一种模块化通用气象数据采集系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种模块化通用气象数据采集系统，包括模拟信号采集接口模块、数字信号采集接口模块、模拟信号调理模块、数字信号调理模块、AD转换模块、主控模块、数据传输模块、CPLD和显示模块，主控模块连接AD转换模块的输出端、数据传输模块和CPLD，模拟信号采集接口模块经模拟信号调理模块与AD转换模块的输入端相连，数字信号采集接口模块经数字信号调理模块与CPLD相连，模拟信号采集接口模块包括多个并行的输入接口。本实用新型解决了当前气象采集器系统拓展能力有限、采集接口无法通用、气象要素采集单一的问题。
【专利说明】
一种模块化通用气象数据采集系统
技术领域
[0001]本实用新型属于信号采集技术领域，特别涉及了一种模块化通用气象数据采集系统。
【背景技术】
[0002]随着气象产业快速发展，人们对气象数据采集系统的成本、便携性、功耗等标准要求也越来越高，社会需求的增加，促使我国气象观测技术快速发展。但是在气象数据采集系统研究方面，我国仍然落后于发达国家。国内传统型气象数据采集系统虽然已经应用于自动气象站，但跟国外气象数据采集系统相比，依然存在着差距，比如系统拓展能力有限，采集接口无法通用，气象要素采集单一等。同时价格高、开发成本昂贵，也制约着国内气象数据采集系统的发展。专利(ZL201220040311.7)提出了一种气象数据采集器，但是在采集要素上只能采集模拟气象信号，而且在精度上存在一定的缺陷。
【实用新型内容】
[0003]为了解决上述【背景技术】提出的技术问题，本实用新型旨在提供一种模块化通用气象数据采集系统，解决了当前气象采集器系统拓展能力有限、采集接口无法通用、气象要素米集单一的冋题。
[0004]为了实现上述技术目的，本实用新型的技术方案为:
[0005]—种模块化通用气象数据采集系统，包括模拟信号采集接口模块、数字信号采集接口模块、模拟信号调理模块、数字信号调理模块、AD转换模块、主控模块、数据传输模块、CPLD和显示模块，所述主控模块连接AD转换模块的输出端、数据传输模块和CPLD，所述模拟信号采集接口模块经模拟信号调理模块与AD转换模块的输入端相连，所述数字信号采集接口模块经数字信号调理模块与CPLD相连，所述模拟信号采集接口模块包括多个并行的输入接口 ；模拟信号采集接口模块采集模拟气象信号并传送给主控模块，数字信号采集接口模块采集数字气象信号并通过CPLD传送给主控模块，主控模块通过数据传输模块将接收到的模拟、数字气象信号上传给上位机。
[0006]基于上述技术方案的优选方案，所述模拟信号采集接口模块的每个输入接口均包括E、H、L、C四个通道，其中，E通道提供触发源，H通道和L通道作为模拟信号输入通道，C通道用于接地。
[0007]基于上述技术方案的优选方案，所述模拟信号调理模块包括信号放大电路、电压跟随器以及第一?第四多路模拟开关，各输入接口的E通道分别经第一多路模拟开关与AD转换模块的输入端相连，各输入接口的C通道分别经第四多路模拟开关与接地端相连，各输入接口的H通道依次经信号放大电路、电压跟随器和第二多路模拟开关与AD转换模块的输入端相连，各输入接口的L通道依次经信号放大电路、电压跟随器和第三多路模拟开关与AD转换模块的输入端相连。
[0008]基于上述技术方案的优选方案，所述第一?第四多路模拟开关均采用CD4051模块。
[0009]基于上述技术方案的优选方案，所述数字信号调理模块为74HC244缓冲器。
[0010]基于上述技术方案的优选方案，所述主控模块采用MSP430F149单片机，所述CPLD的型号为 EPM570T100C5N。
[0011]基于上述技术方案的优选方案，所述数据传输模块采用RS232接口模块。
[0012]基于上述技术方案的优选方案，所述AD转换模块的型号为AD7793。
[0013]基于上述技术方案的优选方案，所述显示模块采用TFT显示屏。
[0014]采用上述技术方案带来的有益效果:
