专利名称：多功能数据采集器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种多功能数据采集器， 特别是一种能够同时获取农田多种传感信息数据并进行处理、存储、向外部设备传输的多功能数据采集器。
背景技术：
农田作物长势、土壤参数、作物根区小气候等信息获取技术、实用信息采集工具和系统集成技术的研究开发，将为更新传统的农田作物生产过程管理手段，精细、科学地利用农业资源，节约投入、提高产出、降低生产成本和减少盲目投入造成的环境后果和食物安全等发挥重要保证作用。
当前随着高新技术的不断应用，农田信息的采集、存储、传输以及控制管理将趋向于一体化的，集成化的方向发展。如将现场总线技术和蓝牙技术应用于大田作物生产系统信息集成应用技术的研发之中，可以使所得到的集成系统技术先进、使系统在最佳时机获取最需要的作物长势、土壤理化性状等信息，支持大田作物生产管理辅助决策。
现有的产品中也存在着一些缺陷，最突出的就是数据采集器对农田信息传感器的局限性。很多数据采集器只能采集单路或者多路一种类型的传感信号，比如只能采集电压信号或者电流信号。一少部分虽然能同时采集电压和电流信号，却不能够采集数字信号或者是对电压信号的大小有限制。另外就是数据的存储问题。由于数据采集的量比较大，所以必须寻找合适的存储器，并且能够灵活导出数据，做到携带方便，这都是现有产品还需要完善的地方。因此，当同时存在电压、电流、数字信号时，有些信号就不能被采集到。若要同时采集这些信号，就需要几种不同类型的数据采集器同时工作，这样不仅浪费财力物力，也增加了对所有的数据进行汇总实时处理的难度。
实用新型内容本实用新型的目的在于针对上述现有的数据采集产品所存在的缺陷提供一种多功能数据采集器，该多通道数据采集器能够同时采集电压信号、电流信号和数字信号，并且能够将数据无线传输给外部处理设备(上位机)，且成本低，可靠性高，运行稳定，功耗低。
为实现上述目的，本实用新型采用一种多功能数据采集器，其包括CPU和与该CPU对应连接的显示屏及键盘，所述CPU的一个信号输入端与一多路A/D转换器的串行输出接口连接，所述CPU的另一个信号输入端与数字信号接口连接；所述CPU以总线方式与存储器连接；所述多路A/D转换器的多个输入接口各自对应连接有一个模拟信号接口。
模拟信号接口用于连接输出信号为模拟信号的农田传感器；数字信号接口用于连接输出信号为数字信号的农田传感器。多路A/D转换器将输入的模拟信号转换为数字信号，所有输入的信号在CPU中通过软件的运算处理转变为能够表示农田各种参数的数字记录并可以通过显示器显示，也可以储存在存储器中。键盘用于对数据采集过程的人为设定、干预。
多路A/D转换器可以是具有8个输入/输出接口的转换器，其中有7个输入接口与其所对应连接的模拟信号接口之间分别设有电流/电压转换电路并设有转换开关。当输入信号为电流信号时，可以通过转换开关和电流/电压转换电路将信号类型进行转换。
多路A/D转换器中有1个输入接口与其所对应连接的模拟信号接口之间设有放大电路。该输入接口用于专门输入毫伏级电压信号。
上述技术方案中，CPU的另一个信号输入端与数字信号接口之间设有串口扩展电路；CPU的串行输入/输出接口连接有信号输出模块。信号输出模块为无线信号发射模块。串口扩展电路用于扩展两路串行接口以便同时与两路数字传感器连接通讯。无线信号发射模块可以将处理完毕的数字记录以无线发射方式进行远距离传输。
由上述技术方案可知，本实用新型在对农田信息进行采集时，不会受到传感器的局限，能够同时采集多路不同类型的传感信号，比如电压信号、电流信号以及数字信号，还能够采集小电压信号；本实用新型具有良好的数据存储能力，并且能够灵活导出数据，做到携带方便，另外还能够将测量数据直接传输给外部处理设备，且成本低，可靠性高，运行稳定，功耗低，将其与上位机控制系统相结合，能够实现实时的监测和管理农田作物的生长。
以下，通过具体实施例并结合附图对本实用新型做进一步的详细说明。
