一种无线数据采集器的制作方法

本实用新型涉及一种无线数据采集器。

背景技术：

在各种工程质量检测过程中，必须要对相关物理量进行数据采集以便确定该物理量是否满足了设计要求，检测人员需要经常携带仪器到各种不同的现场进行为时不长的检测，有些常用的检测仪器信号线比较长，每次检测时都要重复布线和收线，容易导致信号线缠绕打结，有时在现场不容易找到市电插座为仪器供电，或者市电插座距离比较远，检测人员又要使用较长的电缆将市电接过来为仪器供电，在这种情况下，使用电池供电和无线传输的检测仪器将显得非常方便。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种无线数据采集器。

解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种无线数据采集器，其特征在于：所述的无线数据采集器设有微处理器系统、传感器、模数转换模块、无线通讯模块、锂电池模块和DC-DC升压模块；所述传感器用于将被测物理量转换为模拟信号输出，所述模数转换模块将所述传感器输出的模拟信号转换为数字信号，所述微处理器系统能够将所述数字信号通过所述无线通讯模块发送至网络终端；所述DC-DC升压模块将所述锂电池模块的电源转换为合适的工作电压提供给所述无线数据采集器。

作为本实用新型的优选实施方式：所述的微处理器系统由型号为ATmega16的微处理器U7及其外围电路组成。

作为本实用新型的优选实施方式：所述的模数转换模块设有两路信号输入通道，所述的无线数据采集器设有两个所述传感器，该两个传感器输出的模拟信号分别通过所述两路信号输入通道输入所述模数转换模块，并且，该两个传感器为以下三种情况之一：该两个传感器均为电流输出型传感器，或者，该两个传感器均为电压输出型传感器，或者，其中一个所述传感器为电流输出型传感器、另一个所述传感器为电压输出型传感器；其中，所述电流输出型传感器输出的模拟信号为4mA至20mA之间的电流信号，所述电压输出型传感器输出的模拟信号为0V至10V之间的电压信号。

作为本实用新型的优选实施方式：所述的模数转换模块由型号为CS5532的模数转换芯片U4及其外围电路以及型号为MAX4540的电压基准芯片和两个信号调理电路组成，所述模数转换芯片U4通过SPI接口连接所述微处理器系统，所述电压基准芯片输出4.096V的基准电压至所述模数转换芯片U4的参考电压输入端VREF，所述两个信号调理电路作为所述模数转换模块的两路信号输入通道以对输入的模拟信号进行取样，且该两个信号调理电路的输出端分别连接所述模数转换芯片U4的两个模拟信号输入端，并且，对应于所述两个传感器均为电流输出型传感器的情况，该两个信号调理电路均为电流型信号调理电路，对应于所述两个传感器均为电压输出型传感器的情况，该两个信号调理电路均为电压型信号调理电路，对应于其中一个所述传感器为电流输出型传感器、另一个所述传感器为电压输出型传感器的情况，其中一个所述信号调理电路为电流型信号调理电路、另一个所述信号调理电路为电压型信号调理电路。

作为本实用新型的优选实施方式：所述的电流型信号调理电路由电阻R1、电阻R4、电容C1、电阻R5、电容C2、运算放大器U3B、电阻R6和电阻R7组成，且所述电阻R6与电阻R7的阻值相等，所述运算放大器U3B的放大倍数为2，所述电阻R1的一端接地，所述电阻R1的另一端作为所述电流型信号调理电路的输入端S1并连接所述电阻R4的一端，所述电阻R4的另一端分为两路，一路通过所述电容C1连接所述运算放大器U3B的输出端，另一路通过所述电阻R5连接所述运算放大器U3B的同相输入端，所述运算放大器U3B的同相输入端通过所述电容C2接地，所述运算放大器U3B的反相输入端分为两路，一路通过所述电阻R6接地，另一路通过所述电阻R7连接所述运算放大器U3B的输出端，所述运算放大器U3B的电源正极接由所述DC-DC升压模块提供的5V直流工作电压，所述运算放大器U3B的电源负极接地，所述运算放大器U3B的输出端作为所述电流型信号调理电路的输出端CH1。

作为本实用新型的优选实施方式：所述的电压型信号调理电路由电阻R2、电阻R3、电阻R4’、电容C1’、电阻R5’、电容C2’、运算放大器U3B’和电阻R6’组成，所述电阻R2的一端作为所述电压型信号调理电路的输入端S2，所述电阻R2的另一端分成两路，一路通过所述电阻R3接地，另一路连接所述电阻R4’的一端，所述电阻R4’的另一端分为两路，一路通过所述电容C1’连接所述运算放大器U3B’的输出端，另一路通过所述电阻R5’连接所述运算放大器U3B’的同相输入端，所述运算放大器U3B’的同相输入端通过所述电容C2’接地，所述运算放大器U3B’的反相输入端分为两路，一路通过所述电阻R6’接地，另一路连接所述运算放大器U3B’的输出端，所述运算放大器U3B’的电源正极接由所述DC-DC升压模块提供的5V直流工作电压，所述运算放大器U3B’的电源负极接地，所述运算放大器U3B’的输出端作为所述电压型信号调理电路的输出端CH2。