[0015](I)本实用新型包括模拟信号采集模块和数字信号采集模块，既能采集模拟信号又能采集数字信号，提升了系统的通用性。其中模拟信号采集模块包括多个并行的输入接口。每个并行输入接口包括4各通道，适合电压、电流、电阻等信号，简化了模拟信号输入接口的复杂性；
[0016](2)本实用新型采用单片机+CPLD的核心控制，拓展能力很强，而模块化的设计大大简化了电路的复杂性，同时便于系统维护。
【附图说明】
[0017]图1是本实用新型的组成框图。
[0018]图2是本实用新型中多路模拟开关的连接示意图。
[0019]图3是本实用新型中显示模块的连接示意图。
【具体实施方式】
[0020]以下将结合附图，对本实用新型的技术方案进行详细说明。
[0021]如图1所示，一种模块化通用气象数据采集系统，包括模拟信号采集接口模块、数字信号采集接口模块、模拟信号调理模块、数字信号调理模块、AD转换模块、主控模块、数据传输模块、CPLD和显示模块，所述主控模块连接AD转换模块的输出端、数据传输模块和CPLD，所述模拟信号采集接口模块经模拟信号调理模块与AD转换模块的输入端相连，所述数字信号采集接口模块经数字信号调理模块与CPLD相连，所述模拟信号采集接口模块包括多个并行的输入接口；模拟信号采集接口模块采集模拟气象信号并传送给主控模块，数字信号采集接口模块采集数字气象信号并通过CPLD传送给主控模块，主控模块通过数据传输模块将接收到的模拟、数字气象信号上传给上位机。
[0022]在本实施例中，所述模拟信号采集接口模块的每个输入接口均包括E、H、L、C四个通道，其中，E通道提供触发源，H通道和L通道作为模拟信号输入通道，C通道用于接地。模拟信号调理模块包括信号放大电路、电压跟随器以及第一?第四多路模拟开关，各输入接口的E通道分别经第一多路模拟开关与AD转换模块的输入端相连，各输入接口的C通道分别经第四多路模拟开关与接地端相连，各输入接口的H通道依次经信号放大电路、电压跟随器和第二多路模拟开关与AD转换模块的输入端相连，各输入接口的L通道依次经信号放大电路、电压跟随器和第三多路模拟开关与AD转换模块的输入端相连。AD转换模块的采用AD7793，它是一款24位高精度A/D芯片，且本身还集成低噪声放大器，所以采集精度高。
[0023]各输入接口采集模拟气象信号后，通过多路模拟开关CD4051分时进行采集，每个通道由一个⑶4051进行控制。由于每个输入接口具有4个通道，所以需要4个⑶4051，分别表示为 CD4051(1)，CD4051(2)，CD4051(3)，CD4051(4)。如图 2 所示，每个 CD4051 的地址端引脚八，8，(:与单片机的？6.4，？6.5，？6.6三个1/0口相连接，用于控制0)4051的010~017通道的开关。CD4051 (I)的CH0~CH7引脚分别与各采集接口的E通道相连，OUT引脚与AD7793的1UTl引脚相连，作为激励源使用。⑶4051 (2)的CHO?CH7引脚分别与各采集接口的H通道相连，OUT引脚与AD7793的AINl +引脚相连，⑶4051 (3)的CHO?CH7引脚分别与各采集接口的L通道相连，OUT引脚与AD7793的AINl-引脚相连，引脚AIN+与AIN-用于信号的差分输入。CD4051 (4)的CHO?CH7引脚分别与各采集接口的C通道相连，OUT引脚与GND相连，作为接地端。⑶4051由电源模块供给+5￥直流电压(^07793的引脚30^<3，011001]1'分别与单片机的？5.3，？5.2，P5.1，P5.0四个I/O口相连接。AVDD与DVDD引脚与电源模块相连，电源模块为其提供+5V直流电压，其中SCLK用于串行时钟的输入，CS作为片选输入端，当为低电平时，AD7793才能正常工作，DIN作为串行数据的输入端口，DOUT作为A/D转换后的数据输出端口。
[0024]在本实施例中，所述数字信号调理模块由74HC244缓冲器及其外围电路组成。
