專利名稱:雙電源低功耗自編程數(shù)據(jù)采集傳輸模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實(shí)用新型涉及野外作業(yè)用的數(shù)據(jù)采集和傳輸裝置,具體是雙電源低功耗自編程數(shù)據(jù)采集傳輸模塊。
背景技術(shù):
遠(yuǎn)程自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集傳輸是數(shù)據(jù)采集的發(fā)展趨勢(shì)?,F(xiàn)有的遠(yuǎn)程自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)主要由主控電路、數(shù)據(jù)采集電路、供電電路、數(shù)據(jù)回傳電路構(gòu)成,在供電電路中常常采用單一電源進(jìn)行供電,即使存在雙電源進(jìn)行供電,則,兩個(gè)電源之間的供電切換也是極其復(fù)雜的,且不可靠,同時(shí)也常常出現(xiàn)斷電現(xiàn)象。另外,在數(shù)據(jù)采集電路中,常常采用單一的數(shù)據(jù)模式,即要么是單一的模擬量采集,要么是單一的數(shù)字量采集,因此現(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集傳輸系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集單一,通用性能不高。針對(duì)上述,目前數(shù)據(jù)采集模塊存在以下缺點(diǎn):1.功耗較高,不適合野外長期使用,無法保證數(shù)據(jù)采集的長期穩(wěn)定運(yùn)行。2.通用性差,一般一種采集模塊只適用于一種傳感器,市面上傳感器廠家眾多,一旦傳感器通信協(xié)議發(fā)生變化,數(shù)據(jù)采集模塊則失去作用。3.電源切換電路設(shè)計(jì)復(fù)雜。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)中數(shù)據(jù)采集功耗較高、不適合野外長期使用、無法保證數(shù)據(jù)采集的長期穩(wěn)定運(yùn)行的問題。從而提供了一種雙電源低功耗自編程數(shù)據(jù)采集傳輸模塊。本實(shí)用新型的目的主要通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):雙電源低功耗自編程數(shù)據(jù)采集傳輸模塊,包括雙電源供電控制回路,其雙電源供電控制回路包括主供電電源和備用供電電源、以及同時(shí)與主供電電源和備用供電電源連接并用于切換供電線路的磁保持繼電器,其中磁保持繼電器連接有繼電器驅(qū)動(dòng)芯片并受繼電器驅(qū)動(dòng)芯片的控制,與此同時(shí),上述繼電器驅(qū)動(dòng)芯片連接有單片機(jī),且主供電電源或\和備用供電電源通過電量檢測(cè)電路與單片機(jī)連接并將主供電電源的電量狀態(tài)或備用供電電源的電量狀態(tài)傳輸給單片機(jī)?;谏鲜鼋Y(jié)構(gòu)描述,本實(shí)用新型為解決功耗較高、不適合野外長期使用、無法保證數(shù)據(jù)采集的長期穩(wěn)定運(yùn)行的問題,而采用磁保持繼電器作為切換電路的關(guān)鍵元件,其中,磁保持繼電器是近幾年發(fā)展起來的一種新型繼電器,也是一種自動(dòng)開關(guān)。和其他電磁繼電器一樣,對(duì)電路起著自動(dòng)接通和切斷作用。所不同的是,磁保持繼電器的常閉或常開狀態(tài)完全是依賴永久磁鋼的作用,其開關(guān)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是靠一定寬度的脈沖電信號(hào)觸發(fā)而完成的?;诖舜疟3掷^電器的原理,本實(shí)用新型采用雙電源設(shè)計(jì),利用單片機(jī)和電量檢測(cè)電路不間斷或定期的檢測(cè)主供電電源和備用供電電源的電量狀態(tài),并在編程時(shí)對(duì)主供電電源的電量設(shè)置一個(gè)上限和下限,避免主供電電源過量充電或過量放電;因此,當(dāng)主電源過量放電時(shí),單片機(jī)根據(jù)接收到的參數(shù)啟動(dòng)保護(hù)和切換電路的命令,該命令發(