本實(shí)用新型涉及一種多通道振弦采集儀，應(yīng)用于結(jié)構(gòu)安全健康監(jiān)測(cè)行業(yè)。

背景技術(shù)：

振弦式傳感器是目前國(guó)內(nèi)外普遍重視和廣泛應(yīng)用的一種非電量電測(cè)的傳感器。由于振弦傳感器直接輸出振弦的自振頻率信號(hào)，因此，具有抗干擾能力強(qiáng)、受電參數(shù)影響小、零點(diǎn)飄移小、受溫度影響小、性能穩(wěn)定可靠、耐震動(dòng)、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。振弦傳感器已經(jīng)廣泛用于工程、科研的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中。振弦采集儀是用于采集振弦傳感器的儀器設(shè)備，目前工程上使用的多通道振弦采集儀一般采用市電供電，這樣便增加了現(xiàn)場(chǎng)部署難度，要求多通道振弦采集儀部署在室內(nèi)或供電箱旁，這樣振弦傳感器必須經(jīng)過(guò)長(zhǎng)電纜接入振弦采集儀，振弦傳感器屬于微弱信號(hào)，電纜的延長(zhǎng)，會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的衰減，而且可能會(huì)有其他的干擾信號(hào)引入，影響數(shù)據(jù)采集。由于多通道振弦采集儀以RS485總線(xiàn)接入監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由控制中心控制采集，此時(shí)多通道振弦采集儀必須一直處于工作狀態(tài)，才能及時(shí)響應(yīng)采集命令，這種工作方式使得多通道振弦采集儀功耗過(guò)大。

目前部分采用無(wú)線(xiàn)通信方式的多通道振弦采集儀一般采用的方式為ZigBee無(wú)線(xiàn)通信方案，但是采用類(lèi)似方案存在一個(gè)問(wèn)題，無(wú)線(xiàn)通信距離太短，ZigBee模塊的可靠通信距離在幾百米以?xún)?nèi)，當(dāng)超出該范圍，需要增加中繼的方式，但是會(huì)帶來(lái)成本增加，而且可能會(huì)帶來(lái)網(wǎng)絡(luò)延遲，導(dǎo)致通信不可靠。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種基于lora的多通道振弦采集儀，降低了多通道振弦采集儀的功耗，使多通道振弦采集儀可以在任意位置部署，解決了現(xiàn)場(chǎng)部署困難的難題，提高了現(xiàn)場(chǎng)部署的效率，而且lora通信距離遠(yuǎn)，部署一個(gè)lora網(wǎng)關(guān)可以覆蓋整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)，節(jié)約成本。

本實(shí)用新型通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。一種基于lora的多通道振弦采集儀，主要由單片機(jī)系統(tǒng)、激勵(lì)電路、信號(hào)調(diào)理電路、信號(hào)采集電路、存儲(chǔ)電路、lora通信模塊、RTC電路、通道片選板組成，通道片選板與單片機(jī)系統(tǒng)通過(guò)CAN總線(xiàn)連接，信號(hào)調(diào)理電路與通道片選板和信號(hào)采集電路連接，信號(hào)采集電路與單片機(jī)系統(tǒng)的IO口連接；單片機(jī)系統(tǒng)通過(guò)引腳控制激勵(lì)電路，并連接RTC電路和存儲(chǔ)電路；lora通信模塊與單片機(jī)系統(tǒng)連接。

作為優(yōu)選方案，所述lora通信模塊與單片機(jī)系統(tǒng)通過(guò)串口控制器連接。

作為優(yōu)選方案，包括電源電路，電源電路電性連接單片機(jī)系統(tǒng)、激勵(lì)電路、信號(hào)調(diào)理電路、信號(hào)采集電路、存儲(chǔ)電路、lora通信模塊、RTC電路、通道片選板。電源電路采用蓄電池供電，內(nèi)部電源控制電路為各個(gè)模塊提供工作電源。同時(shí)，多通道振弦采集儀外部連接有太陽(yáng)能充電板，在有光照條件下，可以為蓄電池充電，充電電流由充電管理電路控制。這樣可以使多通道振弦采集儀長(zhǎng)期在野外工作，無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)工作人員管理。

