一种多功能的振弦应变传感器采集仪及采集基站的制作方法

1.本发明涉及一种采集仪，属于管道应力应变监测领域，特别是涉及一种多功能的振弦应变传感器采集仪及采集基站。


背景技术：

2.采集仪是一种采集数据的仪器，在管道应力应变监测方面，采集仪主要应用于输油管线监测，为了监测管道应力变化，全方位监测，一般对管道选取多点位、多方向进行监测，由于管道位于地下，应变计防护采用特殊工艺处理，以保证数据的长期有效性，因此，数据采集仪扮演着非常重要的角色。
3.现有技术中数据采集仪稳定性差、数据采集不准确，且运维成本太高，同时与同类型采集仪进行数据交互时，不能进行有线和无线的选择进行通信，因此在使用时非常不方便。


技术实现要素：

4.本发明主要解决的技术问题是如何提供可以轻松方便移动，随时开始/停止记录数据，为客户提供了极大的方便，且通过不同的数据采集方式的限定，快速、有效的对数据进行采集的多功能的振弦应变传感器采集仪。
5.为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种多功能的振弦应变传感器采集仪，包括：mcu模块、振弦应变采集模块、电源模块、光耦继电器电路、gprs模块、zigbee模块、防浪涌电路和外围接口电路，所述mcu模块与振弦应变采集模块、光耦继电器电路、gprs模块、zigbee模块、防浪涌电路之间通信连接，所述光耦继电器电路包含有8路，且光耦继电器电路端口连接有8路振弦应变传感器，每一路的振弦应变传感器单独连接，所述多功能的振弦应变传感器采集仪还包含有拨码开关模块。
6.在一个较佳实施例中，所述电源模块包含有dcdc开关电源和/或ldo线性稳压电源。
7.在一个较佳实施例中，所述gprs模块设置为用于与mcu模块进行通信的gprs通信模块。
8.在一个较佳实施例中，所述zigbee模块设置为zigbee无线自组网通信模块。
9.在一个较佳实施例中，所述防浪涌电路包括自恢复保险丝、双向tvs瞬态抑制二极管和esd保护二极管。
10.在一个较佳实施例中，所述外围接口电路与电源模块、传感器、振弦应变采集模块、光耦继电器电路、gprs模块、zigbee模块、防浪涌电路各接口之间电性连接。
11.一种多功能的振弦应变传感器采集仪，包括：mcu模块、外围电路、振弦应变采集模块、电源模块、485有线模块、防浪涌电路、外围接口电路、拨码开关模块、模拟开关电路和rj45网口模块，所述mcu模块与振弦应变采集模块、光耦继电器电路、gprs模块、485有线模块、防浪涌电路之间通信连接，所述光耦继电器电路包含有8路，且光耦继电器电路端口连
接有8路振弦应变传感器，每一路的振弦应变传感器单独连接。
12.在一个较佳实施例中，所述rj45网口模块为有线通信模块。
13.在一个较佳实施例中，所述模拟开关电路用于切换传感器与振弦应变采集模块的链接通道。
14.一种多功能的振弦应变传感器采集仪通讯基站，包含有上述的多功能的振弦应变传感器采集仪，且还包括：zigbee模块或485有线模块通过zigbee无线或者485有线与同类型采集仪进行数据交互。
15.本发明的有益效果是：作为振弦应变采集仪通讯基站时，可选择gprs无线模式和rj45有线模式，实现了数据上传至服务器的传输模式可以为gprs通信方式或者rj45有线网络。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
17.图1是本发明一种多功能的振弦应变传感器采集仪的实施例1框架结构示意图；
18.图2是本发明一种多功能的振弦应变传感器采集仪的实施例2框架结构示意图；
19.图3是本发明一种多功能的振弦应变传感器采集仪的流程操作示意图。
20.附图中各标记为：1、mcu模块；2、振弦应变采集模块；3、电源模块；4、光耦继电器电路；5、gprs模块；6、zigbee模块；7、防浪涌电路；8、外围电路；9、外围接口电路；10、拨码开关模块；11、振弦应变传感器；12、rj45网口模块；13、模拟开关电路；14、485有线模块。
具体实施方式
21.下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
22.实施例1
23.请参阅图1-3，在本发明的一个具体实施例中提供一种多功能的振弦应变传感器采集仪，所述的一种多功能的振弦应变传感器采集仪包括：mcu模块1、振弦应变采集模块2、电源模块3、光耦继电器电路4、gprs模块5、zigbee模块6、防浪涌电路7和外围接口电路9，所述mcu模块1与振弦应变采集模块2、光耦继电器电路4、gprs模块5、zigbee模块6、防浪涌电路7之间通信连接，所述光耦继电器电路4包含有8路，且光耦继电器电路4端口连接有8路振弦应变传感器11，每一路的振弦应变传感器11单独连接，所述多功能的振弦应变传感器采集仪还包含有拨码开关模块10。