fā)送到繼電器驅(qū)動(dòng)芯片,繼電器驅(qū)動(dòng)芯片在接收到命令后啟動(dòng),并發(fā)送與磁保持繼電器相應(yīng)的脈沖電信號(hào)給磁保持繼電器,因此磁保持繼電器被啟動(dòng),其與主供電電源連接的一端斷接,因此主供電電源不為整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)供電,此時(shí)備用供電電源與磁保持繼電器接通,開始為整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)供電,以達(dá)到切換電路的目的。同時(shí),可以對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程而設(shè)置的主供電電源電量上限,此時(shí)當(dāng)主供電電源的電量達(dá)到預(yù)定的上限時(shí),此時(shí)單片機(jī)啟動(dòng)過量充電保護(hù)和切換電路的命令,該命令還是發(fā)送給繼電器驅(qū)動(dòng)芯片,繼電器驅(qū)動(dòng)芯片在接收到命令后啟動(dòng),并發(fā)送與磁保持繼電器相應(yīng)的脈沖電信號(hào)給磁保持繼電器,因此磁保持繼電器被啟動(dòng),與主供電電源連接的一端接通,此時(shí)主供電電源開始為整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)供電,同時(shí)備用供電電源與磁保持繼電器連接的一端斷開,備用供電電源不供電?;谏鲜鲈忈?,本實(shí)用新型采用磁保持繼電器,而取代了以往復(fù)雜和不可靠的電路切換電路,同時(shí),不需進(jìn)行不斷的供電控制,因此極其省電,功耗低,穩(wěn)定性能高。所述單片機(jī)包括模擬量輸入端口和串口端口,電量檢測(cè)電路與模擬量輸入端口連接。還包括與單片機(jī)連接的數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)分為模擬量采集結(jié)構(gòu)和數(shù)字量采集結(jié)構(gòu)。所述模擬量采集結(jié)構(gòu)為與模擬量輸入端口連接的電壓輸出型傳感器。數(shù)字量采集結(jié)構(gòu)包括與串口端口連接的232協(xié)議傳感器和485協(xié)議傳感器,所述232協(xié)議傳感器通過232芯片連接至串口端口,485協(xié)議傳感器通過485芯片連接至串口端□。還包括與串口端口連接的GPRS傳輸模塊。所述主供電電源為鉛蓄電池,備用供電電源為干電池。所述主供電電源為帶太陽能充電電路的電源電路。所述主供電電源為高壓供電回路或低壓供電回路。針對(duì)現(xiàn)在市面上的數(shù)據(jù)采集傳輸模塊存在的缺陷,包括電壓輸出、232串口輸出、485串口輸出等類型的數(shù)據(jù)采集問題,可自行設(shè)置模塊與傳感器的串口握手協(xié)議,并且采用GPRS傳輸方式將數(shù)據(jù)傳回服務(wù)器。該模塊采用低功耗設(shè)計(jì),在軟件編寫時(shí)即采用低功耗設(shè)計(jì)思路,同時(shí)采用兩路電源供電,當(dāng)主電源電量較低時(shí)可以切換到備用電源供電,可保證模塊的長期運(yùn)行。模塊電路簡(jiǎn)單,操作便捷。另外,本實(shí)用新型具體采用鉛蓄電池和干電池兩組作為主供電電源和備用供電電源。單片機(jī)隨時(shí)檢測(cè)鉛蓄電池電壓,當(dāng)測(cè)得蓄電池電壓低于設(shè)定值時(shí),控制電源切換系統(tǒng)將供電電源由鉛蓄電池切換到干電池。電源切換系統(tǒng)主要依靠磁保持繼電器實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)通過繼電器驅(qū)動(dòng)芯片控制磁保持繼電器進(jìn)行電源切換。磁保持繼電器只需要一個(gè)脈沖電壓即可控制,而無需額外電源,因此磁保持繼電器的使用相比傳統(tǒng)的繼電器,系統(tǒng)的功耗大大降低了。而且使用磁保持繼電器進(jìn)行電源切換,相比于模擬電路,大大簡(jiǎn)化了實(shí)現(xiàn)原理及電路設(shè)計(jì)。單片機(jī)的自帶AD轉(zhuǎn)換器,可采集電壓輸出傳感器的信號(hào);多串口的單片機(jī)可分別連接232芯片及485芯片,可以和不同串口協(xié)議的傳感器通信。