智能采集系统及应用该系统的智能采集仪论文和设计-郭建华

全文摘要

本实用新型公开了智能采集系统，包括电源、信号采集模块、处理器；所述信号采集模块与所述处理器双向连接，所述电源连接所述处理器、信号采集模块；所述电源包括充电模块、升降压电路，所述充电模块连接所述升降压电路。本实用新型保证智能采集仪在低温环境下可以正常持续长时间工作。

主设计要求

1.智能采集系统，其特征在于，包括电源、信号采集模块、处理器；所述信号采集模块与所述处理器双向连接，所述电源连接所述处理器、信号采集模块；所述电源包括充电模块、升降压电路，所述充电模块连接所述升降压电路。

设计方案

2.如权利要求1所述的智能采集系统，其特征在于，所述升降压电路包括多个升降压子电路，将所述充电模块的电压转化成与所述信号采集模块相适配的电压。

3.如权利要求2所述的智能采集系统，其特征在于，所述电源还包括保护电路，所述保护电路的输入端连接所述充电模块，输出端连接所述升降压电路。

4.如权利要求3所述的智能采集系统，其特征在于，所述信号采集模块包括激励信号电路、信号采集电路、温度采集电路与若干传感器、继电器；所述激励信号电路通过脉冲信号控制所述继电器，所述传感器通过所述信号采集电路与所述温度采集电路输送信号至所述处理器。

5.如权利要求4所述的智能采集系统，其特征在于，所述充电模块包括太阳能充电电路与锂电池，所述保护电路包括反接保护子电路与过压过流保护子电路；所述太阳能充电电路包括太阳能电池板与太阳能电源管理芯片，所述太阳能电池板通过所述反接保护子电路连接所述太阳能电源管理芯片；所述充电模块连接所述过压过流保护子电路连接所述信号采集模块。

6.如权利要求4所述的智能采集系统，其特征在于，所述传感器包括振弦传感器、温度传感器、RS485传感器。

7.如权利要求5或6所述的智能采集系统，其特征在于，还包括通信单元，所述通信单元与所述处理器双向电连接，所述通信单元包括4G通讯模块、蓝牙模块、RS485接口、RS232接口的至少一种。

8.如权利要求7所述的智能采集系统，其特征在于，所述处理器连接RTC芯片，进行闹钟设定，定时唤醒所述处理器。

9.如权利要求8所述的智能采集系统，其特征在于，所述处理器采用STM32系列单片机。

10.智能采集仪，其特征在于，包括如权利要求1-9任意一项所述的智能采集系统和太阳能充电板、电源开关、LED指示灯，所述太阳能充电板和电源开关、LED指示灯设于所述智能采集仪的壳体。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及智能采集领域，尤其涉及一种智能采集系统及应用该系统的智能采集仪。

背景技术

智能采集仪主要应用在工程检测领域，如水库大坝、矿山、桥梁、隧道、基坑、轨道交通、边坡、尾矿库等场景，需要在户外环境中长时间工作。且大多数的户外没有外部电源提供能量，只能依靠内部电池实现长期数据采集监测的工作。现有的供电常用以下3种方案：

1.采用电源适配器供电，无需考虑功耗大小的问题。但应用范围极小，需要工作环境有220V的交流电源，单独连接处理。但采集仪一般应用于户外环境，没有相适配的电源，无法对其供电。

2.采用一次性电源，电路的电源在不使用的情况下关闭。一次性电源可在温度极低的环境下工作，但电池用完需要人工更换电池，且电池容量小，寿命较短，维护成本较高。

3.采用内置锂电池供电，外接太阳能电池板。但是在温度低于-10℃的环境下，电池的内阻会变大，无法放电，设备没办法正常工作。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种低功耗智能采集系统，保证智能采集仪在低温环境下可以正常持续长时间工作。

本实用新型的目的之二在于提供一种应用该系统的智能采集仪，可在低温环境下长时间工作。

本实用新型的目的之一采用如下技术方案实现：

智能采集系统，包括电源、信号采集模块、处理器；所述信号采集模块与所述处理器双向连接，所述电源连接所述处理器、信号采集模块；所述电源包括充电模块、升降压电路，所述充电模块连接所述升降压电路。

进一步地，所述升降压电路包括多个升降压子电路，将所述充电模块的电压转化成与所述信号采集模块相适配的电压。

进一步地，所述电源还包括保护电路，所述保护电路的输入端连接所述充电模块，输出端连接所述升降压电路。

进一步地，所述信号采集模块包括激励信号电路、信号采集电路、温度采集电路与若干传感器、继电器；所述激励信号电路通过脉冲信号控制所述继电器，所述传感器通过所述信号采集电路与所述温度采集电路输送信号至所述处理器。

进一步地，所述充电模块包括太阳能充电电路与锂电池，所述保护电路包括反接保护子电路与过压过流保护子电路；所述太阳能充电电路包括太阳能电池板与太阳能电源管理芯片，所述太阳能电池板通过所述反接保护子电路连接所述太阳能电源管理芯片；所述充电模块连接所述过压过流保护子电路连接所述信号采集模块。

