本發(fā)送屬于數(shù)據(jù)測(cè)量領(lǐng)域，尤其涉及一種數(shù)據(jù)采集裝置及采集方法。

背景技術(shù)：

隨著生活節(jié)奏加快，對(duì)于各類數(shù)據(jù)信息測(cè)量成為人們對(duì)身體及生活指標(biāo)的判斷標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于各類測(cè)量數(shù)據(jù)，需要各種各樣的傳感器，如測(cè)量體重，需要壓力傳感器，這樣就造成了測(cè)量工具的功能單一，也造成了資源的浪費(fèi)。

因此，對(duì)于提供一種不僅僅能測(cè)量一種的數(shù)據(jù)信息的裝置成為必要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的第一方面是提供一種數(shù)據(jù)采集裝置，所述裝置包括：

傳感器1，和前置濾波模塊2連接，用于測(cè)量被測(cè)對(duì)象數(shù)據(jù)信息并向前置濾波模塊2發(fā)送；前置濾波模塊2，和集成放大模塊3連接，用于對(duì)測(cè)量得到的數(shù)據(jù)信號(hào)濾波并發(fā)向集成放大模塊3發(fā)送；集成放大模塊3，和A/D轉(zhuǎn)換模塊4連接，用于將模擬信號(hào)放大并向A/D轉(zhuǎn)換模塊4發(fā)送；A/D轉(zhuǎn)換模塊4，和主控模塊5連接，用于將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)并向主控模塊5發(fā)送；主控模塊5，和顯示模塊6連接，用于對(duì)接收到的數(shù)字信號(hào)處理并將處理后的數(shù)字信號(hào)向顯示模塊6發(fā)送；顯示模塊6，用于顯示被測(cè)對(duì)象數(shù)據(jù)信息；所述主控模塊5包括無(wú)測(cè)量時(shí)的待機(jī)低功耗模式、有測(cè)量時(shí)的喚醒工 作模式、測(cè)量過(guò)程中的復(fù)位模式。

進(jìn)一步地，所述前置濾波模塊2濾除隨機(jī)信號(hào)的干擾和噪聲波動(dòng)。

進(jìn)一步地，所述A/D轉(zhuǎn)換模塊4將經(jīng)過(guò)集成放大模塊3放大后的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)字量，并將數(shù)字信號(hào)發(fā)送給主控模塊5。

進(jìn)一步地，所述主控模塊5包括空閑時(shí)檢測(cè)初始狀態(tài)值。

進(jìn)一步地，所述主控模塊5負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)采集工作，包括傳感器1的開(kāi)啟與關(guān)閉、定時(shí)測(cè)量及復(fù)位。

進(jìn)一步地，所述主控模塊5包括對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、濾波、檢驗(yàn)數(shù)據(jù)及將數(shù)據(jù)發(fā)送給顯示模塊6顯示。

進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)采集裝置采用直流電壓源向傳感器1供電。

本發(fā)明另一方面提供一種數(shù)據(jù)采集方法，所述方法包括：

S1、開(kāi)機(jī)并初始化數(shù)據(jù)；

S2、被測(cè)對(duì)象通過(guò)傳感器(1)進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量；

S3、傳感器(1)將測(cè)量的數(shù)據(jù)信息的模擬信號(hào)發(fā)送給前置濾波模塊(2)進(jìn)行濾波；

S4、模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波后，前置濾波模塊(2)將模擬信號(hào)發(fā)送給集成放大模塊(3)進(jìn)行信號(hào)放大；

S5、模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后，集成放大模塊(3)將模擬信號(hào)發(fā)送給A/D轉(zhuǎn)換模塊(4)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并發(fā)送給主控模塊(5)；

S6、主控模塊(5)對(duì)接收到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，并發(fā)送給顯示模塊(6)；

