一种多点传感器的低功耗无线信息采集系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种信息采集系统，具体涉及一种应用于换热站系统中对温度、压力、液位和流量传感器的传感信号进行实时采集的多点传感器的低功耗无线信息采集系统。
【背景技术】
[0002]当前换热站系统中，需要精确采集管道内部温度、压力、液位、流量，用于监测以及换热站系统控制，因此就需要实时采集设置在不同采集点上的大量温度、压力、液位和流量传感器的传感信号。传统温度、压力、液位和流量传感器采用24V直流电源供电，输出4-20mA直流，分别通过导线的方式接入PLC的模拟量采集模块，来采集流经传感器的电流得到传感器当前数据。PLC将各个传感器的传感信号进行存储、网络发布或者参与控制。
[0003]由于每个换热站系统中有几十甚至几百个传感器，功耗较大，电池供电持续时间短；且传感器与PLC均通过导线连接，这就要求PLC模块不得不对A/D采集接口进行扩展，以满足传感器数量的需求，无形之中带来高昂的成本；进一步，导线连接复杂繁琐，不利于传感器的维修或更换。
[0004]为了解决导线连接带来的复杂繁琐问题，现有技术采用无线传输的方式采集传感器信息，但是传统的传感器需要24V直流电源供电，输出4-20mA电流，功耗大、电池供电持续时间短的问题仍然没有得到解决，因此不具备实用意义。
【发明内容】
[0005]本发明针对现有技术的不足，提出了一种通过对传感器电路和采集电路的优化，将输入电压降至3V左右，为传感器使用电池供电提供条件；并通过传感器信息的瞬时采集和无线收发器的分时控制，降低传感器功耗的低功耗无线信息采集系统。
[0006]本发明的技术方案如下:
[0007]一种多点传感器的低功耗无线信息采集系统，其特征在于:包括主机和多个传感器节点，所述传感器节点分别与所述主机通过无线连接；所述传感器节点包括电源电路、传感器电路、采集电路和无线通讯电路，所述电源电路包括电池电源、微处理器、第一开关、第一直流稳压电路、第二开关和第二直流稳压电源；所述电池电源依次通过所述第一开关和第一直流稳压电路向所述传感器电路和采集电路提供基准电压；所述电池电源还依次通过所述第二直流稳压电路和第二开关向所述无线通讯电路供电；同时所述电池电源通过第二直流稳压电路向所述微处理器供电；所述微处理器分别控制第一开关和第二开关；所述传感器电路连接采集电路，所述采集电路输出的传感信号由所述微处理器采集后通过所述无线通讯电路发送至所述主机中；
[0008]所述微处理器的控制过程包括:
[0009]I)所述微处理器控制所述第一开关打开，所述电池电源向所述传感器电路和采集电路供电；
[0010]2)所述微处理器采集完成后控制所述第一开关关闭；
[0011]3)所述微处理器控制所述第二开关打开，所述电池电源向所述无线通讯电路供电，所述无线通讯电路开始向所述主机传送所述传感信息；
[0012]4)待所述无线通讯电路传输完成，所述微处理器控制所述第二开关关闭。
[0013]所述采集电路包括依次连接的初级差分放大器和同比例放大器；所述初级差分放大器的输入端连接所述传感器电路的输出端。
[0014]所述同比例放大器的输出端连接滤波电路。
[0015]所述初级差分放大器的放大倍数为5。
[0016]所述同比例放大器的放大倍数为10。
[0017]所述采集电路输出的传感信号为0.5-3V。
[0018]还包括与所述主机连接的主控单元，所述主机将接收到的传感信息输入所述主控单元中，所述主控单元将用于设置所述微处理器开关所述第一开关和第二开关的频率的控制命令通过所述主机输入所述微处理器中。
[0019]所述电池电源为锂电池。
[0020]所述第一开关和第二开关为MOSFET开关。
[0021]所述传感器电路包括温度传感器、压力传感器和流量传感器。
[0022]本发明的技术效果如下:
[0023]本发明的一种多点传感器的低功耗无线信息采集系统，其特征在于:包括主机和多个传感器节点，传感器节点分别于主机通过无线连接；传感器节点包括电源电路、传感器电路、采集电路和无线通讯电路，电源电路包括电池电源、微处理器、第一开关、第一直流稳压电路、第二开关和第二直流稳压电源；电池电源依次通过第一开关和第一直流稳压电路向传感器电路和采集电路提供基准电压；电池电源还依次通过第二直流稳压电路和第二开关向无线通讯电路供电；同时电池电源通过第二直流稳压电路向微处理器供电；微处理器分别控制第一开关和第二开关；传感器电路连接采集电路，采集电路输出的传感信号由微处理器采集后通过无线通讯电路发送至主机中。本发明由于在传感器电路之后连接包含初级差分放大器和同比例放大器两级放大的采集电路，能够将传感器电路在较低的基准电压之下输入的微弱传感信号进行去噪、放大和滤波，输出供微处理器采集的传感信号。
[0024]常用传感器放大电路采用24V供电，信号放大比较容易，在本发明中由于采用电池电源供电，因此需要对传感器电路的功耗进行限制，放大电路需要将传感器的微弱信号放大到0.5-3V，因此本发明在采集电路中使用两级放大:即第一级为差分放大，放大倍数为5 ;第二级为同相比例放大，放大倍数为10。这样不仅能够保证输出的传感信号的放大精度，而且满足微处理器的采集范围。
[0025]由于微处理器控制第一开关和第二开关进行对传感器电路、采集电路的瞬时采集，以及对无线通讯电路分时控制，因此极大地降低了传感器节点的耗电量，并结合传感器电路和采集电路的低基准电压，使得传感器电路采用电池电源供电成为可能。
[0026]由于用户能在主控单元设置采样频率和通信频率，当采样频率为IHz即可完成采样，因此在Is之内，传感器电路采集电路只有2ms在工作，其余时间都处于关闭状态；1Ηζ的采样频率下，无线通讯电路大部分时间处于关闭状态，实现低功耗。
【附图说明】
[0027]图1是本发明的系统结构示意图
[0028]图2是本发明的电源电路结构示意图
[0029]图3是本发明的传感器电路为温度采集电路时的结构示意图
[0030]图4是本发明的传感器电路为压力采集电路时的结构示意图
[0031]图5是本发明的传感器电路为液位和流量采集电路时的结构示意图
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图对本发明进行说明。
[0033]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0034]如图1所示，本发明的系统包括主控单元1、主机2和多个传感器节点3，其中多个传感器节点3分别与主机2通过无线连接，主机2将由主控单元I发出的控制命令发送给传感器节点3，并将传感器节点3上传的传感信号等信息返回主控单元I中。
[0035]传感器节点3包括电源电路31、传感器电路32、采集电路33和无线通讯电路34，其中电源电路31用于控制采集电路33实现瞬时采集，以及对无线通讯电路34的分时控制；电源电路31向传感器电路32和采集电路33提供远低于24V的基准电压，采集电路33中设置初级差分放大器331、同比例放大器332和滤波电路333，使得传感器电路32在低电压下输出的微弱传感信号经过采集电路33的去噪、放大和滤波后由电源电路31中的微处理器采集后通过无线通讯电路34向主机2输出。传感器电路32包括温度传感器、压力传感器和流量传感器等。
[0036]如图2所不，电源电路31包括电池电源311、微处理器312、第一开关313、第一直流稳压电路314、第二开关315和第二直流稳压电源316。其中，如实线所示，电池电源311依次通过第一开关313和第一直流稳压电路314向传感器电路32和采集电路33提供基准电压；电池电源311还依次通过第二直流稳压电路316和第二开关315向无线通讯电路34供电；同时电池电源311通过第二直流稳压电路316向微处理器312供电。
[0037]如虚线所示，微处理