專利名稱：氣象傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于氣象領(lǐng)域，具體地說，是涉及一種氣象傳感器信號數(shù)據(jù)采 集處理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
關(guān)于降雨測量裝置在國內(nèi)有許多相關(guān)的專利，這些專利盡管結(jié)構(gòu) 有所不同，但基本原理都僅為翻斗式、虹吸式及其在這兩種的基礎(chǔ)上 在結(jié)構(gòu)或控制方式等方面的改進方式，上述專利中降雨量測量裝置存在如下缺陷在海上浮標、艦船或?；旧希捎诤＠说牟▌?，非常 容易使翻斗誤翻轉(zhuǎn)，而且在大風或大雨時翻斗容易因來不及翻轉(zhuǎn)而導(dǎo) 致測量不準確。虹吸式雨量計雖然可以在浮標、艦船上應(yīng)用，但也存 在如下不足在大風中因雨滴不是垂直降落或者因浮標晃動使雨水接 受面處于非水平狀態(tài)，造成相當數(shù)量的雨水不能被有效地收集到集雨 器中；虹吸過程需要時間，在虹吸過程中的降雨一并流失，產(chǎn)生降水 的流失誤差，降水強度越大，誤差越大；在海上高溫環(huán)境中，收集到 的雨會大量被蒸發(fā)，造成較大誤差；測量量程小，一般在0~ 4mm/min, 對大雨和暴雨都不能監(jiān)測；有海浪擊到傳感器時經(jīng)常誤當降水量報出 數(shù)據(jù)；容易產(chǎn)生集雨器溢流或虹吸管阻塞，影響正常測量。為解決這些不足，海洋環(huán)境監(jiān)測、氣候要素監(jiān)測的研究者們一直 在開發(fā)滿足要求的海上降水量新型傳感器，海洋氣象要素局部監(jiān)測傳 感器在基本技術(shù)指標滿足地條件下，向微型化、智能化、數(shù)字化、集 成化、低功耗和多功能化方向發(fā)展，開發(fā)具有高靈敏度、高精度、高 響應(yīng)速度、高信噪比、高可靠性、高耐受環(huán)境能力極微小體積和重量的多參數(shù)傳感器已經(jīng)成為檢測及其自動化裝備領(lǐng)域的必然趨勢。在海 洋氣象傳感器系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)起著至關(guān)重要的作用，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)存在如下缺陷1、兼容性差，采集不同的信號需要更換不同的采集系統(tǒng)，一 方面提高了使用成本，另一方面給使用者帶來不便；2、抗干擾性差，在一些 干擾性強的測試現(xiàn)場無法專門對其進行屏蔽，因而會導(dǎo)致采集的數(shù)據(jù) 失真。 發(fā)明內(nèi)容本實用新型的發(fā)明目的在于為氣象傳感器測量降雨量裝置提供一套兼容性 強數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn) 一種氣象傳感器數(shù)據(jù)釆集系統(tǒng)，包括氣象傳感器和主處理器，其特 征在于所述氣象傳感器中，輸出模擬信號的傳感器通過電壓/電流 選擇電路連接模數(shù)轉(zhuǎn)換通路，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后通過數(shù)據(jù) 總線連接所述的主處理器；所述主處理器連接CAN總線控制收發(fā)電路， 通過所述CAN總線控制收發(fā)電路將接收到的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成CAN總線 數(shù)據(jù)，進而經(jīng)CAN總線與上位工控機進行通信；輸出串行數(shù)字信號的 傳感器通過串行數(shù)據(jù)接口處理通路，進而經(jīng)數(shù)據(jù)總線連接所述的主處 理器。筒單地，所述輸出模擬信號的傳感器輸出通過排阻 一 方面與模數(shù) 轉(zhuǎn)換通路相接，另一方面通過開關(guān)器件后經(jīng)電阻接地。進一步地，在所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換通路中包含有模擬開關(guān)電路、A/D 轉(zhuǎn)換電路、光電隔離電路和信號鎖存電路；其中，傳感器輸出的模擬 信號通過模擬開關(guān)進行通道切換后，經(jīng)過信號調(diào)整電路連接A/D轉(zhuǎn)換 電路的輸入端，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后通過其輸出端連接光電 隔離電路，進而通過信號鎖存電路對數(shù)字信號進行鎖存后，通過數(shù)據(jù) 總線輸出到所述的主處理器中；所述主處理器發(fā)出控制信號通過控制總線連接所述A/D轉(zhuǎn)換電路和模擬開關(guān)電路的控制端。