1以及可调并联稳压器d2，二极管d1的阳极连接电源vcc，二极管d1的阴极与三极管q1的集电极连接，以及通过电阻r2与可调并联稳压器d2的第一连接端连接；三极管q1的基极与可调并联稳压器d2的第一连接端连接，三极管q1的发射极与可调并联稳压器d2的第二连接端连接，还通过可调电阻r1与可调并联稳压器d2的第三连接端连接；可调并联稳压器d2的第三连接端处为恒流源电路的输出端。
9.进一步地，同相交流放大电路包括有运算放大器u1以及运算放大器u2，运算放大
器u1的正输入端+in与可调并联稳压器d2的第三连接端连接，运算放大器u1的负输入端-in通过电阻r7、电容c7与地相接，还通过电阻r8与运算放大器u1的输出端out相接；
10.运算放大器u2的正输入端+in通过电阻r5、电阻r4与运算放大器u1的输出端out相接，以及通过电容c5、电容c4与地相接，运算放大器u2的负输入端-in与其输出端相接，运算放大器u2的输出端out通过电容c1连接在电阻r4和电阻r5之间；
11.滤波电路包括有电容c4以及电阻r6，电容的一端与运算放大器u2的输出端out连接，而另一端通过电阻r6与地相接。
12.进一步地，ps端包括有：
13.中断信号处理模块，与adc数据采集模块通过通信总线连接，用于当接收中断请求信号之后，发送信号至数据封装模块；
14.数据封装模块，与中断信号处理模块通信连接，用于当接收到中断处理模块的信号之后，通过寄存器管理模块从通信总线上获取传感器信号数据，并对该数据进行协议解析以及信号编码，再将封装后的传感器信号封装数据通过寄存器管理模块写入通信总线中。
15.进一步地，传感器为冲击、噪声、振动、过载、角速率、热流、压力、温度等传感器中的一种或多种。
16.本实用新型所述的传感器参数采集设备，首先通过信号调理模块对传感器输出的原始振动信号进行放大和滤波处理，然后通过模数转换器对传感器进行参数采集并将传感器参数数据传送至pl端的adc数据采集模块，adc数据采集模块采集一个完整的传感器参数数据之后产生一个中断信号给ps端的中断信号处理模块，中断信号处理模块接收到中断信号后，数据封装模块通过通信总线读取采集到的传感器参数信息，按照格式要求完成传感器参数信息组包，并形成封装数据，然后通过ps端的无线通信模块传输至外部设备。
17.采用上述方案，本实用新型不仅能够将冲击、噪声、振动、过载、角速率、热流、压力、温度等传感器的参数进行集中采集、协议解析以及信号编码，操作简单方便，并将这些信息通过无线发送给外部设备，以便于外部设备能够根据当前的传感器状态做出明确判断并控制各作动机构，还能在参数采集之前，对加速度等部分特殊传感器产生的信号进行放大和信号调理，保证更好的抗噪声性并更容易封装；同时，本实用新型整体结构简单，小巧，电路布局设计简单，成本低。
附图说明
18.构成本技术的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
19.图1是本实用新型所述的传感器参数采集设备的示意图；
20.图2是本实用新型所述的信号调理模块的结构示意图。
具体实施方式
21.以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
22.本实用新型实施例提供了一种传感器参数采集设备，传感器为冲击、噪声、振动、过载、角速率、热流、压力、温度等传感器中的一种或多种，本实施例中的传感器为加速度传感器；如图1所示，传感器参数采集设备包括有信号调理模块、模数转换器以及主处理器。信号调理模块，与传感器通信连接，用于为传感器供电、对传感器输出的原始振动信号进行放大和滤波处理；
23.如附图2所示，信号调理模块包括有恒流源电路、同相交流放大电路以及滤波电路。
