数据采集装置的制作方法

文档序号:21835278发布日期:2020-08-11 23:08阅读:157来源:国知局
数据采集装置的制作方法

本实用新型涉及物联网领域,特别涉及一种数据采集装置。



背景技术:

随着物联网技术的发展,其应用领域得到快速的扩展,目前已有大量的物联网技术应用于古建筑的预保护之中。通过对古建筑的有效监测和分析,实施预防性保护措施,并取得了良好效果。物联网与古建筑的预保护主要应用于环境监测和结构检测,现有的古建筑物预保护中运用了多种的传感器技术,但是目前还没有用于古建筑物本体测量裂隙位移、应力、振动等数据采集的产品应用。而且现有的物联网监测系统多采用传感器的实时监测,设备大多时间处于开机状态,所需功耗较大,对于采集设备的续航能力提出了挑战。



技术实现要素:

有鉴于此,本实用新型旨在提出一种数据采集装置,采用分离供电以及新型传感器,以至少解决数据采集中的耗电量高和采集数据不全面的问题。

为了实现上述目的,本实用新型第一方面提供一种数据采集装置,包括:

微控制单元,所述微控制单元提供用于外接传感器的总线接口;

第一供电模块,用于为所述微控制单元供电;

第二供电模块,用于根据所述微控制单元的通电指令,向与所述微控制单元相连的nb-iot模块供电;以及

第三供电模块,用于根据所述微控制单元的通电指令,向所述微控制单元的总线接口中的spi接口和rs485接口供电;

所述外接传感器包括:双轴倾角传感器、拉杆式位移传感器、振动传感器、应力传感器、空气温湿度传感器、光照传感器、气压传感器、风速传感器和风向传感器中的一种或多种。

可选的,所述第一供电模块、第二供电模块和第三供电模块均为低压差线性稳压模块。

可选的,所述数据采集装置还包括第一切换开关,所述第一切换开关的输出端与第一供电模块、第二供电模块和第三供电模块的输入端相连,所述第一切换开关的输入端为第一电源和第二电源,所述第一切换开关用于根据开关状态,在第一电源和第二电源之间进行选用。

可选的,所述第一电源为充电电池,所述第二电源为一次性电池,所述数据采集装置还包括与所述充电电池相连的充电管理芯片。

可选的,所述数据采集装置还包括静电防护模块,

所述静电防护模块与所述nb-iot模块中sim卡槽相连,用于所述nb-iot模块中sim卡的静电防护;以及

所述静电防护模块还与所述rs485接口相连,用于所述rs485接口的静电防护。

可选的,所述数据采集装置还包括第二切换开关,所述第二切换开关与所述微控制单元相连,用于控制所述微控制单元向所述第二供电模块发送通电指令的频次。

可选的,所述数据采集装置的外层覆盖有聚乙烯防水护套,以使所述数据采集装置的防水等级达到ip67。

可选的,所述数据采集装置还包括三芯航空插头和四芯航空插头,用于与装置外部的器件进行电气对接。

可选的,所述数据采集装置还包括跳线部件,所述跳线部件中的跳线状态根据设置进行改变,所述跳线状态用于确定所述数据采集装置的设备类型。

可选的,所述数据采集装置还包括外置天线,所述外置天线与所述nb-iot模块相连。

通过本实用新型提供的上述技术方案,采用分离供电方式以及多种新型传感器,实现对采集数据的全面性,同时还具有节能降耗的优点,显著提升了数据采集装置的续航能力,为大面积布放提供了方便。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

构成本实用新型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方式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:

图1是本实用新型一种实施方式提供的数据采集装置的结构示意图;

图2是本实用新型一种实施方式提供的数据采集装置的结构详图;

图3是本实用新型一种实施方式提供的数据采集装置的程序流程图;

图4是本实用新型一种实施方式提供的数据采集装置的使用方法示意图。

具体实施方式

需要说明的是,在不冲突的情况下,本实用新型中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型,并不用于限制本实用新型。

图1是本实用新型一种实施方式提供的数据采集装置的结构示意图。如图1所示,本实施方式提供了一种数据采集装置,包括:微控制单元,所述微控制单元提供用于外接传感器的总线接口;第一供电模块,用于为所述微控制单元供电;第二供电模块,用于根据所述微控制单元的通电指令,向与所述微控制单元相连的nb-iot模块供电;以及第三供电模块,用于根据所述微控制单元的通电指令,向所述微控制单元的总线接口中的spi接口和rs485接口供电;所述外接传感器包括:双轴倾角传感器、拉杆式位移传感器、振动传感器、应力传感器、空气温湿度传感器、光照传感器、气压传感器、风速传感器和风向传感器中的一种或多种。