采集模塊采集的數(shù)據(jù)可通過串口發(fā)至GPRS數(shù)據(jù)傳輸模塊(市面常見的傳輸模塊)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸。綜合上述,本實(shí)用新型的關(guān)鍵點(diǎn)在于:磁保繼電器電源切換電路和數(shù)據(jù)采集模塊的通用性。[0023]電源切換電路的現(xiàn)有技術(shù)基本利用三極管的截止特性,其電路設(shè)計(jì)對(duì)模擬電路基礎(chǔ)要求較高。通過磁保持繼電器可明顯簡(jiǎn)化電路,且磁保持繼電器只在磁保持繼電器動(dòng)作瞬間耗電,功耗非常低。市面上的數(shù)據(jù)采集模塊往往是針對(duì)某一種傳感器配套使用的,本設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)采集傳輸模塊可任意編寫與傳感器通信命令,并固化在模塊中。業(yè)務(wù)人員使用時(shí),可根據(jù)傳感器或下位機(jī)的通信協(xié)議編寫采集命令,數(shù)據(jù)采集傳輸模塊即可按照業(yè)務(wù)人員編寫好的通信格式自動(dòng)工作。該模塊兼容232、485串口協(xié)議及電壓型輸出類傳感器。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于:功耗極低,適合野外長期使用,保證數(shù)據(jù)采集的長期穩(wěn)定運(yùn)行。通用性高,可適用于多種傳感器。電源切換電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,只需磁保持繼電器和繼電器驅(qū)動(dòng)芯片構(gòu)成即可。
圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明,但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例1:如圖1所示,雙電源低功耗自編程數(shù)據(jù)采集傳輸模塊,包括雙電源供電控制回路,其雙電源供電控制回路包括主供電電源和備用供電電源、以及同時(shí)與主供電電源和備用供電電源連接并用于切換供電線路的磁保持繼電器,其中磁保持繼電器連接有繼電器驅(qū)動(dòng)芯片并受繼電器驅(qū)動(dòng)芯片的控制,與此同時(shí),上述繼電器驅(qū)動(dòng)芯片連接有單片機(jī),且主供電電源或\和備用供電電源通過電量檢測(cè)電路與單片機(jī)連接并將主供電電源的電量狀態(tài)或備用供電電源的電量狀態(tài)傳輸給單片機(jī)。本實(shí)用新型采用磁保持繼電器作為切換電路的關(guān)鍵元件,其中,磁保持繼電器是近幾年發(fā)展起來的一種新型繼電器,也是一種自動(dòng)開關(guān)。和其他電磁繼電器一樣,對(duì)電路起著自動(dòng)接通和切斷作用。所不同的是,磁保持繼電器的常閉或常開狀態(tài)完全是依賴永久磁鋼的作用,其開關(guān)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是靠一定寬度的脈沖電信號(hào)觸發(fā)而完成的。基于此磁保持繼電器的原理,本實(shí)用新型采用雙電源設(shè)計(jì),利用單片機(jī)和電量檢測(cè)電路不間斷或定期的檢測(cè)主供電電源和備用供電電源的電量狀態(tài),并在編程時(shí)對(duì)主供電電源的電量設(shè)置一個(gè)上限和下限,避免主供電電源過量充電或過量放電;因此,當(dāng)主電源過量放電時(shí),單片機(jī)根據(jù)接收到的參數(shù)啟動(dòng)保護(hù)和切換電路的命令,該命令發(fā)送到繼電器驅(qū)動(dòng)芯片,繼電器驅(qū)動(dòng)芯片在接收到命令后啟動(dòng),并發(fā)送與磁保持繼電器相應(yīng)的脈沖電信號(hào)給磁保持繼電器,因此磁保持繼電器被啟動(dòng),其與主供電電源連接的一端斷接,因此主供電電源不為整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)供電,此時(shí)備用供電電源與磁保持繼電器接通,開始為整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)供電,以達(dá)到切換電路的目的。