專利名稱：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
技術(shù)背景目前公知的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般都采用傳感器與數(shù)據(jù)采集器模擬連接方式。這樣在技術(shù)設(shè)計(jì)的困難度上較小，產(chǎn)品的成本上有一定優(yōu)勢，但同時又存在傳感器不易擴(kuò)展、系統(tǒng)測量時數(shù)據(jù)易被干擾等缺點(diǎn)。在傳感器與數(shù)據(jù)采集器的連接上一般采用九針插件，這種插件對本身的制作工藝要求高，在反復(fù)多次插拔后易出現(xiàn)接觸不良等現(xiàn)象。另外，公知的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，主機(jī)獲取數(shù)據(jù)采集器的數(shù)據(jù)時采用普通串行通訊方式，即數(shù)據(jù)采集器不停的獲得來自傳感器的模擬量，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量后存儲，直到將數(shù)據(jù)緩沖區(qū)填滿。當(dāng)主機(jī)中的上層軟件問訊時，數(shù)據(jù)采集器一邊將緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)發(fā)往上層軟件，一邊繼續(xù)接收數(shù)據(jù)直至另一個數(shù)據(jù)緩沖區(qū)填滿為止。因此其一方面通訊速度不夠，不能滿足主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，實(shí)時顯示的需求，另一方面其發(fā)送的數(shù)據(jù)量又不能滿足主機(jī)在繪制采集數(shù)據(jù)圖像時足夠多的數(shù)據(jù)點(diǎn)的需要。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種結(jié)構(gòu)合理、抗干擾性能好的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括主機(jī)、數(shù)據(jù)采集器和一個或多個傳感器，所述主機(jī)發(fā)送控制指令至數(shù)據(jù)采集器，所述傳感器產(chǎn)生模擬的感應(yīng)信號并將其轉(zhuǎn)化成數(shù)字采集信號，所述數(shù)據(jù)采集器獲取來自所述傳感器的數(shù)字采集信號，并將該數(shù)字采集信號發(fā)送到主機(jī)。
進(jìn)一步的，所述傳感器的模擬信號輸出端可以連接有控制電路，該控制電路由單片機(jī)和通訊接口構(gòu)成，所述單片機(jī)內(nèi)部具有A/D轉(zhuǎn)換電路和通訊電路，所述通訊電路通過通訊接口接收來自數(shù)據(jù)采集器的主機(jī)控制指令，所述A/D轉(zhuǎn)換電路將傳感器采集的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并通過通訊電路以高速通訊方式或普通通訊方式發(fā)送到數(shù)據(jù)采集器。
進(jìn)一步的，所述單片機(jī)還可以具有通道選擇模塊、通路切換模塊和切換量程模塊，所述通道選擇模塊接收來自傳感器的各個量程的信號，所述切換量程模塊接收來自數(shù)據(jù)采集器的多量程選擇指令，從而通過通路切換模塊控制所述通道選擇模塊輸出其中某一個量程的信號；所述單片機(jī)還可以具有采集速率控制模塊，用于接收來自數(shù)據(jù)采集器的采集速率控制指令，從而調(diào)整A/D轉(zhuǎn)換模塊的轉(zhuǎn)換速率；所述單片機(jī)還可以具有緩存器及數(shù)據(jù)存儲器，所述通道選擇模塊輸出的數(shù)字信號經(jīng)緩存器存儲至所述數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)，所述采集速率控制模塊根據(jù)采集速率控制指令控制緩存器的數(shù)據(jù)采樣間隔。
優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)采集器可以由通訊電路、CPU電路、主邏輯控制電路以及前端接口電路構(gòu)成，其中，所述CPU電路通過所述通訊電路接收來自主機(jī)的控制指令，從而控制所述主邏輯控制電路獲取連接于前端接口電路上的傳感器采集的數(shù)字采集信號，并轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)字采集信號至主機(jī)。
