一种平板数据采集扩容终端的制作方法

本实用新型涉及数据采集终端，尤其涉及一种平板数据采集扩容终端。

背景技术：

数据采集技术是一项基本的实用性技术，它被广泛应用于图像处理、语音信号分析和瞬态信号分析等众多领域。目前不同性能指标的通用或专用的数据采集系统，在各种领域中随处可见。但是，由于成本或技术开发等众多因素的影响，一般的数据采集系统其速度和通道数不能满足一些特殊领域的测试要求，因此常常需要根据具体的需求来设计专用的数据采集系统。

WIFI技术在一定范围内能够满足移动高速接入互联网的需求，并具有使用便捷、组网成本低、可维护性好等优势。依托WIFI技术以及移动互联网的发展趋势，结合数据采集发布等数据传输需求，有必要对各类数据分类采集组网。

本实用新型提出了一种基于信息化终端，根据数据的分类以及数据采集管理的需要，数据采集终端进行了总体功能分析以及具体的软硬件设计，使用以太网与无线局域网作为网络环境，并设计成平板状，扩展了终端的应用范围。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种平板数据采集扩容终端，适用于离散数据采集与传输，同时支持有线和无线传输，能与计算机相连，十分方便。

本实用新型的实施例提供了一种平板数据采集扩容终端，包括：处理器，电源管理模块，EEPROM存储模块，实时时钟模块，USB接口模块，以太网模块，WIFI无线网络模块，语音模块，液晶显示模块，蜂鸣器模块，键盘模块，串口模块以及485模块，其中所述处理器与所述USB接口模块，以太网模块，WIFI无线网络模块，485模块以及串口模块之间均双向通信，所述处理器电源管理模块，EEPROM存储模块，实时时钟模块，语音模块，液晶显示模块，蜂鸣器模块以及键盘模块均电性相接，所述处理器配置复位电路、晶振、启动选择电路以及JTAG接口电路。

在一实施例中，所述处理器为STM32F107VCT6。

在一实施例中，所述电源管理模块选用AXP173作电源方案的设计芯片，选用1200mA/h的锂离子电池作为移动电源。

在一实施例中，所述液晶显示模块为12864ZW型号的128*64的点阵液晶显示器。

在一实施例中，所述语音模块选用SYN6288芯片。

在一实施例中，所述WIFI无线网络模块选用88W8686芯片。

在一实施例中，所述以太网模块选用ENC28J60芯片。

在一实施例中，所述EEPROM存储模块选用M24C02芯片。

本实用新型的优点：

1)数据传输可靠性高，准确性好。

2)终端能十分方便地连接上位机，有良好的可靠性、通用性、灵活性。

3)上位机管理软件用来实现对所采集的的数据的加工、处理、存储，实现对数据的信息化管理，配合终端的使用实现数据信息的交互。

4)终端与上位机之间的网络通信方式采用C/S架构，由终端作为客户机，永远由终端设备发起连接。上位机服务器端只监听连接，当监听到终端的建立连接请求后，连接才能够建立，维护方便。

5)将终端设备设计成平板状，手持方便，便于移动和摆设。

附图说明

图1为本实用新型实施例立体结构示意图；

图2为本实用新型实施例的硬件电路总体结构框图；

图3为本实用新型实施例的单片机电路图；

图4为本实用新型实施例的调试接口电路图；

图5为本实用新型实施例的电源电路原理图；

图6为本实用新型实施例的USB接口电路图；

图7为本实用新型实施例的第一种串行通讯接口电路图；

图8为本实用新型实施例的第二种串行通讯接口电路图；

图9为本实用新型实施例的液晶接口电路图；

图10为本实用新型实施例的语音接口电路原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

根据本实用新型的总体构思，提供一种平板数据采集扩容终端，如图1所示，是本实用新型的外观图，其外观采用采用手机状的结构设计。其屏幕，按键等均外置，根据数据采集扩容终端的功能设计，硬件电路由以下部分组成：处理器基本配置电路；电源管理电路；调试电路；以太网接口电路；接口电路；串行通讯电路；模块通信电路；语音合成电路；液晶显示电路；存储电路；键盘电路；接口电路；指示以及蜂鸣器电路。即参见图2中的处理器模块，电源管理模块，EEPROM存储模块，实时时钟模块，USB接口模块，以太网模块，WIFI无线网络模块，语音模块，液晶显示模块，蜂鸣器模块，键盘模块，串口模块以及485模块，硬件结构总体框图如图2所示，图1中主显示区100用于显示数据。