如此,本实用新型的实施方式针对古建筑保护设计,采用分离的多个供电模块,采用nb-iot(narrowbandinternetofthings,窄带物联网)通信,电池供电待机可达5年以上,满足古建筑长期监测需求;同时能够外接多种针对古建筑的传感器,实现对古建筑数据的全面监控,解决了现有技术中监测参数不全面的问题。

具体的,该数据采集装置以微控制单元(mcu)为核心进行控制,对外提供spi、adc、iic、onewire、开关量接口、rs485等接口,用于连接外接传感器,同时除了对mcu本身进行供电之外,还通过设置第二供电模块对nb-iot模块单独供电,并通过mcu对该供电进行控制,避免了nb-iot模块的一直供电,以此减小设备的功耗。同时还能通过mcu对通电条件和通电周期的控制,实现传感数据触发上报或者周期上报的工作机制。本实施方式还提供第三供电模块,用于弥补采用mcu供电可能导致的对外接传感器供电功率不足的问题。在本实用新型提供的一种实施方式中,所述外接传感器包括:双轴倾角传感器、拉杆式位移传感器、振动传感器、应力传感器、空气温湿度传感器、光照传感器、气压传感器、风速传感器和风向传感器中的一种或多种。为了使本领域技术人员能够更快速地对于传感器进行选型,特附上对以上传感器的功能说明:

(1)拉杆式位移传感器,量程0-52mm,在测量量程内保持±0.05%的线性度,温漂趋近于零,采用i/o口3v供电的方式读取分压值后的adc数值,防护等级ip67;

(2)高精度双轴倾角传感器,量程±30°,±0.5g,4v/g,70mv/°的灵敏度和±0.008°/℃的温度漂移保证了其长期的工作稳定性;

(3)振动传感器,三轴加速度4v/g,采用10ms扫描记录振动瞬时值,并采用积分计算累计强度并记录振动强度最大值,出现振动每秒钟触发上报数据;

(4)应力传感器,电阻值:120±1ω以内,对平均值的偏差:≤0.3ω,灵敏系数:2.0±1%

(5)空气温湿度传感器,温度精度:±0.3℃湿度精度:±2%rh;

(6)光照传感器,0-65535lux的动态范围,弱光条件下1lux的高分辨率;

(7)气压传感器,10cm的海拔高度分辨率,且较低的功耗,峰值采样电流低至1.4ma;

(8)风速传感器,测量范围:风速:0-70米/秒,测量精度:±(0.3+0.03v)米/秒;

(9)风向传感器,风向0-360°测量精度:1°。

在本实用新型提供的一种实施方式中,所述第一供电模块、第二供电模块和第三供电模块均为ldo(lowdropoutregulator,低压差线性稳压模块)。ldo是相对于传统的线性稳压器来说的。传统的线性稳压器,如78xx系列的芯片都要求输入电压要比输出电压至少高出2v-3v,否则就不能正常工作。但是在一些情况下,这样的条件显然是太苛刻了,如5v转3.3v,输入与输出之间的压差只有1.7v,显然这是不满足传统线性稳压器的工作条件的。针对这种情况,芯片制造商们才研发出了ldo类的电压转换芯片。本实施方式中选用低压差线性稳压模块,利用线性稳压器的成本低,噪音低,静态电流小的优点,同时其需要的外接元件也很少。因此本实施方式具有电路简单和精度较高的优点。

在本实用新型提供的一种实施方式中,所述数据采集装置还包括第一切换开关,所述第一切换开关的输出端与第一供电模块、第二供电模块和第三供电模块的输入端相连,所述第一切换开关的输入端为第一电源和第二电源,所述第一切换开关用于根据开关状态,在第一电源和第二电源之间进行选用。此处的第一切换开关优选为二选一跳线或拨码开关,通过设置第一切换开关,能够实现对于输入电源的选择,使本数据采集装置适应更多的使用场景。

进一步的,所述第一电源为充电电池,所述第二电源为一次性电池,所述数据采集装置还包括与所述充电电池相连的充电管理芯片。比如:数据采集装置在高频次(每1分钟到每1小时上报一次)上报的应用时,采用外供电加充电电池的方式,在低频次(每1小时到每24小时上报一次)上报采用一次性锂电池供电;用单节一次性锂电池3500mah或9000mah(根据需求可变),整机待机电流7ua,具有较低的待机功率;充电管理芯片与所述充电电池相连,用于控制外接电源为充电电池进行充电。通过本实施方式中对供电电源的选择,使本数据采集装置在有外接供电的场合和无外接供电的场合均能适用。