進(jìn)一步的，所述主邏輯控制電路可以為高速硬件控制切換器，其一組通訊端口通過通訊電路連接所述主機(jī)，其另一組通訊端口連接所述CPU電路，其還具有用于通過前端接口電路對應(yīng)連接所述傳感器的一組或多組通訊端口，所述CPU電路控制所述高速硬件控制切換器的內(nèi)部切換動作，從而切換與主機(jī)通訊的傳感器。
優(yōu)選的，所述高速硬件控制切換器可以采用具有多檔位切換功能的可編程門陣列實(shí)現(xiàn)，所述CPU電路采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。
進(jìn)一步的，所述前端接口電路可以由接收接口模塊、發(fā)射接口模塊和通訊接口構(gòu)成，由外部傳感器傳來的數(shù)字信號經(jīng)由所述通訊接口、所述接收接口模塊發(fā)送給所述主邏輯控制電路，所述發(fā)射接口模塊接收由所述主邏輯控制電路發(fā)來的指令，并將該指令通過所述通訊接口發(fā)送給傳感器。
進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)采集器還可以包括一開關(guān)電源電路，用于提供數(shù)據(jù)采集器內(nèi)各部分電路的工作電源。
進(jìn)一步的，所述主機(jī)內(nèi)可以設(shè)置有專用控制軟件，用于接收用戶操作指令、發(fā)出硬件初始化檢查、傳感器量程控制、傳感器采集速率調(diào)節(jié)、采集方式切換的控制指令，并控制接收傳感器采集的數(shù)字采集信號，并通過與主機(jī)連接的顯示裝置顯示。
進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)采集器與傳感器之間可以為串行通訊，它們的通訊接口均為USB接口，連接數(shù)據(jù)采集器與傳感器的連線的兩端均為USB插座。
在上述技術(shù)方案中，本發(fā)明由于使傳感器具有模數(shù)轉(zhuǎn)換能力，可輸出數(shù)字采集信號至數(shù)據(jù)采集器，因此，從技術(shù)上看，在前端測量信號取得后馬上進(jìn)行數(shù)字化處理，避免了外界干擾和模擬信號在電路處理時的進(jìn)一步畸變，保證了測量量最大限度的還原，提高了測量精度；由于電路的數(shù)字化，使傳感器得以不再受物理?xiàng)l件限制，可以最大限度的靈活增加，從可以增加的數(shù)量和種類上看都大大超過了模擬方式。另外，由于在傳感器與數(shù)據(jù)采集器的連接上采用的USB線，其設(shè)計(jì)充分考慮到USB插頭、插座的電原理(USB設(shè)備一般為USB插座供電)和市場使用時的使用特點(diǎn)，連線的兩端均采用USB插座(USB母頭)。這樣，避免了由于用戶錯插連線而可能導(dǎo)致的意外損壞事故(因?yàn)楸鞠到y(tǒng)的工作電源為12伏以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于USB的標(biāo)準(zhǔn)電源5伏)。在傳感器與采集器的連接上采用的USB插件結(jié)構(gòu)簡單，適合多次插拔。
進(jìn)一步的，在傳感器通過數(shù)據(jù)采集器與主機(jī)進(jìn)行通訊時，利用其硬件中單片機(jī)的速度高于串行通訊的速度的特點(diǎn)將單片機(jī)與軟件的通訊分為高速通訊方式和普通通訊方式，從而可充分利用串行通訊資源，打破串行通訊的速度不足瓶頸，即保證了采集、顯示的實(shí)時性，又滿足了顯示上描點(diǎn)數(shù)量需要足夠多的實(shí)際需要。
因此，相對現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡單合理、抗干擾能力強(qiáng)、通訊方式靈活、數(shù)據(jù)采集和顯示的數(shù)據(jù)量大且實(shí)時性強(qiáng)、使用方便耐用等特點(diǎn)。


附圖1為本實(shí)用新型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理方框圖；