S7、顯示模塊(6)接收主控模塊(5)發(fā)送的信號(hào)并顯示。

本發(fā)明有如下有益效果：

采用本發(fā)明可以通過(guò)更換不同的傳感器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)不同數(shù)據(jù)信息進(jìn)行測(cè)量；本發(fā)明的主控模塊提供無(wú)測(cè)量時(shí)的待機(jī)低功耗模式、有測(cè)量時(shí)的喚醒工作模式、測(cè)量過(guò)程中的復(fù)位模式三種模式，實(shí)現(xiàn)了低功耗，自動(dòng)喚醒及再次測(cè)量自動(dòng)復(fù)位功能；本發(fā)明裝置操作簡(jiǎn)單，適用于各年齡端人群使用。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例一種數(shù)據(jù)采集裝置組成結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例一種數(shù)據(jù)采集裝置的應(yīng)變式壓力傳感器電路圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例一種數(shù)據(jù)采集裝置的前置濾波模塊的前置濾波電路圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例一種數(shù)據(jù)采集裝置的A/D轉(zhuǎn)換模塊芯片引腳圖；

圖5位本發(fā)明實(shí)施例一種數(shù)據(jù)采集的方法流程圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明了，下面結(jié)合具體實(shí)施方式并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本發(fā)明的范圍。此外，在以下說(shuō)明中，省略了對(duì)公知結(jié)構(gòu)和技術(shù)的描述，以避免不必要地混淆本發(fā)明的概念。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例一種數(shù)據(jù)采集裝置組成結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示。

一種數(shù)據(jù)采集裝置，所述包括：

傳感器1，和前置濾波模塊2連接，用于測(cè)量被測(cè)對(duì)象數(shù)據(jù)信息并向前置濾波模塊2發(fā)送；前置濾波模塊2，和集成放大模塊3連接，用于對(duì)測(cè)量得到的數(shù)據(jù)信號(hào)濾波并發(fā)向集成放大模塊3發(fā)送；集成放大模塊3，和A/D轉(zhuǎn)換模塊4連接，用于將模擬信號(hào)放大并向A/D轉(zhuǎn)換模塊4發(fā)送；A/D轉(zhuǎn)換 模塊4，和主控模塊5連接，用于將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)并向主控模塊5發(fā)送；主控模塊5，和顯示模塊6連接，用于對(duì)接收到的數(shù)字信號(hào)處理并將處理后的數(shù)字信號(hào)向顯示模塊6發(fā)送；顯示模塊6，用于顯示被測(cè)對(duì)象數(shù)據(jù)信息；所述主控模塊5包括無(wú)測(cè)量時(shí)的待機(jī)低功耗模式、有測(cè)量時(shí)的喚醒工作模式、測(cè)量過(guò)程中的復(fù)位模式。

需要說(shuō)明的是，主控模塊的三種模式，無(wú)測(cè)量時(shí)的待機(jī)低功耗模式、有測(cè)量時(shí)的喚醒工作模式、測(cè)量過(guò)程中的復(fù)位模式；無(wú)測(cè)量時(shí)的待機(jī)低功耗模式是指在數(shù)據(jù)采集裝置沒(méi)有進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量時(shí)，該數(shù)據(jù)采集裝置自動(dòng)進(jìn)入待機(jī)低功耗模式；再次需要設(shè)定一時(shí)鐘周期T1，當(dāng)傳感器在時(shí)鐘周期T2沒(méi)有接收到外部刺激時(shí)，自動(dòng)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)。

有測(cè)量時(shí)的喚醒工作模式，當(dāng)傳感器受到外部刺激時(shí)，該數(shù)據(jù)采集裝置自動(dòng)開(kāi)機(jī)并進(jìn)入測(cè)量狀態(tài)，并啟動(dòng)一系列的操作步奏，包括傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)、濾波、放大、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理及顯示。