STM32系列处理器由意法半导体公司研制，采用Cortex-M3内核属于ARMV7架构。选用STM32系列作为是因为该系列处理器优异的性能，能够支持以太网，片上资源丰富。ARM系列的通用开发环境与库函数接口，可以缩减开发流程。而且STM32F107作为互联性产品特别满足本实用新型所使用的网络数据采集扩容终端的使用要求，所以本实用新型采用该型处理器作为微处理器。

如图3所示，单片机正常运行必须具备复位电路、晶振、启动选择电路。进行程序的下载和调试则需要JTAG接口电路。STM32F107的晶振为两种：外部25MHz无源晶振以及32.768KHz的低速外部晶振，其中外部低速晶振主要为实时时钟模块提供时钟。外接晶振采用25MHz，是由于以太网通信的传输时钟为25MHz，方便使用。要获得72MHz的系统时钟，需要先将时钟1/5分频，然后进行8倍频得到40MHz，再进行1/5分频然后9倍频得到72MHz。启动选择电路主要有两个选择开关BOOT0，BOOT1。正常的启动方式为BOOT0置0，从处理器内部FLASH启动。当BOOT0，BOOT1都置为高电平时，从SRAM启动。复位电路采用了RC复位电路，能够按键复位或者上电自动复位。处理器接线图如图3。

并口调试器。电路简单，仅仅需要一片八同相三态缓冲器线驱动器以及外围器件若干，调试电路图如图4所示。

如图5，是本实用新型电源电路原理图，电源电路是电子设备电路的基本组成部分。依据电路的功能要求，对电源电路进行分析：集成电路大部分器件的供电电压为3V到5V之间，供电电压为2V到3.6V，应取3.3V为主要的供电电压。考虑到功率的峰值以及一定的安全冗余(作USB主控器的时候会向外输出电流)，电源总输出能力应当在800mA以上。对于手持式设备来说，电路应当支持锂电池供电，而且能够对锂电池相关的充电状态以及电量进行监测。手持式设备必须考虑对功耗的控制，无线通讯模块以及显示设备不使用时应当关闭其电源以节省功耗。电源电路应当具备电源管理的能力，能够对电源的使用进行控制。

经过测试，电路中主要元器件功耗情况如下：12864液晶显示屏大约30mA左右，语音芯片SYN6288部分静态电流约为20mA，单片机以及基本外设常态电流约为120mA，WIFI模块峰值功率约为300mA，串口、网口等外设约为30mA，功率峰值约为500mA，不使用WIFI功能时为300mA以内。根据功耗情况对方案进行选型。

AXP173集成度非常高，可以对集成电路电源作全面的管理，并选用了1200mA/h的锂离子电池作移动电源，其硬件电路如图5所示。

将电路中的外设模块进行了分组，同组的器件使用相同的电源输出。所以考虑到功能类似的外设，物理靠近的外设，以及耗电较大的外设分为一组。用到了的输出共分为四组：(1)DCDC1输出为WIFI模组供电；(2)LDO4线性稳压输出为语音以及液晶显示屏的背光模组供电，功耗大约在50mA到300mA；(3)LDO3线性稳压输出为串口，485等模块供电；(4)LDO2线性稳压输出为MCU以及最小系统电路和以太网外设供电。

电源的输入共分为3路，分别为电池输入，外部5V电源适配器输入，以及USB输入。芯片自动管理电源的输入，能够在使用时进行充电。对所用到的四路输出都可以通过IIC接口对其进行调整，关闭，打开等操作。如设备长时无人操作，可以直接将液晶背光以及语音模块的电源输出LDO4直接关闭；当检测到有人操作，或者收到信息的时候，再打开电源输出，这样就达到了尽可能节省功耗的目的。