附圖2為圖1中傳感器的控制電路的電路原理方框圖；附圖3為圖2中控制電路的電路原理圖；附圖4為圖1中數(shù)據(jù)采集器的電路原理方框圖；附圖5為圖4中不含前端接口電路的電路原理圖；附圖6為圖4中前端接口電路的電路原理方框圖；附圖7為圖6中前端接口電路的電路原理圖；附圖8為圖4中主邏輯控制電路的功能示意圖；附圖9為圖1中主機(jī)內(nèi)專用控制軟件的功能示意圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合說明書附圖及具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
參考圖1，本實(shí)用新型提供的一種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括主機(jī)、數(shù)據(jù)采集器和一個或多個傳感器，其中，所述主機(jī)發(fā)送控制指令至數(shù)據(jù)采集器，所述傳感器產(chǎn)生模擬的感應(yīng)信號并將其轉(zhuǎn)化成數(shù)字采集信號，所述數(shù)據(jù)采集器獲取來自所述傳感器的數(shù)字采集信號，并將該數(shù)字采集信號發(fā)送到主機(jī)。
作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方案，所述數(shù)據(jù)采集器與傳感器之間采用串行通訊的方式進(jìn)行數(shù)字信號的交互，它們的通訊接口均為USB接口，連接數(shù)據(jù)采集器與傳感器的連線的兩端均為USB插座。
為了實(shí)現(xiàn)傳感器與數(shù)據(jù)采集器之間的數(shù)字信號通訊，如圖2所示，本實(shí)用新型雖然采用目前普通的傳感器，但在所采用的傳感器上均設(shè)置有控制電路，用于連接普通傳感器的模擬信號輸出端。該控制電路由單片機(jī)和通訊接口構(gòu)成，所述單片機(jī)內(nèi)部具有A/D轉(zhuǎn)換電路和通訊電路，所述通訊電路通過通訊接口接收來自數(shù)據(jù)采集器的主機(jī)控制指令，所述A/D轉(zhuǎn)換電路將傳感器采集的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并通過通訊電路以高速通訊方式或普通通訊方式發(fā)送到數(shù)據(jù)采集器。
所述的高速通訊方式和普通通訊方式均由所述單片機(jī)內(nèi)部的軟件實(shí)現(xiàn)。其中，高速方式是單片機(jī)為了解決在串行通訊方式下通訊速度不足而采用的一種特殊方式。這種方式只有在要求實(shí)時性、高速數(shù)據(jù)傳輸同時要求時才采用。一般的，需要用到這種方式的地方只有聲音傳感器在進(jìn)行較高頻率測量時，為得到較好的顯示波形才采用。
高速通訊模式的實(shí)質(zhì)是由頂層的專用軟件占主導(dǎo)地位，采用上層軟件問一次下層傳感器單片機(jī)回答一次，不問不答，問一答一的方式。這樣即可以保證采集、顯示的實(shí)時性，又可以滿足顯示上描點(diǎn)數(shù)量需要足夠多的實(shí)際需要。具體而言，在高速通訊方式時，單片機(jī)在接到軟件的測量指令后工作一個預(yù)定的周期后發(fā)出一個完整的通訊包，這個完整的通訊包包括通過約定的頭字符、應(yīng)包含的工作信息、測量數(shù)據(jù)、尾字符等。這是在遠(yuǎn)程通訊時的一種標(biāo)準(zhǔn)形式。然后停止工作等待軟件的下一個指令，即工作在斷續(xù)工作狀態(tài)。
而普通通訊方式是單片機(jī)最常用的通訊方式。該通訊方式采用下層單片機(jī)不停的采集數(shù)據(jù)直到將數(shù)據(jù)緩沖區(qū)填滿。當(dāng)上層軟件(即主機(jī)內(nèi)的專用軟件)問訊時，下層單片機(jī)一邊將緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)發(fā)往上層軟件，一邊繼續(xù)采集數(shù)據(jù)直至另一個數(shù)據(jù)緩沖區(qū)填滿為止。
所述單片機(jī)內(nèi)部還具有通道選擇模塊、通路切換模塊和切換量程模塊，所述通道選擇模塊接收來自傳感器的各個量程的信號，所述切換量程模塊接收來自數(shù)據(jù)采集器的多量程選擇指令，從而通過通路切換模塊控制所述通道選擇模塊輸出其中某一個量程的信號；所述單片機(jī)內(nèi)部還具有采集速率控制模塊，用于接收來自數(shù)據(jù)采集器的采集速率控制指令，從而調(diào)整A/D轉(zhuǎn)換模塊的轉(zhuǎn)換速率；所述單片機(jī)內(nèi)部還具有緩存器及數(shù)據(jù)存儲器，所述通道選擇模塊輸出的數(shù)字信號經(jīng)緩存器存儲至所述數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)，所述采集速率控制模塊根據(jù)采集速率控制指令控制緩存器的數(shù)據(jù)采樣間隔。