图1为本实用新型所提供一个较佳实施例的电路框图；图2为图1所示实施例的电路原理图。
具体实施方式
图1为本实用新型所提供的一个较佳实施例的电路原理框图，其包括CPU1和与该CPU1对应连接的显示屏2及键盘3。CPU1的一个信号输入端与一个8路A/D转换器4的串行输出接口连接，CPU1的另一个信号输入端与数字信号接口11连接。8路A/D转换器4中，有7个输入接口与其所对应连接的模拟信号接口12之间设有电流/电压转换电路41。每个电流/电压转换电路41中均设有手动切换开关。CPU1还以总线方式与存储器5连接，该存储器5为CF卡存储器。
8路A/D转换器4中有1个输入接口与其所对应连接的模拟信号接口12之间设有放大电路42。该放大电路42用于针对输入为毫伏级电压信号进行放大，以适应CPU1的运算处理。
在CPU1的另一部分信号输入端与数字信号接口11之间还设有串口扩展电路13。CPU1的串行输入/输出接口连接有无线信号发射模块6。
上述实施例中，共可以同时输入10路传感器信息，其中8路是模拟信号的输入，2路是数字信号的输入。8路模拟信号中1路是mV级电压信号输入，其余7路输入既可以是0～5V电压信号的输入也可以是0～20mA电流信号的输入，通过开关来选择其输入的是电压信号还是电流信号。mV级电压信号通过滤波和二级放大电路放大成V级电压信号；电流信号经转换后也是0～5V电压信号。经过这些处理以后进行模数转换。
另外两路数字信号主要是通过标准232串口输入到CPU单片机中，由于CPU单片机本身只带一个串口并且已用于无线信号发射电路与上位机的通讯，所以通过一个串口扩展芯片扩展了两路串行口与数字传感器通讯。CPU单片机以总线方式与串口扩展芯片接口，通过读写信号来控制串口扩展芯片，并把传感器信息读到单片机中。
显示器采用液晶显示器，其与键盘结合实现可视化键盘由16个按键组成，分别为数字0～9、确定(ENTER)、退出(ESC)、关机/小数点(OFF/.)、传感器标定函数切换/液晶背光开启关闭(I\U/BL)。液晶显示器采用122*32B图形点阵式，一页可以显示两行七个半字。通过对键盘的操作可以实现对采样时间、通道输入的设置以及各传感器标定函数参数的输入，并结合显示器，使得每操作一步都会在液晶上显示出来，并作相应的提示，真正的达到可视化效果。
CF卡存储器解决了存储量和数据导出的问题。CF卡(Compact FlashCard)是一种包含了控制器和大容量flash存贮器的标准器件，具有容量大、体积小、高性能、携带方便等优点，可广泛应用在许多消费类电子产品如便携式计算机、数码相机、数字录音机中。在数据采集、语音处理等场合，经常要保存大量现场数据，当存贮容量达到十几兆甚至几百兆时，存贮器的选择便成为一个突出的问题，需要考虑成本、体积、可靠性、功耗、数据、安全性等诸多方面，若采用RAM或EEPROM，会受印制板面积、微处理器寻址空间、功耗等诸多方面的限制，因而若采用闪烁存贮卡(CompactFlash Card)不失为一种有效的解决方法。而且计算机可以通过读卡器读取CF卡里存储的数据。
数据的无线传输采用STR-10型微功率型无线数传模块，直流电源供电，电压5.0V。通信信道是半双工的，最适合于点对多点的通信方式，也可以用于点对点通信。其发射功率低，抗干扰能力强，误码率低，传输距离远。最大传输距离可以达500m以上。
图2为上述较佳实施例的电路原理图。图中，CPU采用美国ATMEL公司生产的AT89S51单片机，该芯片不仅具有MCS51系列单片机的基本特性，而且片内集成有4K字节的电擦除可编程存储器(EEPROM)，价格低，目前性能价格比较高的单片机芯片之一。振荡电路采用单片机内部振荡器和外部石英晶体构成，晶体振荡频率选为11.0592MHz。
数据采集器中输入通道处理电路主要是将输入是电流信号的转换为电压信号，1路mV级电压小信号通过LM358构成二级放大电路放大到V级电压信号，然后将这8路信号通过A/D转换芯片MAX186进行模拟到数字的转换，以便CPU对其读取；2路数字信号通过串口扩展芯片PC16552D被CPU读取。PC16552D是扩展两路串口的串口扩展芯片，它与CPU以总线的方式进行连接，并以中断的形式通过单片机的读写信号来进行对数据的读写操作。
