一种数据采集装置的制作方法

1.本实用新型涉及电路领域，尤其涉及一种数据采集装置。


背景技术：

2.随着自动化、智能化和大数据等技术的普及，数据变的越发的重要，而需要采集的数据也变得更加多样。数据的采集一般是通过被采集模块与传感器连接，将传感器采集到的数据信息发送至采集模块。为了采集被采集模块的数据信息，采用通用串口通信技术读取被采集模块。采集模块与被采集模块的硬件及软件设计方案大多采用一对一通讯技术设计，如图1所示，采集模块mcu的串口tx(usart0_tx)和rx(usart0_rx)与被采集模块mcu的串口rx(usart0_rx)和tx(usart0_tx)直接连接，采集模块mcu通过串口tx发送指令给被采集模块，通过串口rx接收被采集模块返回的数据信息。
3.为了能够采集多个被采集模块的数据信息，采集模块与被采集模块的硬件及软件设计方案还可以采用多对多通讯技术设计，如图2所示，采集模块mcu串口0的tx和rx与被采集模块1的mcu串口rx和tx直接连接，采集模块mcu串口1的tx和rx与被采集模块2的mcu串口rx和tx直接连接，采集模块的mcu通过串口tx发送指令给被采集模块，通过串口rx接收被采集模块返回的数据信息。
4.然而，采用采集模块串口与被采集模块串口一对一连接的方案，不能进行扩展，无法对新增被采集模块进行采集，方便性较差；采用采集模块串口与被采集模块串口多对多连接的方案，采集模块mcu的串口资源有限，一般为二到三个串口，即最多新增三个被采集模块，无法继续扩展，方便性也较差，除非增加采集模块mcu的数量，而这将造成采集模块的制作及维护成本升高。
5.综上所述，需要提供一种拓展简便且成本低的数据采集装置。


技术实现要素：

6.为了降低拓展复杂性和拓展成本，本实用新型提出了一种数据采集装置，包括：一个采集模块和多个被采集模块；
7.所述采集模块的一组串口组与多个所述被采集模块的串口组连接，所述采集模块的一组gpio口组与一个被采集模块的一组gpio口组连接；
8.所述采集模块的gpio口组用于获取所述被采集模块的数据信息的准备状态和配置数据信息的采集状态，所述采集模块的串口组用于向所述被采集模块发送采集指令和接收所述被采集模块发送的数据信息。
9.优选地，所述采集模块，包括：第一控制单元、滤波限流电路、第一滤波电路和第二滤波电路；
10.所述第一控制单元的串口通过滤波限流电路与多个所述被采集模块的串口连接；
11.所述第一控制单元与所述第一滤波电路和所述第二滤波电路连接；
12.所述第一滤波电路和所述第二滤波电路均与供电电路连接。
13.优选地，所述滤波限流电路，包括：第一电容、第二电容、第一电阻和第二电阻；
14.所述第一电阻的一端与所述第一电容的一端连接，另一端连接所述第一控制单元的一个串口；
15.所述第二电阻的一端与所述第二电容的一端连接，另一端连接所述第一控制单元另一个串口；
16.所述第一电容的另一端和第二电容的另一端均接地。
17.优选地，所述第一滤波电路，包括：第三电容和第四电容；
18.所述第三电容的一端与供电电路和第一控制单元的正电源引脚连接，另一端与第四电容的一端、地和第一控制单元的接地电位引脚连接；
19.第四电容的另一端与第一控制单元的内部电压稳定引脚连接。
20.优选地，所述第二滤波电路，包括：第五电容、第六电容和第七电容；
21.所述第五电容的一端与所述第一控制单元的第一lcd驱动引脚连接，另一端与第六电容的一端、第七电容的一端和地连接；
22.所述第六电容的另一端与所述第一控制单元的第二lcd驱动引脚连接，所述第七电容的另一端与所述第一控制单元的第三lcd驱动引脚连接。
23.优选地，所述被采集模块包括：第二控制单元、第三滤波电路、第八电容、第九电容、第十电容和第十一电容；
24.所述第二控制单元的数字供电电压引脚与第八电容的一端和供电电路连接，模拟供电电压引脚和正基准电压引脚与所述第三滤波电路连接，lcd外部升压电容引脚与第九电容的一端连接，第一串口供电引脚与供电电路和第十电容的一端连接，第二串口供电引脚与供电电路和第十一电容的一端连接；
25.所述第二控制单元的模拟供电电压引脚和正基准电压引脚还与供电电路连接；