如图6，是本实用新型的USB接口电路图，数据采集扩容终端装入外壳之后，更新程序若仍然通过JTAG接口就必须拆掉外壳，这很不方便。通过USB接口进行在应用编程方式下载程序，就不必拆开外壳，只需要在开机时按下任意按键，即可进行程序的更新。此外，USB技术的普及与发展，可以通过USB接口来进行设备的互联，采集或存储数据，具备USB接口可以较为方便的充电，USB接口可以提高系统的可扩展性。

STM32F107单片机硬件内置了USBOTG模块。OTG模块是双重角色控制器，通过软件配置既可以做主机端也可以做设备端。主机和设备的角色定义在上电时由ID线的状态确定，取决于插入micro-AB插座的USB电缆。micro-AB插座相比于标准的USB插座的线多了一条ID线，用来标识设备角色状态。micro-AB插座虽然有5个触点，但兼容于普通的四线接口线。

当数据采集扩容终端与PC或充电器连接时，为电路输入电流。当接入U盘等USB设备时，单片机作为控制器端，需要向外输出电流。从电源输出电流，输出电压为5V，输出电流不能超过500mA。

如图7和图8所示，串口RS232，RS485接口是工业上应用极为广泛的数据接口，大部分带数据接口的设备都有这些接口。数据采集扩容终端采集设备数据也要通过串口。通过RS232接口连接的设备所采集到的数据，组装成帧，会通过网络连接被发送到服务器端。数据采集扩容终端也可作为网络接口到RS232串口的透明传输网关。可以通过485进行组网，并可以得到设备或者485总线上的各种传感器的信息。数据采集扩容终端设计了串口电路完成这些任务。

STM32F107芯片内共有5个串口可以使用。用来进行采集任务的外接串口共使用了两个：其中一个为RS232接口，另外一个为USART接口为RS232和RS485通过跳线选通使用。使用一个MAX3232电平转换芯片，两路外接DB9接口；一个MAX3485的RS485接口芯片，外接RS485接口，均为3.3V供电，可以实现RS232或者总线RS485的数据传输功能。其中RS485接口电路采用三根信号线，分别为串口的收发线，以及对收发的方向控制信号线RS485。当RS485输出高电平时，打开RS485总线的接收同时关闭RS485总线的发送。RS485是半双工接口，不能够同时发送与接收。

数据采集扩容终端作为手持式设备，在通过键盘进行数据采集的时候需要通过液晶显示器进行提示，并且将输入的数据同步显示。在对菜单设置操作时，更加离不开显示器的支持，而且在收到上位机的消息时需要通过液晶显示器将收到的信息进行显示。考虑到系统需求，需要显示器带有字库，能够通过显示汉字，字符以及数字，占用的IO口也不能太多。12864ZW型号的128*64的点阵液晶显示器，自带字库，使用3.3V供电，占用12个IO口，操作简便，资源占用少，能够满足系统的使用要求。电路图所示。

如图9所示，液晶接口电路采用并行接口传输数据。在这里与语音模块采用同一路电源输出。当系统不需要液晶显示与语音输出的时候，会将背光电源与语音电源关闭。此时，液晶显示电路仍然有输出，只是关掉了背光显示，会不清晰。信号线和数据线都直接连接MCU的IO口，采用推挽输出模式，无需外接上拉电阻。

如图10所示，语音电路芯片SYN6288电源供电范围为2V到5.5V。音量由电压决定，电压越大则声音越大。扬声器接芯片的BNO与BPO之间，也可以接功放再由功放接扬声器。经过试验接普通的0.5W扬声器基本可以满足要求。语音芯片的串口接收到的数据要经过反相处理，可以通过一个共射极放大电路实现。电路中为了滤波的需要，需要添加很多电容，按照芯片手册应用合适的电容容值才能够使发音足够清晰。

以上所述仅为本实用新型较佳的实施例而已，其结构并不限于上述列举的形状，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。