同時(shí),可以對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程而設(shè)置的主供電電源電量上限,此時(shí)當(dāng)主供電電源的電量達(dá)到預(yù)定的上限時(shí),此時(shí)單片機(jī)啟動(dòng)過量充電保護(hù)和切換電路的命令,該命令還是發(fā)送給繼電器驅(qū)動(dòng)芯片,繼電器驅(qū)動(dòng)芯片在接收到命令后啟動(dòng),并發(fā)送與磁保持繼電器相應(yīng)的脈沖電信號(hào)給磁保持繼電器,因此磁保持繼電器被啟動(dòng),與主供電電源連接的一端接通,此時(shí)主供電電源開始為整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)供電,同時(shí)備用供電電源與磁保持繼電器連接的一端斷開,備用供電電源不供電。實(shí)施例2如圖1所示,本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于,實(shí)施例1提及的單片機(jī)包含模擬量輸入端口和串口端口,電量檢測(cè)電路與模擬量輸入端口連接。還包括與單片機(jī)連接的數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)分為模擬量采集結(jié)構(gòu)和數(shù)字量采集結(jié)構(gòu)。所述模擬量采集結(jié)構(gòu)為與模擬量輸入端口連接的電壓輸出型傳感器。數(shù)字量采集結(jié)構(gòu)包括與串口端口連接的232協(xié)議傳感器和485協(xié)議傳感器,所述232協(xié)議傳感器通過232芯片連接至串口端口,485協(xié)議傳感器通過485芯片連接至串口端口。通過該單片機(jī),可以連接包含數(shù)字信號(hào)的采集器件和模擬信號(hào)的采集器件,如電壓型溫度傳感器(模擬量)、數(shù)字型溫度傳感器(數(shù)字量)等。電壓型溫度傳感器通過模擬量輸入端口連接在單片機(jī)上,數(shù)字型溫度傳感器通過串口端口連接在單片機(jī)上。實(shí)施例3如圖1所示,本實(shí)施例與實(shí)施例1和實(shí)施例2的區(qū)別在于:還包括與串口端口連接的GPRS傳輸模塊。通過GPRS傳輸模塊可以將采集到的數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送給GPRS傳輸模塊,并上傳到后臺(tái)服務(wù)器上。實(shí)施例4本實(shí)施例在實(shí)施例1-3中任意一例中,優(yōu)先將主供電電源選用為鉛蓄電池或鋰電池或鎳鎘蓄電池,備用供電電源選用為干電池或鋰電池或鎳鎘蓄電池。實(shí)施例5本實(shí)施例在實(shí)施例1-3中任意一例中,優(yōu)先將所述主供電電源為帶太陽能充電電路的電源電路。以備長時(shí)間的進(jìn)行野外作業(yè)。實(shí)施例6本實(shí)施例中,本實(shí)施例所述主供電電源為高壓供電回路或低壓供電回路。可將本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)思路應(yīng)用到高壓供電中,當(dāng)主供電電源為高壓供電回路時(shí),即針對(duì)高壓供電回路輸送電源異常時(shí),可以開啟保護(hù),而進(jìn)行切換電源,而此時(shí)的電量檢測(cè)電路采集的信息是針對(duì)高壓供電回路的異常信息,如瞬間高壓,這時(shí),可根據(jù)單片機(jī)的程序啟動(dòng),切換到備用回路上。如上所述,則能很好的實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型。