26.所述第八电容的另一端、第九电容的另一端、第十电容的另一端和第十一电容的另一端均接地，第十一电容的另一端还与所述第二控制单元的串口接地电压引脚连接。
27.优选地，所述第三滤波电路包括：第十二电容、第十三电容和第十四电容；
28.所述第十二电容的一端、第十三电容的一端和第十四电容的一端均与所述供电电路、模拟供电电压引脚以及正基准电压引脚连接；
29.所述第十二电容的另一端、第十三电容的另一端和第十四电容的另一端均接地。
30.优选地，所述供电电路包括：稳压单元、第十五电容、第十六电容、第十七电容、第十八电容和第十九电容；
31.所述稳压单元的输入端与所述第十五电容的一端、第十六电容的一端和输入电压连接，输出端与所述第十七电容的一端、第十八电容的一端和第十九电容的一端连接；
32.所述第十五电容的另一端、第十六电容的另一端、第十七电容的另一端、第十八电容的另一端、第十九电容的另一端和稳压单元的接地端均接地；
33.所述稳压单元的输出端还与所述采集模块和多个被采集模块连接。
34.优选地，所述第一控制单元包括单片机，所述单片机的型号为r7f0c004m2dfb；所述第二控制单元包括单片机，所述单片机的型号为stm8l052r8t6。
35.优选地，所述第一控制单元依序查询输入引脚是否为低电平；
36.若其中一个所述输入引脚为低电平，则第一控制单元向与此输入引脚连接的所述
第二控制单元发送数据采集指令；
37.所述第二控制单元根据接收到的所述数据采集指令，将采集到的数据发送至所述第一控制单元；
38.所述第一控制单元读取完接收到的所述数据后，将与此第二控制单元连接的输出引脚置为高电平。
39.本实用新型的优点在于：通过将采集模块的一组串口与多个被采集模块的串口组连接，将采集模块的一组gpio口组与一个被采集模块的一组gpio口组连接，使用采集模块的gpio口组获取每个被采集模块的数据信息的准备状态和配置数据信息的采集状态，使采集模块能够通过一组串口组向每个被采集模块发送采集指令和接收多个被采集模块发送的数据信息，拓展简便且不需要增加其他硬件模块，成本低。
附图说明
40.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方案的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用同样的参考符号表示相同的部件。
41.在附图中：
42.图1是现有的一种一对一连接的数据采集装置示意图；
43.图2是现有的一种多对多连接的数据采集装置示意图；
44.图3是本技术提供的一种数据采集装置的示意图；
45.图4是本技术提供的一种数据采集装置的采集模块的示意图；
46.图5是本技术提供的一种数据采集装置的被采集模块的示意图；
47.图6是本技术提供的一种数据采集装置的供电电路的示意图；
48.图7是本技术提供的一种数据采集装置的采集模块的采集流程示意图；
49.图8是本技术提供的一种数据采集装置的采集模块发送指令读取被采集模块的流程示意图；
50.图9是本技术提供的一种数据采集装置的被采集模块的数据信息发送的流程示意图。
51.附图标记说明
52.100采集模块101滤波限流电路
53.102第一滤波电路
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103第二滤波电路
54.200被采集模块201第三滤波电路
55.u1第一控制单元u2第二控制单元
56.r1第一电阻
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r2第二电阻
57.c1第一电容c2第二电容
58.c3第三电容
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c4第四电容
59.c5第五电容
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c6第六电容
60.c7第七电容
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c8第八电容
61.c9第九电容