如圖3所示，作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選方案，所述單片機(jī)可以采用型號為PIC16F873的單片機(jī)U1。圖中所述單片機(jī)U1的端口RA0～RA2分別輸入傳感器的三路量程的模擬信號A1～A3，其RX端和TX端與外部進(jìn)行串行數(shù)據(jù)通訊。所述單片機(jī)U1的RX端和TX端連接一通訊接口，即USB接口J1。當(dāng)本裝置設(shè)置于傳感器內(nèi)時，該USB接口即為傳感器前端USB接口。
PIC16F873A內(nèi)帶A/D轉(zhuǎn)換器，傳感器前端模擬電路完成信號處理后直接送入PIC16F873A進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，再由PIC16F873A的串行通訊管腳與USB接口，從而通過專用連線與采集器前端接口相連來完成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸工作。
所述的控制電路的工作原理是外部設(shè)備，如與傳感器進(jìn)行通訊的上位機(jī)或遠(yuǎn)程主機(jī)，通過傳感器前端USB口先傳送要求身份匯報指令，通訊模塊通過收到指令后發(fā)此指令給身份碼產(chǎn)生模塊，再經(jīng)通訊模塊和硬件串行通訊電路、傳感器前端USB口將身份碼發(fā)給外部設(shè)備。
外部設(shè)備在獲得傳感器的身份碼后，根據(jù)用戶選擇發(fā)送如改變采集速率、切換量程等命令。
傳感器中的通訊模塊在收到外部發(fā)來的命令后，分別將這些命令轉(zhuǎn)送相關(guān)的模塊，再由它們具體執(zhí)行相關(guān)命令。
量程的切換是通過切換AD轉(zhuǎn)換后的多對一選通器的通路來實(shí)現(xiàn)的。
采集速率的切換是通過控制AD轉(zhuǎn)換器和緩存器的采樣周期來實(shí)現(xiàn)。
經(jīng)過選擇的信號從模擬電路通過AD轉(zhuǎn)換、通路選擇模塊、緩存器、數(shù)據(jù)存儲器、通訊模塊、硬件串行通訊電路、USB接口發(fā)送給外部設(shè)備，以使外部設(shè)備處理后能進(jìn)行如顯示、分析等后續(xù)的處理。
如圖4所示，所述數(shù)據(jù)采集器由通訊電路、CPU電路、主邏輯控制電路、前端接口電路以及開關(guān)電源電路構(gòu)成。
其中，CPU電路起著主要的控制功能，它既可以和主機(jī)直接通訊(通過通訊電路)，也可以和圖中給出的4個端口直接通訊(通過主邏輯控制電路)。負(fù)擔(dān)這主要的控制命令的解釋和控制信息的產(chǎn)生，控制信息又通過主邏輯控制電路得以執(zhí)行。從而實(shí)現(xiàn)了智能化通訊控制技術(shù)。
所述的開關(guān)電源電路用于提供其他各電路的工作電源。作為一種優(yōu)選方案，本實(shí)用新型采用的開關(guān)電源，其高—低壓端的隔離電壓設(shè)計(jì)為1000V。各端口間的隔離電壓設(shè)計(jì)為400V。實(shí)際測試結(jié)果高低壓端的隔離電壓為＞3000V。各端口間的隔離電壓為＞1000V。同時，該開關(guān)電源電路提供接地端，與應(yīng)用環(huán)境中(如實(shí)驗(yàn)室內(nèi))的安全接地相連。因此，可以達(dá)到相當(dāng)高的安全性和可靠性。
如圖6、7所示，所述前端接口電路包括接收接口模塊、發(fā)射接口模塊和通訊接口構(gòu)成，由外部傳感器傳來的數(shù)字信號經(jīng)由所述通訊接口、所述接收接口模塊發(fā)送給所述主邏輯控制電路，所述發(fā)射接口模塊接收由所述主邏輯控制電路發(fā)來的指令，并將該指令通過所述通訊接口發(fā)送給傳感器。
所述前端接口電路還可包括一電源模塊，所述電源模塊用于向各個電路部件提供電源。
所述發(fā)射接口模塊接收由所述主邏輯控制電路發(fā)來的指令，并將該指令通過所述通訊接口發(fā)送給傳感器的單片機(jī)，從而與所述接收接口模塊實(shí)現(xiàn)兩線一收一發(fā)功能。
所述前端接口電路還可包括一即插即顯(PNP)模塊，其一輸入端連接到所述通訊接口的正電源引腳上，輸出端連接到采集器中的單片機(jī)，當(dāng)所述通訊接口成功插接上或拔除傳感器后，所述即插即顯模塊通過其輸入端電壓的變化，從而向采集器中的單片機(jī)發(fā)出分別的電信號，用于確定是否有傳感器連接在所述通訊接口上。