进一步地，所述传感器包括振弦传感器、温度传感器、RS485传感器。

进一步地，还包括通信单元，所述通信单元与所述处理器双向电连接，所述通信单元包括4G通讯模块、蓝牙模块、RS485接口、RS232接口的至少一种。

进一步地，所述处理器连接RTC芯片，进行闹钟设定，定时唤醒所述处理器。

进一步地，所述处理器采用STM32系列单片机。

本实用新型的目的之二采用如下技术方案实现：

智能采集仪，包括如上所述的智能采集系统和太阳能充电板、电源开关、 LED指示灯，所述太阳能充电板和电源开关、LED指示灯设于所述智能采集仪的壳体。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：

提供了智能采集系统及应用该系统的智能采集仪，通过电源的充电模块与升降压电路的设置，对信号采集模块直接供电，转换效率高，避免现有技术中使用一次性电池或内置锂电池供电的缺陷。在低温状态下，本系统可免维护长期自动工作，且通过信号采集模块确保系统处理器的动态调整，实现功耗的最优化设计。

附图说明

图1为本实用新型所提供实施例的结构示意图；

图2为本实用新型所提供实施例的系统框图；

图3为本实用新型所提供实施例的传感器切换电路结构示意图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

如图1所示，本实用新型公开了一种智能采集系统，包括电源、信号采集模块、处理器；所述信号采集模块与所述处理器双向连接，所述电源连接所述处理器、信号采集模块；所述电源包括充电模块、升降压电路，所述充电模块连接所述升降压电路。

通过电源的充电模块与升降压电路的设置，对信号采集模块直接供电，转换效率高，避免现有技术中使用一次性电池或内置锂电池供电的缺陷。在低温状态下，本系统可免维护长期自动工作，且通过信号采集模块确保系统处理器的动态调整，实现功耗的最优化设计。

如图2所示，本系统供电电源为3.7V锂电池，在低温环境下，至少存在70％的电量能供本智能采集系统使用。采用3.7V电压是为了提高电源的转换效率，减少现有技术中使用8.4V或更高的电压在转化成各模块所需要的工作电压所浪费的电能。同时使用多节电池并联使用，可以避免电池电压不均匀，导致电池缩短电池寿命。

本实施例中处理器与信号采集模块都通过升降压子电路或者锂电池直接供电，将充电模块的电压转化成与处理器、信号采集模块相适配的电压，具体包括将电压转化为3.3V的芯片U1，TPS78233、电压转化为3.8V的芯片U2， TPS61282D、将电压转化为12V的芯片U3，TPS51087、将电压转化为5V的芯片U4LTC3539。这部分升降压芯片转换效率在90％-100％之间，实现了高效的电源转换，避免功率的过多损耗。同时升降压子电路的芯片静态电流极低，在关断状态下，电流小于10微安。

为更好的保护电源，本实施例还设有保护电路，具有防反接、过压、欠压、过流等功能。保护电路的输入端连接所述充电模块，输出端连接所述升降压电路。充电模块包括太阳能充电电路与锂电池，保护电路包括反接保护子电路与过压过流保护子电路。所述太阳能充电电路包括太阳能电池板与太阳能电源管理芯片，所述太阳能电池板通过所述反接保护子电路连接所述太阳能电源管理芯片，型号为CN3722，是PWM降压模式充电管理集成电路，外围元器件少，使用简单且可在-40℃～85℃的环境下工作，适应本实用新型的在户外工作的要求。太阳能电源管理芯片输出端连接过压过流保护子电路，更好的对太阳能充电电源进行管理，防止太阳能充电电路电压不稳定，对本智能采集系统造成影响。所述充电模块连接所述过压过流保护子电路连接所述信号采集模块。

更具体的，信号采集模块包括激励信号电路、信号采集电路、温度采集电路与若干传感器、继电器。在本实施例中，处理器采用STM32单片机。处理器发出多个脉冲信号至激励信号电路，从而控制继电器的工作，以达到控制传感器采集数据的目的。传感器采集数据后将数据发送至处理器，并由处理器传输至工作人员。

在本实施例中，传感器包括振弦传感器、温度传感器、RS485传感器。具体的，振弦传感器的数据通过信号采集电路传输至处理器，温度传感器通过温度采集电路将数据传输至处理器，RS485传感器则通过转换通道传输至处理器。如图3所示，使用滑动开关对传感器的类型进行切换。处理器还外置RTC芯片，进行闹钟设定，定时唤醒处理器。

为方便本智能采集系统与PC端的数据传输，本实施例还包括通信单元，通信单元与所述处理器双向电连接，所述通信单元包括4G通讯模块、蓝牙模块、 RS485接口、RS232接口的至少一种，工作人员可根据实际情况选择其中的一种或多种进行通信。

本实用新型还提供了一种包括该智能采集系统的智能采集仪，包括太阳能充电板、电源开关、LED指示灯，所述太阳能充电板和电源开关、LED指示灯设于智能采集仪的壳体，方便工作人员进行操作。

在本实用新型中，各部分都由处理器控制。在执行不同任务时，处理器会根据任务所需的CPU资源，动态调整自身的运行频率，使得功耗性能达到最优状。在任务较少时，处理器将以最低频率100kHz的速度运行。在处理器所需的 3.3伏电压下，其电流仅330毫安，完成任务后，会进入睡眠模式，电流小于10 毫安。进入睡眠模式之前，处理器会通过外置的RTC芯片进行闹钟设定，定时唤醒处理器。实现在低温状态下智能采集仪免维护长期自动工作、处理器频率的动态调整，根据不同任务运行不同频率，实现功耗的优化设计。

上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。

设计图

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