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c10第十电容
62.c11第十一电容
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c12第十二电容
63.c13第十三电容
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c14第十四电容
64.c15第十五电容
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c16第十六电容
65.c17第十七电容
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c18第十八电容
66.c19第十九电容
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gnd接地端
67.usart0_tx信号发送串口usart0_rx信号接收串口
具体实施方式
68.下面结合参照附图对本实用新型的示例性实施方式作进一步的说明。虽然附图中显示了本实用新型的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本实用新型，并且能够将本实用新型的范围完整地传达给本领域的技术人员。
69.下面将结合附图对本实用新型实施例进行详细描述。
70.本实用新型提出一种数据采集装置，如图3所示，包括：一个采集模块100和多个被采集模块200。
71.采集模块100的一组串口组(usart0_tx和usart0_rx)与多个被采集模块200的串口组(tx和rx)连接，采集模块100的一组gpio口组与一个被采集模块200的一组gpio口组连接。采集模块100的gpio口组用于获取被采集模块200的数据信息的准备状态和配置被采集模块200的数据信息的采集状态，采集模块100的串口组用于向被采集模块200发送采集指令和接收被采集模块200发送的数据信息。采集模块100还给被采集模块200供电，被采集模块200准备好数据信息，然后通知采集模块100，采集模块100通知被采集模块200开始采集，并向其发送采集指令；若被采集模块200查询到开始采集信号，则开启串口功能，并接收采集指令，然后回复数据信息至采集模块100，若被采集模块200查询到结束采集指令(结束采集信号)，则关闭串口功能。一组gpio口组包括两个gpio口，分别用于信号输出和信号接收。
72.数据信息的准备状态包括：数据信息准备好和数据信息未准备好；数据信息的采集状态包括：数据信息已被读取和数据信息为被读取。
73.如图4所示，采集模块100，包括：第一控制单元u1、滤波限流电路101、第一滤波电路102和第二滤波电路103。第一控制单元u1的串口(usart0_rx和usart0_tx)通过滤波限流电路101与多个被采集模块200的串口(usart0_rx和usart0_tx)连接。第一控制单元u1与第一滤波电路102和第二滤波电路103连接。第一滤波电路102和第二滤波电路103均与供电电路300连接。第一控制单元u1包括单片机，单片机的型号可以为r7f0c004m2dfb。
74.如图4所示，滤波限流电路101，包括：第一电容c1、第二电容c2、第一电阻r1和第二电阻r2。第一电阻r1的一端与第一电容c1的一端连接，另一端连接第一控制单元u1的一个串口(引脚6)。第二电阻r2的一端与第二电容c2的一端连接，另一端连接第一控制单元u1另一个串口(引脚7)。第一电容c1的另一端和第二电容c2的另一端均接地gnd。
75.如图4所示，第一滤波电路102，包括：第三电容c3和第四电容c4。第三电容c3的一端与供电电路300和第一控制单元u1的正电源引脚(引脚18)连接，另一端与第四电容c4的一端、地gnd和第一控制单元u1的接地电位引脚(引脚17)连接；第四电容c4的另一端与第一控制单元u1的内部电压稳定引脚(引脚16)连接。
76.如图4所示，第二滤波电路103，包括：第五电容c5、第六电容c6和第七电容c7。第五