優(yōu)選的是，所述電源模塊包括三端穩(wěn)壓電源，用于向所述接收接口模塊、發(fā)射接口模塊及即插即顯模塊提供穩(wěn)定的工作電源。優(yōu)選的是，所述通訊接口為USB接口。
圖7為圖6的一種優(yōu)選實(shí)施方案。圖中由數(shù)據(jù)采集器開關(guān)電源提供一組獨(dú)立隔離電源(正極V1，地為G1)，V1向通訊接口提供電源以向外接傳感器供電。同時，V1向三端穩(wěn)壓電源模塊U7提供電源，由三端穩(wěn)壓電源模塊產(chǎn)生+5V電源向接收接口模塊、發(fā)射接口模塊和即插即顯接口模塊提供工作電源，所述穩(wěn)壓電源模塊的正電源輸出(第3引腳)通過濾波電容E14接地。光電耦合器U8、U9分別作為接收接口模塊和發(fā)射接口模塊使用，光電耦合器U10作為即插即顯模塊使用，光電耦合器U8的第6引腳和U9的第2引腳分別通過引出接頭TXD0和RXD0連接到采集器內(nèi)的主邏輯控制電路。光電耦合器U8的第2引腳通過限流電阻R9連接到通訊接口的第3引腳，所述第3引腳作為傳感器輸入引腳使用。光電耦合器U9的第6引腳連接到所述通訊接口的第2引腳，所述第2引腳作為采集器輸出引腳使用。即插即顯模塊U10的第2引腳連接到所述通訊接口的第4引腳，所述第4引腳為電源正極引腳，U10的第1引腳通過限流電阻R14連接到正電源V1，U10的第3引腳通過限流電阻R15接地，所述U10的第3引腳與限流電阻R15之間的引出接頭PNP0連接到采集器中的單片機(jī)上。
其具體工作過程如下當(dāng)所述通訊接口外接傳感器后，穩(wěn)壓二極管D15上產(chǎn)生壓降，這時負(fù)責(zé)檢測接口上是否接有傳感器的即插即顯模塊(PNP)U10輸入端K+和K-有電壓輸入，內(nèi)部發(fā)光二極管發(fā)光，輸出端C、E導(dǎo)通，PNP0由低電平跳變?yōu)楦唠娖?，向采集器中的單片機(jī)發(fā)送外送傳感器信號。
當(dāng)通訊接口有傳感器被控制電路檢測到后，傳感器內(nèi)控制電路通過通訊接口J4的第3引腳將光電耦合器U8第2引腳電平翻轉(zhuǎn)，這樣光電耦合器U8的第6引腳上接的TXD0也將隨之翻轉(zhuǎn)，以此原理將數(shù)字信號送入采集器內(nèi)主控制電路，實(shí)現(xiàn)接收功能。
當(dāng)通訊接口有傳感器被控制電路檢測到后，計(jì)算機(jī)內(nèi)安裝的專用軟件可通過采集器上通訊芯片向主邏輯控制電路發(fā)送指令，將RXD0電平翻轉(zhuǎn)，這樣通訊接口J4上的第2引腳也將隨之翻轉(zhuǎn)，以此原理將數(shù)字信號發(fā)出傳感器單片機(jī)中，當(dāng)外接多個不同的傳感器時，此信號可以用來對傳感器類型做出，此外，所述信號也可對傳感器的量程、采樣頻率等進(jìn)行控制。
通過圖7的具體實(shí)施例，實(shí)現(xiàn)了單電源供電、兩線一線收一線發(fā)、光電隔離，電路結(jié)構(gòu)簡單、工作速度高且穩(wěn)定可靠。在上述實(shí)施例中，通訊接口采用的是USB接口，光電耦合器U8、U9采用的是6N137芯片，光電耦合器U10采用的是TLP521芯片，穩(wěn)壓電源U7采用的是78L05芯片，此外，在本實(shí)施例中，所述三端穩(wěn)壓電源模塊提供的是+5V工作電源，在其它實(shí)施例中，也可根據(jù)需要采用其它芯片提供其它幅值的電壓，如3.3V等。
如圖4和圖8所示，所述主邏輯控制電路為高速硬件控制切換器，其一組通訊端口通過通訊電路連接所述主機(jī)，其另一組通訊端口連接所述CPU電路，其還具有用于通過前端接口電路對應(yīng)連接所述傳感器的一組或多組通訊端口，所述CPU電路控制所述高速硬件控制切換器的內(nèi)部切換動作，從而切換與主機(jī)通訊的傳感器。
所述高速硬件控制切換器可采用具有多檔位切換功能的可編程門陣列實(shí)現(xiàn)。如圖5和圖8所示的優(yōu)選方案中，采用可編程邏輯門陣列GAL22V10D，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)——采集器——傳感器三者之間的數(shù)據(jù)循環(huán)。利用短指令的短時間，可以多次解釋。長時間的數(shù)據(jù)傳輸僅僅引用一次。從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的高速切換與傳輸。利用相同CPU相同主頻相同代碼的等時性。實(shí)現(xiàn)了4路傳感器的數(shù)據(jù)采集的高精度同步。