[0025]在本实施例中，所述主控模块采用MSP4 3 0F149单片机，CPLD的型号为EPM570T100C5N，显示模块采用TFT显示屏。如图3所示，CPLD的P1~P8与单片机的P2.0?P2.7相连接，用于数据的传输，CPLD的PlOO作为W/R引脚与单片机Pl.6相连，当W/R为低电平，CPLD将数据发送至单片机，当W/R为高电平，CPLD接收单片机所发送的数据。CPLD与TFT显示屏与CPLD相连，其中TFT显示屏的数据引脚DO?D15依次与CPLD的P33、P34、P35、P36、P38、P40、P41、P42、P47、P48、P49、P50、P51、P52、P53、P61 共 16个 I/O口相连，提供数据和命令的交互。TFT液晶显示模块的RS引脚与CPLD的P26相连，高低电平区分单片机给液晶模块的是命令还是数据，WR引脚、RD引脚与CPLD的P23、P29相连，高低电平区分是读状态还是写命令。
[0026]在本实施例中，所述数据传输模块采用RS232接口，相比于其他通信模式，具有配置更简单、短距离时精确度高等优点，只需要一根三芯电缆线就可以和具有RS232接口的上位机设备进行通信。
[0027]模拟信号采集接口模块采集模拟信号后，依次通过信号调理和A/D转换后，送入主控模块进行处理;数字信号采集接口模块采集数字信号后，通过信号调理后直接进入CPLD，并将数据传输至主控模块。主控模块通过数据传输模块将数据发送至上位机，同时通过CPLD驱动显示模块显示相关数据，使用者可以实时观测到设备测量的数据。
[0028]以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内。
【主权项】
1.一种模块化通用气象数据采集系统，其特征在于:包括模拟信号采集接口模块、数字信号采集接口模块、模拟信号调理模块、数字信号调理模块、AD转换模块、主控模块、数据传输模块、CPLD和显示模块，所述主控模块连接AD转换模块的输出端、数据传输模块和CPLD，所述模拟信号采集接口模块经模拟信号调理模块与AD转换模块的输入端相连，所述数字信号采集接口模块经数字信号调理模块与CPLD相连，所述模拟信号采集接口模块包括多个并行的输入接口；模拟信号采集接口模块采集模拟气象信号并传送给主控模块，数字信号采集接口模块采集数字气象信号并通过CPLD传送给主控模块，主控模块通过数据传输模块将接收到的模拟、数字气象信号上传给上位机。2.根据权利要求1所述一种模块化通用气象数据采集系统，其特征在于:所述模拟信号采集接口模块的每个输入接口均包括E、H、L、C四个通道，其中，E通道提供触发源，H通道和L通道作为模拟信号输入通道，C通道用于接地。3.根据权利要求2所述一种模块化通用气象数据采集系统，其特征在于:所述模拟信号调理模块包括信号放大电路、电压跟随器以及第一?第四多路模拟开关，各输入接口的E通道分别经第一多路模拟开关与AD转换模块的输入端相连，各输入接口的C通道分别经第四多路模拟开关与接地端相连，各输入接口的H通道依次经信号放大电路、电压跟随器和第二多路模拟开关与AD转换模块的输入端相连，各输入接口的L通道依次经信号放大电路、电压跟随器和第三多路模拟开关与AD转换模块的输入端相连。4.根据权利要求3所述一种模块化通用气象数据采集系统，其特征在于:所述第一?第四多路模拟开关均采用⑶4051模块。5.根据权利要求1所述一种模块化通用气象数据采集系统，其特征在于:所述数字信号调理模块为74HC244缓冲器。6.根据权利要求1所述一种模块化通用气象数据采集系统，其特征在于:所述主控模块采用MSP430F149单片机，所述CPLD的型号为EPM570T100C5N。7.根据权利要求1所述一种模块化通用气象数据采集系统，其特征在于:所述数据传输模块采用RS232接口。8.根据权利要求1所述一种模块化通用气象数据采集系统，其特征在于:所述AD转换模块的型号为AD7793。9.根据权利要求1所述一种模块化通用气象数据采集系统，其特征在于:所述显示模块采用TFT显示屏。
【文档编号】G05B19/042GK205485498SQ201620247675
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月29日
【发明人】行鸿彦, 张波, 张一波, 徐伟
【申请人】南京信息工程大学