24.其中，在本实施例中，所述电源模块3包含有dcdc开关电源和/或ldo线性稳压电源。所述gprs模块5设置为用于与mcu模块1进行通信的gprs通信模块。所述zigbee模块6设置为zigbee无线自组网通信模块。所述防浪涌电路7包括自恢复保险丝、双向tvs瞬态抑制
二极管和esd保护二极管。所述外围接口电路9与电源模块3、传感器11、振弦应变采集模块2、光耦继电器电路4、gprs模块5、zigbee模块6、防浪涌电路7各接口之间电性连接。
25.实施例2
26.请参阅图1-3，在本发明的一个具体实施例中提供一种多功能的振弦应变传感器采集仪，所述的一种多功能的振弦应变传感器采集仪包括：mcu模块1、外围电路8、振弦应变采集模块2、电源模块3、485有线模块14、防浪涌电路7、外围接口电路9、拨码开关模块10、模拟开关电路13和rj45网口模块12，所述mcu模块1与振弦应变采集模块2、光耦继电器电路4、gprs模块5、485有线模块14、防浪涌电路7之间通信连接，所述光耦继电器电路4包含有8路，且光耦继电器电路4端口连接有8路振弦应变传感器11，每一路的振弦应变传感器11单独连接。所述rj45网口模块12为有线通信模块。所述模拟开关电路13用于切换传感器11与振弦应变采集模块2的链接通道，在具体的实施过程中，模拟开关电路与光耦继电器电路两者可替换，zigbee模块和485模块都有可选焊接，gprs模块和rj45模块可选焊接，光耦继电器电路和模拟开关电路可选焊接。这些可以随意组合，比如zigbee和rj45光耦继电器，zigbee和gprs和光耦继电器，485和gprs光耦继电器等等，可以组合成8种组合。
27.实施例3
28.一种多功能的振弦应变传感器采集仪通讯基站，包含有上述的多功能的振弦应变传感器采集仪，包括：zigbee模块6或485有线模块14通过zigbee无线或者485有线与同类型采集仪进行数据交互。
29.实施例4
30.请参阅图1-3，在本发明的一个具体实施例中提供一种多功能的振弦应变传感器采集仪，所述的一种多功能的振弦应变传感器采集仪中，数字硬件部分包含mcu部分、振弦应变采集模块、电源部分、光耦继电器电路或模拟开关电路、gprs模块、rj45网口模块、zigbee模块、485电路、防浪涌电路以及外围接口电路。mcu为数字硬件核心其主要功能是协调控制各个部分工作并进行数据处理与数据传输。振弦应变采集模块可以采集振弦应变传感器的频率数据。电源部分主要分为dcdc开关电源与ldo线性稳压电源。光耦继电器电路或者模拟开关电路主要功能是切换传感器与振弦应变采集模块的链接通道。
31.gprs模块是gprs通信模块，主要功能与上位机服务器通信。zigbee模块是zigbee无线自组网通信模块，主要功能与同类型的采集仪通信。rj45网口模块是有线通信模块，可以与上位机服务器通信。防浪涌电路由自恢复保险丝、双向tvs瞬态抑制二极管和esd保护二极管组成主要功能是防止雷击外围接口电路主要是电源接口、传感器接口，各个模块的接口。
32.其中，作为下位机振弦应变采集仪时，可选择两种模式：485有线通讯模式和zigbee无线通讯模式；
33.485有线模式的硬件主要构成部分为mcu部分、振弦应变采集模块、电源部分、光耦继电器电路或模拟开关电路、485电路、防浪涌电路以及外围接口电路。
34.zigbee无线通讯模式的硬件主要构成部分为mcu部分、振弦应变采集模块、电源部分、光耦继电器电路或模拟开关电路、zigbee模块、防浪涌电路以及外围接口电路。
35.作为下位机振弦应变采集仪的主要功能是采集解析振弦应变传感器数据。
36.当作为振弦应变采集仪通讯基站时，可选择2种模式：gprs无线模式和rj45有线模
式；
37.gprs无线模式的硬件主要构成部分为mcu部分、振弦应变采集模块、电源部分、光耦继电器电路或模拟开关电路、485电路、zigbee模块、gprs模块、防浪涌电路以及外围接口电路。
38.rj45有线模式的硬件主要构成部分为mcu部分、振弦应变采集模块、电源部分、光耦继电器电路或模拟开关电路、485电路、zigbee模块、rj45网口模块、防浪涌电路以及外围接口电路。
39.作为振弦应变采集仪通讯基站时具备采集解析振弦应变传感器数据同时具备接收和上传其他振弦应变采集仪的数据至服务器中心。
40.本发明的整体程序流程步骤为：程序流程包含a初始化、b数据监听及解析、c执行任务，在本实施例中，针对这三个步骤进行描述，以方便理解整体技术方案。
41.a初始化：