測(cè)量過(guò)程中的復(fù)位模式，當(dāng)需要多次測(cè)量時(shí)，設(shè)置時(shí)鐘周期T2，當(dāng)?shù)谝粶y(cè)量完成時(shí)，在經(jīng)過(guò)T2時(shí)間，自動(dòng)復(fù)位并開(kāi)始進(jìn)行下一次測(cè)量。

優(yōu)選地，所述前置濾波模塊2濾除隨機(jī)信號(hào)的干擾和噪聲波動(dòng)。

優(yōu)選地，所述A/D轉(zhuǎn)換模塊4將經(jīng)過(guò)集成放大模塊3放大后的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)字量，并將數(shù)字信號(hào)發(fā)送給主控模塊5。

優(yōu)選地，所述主控模塊5包括空閑時(shí)檢測(cè)初始狀態(tài)值。

優(yōu)選地，所述主控模塊5負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)采集工作，包括傳感器1的開(kāi)啟與關(guān)閉、定時(shí)測(cè)量及復(fù)位。

優(yōu)選地，所述主控模塊5包括對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、濾波、檢驗(yàn)數(shù)據(jù)及 將數(shù)據(jù)發(fā)送給顯示模塊6顯示。

優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)采集裝置采用直流電壓源向傳感器1供電。

具體地，下面以獲取體重?cái)?shù)據(jù)信息，傳感器1采用高精度雙孔懸臂平衡梁應(yīng)變式稱重傳感器、主控模塊5采用MSP430F149作為本裝置的主控芯片及顯示模塊采用LCD1602字符型液晶顯示器為例具體介紹本發(fā)明的數(shù)據(jù)采集裝置。

圖2是本發(fā)明實(shí)施例一種數(shù)據(jù)采集裝置的應(yīng)變式壓力傳感器電路圖，如圖2所示。

應(yīng)變式壓力傳感器的工作原理：電阻應(yīng)變片粘貼于壓力傳感器的力敏感型彈性元件，當(dāng)向壓力傳感器施加載荷時(shí)，其內(nèi)部的力敏感型彈性元件產(chǎn)生形變，使電阻應(yīng)變片也產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變，最終轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮璧淖兓?。?duì)壓力傳感器進(jìn)行供電時(shí)，其內(nèi)部可以等效為如圖2的電橋電路，電路將應(yīng)變片阻值的變化轉(zhuǎn)換為測(cè)量電路的電壓變化，輸出Signal-和Signal+兩端口的差分電信號(hào)，通過(guò)后續(xù)電路的處理和運(yùn)算即可得到測(cè)量者的體重?cái)?shù)值。

壓力傳感器內(nèi)部電橋的四個(gè)橋臂均接電阻應(yīng)變片，四個(gè)電阻應(yīng)變片同處一個(gè)溫度場(chǎng)，溫度對(duì)四個(gè)應(yīng)變片產(chǎn)生同等的溫漂影響。當(dāng)四個(gè)電阻應(yīng)變片的材料和阻值都相同時(shí)，應(yīng)變片的溫漂影響相互抵消，輸出信號(hào)的靈敏度很高。壓力傳感器的變形量很微小，在安裝、使用過(guò)程中要特別注意不要超載；如果在外力撤除后不能恢復(fù)原形狀，發(fā)生塑性變形，則說(shuō)明傳感器已損壞。傳感器有四根線連接外電路，紅線為電源正極輸入，黑線為電源負(fù)極輸入，白線為信號(hào)輸出端Sensor-，綠線為信號(hào)輸出端Sensor+。為保證輸出精度，不能隨意調(diào)整傳感器的線長(zhǎng)。且壓力傳感器需經(jīng)過(guò)標(biāo)定后才能使用。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例一種數(shù)據(jù)采集裝置的前置濾波模塊的前置濾波電路圖，如圖3所示。