權(quán)利要求1.雙電源低功耗自編程數(shù)據(jù)采集傳輸模塊,其特征在于:包括雙電源供電控制回路,其雙電源供電控制回路包括主供電電源和備用供電電源、以及同時(shí)與主供電電源和備用供電電源連接并用于切換供電線路的磁保持繼電器,其中磁保持繼電器連接有繼電器驅(qū)動(dòng)芯片并受繼電器驅(qū)動(dòng)芯片的控制,與此同時(shí),上述繼電器驅(qū)動(dòng)芯片連接有單片機(jī),且主供電電源或\和備用供電電源通過電量檢測(cè)電路與單片機(jī)連接并將主供電電源的電量狀態(tài)或備用供電電源的電量狀態(tài)傳輸給單片機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雙電源低功耗自編程數(shù)據(jù)采集傳輸模塊,其特征在于:所述單片機(jī)包括模擬量輸入端口和串口端口,電量檢測(cè)電路與模擬量輸入端口連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雙電源低功耗自編程數(shù)據(jù)采集傳輸模塊,其特征在于:還包括與單片機(jī)連接的數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的雙電源低功耗自編程數(shù)據(jù)采集傳輸模塊,其特征在于:數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)分為模擬量采集結(jié)構(gòu)和數(shù)字量采集結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙電源低功耗自編程數(shù)據(jù)采集傳輸模塊,其特征在于:所述模擬量采集結(jié)構(gòu)為與模擬量輸入端口連接的電壓輸出型傳感器。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的雙電源低功耗自編程數(shù)據(jù)采集傳輸模塊,其特征在于:數(shù)字量采集結(jié)構(gòu)包括與串口端口連接的232協(xié)議傳感器和485協(xié)議傳感器,所述232協(xié)議傳感器通過232芯片連接至串口端口,485協(xié)議傳感器通過485芯片連接至串口端口。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述的雙電源低功耗自編程數(shù)據(jù)采集傳輸模塊,其特征在于:還包括與串口端口連接的GPRS傳輸模塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述的雙電源低功耗自編程數(shù)據(jù)采集傳輸模塊,其特征在于:所述主供電電源為鉛蓄電池,備用供電電源為干電池。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述的雙電源低功耗自編程數(shù)據(jù)采集傳輸模塊,其特征在于:所述主供電電源為帶太陽能充電電路的電源電路。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-6中任意一項(xiàng)所述的雙電源低功耗自編程數(shù)據(jù)采集傳輸模塊,其特征在于:所述主供電電源為高壓供電回路或低壓供電回路。
專利摘要本實(shí)用新型公開了雙電源低功耗自編程數(shù)據(jù)采集傳輸模塊,包括雙電源供電控制回路,其雙電源供電控制回路包括主供電電源和備用供電電源、以及同時(shí)與主供電電源和備用供電電源連接并用于切換供電線路的磁保持繼電器,其中磁保持繼電器連接有繼電器驅(qū)動(dòng)芯片并受繼電器驅(qū)動(dòng)芯片的控制,與此同時(shí),上述繼電器驅(qū)動(dòng)芯片連接有單片機(jī),且主供電電源或\和備用供電電源通過電量檢測(cè)電路與單片機(jī)連接并將主供電電源的電量狀態(tài)或備用供電電源的電量狀態(tài)傳輸給單片機(jī)。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于功耗極低,適合野外長期使用,保證數(shù)據(jù)采集的長期穩(wěn)定運(yùn)行。通用性高,可適用于多種傳感器。電源切換電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,只需磁保持繼電器和繼電器驅(qū)動(dòng)芯片構(gòu)成即可。
文檔編號(hào)G05B19/042GK203012413SQ20132003934
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月25日
發(fā)明者李揚(yáng), 郭啟鋒, 季偉峰, 黃磊博 申請(qǐng)人:中國地質(zhì)科學(xué)院探礦工藝研究所