42.作为下位机振弦应变采集仪时，初始化程序包含初始化mcu时钟、初始化usart串口数据传输程序、初始化485数据传输程序、初始化zigbee模块、初始化定时器、初始化传感器采集参数、初始化内存、初始化设备编号，初始化振弦模块参数。
43.作为振弦应变采集仪通讯基站时，初始化程序包含初始化mcu时钟、初始化usart串口数据传输程序、初始化485数据传输程序、初始化zigbee模块、初始化gprs模块、初始化rj45网口模块、初始化定时器、初始化传感器采集参数、初始化内存、初始化设备编号，初始化振弦模块参数
44.b数据监听及解析：
45.作为下位机振弦应变采集仪时，主要对zigbee数据接口和485数据接口进行监听，然后进行数据解析从而分配任务标签。
46.作为振弦应变采集仪通讯基站时，主要对zigbee数据接口、485数据接口、rj45网口以及gprs接口进行数据监听，并解析数据如果数据为下行，则传输数据至下位机振弦应变采集仪。如果数据为上行则传输数据至上位机服务器，如果数据为本机数据则根据解析的内容从而分配任务标签。
47.c执行任务：
48.作为下位机振弦应变采集仪时，主要任务有传感器数据采集、指令分析以及数据处理任务。
49.作为振弦应变采集仪通讯基站时，主要任务传感器数据采集、指令分析、数据处理任务，以及数据传输及转发。
50.通讯指令分析：
51.作为下位机振弦应变采集仪时，通讯指令包含采集仪端口扫描参数配置、采集仪扫描时间的配置、采集仪扫描方式的配置。
52.作为振弦应变采集仪通讯基站时，通讯指令包含含采集仪端口扫描参数配置、采集仪扫描时间的配置、采集仪扫描方式的配置。
53.数据传输及转发：
54.作为振弦应变采集仪通讯基站时，转发下位机的数据至上位机服务器，以及传输自身的数据至上位机服务器。
55.数据采集：
56.根据任务标签、扫描参数、定时对传感器进行数据采集操作。
57.数据处理：
58.数据处理是将采集到的传感器的温度数据与频率数据转化为应力应变数据。
59.在具体的实施过程中，硬件组合模式可分为3种，1、单独作为通讯基站2、单独作为采集仪3、既作通讯基站又作采集仪。
60.(1)单独作为通讯基站的硬件组合方式有4种：
61.1、焊接gprs模块和zigbee模块不焊接光耦继电器电路或模拟开关电路以及防浪涌电路；
62.2、焊接rj45模块和zigbee模块不焊接光耦继电器电路或模拟开关电路以及防浪涌电路；
63.3、焊接gprs模块和485模块不焊接光耦继电器电路或模拟开关电路以及防浪涌电路；
64.4、焊接rj45模块和485模块不焊接光耦继电器电路或模拟开关电路以及防浪涌电路。
65.(2)单独作为采集仪的硬件组合方式有4种：
66.1、焊接光耦继电器电路和zigbee模块不焊接gprs模块和rj45模块；
67.2、焊接光耦继电器电路和485模块不焊接gprs模块和rj45模块；
68.3、焊接模拟开关电路和zigbee模块不焊接gprs模块和rj45模块；
69.4、焊接模拟开关电路和485模块不焊接gprs模块和rj45模块。
70.(3)既作通讯基站又作采集仪的硬件组合方式有8种：
71.1、焊接模拟开关电路、485模块和gprs模块；
72.2、焊接模拟开关电路、485模块和rj45模块；
73.3、焊接模拟开关电路、zigbee模块和gprs模块；
74.4、焊接模拟开关电路、zigbee模块和rj45模块；
75.5、焊接光耦继电器电路、485模块和gprs模块；
76.6、焊接光耦继电器电路、485模块和rj45块；
77.7、焊接光耦继电器电路、zigbee模块和gprs模块；
78.8、焊接光耦继电器电路、zigbee模块和rj45模块。
79.采集仪与通讯基站通信必须是同种类型的连接方式，485模式下的通讯基站只能和485模式下的采集仪通讯，zigbee模式下的通讯基站只能和zigbee模式下的采集仪通讯。
80.因此，本发明具有以下优点：
81.1、采用振弦应变采集模块检测振弦应变传感器频率值；
82.2、可通过光耦继电器或者模拟开关进行多通道切换；
83.3、可作为通讯基站通过zigbee无线或者485有线与同类型采集仪进行数据交互；
84.4、采用低噪声高性能的线性稳压器作为传感器的激励电源；
85.5、采用低压扫频的方式采集振弦传感器频率数据；
86.6、可以检测ds18b20、热电偶方式的温度传感器；
87.7、采用输入5到28v的宽电压设计；
88.8、传感器输入端采用防浪涌电路设计；
89.9、数据上传至服务器的传输模式可以为gprs通信方式或者rj45有线网络；
90.10、作为通讯基站又作为采集仪时硬件组合方式可根据实际现场需要选择，组合方式达到8种。
91.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。