电容c5的一端与第一控制单元u1的第一lcd驱动引脚(引脚23)连接，另一端与第六电容c6的一端、第七电容c7的一端和地gnd连接。第六电容c6的另一端与第一控制单元u1的第二lcd驱动引脚(引脚24)连接，第七电容c7的另一端与第一控制单元u1的第三lcd驱动引脚(引脚25)连接。
77.如图5所示，被采集模块200包括：第二控制单元u2、第三滤波电路201、第八电容c8、第九电容c9、第十电容c10和第十一电容c11。第二控制单元u2的数字供电电压引脚(引脚11)与第八电容c8的一端和供电电路300连接，模拟供电电压引脚(引脚12)和正基准电压引脚(引脚13)与第三滤波电路201连接，lcd外部升压电容引脚(引脚18)与第九电容c9的一端连接，第一串口供电引脚(引脚55)与供电电路300和第十电容c10的一端连接，第二串口供电引脚(引脚29)与供电电路300和第十一电容c11的一端连接。第二控制单元u2的模拟供电电压引脚(引脚12)和正基准电压引脚(引脚18)还与供电电路300连接。第八电容c8的另一端、第九电容c9的另一端、第十电容c10的另一端和第十一电容c11的另一端均接地gnd，第十一电容c11的另一端还与第二控制单元u2的串口接地电压引脚(引脚30)连接。第二控制单元u2包括单片机，单片机的型号可以为stm8l052r8t6。
78.第一控制单元u1与第二控制单元u2之间的数据传输步骤包括：第一控制单元依序查询输入引脚是否为低电平；若其中一个输入引脚为低电平，则第一控制单元向与此输入引脚连接的第二控制单元发送数据采集指令；第二控制单元根据接收到的数据采集指令，将采集到的数据发送至第一控制单元；第一控制单元读取完接收到的数据后，将与此第二控制单元连接的输出引脚置为高电平。
79.如图5所示，第三滤波电路201包括：第十二电容c12、第十三电容c13和第十四电容c14。第十二电容c12的一端、第十三电容c13的一端和第十四电容c14的一端均与供电电路300、模拟供电电压引脚(引脚12)以及正基准电压引脚(引脚18)连接。第十二电容c12的另一端、第十三电容c13的另一端和第十四电容c14的另一端均接地gnd。
80.如图6所示，供电电路300包括：稳压单元u3、第十五电容c15、第十六电容c16、第十七电容c17、第十八电容c18和第十九电容c19。稳压单元u3的输入端2与第十五电容c15的一端、第十六电容c16的一端和输入电压连接，输出端3与第十七电容c17的一端、第十八电容c18的一端和第十九电容c19的一端连接。第十五电容c15的另一端、第十六电容c16的另一端、第十七电容c17的另一端、第十八电容c18的另一端、第十九电容c19的另一端和稳压单元u3的接地端1均接地gnd。稳压单元u3的输出端3还与采集模块100和多个被采集模块200连接。稳压单元u3优选地，可以为电压转换芯片gm6250
‑
3.0，用于将6.5v的输入电压转换为3.0v，输出给采集模块100和多个被采集模块200。第十五电容c15、第十六电容c16、第十七电容c17、第十八电容c18和第十九电容c19均用于滤波稳压。6.5v的输入电压可以由碱电电源提供。
81.下面，对本技术实施例进行进一步说明。
82.如图3所示，采集模块100的一组串口(usart0_rx和usart0_tx)分别与8个被采集模块相连，用于数据信息的收发传输，此外，采集模块100还使用8组(2个gpio口一组)gpio分别与8个被采集模块200相连，用于信号(采集指令)的传输。其中gpio00、gpio02、gpio04、gpio06、gpio10、gpio12、gpio14、gpio16作为采集模块100的输入信号，高电平表示被采集模块200的数据信息未准备好，低电平表示被采集模块200的数据信息准备好；其中gpio01、
gpio03、gpio05、gpio07、gpio11、gpio13、gpio15、gpio17作为采集模块100的输出信号，高电平表示不采集被采集模块200的数据信息，低电平表示即将采集被采集模块2001的数据信息。
