传感器数据采集装置的制作方法

1.本技术涉及传感器数据采集领域，尤其涉及一种传感器数据采集装置。


背景技术：

2.在工业领域中，通常采用工业传感器进行环境数据的采集，并将采集到的数据发送至网关，由网关对现场数据信号监听、接收并存储。
3.目前，市面上的工业传感器大多采用有线方案传输数据信号，因此设备在安装过程中需要考虑复杂线材的布设方式，所有设备都需要通过有线的方式进行连接，安装耗时严重，生产和维护成本过高。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术提出了一种传感器数据采集装置，以解决上述问题。
5.根据本技术的一方面，提供了一种传感器数据采集装置，包括：
6.数据采集处理模块，用于采集处理传感器变送器的数字信号、开关信号、电阻信号、电压信号和电流信号；
7.无线模组，通过射频向外部网关传输所述传感器变送器信号；
8.有线通讯模块，用于向所述数据采集处理模块传输所述数字信号；
9.电源模块，用于给所述采集装置和所述传感器变送器供电；
10.所述网关下发配置给所述无线模组后，所述数据采集处理模块根据需要采集的信号类型确定传感器设备类型，并根据所述传感器设备类型确定所述电源模块的供电方案，向所述传感器变送器供电，所述传感器变送器接收供电后发出对应信号，经由所述数据采集处理模块采集后，通过所述无线模组发送至所述网关。
11.作为本技术的一种可选实施方案，可选地，所述数据采集处理模块包括单片机；
12.所述单片机的引脚22通过电阻r32和与所述无线模组的引脚8电连接；
13.所述单片机的引脚23通过电阻r31与所述无线模组的引脚9电连接。
14.作为本技术的一种可选实施方案，可选地，所述有线通讯模块包括：
15.232通讯模块，用于接收所述传感器变送器的数字信号；
16.485通讯模块，用于接收所述传感器变送器的数字信号；
17.所述232通讯模块的引脚11和引脚12分别与所述单片机的引脚58和引脚57电连接；
18.所述485通讯模块的引脚1通过电阻r23与所述单片机的引脚14电连接，所述485通讯模块的引脚4通过电阻r24与所述单片机的引脚15电连接。
19.作为本技术的一种可选实施方案，可选地，所述数据采集处理模块，还包括：
20.电阻测试电路，用于采集所述传感器变送器的所述电阻信号；
21.所述电阻测试电路的s_flh和s_fll端口输入所述传感器变送器电阻信号，另一端与所述单片机的引脚46和引脚47电连接。
22.作为本技术的一种可选实施方案，可选地，所述数据采集处理模块，还包括：
23.电压电流采集电路，用于采集所述传感器变送器的所述电压信号和所述电流信号；
24.所述电压电流采集电路与所述单片机的引脚48电连接。
25.作为本技术的一种可选实施方案，可选地，所述电压电流采集电路包括二极管d8、滤波器fb2、电阻r20、电阻r18和保险丝f1；
26.所述传感器变送器电压信号依次通过所述保险丝f1、所述电阻r18和所述滤波器fb2至所述单片机的引脚48；
27.所述传感器变送器电流信号依次通过所述保险丝f1、所述电阻r18和所述电阻r20接地；
28.所述二极管d8一端与所述单片机引脚48电连接，另一端接地，用于保护所述单片机引脚48。
29.作为本技术的一种可选实施方案，可选地，所述数据采集处理模块，还包括：
30.开关信号处理电路，用于采集所述传感器变送器的所述开关信号；
31.所述电源模块依次通过电阻r39和二极管d10向所述传感器正极供电，所述传感器负极与所述开关处理信号电路一端电连接，所述开关信号处理电路另一端与所述单片机的引脚50和引脚51电连接。
32.作为本技术的一种可选实施方案，可选地，所述开关信号处理电路包括电阻r37、电阻r34、电阻r81、电阻r59、运算放大器u5a和运算放大器u5b；
33.其中，所述传感器负极通过所述r37接地，所述传感器负极通过所述电阻r34和所述电阻r81与所述运算放大器u5b的引脚5电连接，所述运算放大器u5b的引脚7与所述运算放大器u5a的引脚3电连接，所述运算放大器u5a的引脚1和引脚8分别与所述单片机的引脚50和引脚51电连接，且所述单片机的引脚50还通过所述电阻r59和所述电阻r81与所述运算放大器u2b的引脚5电连接。