參考圖5，所述CPU電路采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，可以是程序存儲器大于4K、管腳與89C52兼容的51系列單片機(jī)中的任何一款單片機(jī)，圖5所給出的優(yōu)選方案中采用的是ATMEL的AT89C52，也可以用華邦的77E58、78E58等單片機(jī)。通訊電路可采用通用的串行通訊電路實(shí)現(xiàn)，如本方案中采用的是MAX202，這里用可替換MAX202的通訊集成電路如MAX232等均可。
參考圖1，所述主機(jī)可以為上位機(jī)、PC機(jī)等可進(jìn)行人機(jī)交互的設(shè)備。如圖9所示，所述主機(jī)內(nèi)設(shè)置有專用控制軟件，用于接收用戶操作指令、發(fā)出硬件初始化檢查、傳感器量程控制、傳感器采集速率調(diào)節(jié)、采集方式切換的控制指令，并控制接收傳感器采集的數(shù)字采集信號，并通過與主機(jī)連接的顯示裝置顯示。
本實(shí)用新型的工作時，以專用控制軟件(以下簡稱軟件)為主動的測量、顯示體系。先由軟件通過通訊接口向數(shù)據(jù)采集器查尋硬件系統(tǒng)情況(如數(shù)據(jù)采集器是否工作正常、硬件準(zhǔn)備工作是否已經(jīng)完成；各個前端接口是否正常；各個前端接口中哪幾個口連接了傳感器、連接的是什么傳感器；傳感器工作是否正常等等)；數(shù)據(jù)采集器向軟件匯報當(dāng)前情況。一切準(zhǔn)備就緒后，軟件選擇特定的數(shù)據(jù)采集器前端接口并向數(shù)據(jù)采集器下達(dá)測量指令，數(shù)據(jù)采集器負(fù)責(zé)利用內(nèi)部的主邏輯控制電路實(shí)現(xiàn)通訊切換，將專用控制軟件需要的端口與主機(jī)相連。這時，被選中的數(shù)據(jù)采集器接口上連接的傳感器開始與主機(jī)專用控制軟件通訊，并根據(jù)該軟件的設(shè)定傳輸測量到的信息。這時，軟件可以隨時控制切換數(shù)據(jù)采集器的各個前端接口或改變與它正在通訊的傳感器的量程、采集數(shù)率等控制參量。
本系統(tǒng)可以用于物理實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng))，通過各種傳感器在計(jì)算機(jī)的控制下自動采集實(shí)驗(yàn)中的物理數(shù)據(jù)，這些傳感器的感應(yīng)信號在傳感器中的轉(zhuǎn)化為電信號，然后經(jīng)過數(shù)據(jù)采集器的處理和傳遞，以數(shù)字信號方式進(jìn)入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)處理后產(chǎn)生各種實(shí)驗(yàn)結(jié)果(數(shù)據(jù)、曲線、圖表等)。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，本實(shí)用新型所披露的具體實(shí)施例并非意在對本實(shí)用新型進(jìn)行任何限制，而是為了使所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員更清楚地了解本實(shí)用新型，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍僅由所附權(quán)利要求書來界定。
權(quán)利要求1.一種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括主機(jī)、數(shù)據(jù)采集器和一個或多個傳感器，其特征在于所述主機(jī)發(fā)送控制指令至數(shù)據(jù)采集器，所述傳感器產(chǎn)生模擬的感應(yīng)信號并將其轉(zhuǎn)化成數(shù)字采集信號，所述數(shù)據(jù)采集器獲取來自所述傳感器的數(shù)字采集信號，并將該數(shù)字采集信號發(fā)送到主機(jī)，所述傳感器的模擬信號輸出端連接有控制電路，該控制電路由單片機(jī)和通訊接口構(gòu)成，所述單片機(jī)內(nèi)部具有A/D轉(zhuǎn)換電路和通訊電路，所述通訊電路通過通訊接口接收來自數(shù)據(jù)采集器的主機(jī)控制指令，所述A/D轉(zhuǎn)換電路將傳感器采集的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并通過通訊電路以高速通訊方式或普通通訊方式發(fā)送到數(shù)據(jù)采集器。
