多通道数据采集仪的制作方法

本实用新型涉及电子设备应用技术领域，具体涉及一种多通道数据采集仪。

背景技术：

数据采集仪主要用于将温度、压力、流量、位移、频率等模拟量采集、转换成数字量后，再由计算机进行存储、处理、显示打印的过程。其中，采集是指隔一定时间对同一点的数据进行重复采集，采集的数据大多是瞬时值。

按通信方式分类的话，目前常用的数据采集仪可分为：pci接口形式的数据采集仪、ethernet接口形式的数据采集仪、本地以太网接口形式的数据采集仪以及usb接口形式的数据采集仪。而以上几种类型的数据采集仪都需要采用通信线缆实现数据传输。除此之外，现有技术中的数据采集仪均需要外接电源获取电能。因此，在通信线缆和供电电源无法达到的地方采集数据就成了难题。由于数据采集仪中不同电路模块或者不同部件对电压信号的需求有所不同，即便是采用外接电池等方式为数据采集仪进行供电，也难以协调外接电池的电压，使得电池电压得到最大程度的利用以延长数据采集仪的工作时间。

技术实现要素：

本实用新型旨在提供一种多通道数据采集仪，能够适用于通信线缆和供电电源不易到达的环境。

为此，本实用新型提供一种多通道数据采集仪，包括壳体、电池组和电路组件，所述电池组和所述电路组件设置于所述壳体内部，其中：

所述壳体上嵌入地设置有多个适于模拟信号输入的数据输入接口；

所述电路组件包括电压转换电路、a/d转换模块、控制器和wifi通信接口；其中：

所述电压转换电路，其输入端与所述电池组的输出端连接，其将所述电池组的电压转换为适于所述a/d转换模块使用的第一电压、适于所述控制器使用的第二电压和适于所述wifi通信接口使用的第三电压；所述电压转换电路，其第一输出端输出所述第一电压，其第二输出端输出所述第二电压，其第三输出端输出所述第三电压；

所述a/d转换模块的电源端与所述电压转换电路的第一输出端电连接；所述a/d转换模块具有多个模拟信号输入端，每一所述模拟信号输入端与一个对应的数据输入接口电连接；

所述控制器的电源端与所述电压转换电路的第二输出端电连接，所述控制器的数字信号输入端与所述a/d转换模块的信号输出端电连接；

所述wifi通信接口的电源端与所述电压转换电路的第三输出端电连接，所述wifi通信接口的输入端与所述控制器的输出端电连接。

可选地，上述的多通道数据采集仪中，所述电压转换电路包括：

dc-dc变换电路，所述dc-dc变换电路的输入端作为所述电压转换电路的输入端，所述dc-dc变换电路的输出端输出变换后的直流电压信号；

ldo模块，其输入端与所述dc-dc变换电路的输出端电连接，将所述直流电压信号转换为适于所述控制器使用的第二电压，其输出端作为所述电压转换电路的第二输出端；

第一隔离变换电源模块，其输入端与所述ldo模块的输出端电连接，将所述第二电压降压转换为适于所述a/d转换模块使用的第一电压，其输出端作为所述电压转换电路的第一输出端；

第二隔离电源模块，其输入端与所述ldo模块的输出端电连接，将所述第二电压等比转换为适于所述wifi通信接口使用的第三电压，其输出端作为所述电压转换电路的第三输出端。

可选地，上述的多通道数据采集仪中，所述电压转换电路还包括：

第一升压电路，所述第一升压电路的输入端与所述dc-dc变换电路的输出端电连接，将所述直流电压信号放大为适于传感器使用的第四电压，其输出端与每一所述数据输入接口电连接。

可选地，上述的多通道数据采集仪中，所述电压转换电路还包括磁耦隔离模块；

所述磁耦隔离模块的输入端与所述a/d转换模块的数据输出端电连接，所述磁耦隔离模块的输出端与所述控制器的数字信号输入端电连接。

可选地，上述的多通道数据采集仪中，所述壳体上还嵌入地设置有电源接口，所述电源接口的进口端适于经电源适配器后接入市电电压，所述电源接口的出口端与所述电压转换电路的输入端电连接。

可选地，上述的多通道数据采集仪中，所述电池组由充电电池组成；所述电源转换电路中还包括第二升压电路和充电电路：

所述第二升压电路的输入端与所述电源接口电连接，将所述市电电压放大为适于所述充电电路使用的第五电压；

所述充电电路的输入端与所述第二升压电路的输出端电连接，所述充电电路的输出端与所述充电电池的充电端电连接。

可选地，上述的多通道数据采集仪中，所述电源转换电路还包括电池管理模块，所述电池管理模块的输入端与所述第二升压电路的输出端电连接，所述电池管理模块的输出端与所述充电电路的输入端电连接。