所述信號調(diào)整電路包括一四運算放大電路，所述放大電路的輸入端與模擬開關(guān)輸出電路相連，輸出端連接A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入端。為了消除干擾，在所述的串行數(shù)據(jù)接口處理電路中包含有高速光 電隔離電路，對傳感器通過串口輸入的串行數(shù)據(jù)進行光電隔離處理 后，通過數(shù)據(jù)總線輸出到所述的主處理器中。為了靈活選擇串行數(shù)據(jù)處理電路，所述串行數(shù)據(jù)處理電路至少包 含一路所述處理電路，所述每一路處理電路在傳感器與主處理器之間 通過跳線選擇連接或斷開。為了增加CAN總線控制收發(fā)電路輸出的可靠性，所述CAN總線控 制收發(fā)電路包括兩路CAN總線控制收發(fā)電路，所述主處理器的數(shù)據(jù)傳 輸端連接CAN收發(fā)器的多輸入單輸出數(shù)據(jù)端口 ，所述CAN轉(zhuǎn)換器的CAN 總線端口通過CAN總線連接上位工控機，實現(xiàn)TTL電平數(shù)據(jù)與CAN總 線數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換。為了提高系統(tǒng)性能及處理速度，所述主處.理器為ARM9嵌入式處 理器，其地址信號端和數(shù)據(jù)信號端分別與程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的 相應(yīng)管腳對應(yīng)連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點和積極效果如下1、氣象傳感器輸 出與地之間連接一電壓/電流選擇電路，當氣象傳感器輸出電壓信號時，不選 擇此電路，當氣象傳感器輸出電流信號時，上述電路將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信 號，有效實現(xiàn)了不同信號傳感器的兼容；2、 CAN總線收發(fā)電路采用雙冗余設(shè)計， 當 一路CAN總線控制收發(fā)電路出現(xiàn)故障時，自動切換到另 一路輸出， 增加CAN總線控制收發(fā)電路輸出的可靠性；3、串行數(shù)據(jù)處理電路的 多路處理電路與主處理器之間通過跳線選擇連接或斷開，實現(xiàn)了靈活 選擇串行數(shù)據(jù)電路的目的；4、受現(xiàn)場干擾影響小，可用于復(fù)雜惡劣 環(huán)境中具有數(shù)據(jù)傳輸可靠的特點。


圖1為本實用新型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)原理框圖； 圖2為主處理器電路結(jié)構(gòu)原理圖； 圖3為數(shù)據(jù)采集電路原理圖； 圖4為CAN總線控制收發(fā)電路原理圖； 圖5為串行數(shù)據(jù)處理電路原理圖； 圖6為存儲電路原理圖。*^實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細地說明。如圖1所示， 一種氣象傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括氣象傳感器和主處 理器，其特征在于所述氣象傳感器中，輸出模擬信號的傳感器連接 電壓/電流選擇電路，如果來自傳感器的信號為電流信號，則接通選 擇電路，將電流信號經(jīng)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成電壓信號，然后連接到模數(shù)轉(zhuǎn) 換通路，如果來自傳感器的信號是電壓信號，則不經(jīng)過上述選擇電路， 而是直接連接到模數(shù)轉(zhuǎn)換通路，模數(shù)轉(zhuǎn)換通路將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字 信號后通過數(shù)據(jù)總線連接所述的主處理器；所述主處理器連接CAN總 線控制收發(fā)電路，通過所述CAN總線控制收發(fā)電路將接收到的數(shù)字信 號轉(zhuǎn)換成CAN總線數(shù)據(jù)，進而經(jīng)CAN總線與上位工控機進行通信；輸 出串行數(shù)字信號的傳感器通過串行數(shù)據(jù)接口處理通路，進而經(jīng)數(shù)據(jù)總 線連接所述的主處理器。如圖2-圖6所示，為了對各種輸出信號的傳感器實現(xiàn)通用性，輸出模擬 信號的傳感器輸出通過排阻一方面與模數(shù)轉(zhuǎn)換通路相接，另 一方面通 過開關(guān)器件后經(jīng)電阻接地。