專利名稱：便攜式環境數據采集器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種信息數據采集與傳輸技術領域，特別是涉及一種環境保護監測系統中使用的便攜式環境數據采集器。
背景技術：
隨著信息數據采集與傳輸技術的發展，人們對數據采集儀器尤其是應用于環境監測領域的數據采集儀器提出更高的要求，既要滿足數據采集與傳輸要求，同時還要具有結構簡單、體積小、成本低、通用性好等特點，才有利于推廣應用。而傳統的數據采集儀器通常是由主板、模擬量輸入模塊、數字量輸入/輸出模塊、計數器模塊、串行通訊轉換器和無線數據傳輸模塊、電源等組成。其內部結構復雜，體積也較大。尤其是模擬量輸入模塊 ADAM-4017、數字量輸入/輸出模塊ADAM-4050、計數器模塊ADAM-4080，都有各自的CPU、 RS-232或RS-485信號處理電路、穩壓電路等。用這些器件開發的數據采集儀器不僅結構復雜、體積大、成本高、通用性差，而且在市場競爭力上也缺乏技術優勢，不利于推廣應用。請參閱圖1所示，200820079601. 6號中國專利公開了一種“環保數采儀”數采儀， 其具有多路模擬量、數字量以及串行口輸入，可以連接各種傳感器；閃存存儲器保證了采集數據不會丟失；RS232/485總線和GPRS/CDMA無線傳輸，足以滿足數據的近距離和遠距離傳輸；預設電路能夠根據實際應用情況選擇采集數據的種類和數量。上述專利所公開的數采儀是以DSP作為數字信號處理器，雖然數據處理能力強， 但是成本高，耗能高，在環境保護技術領域，需要大量使用數據采集儀器，成本過高將影響產品的普及與使用。由此可見，上述現有的環境數據采集器在結構與使用上，顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進一步改進。如何能創設一種內部結構簡單、體積較小、性價比高、功耗低、 成本低、通用性好、更有益于推廣的新型結構的便攜式環境數據采集器，是當前業界極需改進的目標。

實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是提供一種便攜式環境數據采集器，使其內部結構簡單、體積較小、性價比高、功耗低、成本低、通用性好、更有益于推廣，從而克服現有的環境數據采集器的不足。為解決上述技術問題，本實用新型一種便攜式環境數據采集器，包括處理器，以及與處理器連接的穩壓電源電路、A/D轉換電路、存儲器、信號處理電路、計數電路、開關量輸入電路、開關量輸出電路和通訊模塊。作為本實用新型的一種改進，所述的處理器的片內振蕩器和片內實時時鐘各外接有晶振電路，分別構成處理器的系統時鐘以及采集儀器的實時時鐘。所述的信號處理電路包括第二串行口、RS-485串口以及用于供處理器下載程序的第一串行口 ；所述的通訊模塊為GPRS DTU模塊，通過第二串行口與處理器連接。[0010]所述的處理器為ARM微處理器。所述的ARM微處理器采用LPC2134，各接口芯片采用CMOS低功耗器件。所述的存儲器為閃存存儲器，通過ARM微處理器端口的1 總線與處理器連接。所述的計數電路是用處理器的外部中斷計數實現對脈沖輸入的記錄。所述的開關量輸入電路主要包括四只連接處理器輸入接口和開關量輸入接線端子的光耦，開關量輸出電路主要包括連接處理器輸出接口和開關量輸出接線端子的功放驅動電路。所述的穩壓電源電路主要由DC-DC隔離電源、三端穩壓器和外圍電路組成。所述的處理器還連接有監視處理器運行狀態的看門狗電路。采用這樣的結構后，本實用新型至少具有以下優點1、具有通用性。本實用新型采用的協議是國際標準的Modbus RTU協議，可廣泛應用于信息技術領域及絕大多數需要A/D轉換、開關量控制的集成系統中，更有利于在環境在線監測領域的應用與推廣，所以具有很好的通用性；2、低功耗、高集成度和高性價比。由于選用功能強大的ARM微處理器，不僅功耗低，還取代了部分元器件，降低了成本，提高了系統的集成度，使集成系統結構更加簡潔、緊湊，易于便攜。在嵌入式系統中ARM微處理器主要用于控制和少量的數據處理，有足夠用于控制的I/O端口，有內置的測試/調試接口，可以有效地縮短應用程序開發與測試的時間， 提高工作效率，有效降低了研發費用。比起傳統的結構復雜的數據采集儀器和現有的以DSP 作為數字信號處理器的數據采集儀器，更有利于推廣使用。如上所述，本實用新型便攜式環境數據采集器選用功能強大的ARM微處理器系統，數據輸出采用國際標準的Modbus RTU協議，所有部件都集中在一個處理器下工作，具有高性價比、結構簡潔、通用性好、易于便攜等諸多優點，在市場具有競爭優勢。