83.通过采集模块100的单个单片机的单个串口可以连接多个被采集模块200的串口。通过掉电复位，再上电采集模块100和被采集模块200，可以重新进行下一次数据信息采集任务。采集模块100通过新增两个未被使用的通用gpio口，可以新增扩展连接一个被采集模块200。采集模块100通过串口可以读取被采集模块200的数据信息。采集模块100通过与gpio口连接的信号线通知被采集模块200配置其串口复用引脚为串口功能或gpio功能，并开启或关闭串口功能。被采集模块200通过与gpio口连接的信号线通知采集模块100数据信息已准备好，或未准备好。
84.下面，以采集模块100的第一控制单元u1为超低功耗16位单片机r7f0c004m2dfb；被采集模块200的第二控制单元u2为高密度低功耗单片机stm8l052r8t6，其对外引出串口包括usart0_tx和usart0_rx，通用gpio口包括gpio00和gpio01为例，对采集模块100的采集流程进行进一步说明。
85.如图7所示，配置gpio00、02、04、06、10、12、14、16引脚为输入模式，配置gpio01、03、05、07、11、13、15、17引脚为输出模式，且输出高电平，配置串口引脚，并开启串口功能。被采集模块201至208若存在未被采集情况，则轮询查询各输入引脚是否为低电平，若为低电平，则表示被采集模块的数据信息已准备好，等待采集。此时采集模块100配置同一组的输出引脚输出低电平，并发送指令读取被采集模块的数据信息，待读取完成，置位该被采集模块已被采集标志，配置同一组的输出引脚为高电平。被采集模块201至208已采集标志都被置位，则完成本次采集任务。
86.如图8所示，为采集模块100发送指令读取被采集模块200的流程图。采集模块100通过串口发送读取采集数据信息的指令，查询到被采集模块200返回的数据信息，则结束串口的数据采集。
87.如图9所示，为被采集模块200的流程图。配置被采集模块200的gpio00引脚为输出模式，且输出高电平，配置gpio01引脚为输入模式，配置串口引脚的tx为通用io引脚，且为输出模式，输出高电平，配置串口引脚的rx为通用io引脚，且为输入模式。若被采集模块200的数据信息未被读取，且待采集的数据信息准备好，则配置gpio00引脚为低电平，查询gpio01引脚的输入电平状态，若为低电平，则表示采集模块100即将发送采集数据的指令，此时立即配置被采集模块200的串口tx和rx为串口功能，并开启串口，串口接收到采集数据的指令时，通过串口回复采集到的数据信息，并置位数据信息已被置位标志。若被采集模块200的数据信息已被读取，则配置gpio00引脚输出高电平，关闭串口功能，配置串口引脚的tx为通用io引脚，且为输出模式，输出高电平，配置串口引脚的rx为通用io引脚，且为输入模式。
88.本实施例的益处在于，通过将采集模块的一组串口组与多个被采集模块的串口组连接，将采集模块的一组gpio口组与一个被采集模块的一组gpio口组连接，使用采集模块的gpio口组获取每个被采集模块的数据信息的准备状态和配置数据信息的采集装，使采集模块能够通过一组串口组向每个被采集模块发送采集指令和接收多个被采集模块发送的数据信息，拓展简便且不需要增加其他硬件模块，成本低。采集模块单串口可以与多个被采
集模块的串口相连，可以节省采集模块的串口资源，解决采集模块的串口资源有限而导致无法采集更多被采集模块的数据信息问题。采集模块最多使用两个gpio配合单串口时分复用，采集一个被采集模块数据信息，使用较少的gpio引脚资源，以便扩展连接更多的被采集模块。被采集模块处于采集阶段时，串口复用功能引脚配置为串口功能，并打开串口，被采集模块处于空闲状态时，串口复用功能引脚配置为gpio，并输出高电平。通过采集模块串口的时分复用，解决采集模块因硬件串口资源限制无法采集更多模块数据信息的问题，实现采集模块的智能化。采集模块单在其gpio资源足够的情况下，可以持续扩展连接被采集模块。采集模块单串口可以与多个被采集模块的串口相连，可以节省采集模块的串口资源。
89.本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本实用新型所作的举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。