模數(shù)轉(zhuǎn)換通路包括模擬開關(guān)電路、信號調(diào)整電路、A/D轉(zhuǎn)換電路、光電隔離電路和信號鎖存電路；其中，傳感器輸出的模擬信號通過模 擬開關(guān)進行通道切換后，進而經(jīng)信號調(diào)整電路連接A/D轉(zhuǎn)換電路的輸 入端，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后通過其輸出端連接光電隔離電 路，進而通過信號鎖存電路對數(shù)字信號進行鎖存后，通過數(shù)據(jù)總線輸 出到所述的主處理器中；所述主處理器發(fā)出控制信號通過控制總線連 接所述A/D轉(zhuǎn)換電路和模擬開關(guān)電路的控制端，控制其工作時序。所 述主處理器為ARM9嵌入式處理器AT91RM9200，其地址信號端A0 A25 和數(shù)據(jù)信號端PC0 PC15、 D17 D31分別通過地址總線A[0…25]和數(shù) 據(jù)總線D[O... 31]與程序存儲器FLASH芯片HY57V56 1 62 0和數(shù)據(jù)存儲器 SDRAM芯片SST39VF6401-70-4C-EK的相應(yīng)管腳對應(yīng)連沖妾。在串行接口數(shù)據(jù)處理電路中包含有高速光電隔離電路，對主處理 器通過串口輸入的串行數(shù)據(jù)進行光電隔離處理后，通過數(shù)據(jù)總線與上 位工控機通訊。串行數(shù)據(jù)處理電^各可以包含多聘4妄口處理電3各，如 RS422接口、 RS2 32 4妻口、 RS485接口，各接口可通過跳線選4奪在外設(shè) 與主處理器之間的連接或斷開，至于如何布置及選擇跳線是本領(lǐng)域技 術(shù)人員的公知常識，因而此處不詳述，另外，圖5只示出了RS422接 口原理圖，其他未示出。如圖4所示，CAN總線控制收發(fā)電路包括兩組收發(fā)電路，每一組 CAN收發(fā)器的時鐘端SCK、片選端/CS、多輸入單輸出數(shù)據(jù)端口 SO和 單輸入多輸出數(shù)據(jù)端口 SI通過總線與ARM9嵌入式處理器的數(shù)據(jù)傳輸 端PA[0…31]相連，ARM9嵌入式處理器通過數(shù)據(jù)線PC[0…15]向每一 組CAN收發(fā)器的/IN端輸出中斷信號，CAN轉(zhuǎn)換器的兩路CAN總線端 口 CANH、 CANL通過CAN總線連接上位工控才幾，實現(xiàn)TTL電平數(shù)據(jù)與 CAN總線數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換。當一路CAN總線收發(fā)電路出現(xiàn)故障，在內(nèi) 部程序的控制下，自動切換到另 一路CAN總線收發(fā)電路，上述雙冗余 設(shè)計大大增加了電路的可靠性。
權(quán)利要求1、一種氣象傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括氣象傳感器和主處理器，其特征在于所述氣象傳感器中，輸出模擬信號的傳感器通過電壓/電流選擇電路連接模數(shù)轉(zhuǎn)換通路，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后通過數(shù)據(jù)總線連接所述的主處理器；所述主處理器連接CAN總線控制收發(fā)電路，通過所述CAN總線控制收發(fā)電路將接收到的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成CAN總線數(shù)據(jù)，進而經(jīng)CAN總線與上位工控機進行通信；輸出串行數(shù)字信號的傳感器通過串行數(shù)據(jù)接口處理通路，進而經(jīng)數(shù)據(jù)總線連接所述的主處理器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣象傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在 于所述輸出模擬信號的傳感器輸出通過排阻一方面與模數(shù)轉(zhuǎn)換通路 相接，另一方面通過開關(guān)器件后經(jīng)電阻接地。