作為優(yōu)選方案，單片機(jī)系統(tǒng)是STM32單片機(jī)，STM32單片機(jī)體積小，功耗低，工作在低功耗的情況下，工作電流只有50uA左右，單片機(jī)內(nèi)置資源多，方便單片機(jī)系統(tǒng)對(duì)各部分邏輯電路的控制。

作為優(yōu)選方案，激勵(lì)電路采用30V高壓模塊，通過(guò)晶體管控制通斷，使其可以在采集振弦傳感器前對(duì)傳感器線(xiàn)圈激勵(lì)。

作為優(yōu)選方案，信號(hào)調(diào)理電路包括濾波電路與放大電路，濾波電路可以使300Hz到5000Hz的信號(hào)正常通過(guò)。放大電路的作用是將微弱的振弦傳感器信號(hào)放大到信號(hào)采集電路可以識(shí)別的信號(hào)。

特別的是，所述存儲(chǔ)電路可以將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在本地，避免數(shù)據(jù)丟失，保證數(shù)據(jù)的連續(xù)性。

特別的是，所述RTC電路采用DS1339芯片，為整個(gè)系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的時(shí)間，同時(shí)還能輸出鬧鐘功能，可以定時(shí)喚醒STM32單片機(jī)，使單片機(jī)從低功耗狀態(tài)喚醒，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集完成后，整個(gè)系統(tǒng)再次進(jìn)入低功耗狀態(tài)，以降低系統(tǒng)功耗。

特別的是，lora通信電路由lora模塊構(gòu)成，lora模塊與lora網(wǎng)關(guān)可組成lora網(wǎng)絡(luò)，多通道振弦采集儀可通過(guò)lora網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器。

特別的是，通道片選板為通道擴(kuò)展器，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)傳感器數(shù)量，靈活變通通道數(shù)量，滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)部署情況?，F(xiàn)場(chǎng)部署多通道振弦采集儀時(shí)，可均衡考慮各個(gè)振弦傳感器到振弦采集儀的電纜長(zhǎng)度，選擇最優(yōu)位置后，固定部署。

本實(shí)用新型解決了結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)行業(yè)多通道振弦采集儀和振弦傳感器現(xiàn)場(chǎng)部署問(wèn)題，通過(guò)無(wú)線(xiàn)的方式，減少現(xiàn)場(chǎng)布線(xiàn)，lora的通信距離遠(yuǎn)，部署一個(gè)lora網(wǎng)關(guān)可以覆蓋整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)，可以解決一些現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的施工環(huán)境，降低施工成本。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖進(jìn)一步闡明本實(shí)用新型。

一種無(wú)線(xiàn)多通道振弦采集儀，包括通道片選板(1)，信號(hào)調(diào)理電路(2)，信號(hào)采集電路(3)，STM32單片機(jī)系統(tǒng)(4)，存儲(chǔ)電路(5)，激勵(lì)電路(6)，RTC電路(7)，lora通信模塊(8)與振弦傳感器(9)組成。通道片選板(1)與STM32單片機(jī)系統(tǒng)(4)通過(guò)CAN總線(xiàn)連接，信號(hào)調(diào)理電路(2)與通道片選板(1)和信號(hào)采集電路(3)連接，信號(hào)采集電路(3)與STM32單片機(jī)系統(tǒng)(4)的IO口連接；STM32單片機(jī)系統(tǒng)(4)通過(guò)引腳控制激勵(lì)電路(6)，并連接RTC電路(7)和存儲(chǔ)電路(5)；所述lora通信模塊(8)與STM32單片機(jī)系統(tǒng)(4)通過(guò)串口控制器連接。

上述的通道片選板(1)由片選控制器和繼電器組成，片選控制器電性連接繼電器，每個(gè)通道片選板(1)為4個(gè)通道，多通道振弦采集儀可以連接多個(gè)4通道片選板，可以靈活組成以4為倍數(shù)的多通道振弦采集儀，使現(xiàn)場(chǎng)配置部署更加靈活。通道片選板(1)與STM32單片機(jī)系統(tǒng)(4)通過(guò)CAN總線(xiàn)連接，可以保證通信可靠性，振弦傳感器(9)與通道片選板(1)的航插連接。