34.作为本技术的一种可选实施方案，可选地，所述电源模块包括主电源模块、升压模块和降压模块；
35.所述主电源模块用于给所述采集装置供电；
36.所述升压模块和所述降压模块用于给所述传感器变送器供电。
37.作为本技术的一种可选实施方案，可选地，所述升压模块与所述单片机的引脚44、引脚59和引脚62电连接；
38.所述降压模块与所述单片机的引脚43和引脚45电连接。
39.本技术的有益效果：
40.通过本技术的采集装置采集传感器变送器的信号，经过数据采集处理模块处理后的数据信号，通过无线模组传输至外部网关，相较于有线传输的方式减少了复杂信号线的布设，安装和使用更加便捷。具体的，通过外部网关先给无线模组下发配置，无线模组接收配置信息后使数据采集处理模块能够根据需要采集的信号类型确定传感器设备类型，并根据具体设备类型确定传感器变送器所需的供电方案，当传感器变送器接收供电后，传感器变送器工作，对应发出数字信号、电阻信号、开关信号、电压信号或电流信号，数据采集处理模块采集具体信号后，发送至无线模组，并由无线模组通过射频向网关传输。需要说明的
是，通过设置本技术的传感器数据采集装置，减少了传统传感器与网关之间复杂布设的信号线数量，在保障数据采集效果的同时，有效的改善了设备之间需要过多有线连接的问题，降低安装和维护的成本。节约成产和维护成本。
41.根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本技术的其它特征及方面将变得清楚。
附图说明
42.包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本技术的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本技术的原理。
43.图1示出本技术实施例的传感器数据采集装置电路图；
44.图2示出本技术实施例的单片机电路图；
45.图3示出本技术实施例的无线模组电路图；
46.图4示出本技术实施例的开关信号处理电路图；
47.图5示出本技术实施例的电阻测试电路和电压电流采集电路图；
48.图6示出本技术实施例的232通讯模块电路图；
49.图7示出本技术实施例的485通讯模块电路图；
50.图8示出本技术实施例的主电源模块电路图；
51.图9示出本技术实施例的升压模块电路图；
52.图10示出本技术实施例的降压模块电路图。
具体实施方式
53.以下将参考附图详细说明本技术的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
54.其中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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技术或简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元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技术的限制。
55.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
56.在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
57.另外，为了更好的说明本技术，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本技术同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本技术的主旨。
58.如图1所示，该传感器数据采集装置，包括：
59.数据采集处理模块，用于采集处理传感器变送器的数字信号、开关信号、电阻信号、电压信号和电流信号；
60.无线模组，通过射频向外部网关传输所述传感器变送器信号；
61.有线通讯模块，用于向所述数据采集处理模块传输所述数字信号；
62.电源模块，用于给所述采集装置和所述传感器变送器供电；