所述数据采集装置还包括静电防护模块,所述静电防护模块与所述nb-iot模块中sim卡槽相连,用于所述nb-iot模块中sim卡的静电防护;以及所述静电防护模块还与所述rs485接口相连,用于所述rs485接口的静电防护。此处的静电防护模块为多个或同一个。esd(electro-staticdischarge,静电放电)是一种电瞬态现象,可对电子电路造成严重威胁。最常见的原因是由于两种不同材料相互摩擦而造成电荷在表面积聚。本实施方式通过设置静电防护模块,能够避免数据采集装置中的电子元件因静电造成的灾难性的损害。

所述数据采集装置还包括第二切换开关,所述第二切换开关与所述微控制单元相连,用于控制所述微控制单元向所述第二供电模块发送通电指令的频次。在前面的实施方式中提到数据采集装置对于参数上报的频次可选用“高频次”或“低频次”,此处的频次选择可以通过设置第二切换开关的物理硬件来实现,当然也可以直接在mcu中进行编程控制来实现。当采用第二切换开关的硬件实现方式时,具有设置简单的优点,便于普通人员在不使用控制终端的情况下快速实现频次的切换。

在本实用新型提供的一种实施方式中,所述数据采集装置的外层覆盖有聚乙烯(pe)防水护套,以使所述数据采集装置的防水等级达到ip67。为了适应潮湿或恶劣环境,提升本数据采集装置的适应性和可靠性,本实施方式采用pe防水护套对数据采集装置的电路部分进行覆盖,以使其达到ip67的防水等级,以提升环境适应性。

在本实用新型提供的一种实施方式中,所述数据采集装置还包括三芯航空插头和四芯航空插头,用于与装置外部的器件进行电气对接。航空插头是连接器的一种,相对于普通的插头具有较好的可靠性。本实施方式采用航空插头作为对接外部器件的接口,提升了本数据采集装置的数据传输的可靠性。同时提供了三芯航空插头和四芯航空插头,以供在实际使用场景中进行适应性的选择。

在本实用新型提供的一种实施方式中,所述数据采集装置还包括跳线部件,所述跳线部件用于根据设置改变跳线状态,所述跳线状态用于确定所述数据采集装置的设备类型。硬件是有参数作为开关来设置的,硬件的设置开关就称为“跳线”,较为常用的硬件跳线部件包括键帽式跳线和dip(dualin-linepacket,双列直插封装)式跳线。此处跳线部件的设置,使数据采集装置的设备类型能够进行设置和标识。

所述数据采集装置还包括外置天线,所述外置天线与所述nb-iot模块相连。采用小型的天线不仅不会增加布放的难度,还能提升信号的传输质量和传输距离。此处可选用常见的3db增益天线。

图2是本实用新型一种实施方式提供的数据采集装置的结构详图。如图2所示,图中较为详细地描述了前述的数据采集装置中的各个部件以及连接关系,以供本领域技术人员实施。其中ldo1、ldo2、ldo3对应于前述的第一供电模块、第二供电模块、第三供电模块;二选一跳线对应于前述的第一切换开关。

图3是本实用新型一种实施方式提供的数据采集装置的程序流程图,如图3所示:为了更好地理解本实用新型实施方式的节电模式,以下提供本数据采集装置的节电工作的实施方式:

(1)数据采集装置启动后初始化,判断设备类型,采集上报一次数据后休眠mcu和nb-iot模块;

(2)mcu内部rtc唤醒装置,分别打开传感器电源采集数据,包括倾角传感器、拉杆式位移传感器、空气温湿度传感器、振动传感器、应力传感器、空气温湿度传感器、气压传感器、光照传感器;

(3)数据上报平台;

(4)如mcu在休眠中被开关报警类中断唤醒后,即刻唤醒nb-iot模块上报数据;

(5)上报完数据后关闭外设电源以节能,mcu休眠,其余模块进入psm(powersavemode,省电模式)。

图4是本实用新型一种实施方式提供的数据采集装置的使用方法示意图,如图4所示,本数据采集装置的使用方式如下:

(1)在所需位置安装固定好数据采集装置,接上外设传感器后开机;

(2)mcu内部程序根据出厂跳线设置确认装置的类型;

(3)装置远程注册物联网平台;

(4)装置采集数据后上报至物联网平台,而后休眠,之后周期唤醒-发送。

通过以上实施方式,能够提供更长续航的数据采集功能,且装置布放过程简单,方便了大面积使用。

以上结合附图详细描述了本实用新型实施例的可选实施方式,但是,本实用新型实施例并不限于上述实施方式中的具体细节,在本实用新型实施例的技术构思范围内,可以对本实用新型实施例的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本实用新型实施例的保护范围。

另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复,本实用新型实施例对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外,本实用新型实施例的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本实用新型实施例的思想,其同样应当视为本实用新型实施例所公开的内容。

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