激勵(lì)電路(6)由高壓模塊組成，高壓模塊由STM32單片機(jī)控制，可以輸出30V高壓，STM32單片機(jī)通過(guò)IO引腳控制高壓模塊發(fā)送，當(dāng)要采集時(shí)，單片機(jī)控制高壓輸出，激勵(lì)振弦傳感器。STM32單片機(jī)可以選擇兩種不同的激勵(lì)方式，分別為共振激勵(lì)與多脈沖激勵(lì)，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)幅值信號(hào)比較弱的傳感器，可以選擇采用共振激勵(lì)的方式激勵(lì)，使傳感器產(chǎn)生共振，可以使傳感器感應(yīng)線(xiàn)圈感應(yīng)較大的信號(hào)，便于采集。

信號(hào)調(diào)理電路(2)由濾波電路和放大電路組成，振弦傳感器(9)采集時(shí)，振弦傳感器信號(hào)非常微弱，經(jīng)過(guò)濾波電路和放大電路后，首先將現(xiàn)場(chǎng)部分干擾信號(hào)濾除，然后將振弦傳感器(9)信號(hào)放大，使采集的信號(hào)滿(mǎn)足信號(hào)采集電路(3)的輸入要求。信號(hào)采集電路(3)采用16位獨(dú)立ADC，將傳感器輸入信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。

STM32單片機(jī)系統(tǒng)(4)對(duì)輸入的數(shù)字信號(hào)處理，單片機(jī)內(nèi)置TTF算法，將信號(hào)采集電路(3)輸入的時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域。FFT計(jì)算完成后，得出振弦傳感器的頻率值與信號(hào)幅值。同時(shí)，STM32單片機(jī)(4)控制外圍電路，采集振弦傳感器溫度，采集完成后，一次數(shù)據(jù)采集完成。

RTC電路(7)由DS1339時(shí)鐘芯片組成，芯片外置紐扣電池，保證多通道振弦采集儀掉電后，時(shí)鐘信息不會(huì)丟失。RTC電路(7)可以設(shè)置鬧鐘，當(dāng)鬧鐘觸發(fā)后，DS1339芯片的輸出引腳輸出一個(gè)1KHz的信號(hào)到STM32單片機(jī)，可以將STM32單片機(jī)從休眠狀態(tài)喚醒，使STM32單片機(jī)開(kāi)始工作，采集完成后，STM32單片機(jī)重新進(jìn)入休眠，下次再由RTC電路喚醒工作，這樣可以保證系統(tǒng)工作在低功耗模式。

lora通信模塊(8)與STM32單片機(jī)系統(tǒng)(4)通過(guò)串口控制器連接，lora是一種遠(yuǎn)距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)，適用于結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。lora通信模塊(8)可以與其他的lora模塊組成lora無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。多通道振弦采集儀采集完成之后，將采集數(shù)據(jù)發(fā)送至lora通信模塊(8)，lora通信模塊(8)通過(guò)lora網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送至服務(wù)器。

存儲(chǔ)電路(5)采用32M存儲(chǔ)芯片組成，STM32單片機(jī)內(nèi)置小型文件系統(tǒng)，用于管理存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。STM32單片機(jī)系統(tǒng)(4)與存儲(chǔ)電路(5)通過(guò)IO口引腳連接。當(dāng)數(shù)據(jù)采集完成，數(shù)據(jù)發(fā)送至lora通信模塊(8)時(shí)，同時(shí)將數(shù)據(jù)保存在存儲(chǔ)電路(5)中，保證數(shù)據(jù)的可靠性。存儲(chǔ)電路(5)采用循環(huán)存儲(chǔ)方式，可以保存大量采集數(shù)據(jù)。

本實(shí)用新型還需包括電源電路，電源電路電性連接單片機(jī)系統(tǒng)、激勵(lì)電路、信號(hào)調(diào)理電路、信號(hào)采集電路、存儲(chǔ)電路、lora通信模塊、RTC電路、通道片選板。電源電路采用蓄電池供電，內(nèi)部電源控制電路為各個(gè)模塊提供工作電源。同時(shí)，多通道振弦采集儀外部連接有太陽(yáng)能充電板，在有光照條件下，可以為蓄電池充電，充電電流由充電管理電路控制。這樣可以使多通道振弦采集儀長(zhǎng)期在野外工作，無(wú)需現(xiàn)場(chǎng)工作人員管理。