上述僅是本實用新型技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本實用新型的技術手段，
以下結合附圖與具體實施方式
對本實用新型作進一步的詳細說明。圖1是現有一種數采儀的電路原理框圖。圖2是本實用新型便攜式環境數據采集器的電路連接框圖。圖3是本實用新型便攜式環境數據采集器的處理器部分電路原理圖。圖4是本實用新型便攜式環境數據采集器的A/D轉換部分電路原理圖。圖5是本實用新型便攜式環境數據采集器的開關量輸入、輸出部分電路原理圖。圖6是本實用新型便攜式環境數據采集器的計數電路、穩壓電源電路部分原理圖。
具體實施方式
請參閱圖2所示，本實用新型便攜式環境數據采集器，主要包括處理器，以及與處理器連接的穩壓電源電路、A/D轉換電路、存儲器、信號處理電路、計數電路、開關量輸入電路、開關量輸出電路和通訊模塊。其中，請配合參閱圖3所示，處理器優選功能強大的ARM微處理器，尤其可選用的LPC2134，工作電流僅130微安，其他接口芯片均采用CMOS低功耗器件。ARM 微處理器的 20 (NTRST) ,24 (RTCK)、52 (TMS)、56 (TCK)、57 (NRESET)、60 (TDI)和 64 (TDO)腳連接到J504接口電路，供ARM微處理器仿真和下載程序使用。ARM微處理器的片內振蕩器62 (XTALl)、61(XTAL2)引腳連接外接晶振Yl電路，構成ARM微處理器的系統時鐘(工作主頻)。ARM微處理器的片內實時時鐘3 (RT)(Cl) ,5(RTXC2)引腳連接外接晶振Y2電路，構成數據采集儀器的實時時鐘。ARM微處理器的57腳還可連接TO02(MAX706)看門狗電路，用于監視ARM微處理器的運行狀態，一旦ARM微處理器運行失控就強行復位，引導程序重新運行。信號處理電路為RS-232/RS-485信號處理電路ARM微處理器的異步串行口 UARTO 引腳19 (TXDO)、21 (RXDO)腳連接串行口電路U504 (SP3232)，構建第一串行口，第一串行口可供ARM微處理器下載程序用；ARM微處理器的異步串行口 UARTl引腳33 (T)(Dl) ,34 (RXDl) 連接電路U504 (SP3232)和TO05 (MAX3485E)，構建第二串行口和RS-485串口，根據外部需要選擇其一。通訊模塊采用GPRS DTU模塊，其接口插座請參閱圖5中J500，通過第二串行口連接到ARM微處理器。存儲器優選為閃存存儲器EEPROM，ARM微處理器端口的1 總線沈(SDAO)、 22 (SCLO)腳連接EEPROM串行存儲電路TO03 (AT24C08), U503為RAM處理器的程序存儲器。[0037]請配合參閱圖4所示，ARM微處理器的13、14、15、27、沘、29、30和31引腳連接A/D 轉換電路，可采集來自各種傳感器的信號。A/D轉換電路由UlOl (AD620)、U102 (ADG508A)、 U103 (ADG508A), U107 (74HCT125 四運放)、U817(AD7712)和外圍電路組成。A/D 轉換是將 8路模擬輸入量(J_AI Ni、J_AIN2)，經多路復用器ADG508A(由ARM控制，由3個二進制地址和一個使能輸入的狀態，將8路輸入之一切換至公共輸出)切換輸出，經運放AD620送至 AD7712轉換器，再經ARM微處理器端口的SPI全雙工串行口至ARM微處理器，實現模擬量對數字量的轉換。請配合參閱圖5 所示，ARM 微處理器的 35 (P0. 10)、36 (P1. 23)、37 (P0. 11)、 38 (P0. 12)腳分別通過四只光耦PC357接開關量輸入接口 Jim ；ARM微處理器的 16 (P1. 16) ,12 (P1. 17),8 (PL 18)、4(Ρ1· 19)腳為開關量輸出，分別經功放驅動電路連接到接口 J0UT1，用于對功能模塊的控制。