作为本实用新型的优选实施方式：所述的无线通讯模块由型号为nRF24L01P的无线收发芯片U1、型号为RFX2401C的功放芯片U17及它们的外围电路组成，所述无线收发芯片U1通过SPI接口连接所述微处理器系统，所述功放芯片U17将所述无线收发芯片U1输出的无线信号的发射功率放大至20dBm。

作为本实用新型的优选实施方式：所述的锂电池模块由锂电池和锂电池充电电路组成，所述锂电池充电电路能够将外部直流电源转换为恒定电流为所述锂电池充电。

作为本实用新型的优选实施方式：所述的锂电池模块还设有用于防止所述锂电池过充电和过放电的锂电池保护电路。

作为本实用新型的优选实施方式：所述的DC-DC升压模块包含用于将所述锂电池输出的电压升压到24V的第一DC-DC升压电路和用于将所述锂电池输出的电压升压到5V的第二DC-DC升压电路。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

第一，本实用新型能够用无线通讯的方式将传感器采集到的被测物理量发送出去，减少了现场布线和收线的过程。

第二，本实用新型使用锂电池供电，可重复充电，使用时无需现场提供市电插座，且锂电池具有锂电池过充保护和过放保护功能。

第三，本实用新型具有体积小、使用方便、成本低的优点。

第四，本实用新型所采用的具体电路结构具有可靠性高的优点。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明：

图1为本实用新型的无线数据采集器的电路原理框图；

图2为本实用新型中微处理器系统的电路原理图；

图3为本实用新型中模数转换模块的模数转换芯片U4及其外围电路的电路原理图；

图4为本实用新型中模数转换模块的电流型信号调理电路的电路原理图；

图5为本实用新型中模数转换模块的电压型信号调理电路的电路原理图；

图6为本实用新型中无线通讯模块的电路原理图；

图7为本实用新型中锂电池模块的锂电池充电电路的电路原理图；

图8为本实用新型中锂电池模块的锂电池保护电路的电路原理图；

图9为本实用新型中DC-DC升压模块的第一DC-DC升压电路的电路原理图；

图10为本实用新型中DC-DC升压模块的第二DC-DC升压电路的电路原理图。

具体实施方式

如图1至图10所示，本实用新型公开的是一种无线数据采集器，其发明构思为：无线数据采集器设有微处理器系统、传感器、模数转换模块、无线通讯模块、锂电池模块和DC-DC升压模块；传感器用于将被测物理量转换为模拟信号输出，模数转换模块将传感器输出的模拟信号转换为数字信号，微处理器系统能够将数字信号通过无线通讯模块发送至网络终端；DC-DC升压模块将锂电池模块的电源转换为合适的工作电压提供给无线数据采集器。

在上述发明构思的基础上，本实用新型采用以下优选的结构：

作为本实用新型的优选实施方式：参见图2，微处理器系统由型号为ATmega16的微处理器U7及其外围电路组成，TCK端口、TMS端口、TDO端口、TDI端口、Reset信号端口为微处理器U7的JTAG调试接口。

作为本实用新型的优选实施方式：模数转换模块设有两路信号输入通道，无线数据采集器设有两个传感器，该两个传感器输出的模拟信号分别通过两路信号输入通道输入模数转换模块，并且，该两个传感器为以下三种情况之一：该两个传感器均为电流输出型传感器，或者，该两个传感器均为电压输出型传感器，或者，其中一个传感器为电流输出型传感器、另一个传感器为电压输出型传感器；其中，电流输出型传感器输出的模拟信号为4mA至20mA之间的电流信号，电压输出型传感器输出的模拟信号为0V至10V之间的电压信号；另外，传感器应使用较短的信号线与模数转换模块进行连接。

作为本实用新型的优选实施方式：参见图3，模数转换模块由型号为CS5532的模数转换芯片U4及其外围电路以及型号为MAX4540的电压基准芯片和两个信号调理电路组成，模数转换芯片U4通过SPI接口连接微处理器系统，电压基准芯片输出精度为万分之二的4.096V的基准电压至模数转换芯片U4的参考电压输入端VREF，两个信号调理电路作为模数转换模块的两路信号输入通道以对输入的模拟信号进行取样，且该两个信号调理电路的输出端分别连接模数转换芯片U4的两个模拟信号输入端(即图3中的CH1和CH2)，并且，对应于两个传感器均为电流输出型传感器的情况，该两个信号调理电路均为电流型信号调理电路，对应于两个传感器均为电压输出型传感器的情况，该两个信号调理电路均为电压型信号调理电路，对应于其中一个传感器为电流输出型传感器、另一个传感器为电压输出型传感器的情况，其中一个信号调理电路为电流型信号调理电路、另一个信号调理电路为电压型信号调理电路。