2.如權(quán)利要求2所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于所述單片機(jī)還具有通道選擇模塊、通路切換模塊和切換量程模塊，所述通道選擇模塊接收來自傳感器的各個量程的信號，所述切換量程模塊接收來自數(shù)據(jù)采集器的多量程選擇指令，所述通道選擇模塊在所述切換量程模塊通過通路切換模塊實(shí)施的控制下輸出其中某一個量程的信號；所述單片機(jī)還具有采集速率控制模塊，用于接收來自數(shù)據(jù)采集器的采集速率控制指令；所述單片機(jī)還具有緩存器及數(shù)據(jù)存儲器，所述通道選擇模塊輸出的數(shù)字信號經(jīng)緩存器存儲至所述數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1或2所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)據(jù)采集器由通訊電路、CPU電路、主邏輯控制電路以及前端接口電路構(gòu)成，其中，所述CPU電路通過所述通訊電路接收來自主機(jī)的控制指令，所述主邏輯控制電路在該控制指令的控制下獲取連接于前端接口電路上的傳感器采集的數(shù)字采集信號，并轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)字采集信號至主機(jī)。
4.如權(quán)利要求3所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于所述主邏輯控制電路為高速硬件控制切換器，其一組通訊端口通過通訊電路連接所述主機(jī)，其另一組通訊端口連接所述CPU電路，其還具有用于通過前端接口電路對應(yīng)連接所述傳感器的一組或多組通訊端口。
5.如權(quán)利要求4所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于所述高速硬件控制切換器采用具有多檔位切換功能的可編程門陣列，所述CPU電路采用單片機(jī)。
6.如權(quán)利要求5所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于所述前端接口電路由接收接口模塊、發(fā)射接口模塊和通訊接口構(gòu)成，由外部傳感器傳來的數(shù)字信號經(jīng)由所述通訊接口、所述接收接口模塊發(fā)送給所述主邏輯控制電路，所述發(fā)射接口模塊接收由所述主邏輯控制電路發(fā)來的指令，并將該指令通過所述通訊接口發(fā)送給傳感器。
7.如權(quán)利要求6所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)據(jù)采集器還包括一開關(guān)電源電路，用于提供數(shù)據(jù)采集器內(nèi)各部分電路的工作電源。
8.如權(quán)利要求1所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)據(jù)采集器與傳感器之間為串行通訊，它們的通訊接口均為USB接口，連接數(shù)據(jù)采集器與傳感器的連線的兩端均為USB插座。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括主機(jī)、數(shù)據(jù)采集器和一個或多個傳感器，所述主機(jī)發(fā)送控制指令至數(shù)據(jù)采集器，所述傳感器產(chǎn)生模擬的感應(yīng)信號并將其轉(zhuǎn)化成數(shù)字采集信號，所述數(shù)據(jù)采集器獲取來自所述傳感器的數(shù)字采集信號，并將該數(shù)字采集信號發(fā)送到主機(jī)。相對現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)簡單合理、抗干擾能力強(qiáng)、通訊方式靈活、數(shù)據(jù)采集和顯示的數(shù)據(jù)量大且實(shí)時性強(qiáng)、使用方便耐用等特點(diǎn)。
文檔編號G06F3/05GK2862193SQ20052011396
公開日2007年1月24日 申請日期2005年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月18日
發(fā)明者牛超星 申請人:北京友高教育科技有限公司