可选地，上述的多通道数据采集仪中，所述壳体上还嵌入地设置有适于通信线缆插入的通信接口，所述通信接口与所述控制器的输出端电连接。

可选地，上述的多通道数据采集仪中，所述数据输入接口的数量为16个。

可选地，上述的多通道数据采集仪中，还包括防护罩：

所述防护罩包括透明盖和固定件；所述固定件的内壁与所述壳体的外壁相适配，所述固定件套设于所述壳体外壁后由螺母固定；所述透明盖上与所述数据输入接口或所述电源接口或所述通信接口相对的位置处开设有适于相应线缆穿过的通孔。

本实用新型提供的以上技术方案，与现有技术相比，至少存在如下技术效果：

本实用新型提供的多通道数据采集仪，其中设置有电池组和wifi通信模块，电池组能够在没有市电电源接入的情况下为数据采集仪中的各个部件提供电能，wifi通信模块能够在没有通信线缆的情况下与外部设备实现数据传输。同时，在本实用新型的方案中，设置了电压转换电路，能够根据数据采集仪中不同部件对于电压的不同需求，将电池组的电压直接转换为不同部件所需要的电压，以实现电池组电能的最大化利用，延长电池组的使用时间。

附图说明

图1是本实用新型一个实施例所述多通道数据采集仪的外部结构的立体图；

图2是本实用新型一个实施例所述多通道数据采集仪的内部结构的原理框图；

图3是本实用新型一个实施例所述电压转换电路的的原理框图；

图4是本实用新型一个实施例所述模拟信号的信号调理电路的电路原理示意图；

图5是本实用新型一个实施例所述数据采集仪外接电源时为电池组充电的原理示意图；

图6是本实用新型一个实施例所述第二升压电路的电路原理示意图；

图7是本实用新型一个实施例所述电源管理模块的电路原理示意图；

图8是本实用新型一个实施例所述充电电路的原理示意图；

图9是本实用新型一个实施例所述数据采集仪设置有通信接口一侧的外观示意图。

具体实施方式

下面将结合本实施例中附图，对本实用新型中的技术方案进行示例描述。在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型的简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个组件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实施例提供一种多通道数据采集仪，结合图1和图2，所述多通道数据采集仪包括壳体100、电池组200和电路组件300，所述电池组200和所述电路组件300设置于所述壳体100内部。其中，所述壳体100上嵌入地设置有多个适于模拟信号输入的数据输入接口101，图中以16个数据输入接口为例进行说明，即图1中所示出的数据采集仪为16通道的数据采集仪。对于每一数据输入输入接口101，适于与传感器的输出端连接，传感器即为用于采集数据的各类传感器，如背景技术部分所提及的数据采集仪本身就用于将温度、压力、流量、位移和频率等模拟量采集并转化为数据量，因此在使用数据采集仪时，必然会同时搭配使用检测上述参数的各种传感器，例如温度传感器、压力传感器、流量传感器、位移传感器和频率传感器等。数据采集仪的数据输入接口101用于接收上述传感器传输的数据，以上传感器输出的数据为模拟信号，由数据采集仪将上述模拟信号转换为数字信号。可以理解的是，以上传感器的使用、数据传输以及与数据输入接口101之间的连接方式等均可依据现有技术中数据采集仪的使用方法得到，在本实施例中不在详细描述。

另外，为了避免数据输入接口暴露在外部而容易破损，如图1所示，所述壳体100外还可以设置防护罩，所述防护罩包括透明盖和固定件103；所述固定件103的内壁与所述壳体100的外壁相适配，所述固定件103套设于所述壳体100外壁后由螺母104固定；所述透明盖上与所述数据输入接口101相对的位置处开设有适于相应线缆穿过的通孔，例如温度传感器是采用带有数据传输线的传感探头，则温度传感器的数据传输线即可穿过通孔后插入到数据输入接口101上。另外，通过图1可以看到，本方案中的数据输入接口101采用的是独立接口，彼此之间不相互干扰，因此每一数据输入接口101可选择不同的类型，以适应不同类型的传感器输出的模拟信号，例如有的传感器输出的模拟信号是以电压的形式、而某些传感器输出的模拟信号是以电流的形式等，16个数据输出接口进行选择性地布置，从而能够适应多种类型传感器的输入。