作为本实用新型的优选实施方式：参见图4，电流型信号调理电路由电阻R1、电阻R4、电容C1、电阻R5、电容C2、运算放大器U3B、电阻R6和电阻R7组成，且电阻R6与电阻R7的阻值相等，运算放大器U3B的放大倍数为2，电阻R1的一端接地，电阻R1的另一端作为电流型信号调理电路的输入端S1并连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端分为两路，一路通过电容C1连接运算放大器U3B的输出端，另一路通过电阻R5连接运算放大器U3B的同相输入端，运算放大器U3B的同相输入端通过电容C2接地，运算放大器U3B的反相输入端分为两路，一路通过电阻R6接地，另一路通过电阻R7连接运算放大器U3B的输出端，运算放大器U3B的电源正极接由DC-DC升压模块提供的5V直流工作电压，运算放大器U3B的电源负极接地，运算放大器U3B的输出端作为电流型信号调理电路的输出端CH1；从而，4-20mA电流信号经电阻R1取样后变为0.4-2V电压信号，再经运算放大器U3B放大后为0.8-4V电压信号输入到模数转换芯片U4的相应通道。其中，为了提高数据采集精度，电阻R1选用万分之一精度的电阻，电阻R1须选用不低于1/4W功率的电阻。

作为本实用新型的优选实施方式：参见图5，电压型信号调理电路由电阻R2、电阻R3、电阻R4’、电容C1’、电阻R5’、电容C2’、运算放大器U3B’和电阻R6’组成，电阻R2的一端作为电压型信号调理电路的输入端S2，电阻R2的另一端分成两路，一路通过电阻R3接地，另一路连接电阻R4’的一端，电阻R4’的另一端分为两路，一路通过电容C1’连接运算放大器U3B’的输出端，另一路通过电阻R5’连接运算放大器U3B’的同相输入端，运算放大器U3B’的同相输入端通过电容C2’接地，运算放大器U3B’的反相输入端分为两路，一路通过电阻R6’接地，另一路连接运算放大器U3B’的输出端，运算放大器U3B’的电源正极接由DC-DC升压模块提供的5V直流工作电压，运算放大器U3B’的电源负极接地，运算放大器U3B’的输出端作为电压型信号调理电路的输出端CH2；从而，0-10V电压信号经电阻R2和电阻R3分压后变为0-4V信号，0-4V信号经过运算放大器U3B’构成的电压跟随器后输入到模数转换芯片U4的相应通道。其中，为了提高数据采集精度，电阻R2和电阻R3都选用万分之一精度的电阻。

作为本实用新型的优选实施方式：参见图6，无线通讯模块由型号为nRF24L01P的无线收发芯片U1、型号为RFX2401C的功放芯片U17及它们的外围电路组成，无线收发芯片U1通过SPI接口连接微处理器系统，功放芯片U17将无线收发芯片U1输出的无线信号的发射功率放大至20dBm，以增加通讯距离。

作为本实用新型的优选实施方式：参见图7，锂电池模块由锂电池和锂电池充电电路组成，锂电池充电电路能够将外部直流电源转换为恒定电流为锂电池充电其中，在充电过程中发光二极管D8灭、发光二极管D9亮，当锂电池充满电后发光二极管D9灭、发光二极管D8亮。

作为本实用新型的优选实施方式：参见图8，锂电池模块还设有用于防止锂电池过充电和过放电的锂电池保护电路，以避免因过充电、过放电导致的锂电池寿命缩短和损坏。当锂电池的电压处在正常范围时，型号为DW01的芯片U8的OC端和OD端输出高电平，此时型号均为FS8205A的芯片U10和芯片U11将锂电池的负极与电源地接通，整个电路板可正常工作，当锂电池过度充电时，OC端输出低电平，此时芯片U10和芯片U11将锂电池负极与电源地断开以停止继续对锂电池充电，当锂电池过度放电时，OD端输出低电平，此时芯片U10和芯片U11同样将锂电池负极与电源地断开以停止锂电池继续放电，防止锂电池电压过低导致损坏，芯片U10和芯片U11为两个相同的双N沟道增强型功率MOSFET，二者并联使用可减小MOSFET内阻，降低电源损耗。

作为本实用新型的优选实施方式：参见图9和图10，DC-DC升压模块包含用于将锂电池输出的电压升压到24V的第一DC-DC升压电路和用于将锂电池输出的电压升压到5V的第二DC-DC升压电路，其中，5V电源供电路上的元件使用，24V电源用于给传感器供电。参见图9，第一DC-DC升压电路将锂电池的输出电压升压为24V(最大输出电流70mA)的电源给传感器的供电，使用时需要保证2个传感器消耗的电流之和不超过50mA，大部分传感器的功耗比较小都能满足此要求。参见图10，第二DC-DC升压电路将锂电池的输出电压升压为5V为微处理器和模数转换模块供电，图中SW1为单刀双掷开关，使用的时候将SW1接通，使用完后将SW1断开以便节省电池电量。

本实用新型不局限于上述具体实施方式，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本实用新型上述基本技术思想前提下，本实用新型还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，均落在本实用新型的保护范围之中。