前置濾波電路處于壓力傳感器和A/D轉(zhuǎn)換模塊之間，用于對(duì)傳感器原始信號(hào)進(jìn)行濾波，將濾波后的信號(hào)送入A/D轉(zhuǎn)換模塊。前置濾波電路如圖3所示，其中Sensor-為壓力傳感器的信號(hào)輸出負(fù)端，Sensor+為壓力傳感器的信號(hào)輸出正端，經(jīng)過(guò)電容電感濾波網(wǎng)絡(luò)后輸出為Signal-和Signal+。電容具有隔直流通交流的性能，所以在電路中信號(hào)與地之間接電容，就可以將信號(hào)中的交流干擾成分短路入地(GND)；電感對(duì)直流信號(hào)是通路，對(duì)一定頻率的交流信號(hào)有阻擋作用，所以在電路里串聯(lián)電感是使信號(hào)中的交流干擾成分不能傳到后級(jí)，從而被電容短路入地。前置濾波電路的R1和R2兩個(gè)電阻主要起到限流作用，保護(hù)A/D轉(zhuǎn)換模塊；為保證傳感器差分輸出信號(hào)的可靠性，應(yīng)使兩電阻的阻值盡量相等，本發(fā)明使用阻值相等的兩個(gè)精密電阻作為R1和R2。

優(yōu)選地，電容C1為0.1uF、電容C2為0.1uF、電容C3為0.1uF、電容C4為0.1uF、電容C5為0.1uF、電容C6為0.1uF、R1為1KΩ、R2為1KΩ、電感L1為100uH及電感L2為100uH。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例一種數(shù)據(jù)采集裝置的A/D轉(zhuǎn)換模塊芯片引腳圖，如圖4所示。

本發(fā)明實(shí)施例采用高精度A/D轉(zhuǎn)換芯片HX711，HX711轉(zhuǎn)換芯片的引腳分布如圖4所示，HX711是一款專為高精度稱重壓力傳感器而設(shè)計(jì)的24位A/D轉(zhuǎn)換器芯片，其內(nèi)部集成了低噪聲可編程放大器，可以任意選取通道A或者通道B作為信號(hào)輸入端口與低噪聲可編程放大器相連。通道A的可編程增益 為128或64，對(duì)應(yīng)的滿額度差分輸入信號(hào)幅值分別為±20mV或±40mV；通道B則為固定的64增益，用于系統(tǒng)參數(shù)檢測(cè)。與同類型其它芯片相比，HX711芯片集成了包括穩(wěn)壓電源、片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器等其它同類型芯片所需要的外圍電路，具有集成度高、響應(yīng)速度快、抗干擾性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

精度24位A/D芯片HX711具有以下特點(diǎn)：①兩路可選擇的差分信號(hào)輸入端口A和通道B；②片內(nèi)低噪聲可編程放大器，可選增益為64和128；③片內(nèi)穩(wěn)壓電路可直接向外部傳感器和芯片內(nèi)A/D轉(zhuǎn)換器提供電源；④片內(nèi)時(shí)鐘振蕩器無(wú)需任何外接器件，必要時(shí)也可使用外接晶振或時(shí)鐘；⑤上電自動(dòng)復(fù)位電路；⑥簡(jiǎn)單的數(shù)字控制和串口通訊：所有控制由管腳輸入，芯片內(nèi)寄存器無(wú)需編程；⑦可選擇10Hz或80Hz的輸出數(shù)據(jù)速率；⑧同步抑制50Hz和60Hz的電源干擾等。

需要說(shuō)明的是，對(duì)于供電問(wèn)題，一般有兩種方式，一種是采用HX711芯片內(nèi)部的穩(wěn)壓模塊供電；另一種是電源電壓經(jīng)濾波后直接為壓力傳感器供電，也就是不使用HX711芯片內(nèi)部的穩(wěn)壓模塊。

經(jīng)過(guò)多次測(cè)試發(fā)現(xiàn)，HX711芯片內(nèi)部的穩(wěn)壓模塊不太穩(wěn)定，偶爾會(huì)出現(xiàn)穩(wěn)壓模塊無(wú)電壓輸出的情況。因此，本發(fā)明實(shí)施例采用電源直接向壓力傳感器供電，但這樣就要求電源電壓的品質(zhì)較好，如電壓的溫漂、紋波等參數(shù)盡量小。