如图2，所述电路组件300包括电压转换电路301、a/d转换模块302、控制器303和wifi通信接口304。其中，所述电压转换电路301，其输入端与所述电池组200的输出端连接，其将所述电池组200的电压转换为适于所述a/d转换模块302使用的第一电压、适于所述控制器303使用的第二电压和适于所述wifi通信接口304使用的第三电压；所述电压转换电路301，其第一输出端输出所述第一电压，其第二输出端输出所述第二电压，其第三输出端输出所述第三电压。所述a/d转换模块302的电源端与所述电压转换电路301的第一输出端电连接；所述a/d转换模块302具有多个模拟信号输入端，每一所述模拟信号输入端与一个对应的数据输入接口101电连接；所述控制器303的电源端与所述电压转换电路301的第二输出端电连接，所述控制器303的数字信号输入端与所述a/d转换模块302的信号输出端电连接；所述wifi通信接口304的电源端与所述电压转换电路301的第三输出端电连接，所述wifi通信接口304的输入端与所述控制器303的输出端电连接。以上方案中，需要说明的是，其中对于采集到模拟信号的转换和处理等和现有技术中的数据采集仪的采集和处理方式相同，所以对于控制器303的工作方式并无改进，本实施例中重点改进的是如何通过电路的合理布置从而能够在采用电池组200供电的情况下，为每一部件均提供适当的电压，同时又能够使得电路最为简介和可靠，以及通过增加wifi通信接口304的方法实现将数据通过无线通信的方式传输至其他设备中。所述wifi通信接口304可选择dp83848系列的接口，如dp83848t其性能优于ieee组织的规范，其所需要的外围电路设计可参考该接口的使用说明。

电池组200能够提供直流电，其电压大小应该与正常接入的市电电压大小相同，其中市电是220v电压经转换后得到的9-15v的电压。本实施例中以12v为例进行说明，此时电池组200的电压也为12v，其中电池组200可以由多节电池串联得到，多节电池可以全部为普通的干电池，也可以为能够重复利用的充电电池。其中电池组200优选为2万安时，通过对数据采集仪中各个器件的选择，尽量采用低功耗器件实现，能够保证数据采集仪在没有电源接入的情况下持续工作4小时。

当确定好电池组200的电压以及各个部件所需要的电压之后，就能够针对每一部件的需求设计电压转换电路301了。电压转换电路301可以包括多个子电路，由于其要实现的功能就是将直流电压值进行升压或者降压的操作，因此可采用普通的变压器电路实现即可。

本实施例提供一种实现方式，如图3所示，所述电压转换电路301包括dc-dc变换电路401，ldo模块402，第一隔离变换电源模块403，第二隔离电源模块404，

dc-dc变换电路401，所述dc-dc变换电路401的输入端作为所述电压转换电路301的输入端，所述dc-dc变换电路401的输出端输出变换后的直流电压信号；例如，dc-dc变换电路401可以将电池组200的12v电压转换为9v电压后输出。

ldo模块402，其输入端与所述dc-dc变换电路401的输出端电连接，将所述直流电压信号转换为适于所述控制器303使用的第二电压，其输出端作为所述电压转换电路301的第二输出端；例如，一般的控制器303可以选择单片机芯片、plc控制芯片等实现，这些芯片所需要的电压可以为3.3v，ldo模块402可以将9v电压转换为3.3v电压后输出，为控制器303供电。其中，ldo即lowdropoutregulator，是一种低压差线性稳压器，是指压差很小也能正常工作的线性稳压器，因此其功耗要小于dc-dc转换电路，但是也能够实现电压值的线性转换。

第一隔离变换电源模块403，其输入端与所述ldo模块402的输出端电连接，将所述第二电压降压转换为适于所述a/d转换模块302使用的第一电压，其输出端作为所述电压转换电路301的第一输出端；例如，a/d转换模块302需要的电压为2.5v，则第一隔离变换电源模块403可以将3.3v电压转换为2.5v后供给所述a/d转换模块302。

第二隔离电源模块404，其输入端与所述ldo模块402的输出端电连接，将所述第二电压等比转换为适于所述wifi通信接口304使用的第三电压，其输出端作为所述电压转换电路301的第三输出端。如果所述wifi通信接口304需要的电压也为3.3v，则可直接采用隔离电源模块将ldo模块402输出的3.3v隔离后传输给wifi通信接口304供电。

以上方案中的第一隔离变换电源模块403、第二隔离电源模块404的实现方式就是采用具有隔离电源功能、具有变压功能的电路实现即可，最简单的就是可以通过变压器的方式实现。通过设置变压器两侧线圈圈数的比值，来设定输入端电压值和输出端电压值的比例关系。由此可以将不同器件之间的电压相隔离开来，避免彼此之间的相互影响，提高电路的可靠性。

可以理解的是，以上方案中所提及的电连接既可以表示两个器件直接相连，也可以表示两个器件之间经过一些电气部件后相连，其要表达的是二者之间的电信号能够传输，或者说二者处于同一电气回路中。

进一步地，如图3所示，所述电压转换电路301还可以包括第一升压电路405，所述第一升压电路405的输入端与所述dc-dc变换电路401的输出端电连接，将所述直流电压信号放大为适于传感器使用的第四电压信号，其输出端与每一所述数据输入接口101电连接。对于一些传感器来说，可能需要由数据采集仪来为其提供电能，一般传感器所需要的电能为24v，因此本方案中可以由第一升压电路405将所述dc-dc变换电路401输出的9v升压至24v后与数据输入接口101电连接，这样当传感器通过线缆与数据输入接口101连接时，即可获得电能。第一升压电路405可以使用lm3488芯片实现，该芯片是高性能的升压管理芯片，同时有热保护、过流保护、过压保护。