24.恒流源电路包括有二极管d1、三极管q1以及可调并联稳压器d2，二极管d1的阳极连接电源vcc，二极管d1的阴极与三极管q1的集电极连接，以及通过电阻r2与可调并联稳压器d2的第一连接端连接；三极管q1的基极与可调并联稳压器d2的第一连接端连接，三极管q1的发射极与可调并联稳压器d2的第二连接端连接，还通过可调电阻r1与可调并联稳压器d2的第三连接端连接；可调并联稳压器d2的第三连接端处为恒流源电路的输出端。
25.同相交流放大电路包括有运算放大器u1以及运算放大器u2，运算放大器u1的正输入端+in与可调并联稳压器d2的第三连接端连接，运算放大器u1的负输入端-in通过电阻r7、电容c7与地相接，还通过电阻r8与运算放大器u1的输出端out相接；运算放大器u2的正输入端+in通过电阻r5、电阻r4与运算放大器u1的输出端out相接，以及通过电容c5、电容c4与地相接，运算放大器u2的负输入端-in与其输出端相接，运算放大器u2的输出端out通过电容c1连接在电阻r4和电阻r5之间。
26.本实施例中，由于传感器在工作是输出的信号由两部分组成：一部分为静态的直流偏置；另一部分为动态的交流振动信号；电路只对交流信号进行放大，直流信号只作为交流信号的载体从放大器输出，电路中的放大器对直流信号的作用是电压跟随器的用途；直流偏置的存在使交流信号始终保持正值，这样整个电路才可以采用单电源供电，另外通过串联的电阻r3也可以提高直流偏置，以防止信号放大后出现负值而导致失真。
27.工业现场一般存在大量干扰，可以通过传感器耦合进入电路中，这些噪声会使数据在采集之后发生混叠失真；为避免失真，通过模数转换器之前设置滤波器，可以有效的滤除干扰噪声。
28.本实施例中，滤波电路包括有电容c4以及电阻r6，电容的一端与运算放大器u2的输出端out连接，而另一端通过电阻r6与地相接；c4和r6组成一阶无源高通滤波器，设定截止频率，用以滤除直流分量；该滤波器具有电路结构简单、滤波小管好等优点，阶数满足实际应用需要。
29.模数转换器，与信号调理模块通信连接，用于接收来自于模拟传感器的模拟信号并进行模数转换。
30.主处理器采用fpga设计，是一款高性能低功耗的处理器，包括有处理系统（processing system)以及可编程逻辑(progarmmable logic)，亦即ps端和pl端，ps端和pl端之间通过apb通信总线连接。
31.pl端包括有adc数据采集模块、数据缓存模块以及总线处理模块，adc数据采集模块，分别与模数转换器、数据缓存模块通信连接，用于当接收到完整的传感器信号之后，产生中断请求信号并传送至中断信号处理模块,并将模拟传感器信号数据写入数据缓存模块；数据缓存模块，与通信总线通信连接，用于将接收的传感器信号数据进行存储以及上传
至总线处理模块。
32.ps端包括有中断信号处理模块以及数据封装模块；中断信号处理模块，与adc数据采集模块通过通信总线连接，用于当接收中断请求信号之后，发送信号至数据封装模块；数据封装模块，与中断信号处理模块通信连接，用于当接收到中断处理模块的信号之后，通过寄存器管理模块从通信总线上获取传感器信号数据，并对该数据进行协议解析以及信号编码，再将封装后的传感器信号封装数据通过寄存器管理模块写入通信总线中。
33.本实施例能够将冲击、噪声、振动、过载、角速率、热流、压力、温度等各种传感器的各个参数进行集中采集、协议解析以及信号编码，并将这些信息通过无线通信模块发送给外部设备，以便于外部设备能够根据当前的传感器状态做出明确判断并控制各作动机构；同时，本实施例还能在参数采集之前，对加速度等部分特殊传感器产生的信号进行放大和信号调理，保证更好的抗噪声性并更容易封装，解决了部分传感器产生的电量很小，传感器产生的电信号很容易受到噪声干扰的问题。