LCD1602液晶模塊的顯示容量為16×2個(gè)字符，芯片工作電壓為4.5～5.5V，工作電流為2.0mA(電壓5.0V)，LCD1602采用標(biāo)準(zhǔn)的14腳(無(wú)背光)或16腳(帶背光)接口，本發(fā)明實(shí)施例選擇16引腳液晶模塊，根據(jù)液晶模塊的工作原理對(duì)其各引腳進(jìn)行操作即可控制液晶模塊的顯示輸出，LCD1602液晶模 塊的引腳接口說(shuō)明如表1所示。

表1

其中，第3引腳VL為液晶顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地時(shí)對(duì)比度最高，對(duì)比度過(guò)高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過(guò)一個(gè)10K的電位器調(diào)整對(duì)比度；第4引腳RS為寄存器選擇端，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存器；第5引腳R/W為讀寫(xiě)信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫(xiě)操作；當(dāng)RS和R/W共同為低電平時(shí)可以寫(xiě)入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平R/W為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平R/W為低電平時(shí)可以寫(xiě)入數(shù)據(jù)；第6引腳E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液晶模塊執(zhí)行命令；第7～14引腳D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線，第15引腳為背光源正極；第16引腳為背光源負(fù)極。

圖5位本發(fā)明實(shí)施例一種數(shù)據(jù)采集的方法流程圖，如圖5所示。

在步驟S1中，開(kāi)機(jī)并初始化；

具體地，在此步驟中，當(dāng)用戶需要測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)，開(kāi)機(jī)啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集裝置， 并初始化原始數(shù)據(jù)。

在步驟S2中，傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)；

具體地，本發(fā)明實(shí)施例中傳感器采用高精度雙孔懸臂平衡梁應(yīng)變式稱重傳感器，被測(cè)對(duì)象置于稱重傳感器上，開(kāi)始測(cè)量體重，并將獲取到的體重?cái)?shù)據(jù)發(fā)送給前置濾波模塊2。

在步驟S3中，濾波；

具體地，置濾波模塊2接收來(lái)自于傳感器1發(fā)送來(lái)的體重信息，并對(duì)此模擬信號(hào)進(jìn)行前置濾波，并將濾波后的模擬信號(hào)發(fā)送給集成放大模塊3。

在步驟S4中，放大；

具體地，集成放大模塊3接收來(lái)自于前置濾波模塊發(fā)送來(lái)的模擬信號(hào)，將此信號(hào)進(jìn)行放大，并將經(jīng)過(guò)放大后的模擬信號(hào)發(fā)送給A/D轉(zhuǎn)換模塊4。

在步驟S5中，A/D轉(zhuǎn)換；

具體地，A/D轉(zhuǎn)換模塊4接收來(lái)自集成放大模塊3的模擬信號(hào)，將該模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，并發(fā)送給主控模塊5。

在步驟S6中，主控模塊處理；

具體地，主控模塊5接收來(lái)自于A/D轉(zhuǎn)換模塊4的數(shù)字信號(hào)，對(duì)接收到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理還原，并發(fā)送給顯示模塊6；

在步驟S7中，顯示；

具體地，顯示模塊6接收來(lái)自于主控模塊5的數(shù)字信號(hào)并將該數(shù)字信號(hào)現(xiàn)在在顯示模塊上。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的上述具體實(shí)施方式僅僅用于示例性說(shuō)明或解釋本發(fā)明的原理，而不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。因此，在不偏離本發(fā)明的精神和 范圍的情況下所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。此外，本發(fā)明所附權(quán)利要求旨在涵蓋落入所附權(quán)利要求范圍和邊界、或者這種范圍和邊界的等同形式內(nèi)的全部變化和修改例。