另外，对于传感器输出的模拟信号被a/d转换模块302接收之前，可以对模拟信号进行调理、放大，图4中所示出的为一种处理方式。在实际应用中，针对4-20ma电流信号，0-5v信号先做一阶阻容滤波，然后跟随放大。对于正负5v信号，一阶阻容滤波后，与2.5v直流信号进行差分运算后跟随放大。对于iepe振动传感器，提供10ma直流偏置电流，使用铝电解电容对振动传感器输出信号耦合采集，后一阶阻容滤波，与2.5v直流信号进行差分运算后跟随放大。

而a/d转换模块302可选择多路复用转换芯片，其中能够实现最多接收16路模拟信号的输入，输出信号可直接通过总线输出，例如深圳顺源生产的isoad1616通道模拟信号隔离采集a/d转换器，能够实现16路4-20ma信号采集，输入通道之间互相隔离，最终能输出符合rs-485/232等格式要求的信号。

另外，为了能够进一步提高电路对于信号传输和处理的可靠性，本方案中所述电压转换电路301还可以包括磁耦隔离模块，所述磁耦隔离模块的输入端与所述a/d转换模块302的数据输出端电连接，所述磁耦隔离模块的输出端与所述控制器303的数字信号输入端电连接。通过设置磁耦隔离，能够防止电流在两器件之间流动，从而保护电路不受危险电压和电流的损坏，本方案中的磁耦隔离模块可选择具有10兆赫兹高速磁耦隔离功能的器件。由此能实现a/d转换模块302转换后的数字信号能够经过数据总线以及磁耦隔离器模块后输入到控制器303中，电路简单、可靠性高。

在上述各方案的基础上，如图1所示，所述壳体100上还嵌入地设置有电源接口102，所述电源接口102的进口端适于经电源适配器后接入市电电压，所述电源接口102的出口端与所述电压转换电路301的输入端电连接。也即，对于适于接入电源的应用场合，可直接接入电源为数据采集仪提供工作电压。

相应地，如图5所示，所述电池组200由充电电池组成；所述电源转换电路301中还包括第二升压电路501和充电电路502。所述第二升压电路501的输入端与所述电源接口102的输出端电连接，将所述市电电压放大为适于所述充电电路502使用的第五电压，其中第五电压可以为15v。所述充电电路502的输入端与所述第二升压电路501的输出端电连接，所述充电电路502的输出端与所述充电电池的充电端电连接。也即，当数据采集仪能够接入电源时，还能够实现为充电电池充电的功能，从而保证电池组200的电量。第二升压电路501依然可以采用lm3488芯片实现。如图6所示，其中能够实现9-15伏的输入电源经lm3488升压调节后稳定在15伏，额定的输出电流是2a。

进一步地，所述电源转换电路301还包括电池管理模块503，所述电池管理模块503的输入端与所述第二升压电路501的输出端电连接，所述电池管理模块503的输出端与所述充电电路502的输入端电连接。

其中电池管理模块503可采用使用bq24170芯片，如图7所示。bq24170芯片只在预设的温度范围给电池组200充电。有效的保证充电的安全性。对电池组200的充电电流最大是1.5a，并且还能够优先保证对负载的0.5a的供电。充电电路502可通过bq3060芯片实现，bq3060芯片是全集成的单片锂离子电池管理器,能对2,3,或4组锂离子电池应用持续准确地测量记录电池可用电量、电压、电流、温度以及其他重要参数。此外，该器件还可提供高度可靠的安全功能，身份验证、断路以及放电保护等。具体的电路连接关系，结合图6-图8即可确定。

进一步地，如图9所示，所述壳体100上还嵌入地设置有适于通信线缆插入的通信接口106，所述通信接口106与所述控制器303的输出端电连接。同时，所述壳体100上还可以嵌入地设置有适于以太网网线插入的接口107，以太网网线的接口107与控制器303网线接口相连，也即在设置了无线通信的前提下，还设置有有线传输结构以作为备用，在实际应用时可根据环境选择最适当的通信方式，接口可选择rs232接口，物理上使用db9接头，信号线使用txd,rxd,cts,rts等。以上接口的设置位置可以在数据输入接口101的对面一侧。

优选地，在上述方案的基础上，所述壳体100上还设置有开关105和状态指示灯108。所述开关105能够控制整个数据采集仪是否启动，所述状态指示灯108可包括三种颜色，分别为红、黄、绿三种颜色的led指示灯，用于指示系统的运行状态。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。