液晶显示模块采用的是金鹏电子有限公司生产的工作电压5V，最大工作电流0.6mA，不带字库，主控制器芯片是SED1520的图形点阵式液晶模块(OCM12232B)。以16*16显示一个汉字和16*8显示一个字符，可以显示两行，每行7.5个汉字或者15个字符。接口电路采用间接控制的方式，八条数据线与I/O口扩展芯片8255的PA口相接，另外用单片机的I/O口来控制其读写和按键来选择背光灯是否打开。小键盘电路主要是16个按键采用4*4方式连接，八跟数据线与8255的PC口相接，其中四根数据线与CPU的中断口相接，另外四根数据线还通过10K电阻拉高成高电平。这16个按键分别为数字0～9、确定(ENTER)、退出(ESC)、关机/小数点(OFF/.)、传感器标定函数切换/液晶背光开启关闭(I\U/BL)。
CF卡与CPU的接口电路主要是通过单片机的数据总线、地址总线和读写信号以总线的方式与CF卡中相应的管脚相连接，从而实现文件的创建和数据的存储。
无线数传模块是由上海桑博电子科技有限公司生产的STR-10型微功率型无线数传模块，直流电源供电，供电电压为5.0V。通信信道是半双工的，最适合于点对多点的通信方式，也可以用于点对点通信。其发射功率低，抗干扰能力强，误码率低，传输距离远，最大传输距离可以达500m以上。电路主要是通过单片机的串口与无线数传模块相连接。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
权利要求1.一种多功能数据采集器，其包括CPU和与该CPU对应连接的显示屏及键盘，其特征在于所述CPU的一个信号输入端与一多路A/D转换器的串行输出接口连接，所述CPU的另一个信号输入端与数字信号接口连接；所述CPU以总线方式与存储器连接；所述多路A/D转换器的多个输入接口各自对应连接有一个模拟信号接口。
2.根据权利要求1所述的多功能数据采集器，其特征在于所述的多路A/D转换器具有8个输入接口，其中有7个输入接口与其所对应连接的模拟信号接口之间分别设有具有手动切换开关的用于对电流信号或电压信号进行转换的电流/电压转换电路。
3.根据权利要求1或2所述的多功能数据采集器，其特征在于所述的多路A/D转换器中有1个输入接口与其所对应连接的模拟信号接口之间设有放大电路。
4.根据权利要求1所述的多功能数据采集器，其特征在于所述的CPU的另一个信号输入端与所述数字信号接口之间设有串口扩展电路；所述CPU的串行输入/输出接口连接有能够与外部处理设备实现通讯的信号输出模块。
5.根据权利要求4所述的多功能数据采集器，其特征在于所述的信号输出模块为无线信号发射模块。
6.根据权利要求1所述的多功能数据采集器，其特征在于所述的存储器为CF卡存储器。
专利摘要本实用新型涉及一种多功能数据采集器，其包括CPU和与该CPU对应连接的显示屏及键盘，所述CPU的一个信号输入端与一多路A/D转换器的串行输出接口连接，所述CPU的另一个信号输入端与数字信号接口连接；所述CPU以总线方式与存储器连接；所述多路A/D转换器的多个输入接口各自对应连接有一个模拟信号接口。本实用新型在对农田信息进行采集时，不会受到传感器的局限，能够同时采集多路不同类型的传感信号，还能够采集小电压信号，具有良好的数据存储能力，能够灵活导出数据，携带方便，还能够将测量数据直接传输给外部处理设备，且成本低，可靠性高，运行稳定，功耗低，将其与上位机控制系统相结合，能够实现实时的监测和管理农田作物的生长。
文档编号G08C19/00GK2779518SQ20042012042
公开日2006年5月10日 申请日期2004年12月13日 优先权日2004年12月13日
发明者刘刚, 高华江, 司永胜, 王 琦, 曾祥钟, 张淼, 郑典萍, 何月芳, 张俊宁 申请人:中国农业大学