63.所述网关下发配置给所述无线模组后，所述数据采集处理模块根据需要采集的信号类型确定传感器设备类型，并根据所述传感器设备类型确定所述电源模块的供电方案，向所述传感器变送器供电，所述传感器变送器接收供电后发出对应信号，经由所述数据采集处理模块采集后，通过所述无线模组发送至所述网关。
64.在此实施例中，通过本技术的采集装置采集传感器变送器的信号，经过数据采集处理模块处理后的数据信号，通过无线模组传输至外部网关，相较于传统传感器与网关之间均通过有线传输的方式而言，减少复杂信号线的布设，安装和使用更加便捷。具体的，在对于传感器数据信号的采集过程中，传感器变送器传输不同的数字信号和电信号，其中电信号包括开关信号、电阻信号、电压信号和电流信号，此处需要说明的是，首先通过外部网关对本技术的无线模组进行下发配置，配置信息为传感器类型，由此确定此时待采集传感器的具体类型，根据不同的传感器类型需要的供电电压来选择电源模块的具体供电方案，并向传感器变送器供电，当传感器变送器接收供电后，传感器变送器工作，向数据采集处理模块对应发出数字信号、电阻信号、开关信号、电压信号或电流信号，其中数字信号通过有线通讯模块直接采集，电阻信号、开关信号、电压信号或电流信号等电信号通过adc采集，采集到的具体信号通过数据采集处理模块发送至无线模组，并由无线模组通过射频向网关传输，由此网关接收到相关数据信息。通过设置本技术的传感器数据采集装置，减少了传统传感器与网关之间复杂布设的信号线数量，在保障数据采集效果的同时，有效的改善了设备之间需要过多有线连接的问题，降低安装和维护的成本。
65.如图2所示，作为本技术的一种可选实施方案，可选地，数据采集处理模块包括单片机；
66.单片机的引脚22通过电阻r32和与无线模组的引脚8电连接；
67.单片机的引脚23通过电阻r31与无线模组的引脚9电连接。
68.在此实施例中，单片机的引脚22和引脚23分别与无线模组连接，实现数据接收和发送的目的，具体由外部网关向无线模组下发配置，无线模组通过与单片机之间电连接，据此单片机能够根据待采集的具体传感器设备类型确定电源模块对应的供电方案，使得电源模块向传感器变送器供电，实现使传感器变送器工作的目的。传感器变送器工作后向单片机发送数字信号或电信号，并由单片机向无线模组传输具体信号，无线模组在接收到经过单片机处理的传感器数据信号后，通过射频将数据信号发送至外部网关，实现无线传输数据的目的。需要说明的是，本技术采用的单片机具体型号为stm8l152r，无线模组为e22-400t模组，通过电源模块为无线模组供电，工作电压通常采用5v。采用无线模组向网关传输传感器数据，有效的减缓有线传输过程中，复杂布线导致的繁琐操作，节约生产和维护成本。
69.如图6和图7所示，作为本技术的一种可选实施方案，可选地，有线通讯模块包括：
70.232通讯模块，用于接收传感器变送器的数字信号；
71.485通讯模块，用于接收传感器变送器的数字信号；
72.232通讯模块的引脚11和引脚12分别与单片机的引脚58和引脚57电连接；
73.485通讯模块的引脚1通过电阻r23与单片机的引脚14电连接，485通讯模块的引脚4通过电阻r24与单片机的引脚15电连接。
74.在此实施例中，传感器变送器的数字信号通过有线通讯模块向单片机传输，具体的，有线通讯模块包括232通讯模块和485通讯模块，分别通过单片机的引脚14、引脚15和引脚46、引脚47接收和发送数字信号，单片机stm8l152r接收到数字信号后，向无线模组传输，由无线模组通过射频向网关传输保障网关的接收。同时本技术的电源模块对有线通讯模块和无线模组单独供电，能够保障通讯的稳定性，并增加设备的容错度。
75.如图5所示，作为本技术的一种可选实施方案，可选地，数据采集处理模块，还包括：
76.电阻测试电路，用于采集传感器变送器的电阻信号；
77.电阻测试电路的s_flh和s_fll端口输入传感器变送器电阻信号，另一端与单片机的引脚46和引脚47电连接。
78.在此实施例中，单片机的引脚46和引脚47与电阻测试电路连接，此处需要说明的是，电阻测试电路另一端的s_flh和s_fll端口接入电位器，同时采集单片机引脚46和47两点电压，根据流经电位器的电流和压降，确定传感器变送器对应输送电阻值，实现对电阻信号采集目的，并通过无线模组将电阻信号传输至外部网关，保障通讯的稳定性。
79.作为本技术的一种可选实施方案，可选地，数据采集处理模块，还包括：