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣象傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特 征在于在所述的模數(shù)轉(zhuǎn)換通路中包含有模擬開關(guān)電路、A/D轉(zhuǎn)換電 路、光電隔離電路和信號鎖存電路；其中，傳感器輸出的模擬信號通 過模擬開關(guān)進行通道切換后，經(jīng)過信號調(diào)整電路連接A/D轉(zhuǎn)換電路的 輸入端，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后通過其輸出端連接光電隔離電 路，進而通過信號鎖存電路對數(shù)字信號進行鎖存后，通過數(shù)據(jù)總線輸 出到所述的主處理器中；所述主處理器發(fā)出控制信號通過控制總線連 接所述A/D轉(zhuǎn)換電路和模擬開關(guān)電路的控制端。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的氣象傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在 于所述信號調(diào)整電路包括一四運算放大電路，所述放大電路的輸入 端與模擬開關(guān)輸出電路相連，輸出端連接A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入端。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l、 2或3所述的氣象傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其 特征在于在所述的串行數(shù)據(jù)接口處理電路中包含有高速光電隔離電路，對傳感器通過串口輸入的串行數(shù)據(jù)進行光電隔離處理后，通過數(shù) 據(jù)總線輸出到所述的主處理器中。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的氣象傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于所述串行數(shù)據(jù)處理電路至少包含一路所述處理電路，所述每一路處理電路在傳感器與主處理器之間通過跳線選擇連接或斷開。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的氣象傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在 于所述CAN總線控制收發(fā)電路包括兩路CAN總線控制收發(fā)電路，所 述主處理器的數(shù)據(jù)傳輸端連接CAN收發(fā)器的多輸入單輸出數(shù)據(jù)端口 ， 所述CAN轉(zhuǎn)換器的CAN總線端口通過CAN總線連接上位工控機，實現(xiàn) TTL電平數(shù)據(jù)與CAN總線數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的氣象傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在 于所述主處理器為ARM9嵌入式處理器，其地址信號端和數(shù)據(jù)信號 端分別與程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器的相應(yīng)管腳對應(yīng)連接。
專利摘要本實用新型涉及一種氣象傳感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括氣象傳感器和主處理器，其特征在于所述氣象傳感器中，輸出模擬信號的傳感器通過電壓/電流選擇電路連接模數(shù)轉(zhuǎn)換通路，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后通過數(shù)據(jù)總線連接所述的主處理器；所述主處理器連接CAN總線控制收發(fā)電路，通過所述CAN總線控制收發(fā)電路將接收到的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成CAN總線數(shù)據(jù)，進而經(jīng)CAN總線與上位工控機進行通信；輸出串行數(shù)字信號的傳感器通過串行數(shù)據(jù)接口處理通路，進而經(jīng)數(shù)據(jù)總線連接所述的主處理器。本實用新型實現(xiàn)了不同信號傳感器的兼容；受現(xiàn)場干擾影響小，可用于復(fù)雜惡劣環(huán)境中，具有數(shù)據(jù)傳輸可靠的特點。
文檔編號G01W1/14GK201116934SQ200720157259
公開日2008年9月17日 申請日期2007年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月13日
發(fā)明者于慧彬, 初偉先, 宋文杰, 李小峰, 漆隨平, 平 王, 王東明, 石彥平 申請人:山東省科學(xué)院海洋儀器儀表研究所