請配合參閱圖6所示，ARM微處理器的45 (EINT2)腳連接計數電路J3，計數器用ARM微處理器的外部中斷計數實現對脈沖輸入的記錄。穩壓電源電路由DC-DC隔離電源 U807 (MC34063A)、U808 (A0515S)，三端穩壓器 U806 (LT1117)、U809 (LM79L05)、 U811 (LM78L05AC)和外圍電路等元件組成，為采集器系統提供所需電源。如上所述，本實用新型由功能強大的ARM處理器和與其連接的穩壓電源電路、A/D 轉換電路、閃存存儲器、RS-232/RS-485信號處理電路、計數器、開關量輸入輸出電路和實時時鐘電路組成A/D轉換電路通過ARM處理器的SPI全雙工串行端口與其連接；閃存存儲器 EEPROM通過ARM處理器的1 總線與其連接；計數器用ARM的外部中斷計數實現；開關量輸入輸出電路通過ARM處理器的SPI全雙工串行口與其連接；RS-232/RS-485信號處理電路通過ARM處理器的異步串行口 UART與其連接；用于通訊的GPRS DTU模塊，通過串行口連
5接到ARM微處理器；實時時鐘為ARM微處理器內置功能，外接晶振實現。所有功能電路用同一塊ARM微處理器處理數據，ARM微處理器采集和讀取各電路的數據信號形成標準Modbus RTU協議的數據流。 以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型作任何形式上的限制，本領域技術人員利用上述揭示的技術內容做出些許簡單修改、等同變化或修飾，均落在本實用新型的保護范圍內。
權利要求1.一種便攜式環境數據采集器，其特征在于包括處理器，以及與處理器連接的穩壓電源電路、A/D轉換電路、存儲器、信號處理電路、計數電路、開關量輸入電路、開關量輸出電路和通訊模塊。
2.根據權利要求1所述的便攜式環境數據采集器，其特征在于所述的處理器的片內振蕩器和片內實時時鐘各外接有晶振電路，分別構成處理器的系統時鐘以及采集儀器的實時時鐘。
3.根據權利要求1所述的便攜式環境數據采集器，其特征在于所述的信號處理電路包括第二串行口、RS-485串口以及用于供處理器下載程序的第一串行口 ；所述的通訊模塊為 GPRS DTU模塊，通過第二串行口與處理器連接。
4.根據權利要求1所述的便攜式環境數據采集器，其特征在于所述的處理器為ARM微處理器。
5.根據權利要求4所述的便攜式環境數據采集器，其特征在于所述的ARM微處理器采用LPC2134，各接口芯片采用CMOS低功耗器件。
6.根據權利要求5所述的便攜式環境數據采集器，其特征在于所述的存儲器為閃存存儲器，通過ARM微處理器端口的1 總線與處理器連接。
7.根據權利要求1所述的便攜式環境數據采集器，其特征在于所述的計數電路是用處理器的外部中斷計數實現對脈沖輸入的記錄。
8.根據權利要求1所述的便攜式環境數據采集器，其特征在于所述的開關量輸入電路主要包括四只連接處理器輸入接口和開關量輸入接線端子的光耦，開關量輸出電路主要包括連接處理器輸出接口和開關量輸出接線端子的功放驅動電路。
9.根據權利要求1所述的便攜式環境數據采集器，其特征在于所述的穩壓電源電路主要由DC-DC隔離電源、三端穩壓器和外圍電路組成。
10.根據權利要求1-9中任一項所述的便攜式環境數據采集器，其特征在于所述的處理器還連接有監視處理器運行狀態的看門狗電路。
專利摘要本實用新型是有關于一種便攜式環境數據采集器，包括處理器，以及與處理器連接的穩壓電源電路、A/D轉換電路、存儲器、信號處理電路、計數電路、開關量輸入電路、開關量輸出電路和通訊模塊。本實用新型便攜式環境數據采集器選用功能強大的ARM微處理器系統，數據輸出采用國際標準的Modbus RTU協議，所有部件都集中在一個處理器下工作，具有高性價比、結構簡潔、通用性好、易于便攜等諸多優點，在市場具有競爭優勢。
文檔編號G01D21/00GK202209959SQ20112033703
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月9日 優先權日2011年9月9日
發明者戴學利, 牛建平, 王勝強, 王計劃, 黃貞 申請人:北京環宇宏業科技開發有限公司