80.电压电流采集电路，用于采集传感器变送器的电压信号和电流信号；
81.电压电流采集电路与单片机的引脚48电连接。
82.进一步的，如图5所示，电压电流采集电路包括二极管d8、滤波器fb2、电阻r20、电阻r18和保险丝f1；
83.传感器变送器电压信号依次通过保险丝f1、电阻r18和滤波器fb2至单片机的引脚48；
84.传感器变送器电流信号依次通过保险丝f1、电阻r18和电阻r20接地；
85.二极管d8一端与单片机引脚48电连接，另一端接地，用于保护单片机引脚48。
86.在此实施例中，数据采集处理模块还包括电压电流采集电路，此处需要说明的是，电压电流采集电路通过电阻r20的使用实现对于采集电流和电压功能的切换。具体的，电阻r20的阻值为100欧，在采集电压信号的过程中，通过信号未流经r20，电压电流采集电路s_av端口采集的电压即为传感器变送器的电压信号实现电压采集目的。当信号流经r20时，采集电流信号，具体电流信号范围为4-20ma，同时需要说明的是，电压电流采集电路还设置有电容c21，电容c21一端与单片机引脚48电连接，另一端接地，由此通过电容c21和滤波器fb2实现信号滤波的目的，进一步的，二极管d8设置在单片机48引脚48与地之间，有效保护单片机引脚48adc采集端口。
87.作为本技术的一种可选实施方案，可选地，数据采集处理模块，还包括：
88.开关信号处理电路，用于采集传感器变送器的开关信号；
89.电源模块依次通过电阻r39和二极管d10向传感器正极供电，传感器负极与开关处理信号电路一端电连接，开关信号处理电路另一端与单片机的引脚50和引脚51电连接。
90.进一步的，如图4所示，开关信号处理电路包括电阻r37、电阻r34、电阻r81、电阻r59、运算放大器u5a和运算放大器u5b；
91.其中，传感器负极通过r37接地，传感器负极通过电阻r34和电阻r81与运算放大器u5b的引脚5电连接，运算放大器u5b的引脚7与运算放大器u5a的引脚3电连接，运算放大器u5a的引脚1和引脚8分别与单片机的引脚50和引脚51电连接，且单片机的引脚50还通过电阻r59和电阻r81与运算放大器u2b的引脚5电连接。
92.在此实施例中，电源模块依次通过电阻r39和二极管d10为传感器正极供电，传感器负极通过电阻r37接地形成电流回路，通过采集r37上端电压即可获得传感器电流，通过判断传感器流过电流大小获得脉冲数，并累加存储在单片机中。
93.如图9、图9和图10所示，作为本技术的一种可选实施方案，可选地，电源模块包括主电源模块、升压模块和降压模块；
94.主电源模块用于给采集装置供电；
95.升压模块和降压模块用于给传感器变送器供电。
96.在此实施例中，电源模块接入24v直流电源，通过主电源模块分别向单片机、无线模组供电，通过升压模块和降压模块在确定具体传感器类型后对其进行供电。例如，当本技术连接的传感器为超声波液位计时，由于超声波液位计所需的电压为24v，而本技术本身的工作电压为5v，因此需要选择升压模块将输入电压进行升压，由此实现向传感器设备的正常供电，保障信号的采集和传输；当本技术连接的传感器为压力传感器时，由于压力传感器的工作电压为3.3v，此时需要通过选择降压电路将电压降低到3.3v，保障对于传感器变送器的正常供电和数据采集。需要说明的是，当所连传感器为需要高电压的设备时，即工作电压位于12-36v区间内时，采用升压模块进行升压处理，防止由于电压过低导致的传感器设备无法工作，当所连传感器类型为低电压的设备时，即工作电压位于3-7v区间内时，需采用降压电压进行降压处理，防止由于电压过高导致的传感器损坏。
97.进一步的，升压模块与单片机的引脚44、引脚59和引脚62电连接；
98.降压模块与单片机的引脚43和引脚45电连接。
99.在此实施例中，降压模块中采用sgm61410降压变压器，确定具体传感器类型后，通过单片机的引脚43和引脚45控制降压模块为传感器供电。同时，升压模块中采用sx1308升压变压器，通过单片机的引脚59和引脚62在确定具体传感器类型后，控制升压模块为传感器供电。
100.以上已经描述了本技术的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。