一种多物理信号激发及数据采集集成平台的制作方法

1.本发明涉及智能传感器领域，具体为一种多物理信号激发及数据采集集成平台。


背景技术：

2.世界进入工业4.0时代，工业界需要小型化智能集成控制器搭载在小型可移动机器人或无人机上进行多传感器控制及信息采集，但目前主流小型智能化控制器行业的产品设计仍存在尺寸大、功耗高、可控制的传感器种类有限等问题，本产品主要针对目前技术和类似产品，解决的问题主要包括：（1）多物理信号的主动激发和信息采集控制平台的小型化，物理信号类型主要包括：声，电磁，图像，温度等；（2）智能控制、智能通信及多种传感器集成化，本产品可实现小型化智能控制多种微型传感器集成；（3）实现可搭载式的多感知传感器一体化控制，集成的硬件系统可装配在不同尺寸的机器人平台上，实现机器人同时具有声学感知、电磁感知，视觉感知等能力；（4）为数据融合和人工智能算法提供硬件平台，本产品通过连接多种类型的传感器激发和采集到的数据后，可结合数据融合和人工智能算法对原始数据进行后处理，为客户提供更快、更准确的可视化信息；（5）为数字模拟与智能控制结合开发实现工业4.0提供硬件平台，实现数字孪生技术在智能制造，智能控制，智能结构检测及实时监测等领域的应用。


技术实现要素：

3.（一）解决的技术问题针对现有技术的不足，本发明提供了一种多物理信号激发及数据采集集成平台。
4.（二）技术方案为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种多物理信号激发及数据采集集成平台，包括低压系统以及高压系统，所述低压系统包括微控制器，数据读写模块、wifi无线通信模块以及usb type-c接口，所述高压系统包括ad/da转换、前端/后端放大器，开关控制电路以及sma外部接口，所述高压系统以及低压系统通过电源供电，所述微控制器与数据读写模块、wifi无线通信模块、ad/da转换以及开关控制电路电性连接，所述数据读写模块与wifi无线通信模块以及usb type-c 接口电性连接，所述ad转换与后端放大器电性连接，所述da转换与前端放大器电性连接，所述开关控制电路通过开关电路与前端/后端放大器以及sma外部接口电性连接，所述sma外部接口通过开关电路与前端/后端放大器电性连接，所述sma外部接口电性连接传感器探头。
5.进一步的，本发明改进有，所述usb type-c接口是一种通用串行总线的硬件接口形式。
6.进一步的，本发明改进有，所述数据读写模块使用sd卡读写模块进行数据存储交互。
7.进一步的，本发明改进有，所述微控制器由中央处理器、存储器、定时/计数器、输入输出接口集成在一块集成电路芯片的微型计算机。
8.进一步的，本发明改进有，所述sma外部接口为集成平台信号收发端，其频率范围在0~10mhz之间,且采样频率最大达到100mhz。
9.进一步的，本发明改进有，所述传感器探头包括音频传感器、超声传感器、电磁传感器、光纤传感器、温度传感器、压力传感器、湿度传感器以及imu传感器。
10.（三）有益效果与现有技术相比，本发明提供了一种多物理信号激发及数据采集集成平台，具备以下有益效果：本发明的低压系统由微控制器，数据读写模块，wifi无线通信模块以及usb type-c接口组成，高压系统由ad/da转换，前端/后端放大器，开关控制电路以及sma外部接口组成，1、对比现有产品的成本，本产品减少了大部分不需要的电子组件和功能，成本可降低最少40-50%，2、对比现有产品的实现功能，本产品可基于单一控制平台实现多种传感器物理信号的激发控制与数据采集功能，3、对比现有的类似产品，本产品更适用于微型传感器感知集成，4、对比现有的大尺寸类似产品，本产品可用于搭载小型智能机器人或无人机平台。
附图说明
11.图1为本发明结构示意图。
具体实施方式
12.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
13.请参阅图1，本发明的一种多物理信号激发及数据采集集成平台，包括低压系统以及高压系统，所述低压系统包括微控制器，数据读写模块、wifi无线通信模块以及usb type-c接口，所述高压系统包括ad/da转换、前端/后端放大器，开关控制电路以及sma外部接口，所述高压系统以及低压系统通过电源供电，所述微控制器与数据读写模块、wifi无线通信模块、ad/da转换以及开关控制电路电性连接，所述数据读写模块与wifi无线通信模块以及usb type-c 接口电性连接，所述ad转换与后端放大器电性连接，所述da转换与前端放大器电性连接，所述开关控制电路通过开关电路与前端/后端放大器以及sma外部接口电性连接，所述sma外部接口通过开关电路与前端/后端放大器电性连接，所述sma外部接口电性连接传感器探头。
14.本实施例中，所述usb type-c接口是一种通用串行总线的硬件接口形式，可以传输更高的速率，支持更大的电流，安全性更高，结构更加精细可靠。主要用于电源供电与数据，控制交互。
15.本实施例中，所述数据读写模块使用sd卡读写模块进行数据存储交互，sd卡是一种低电压的flash闪存产品，sd卡读写模块内置文件系统、可直接进行文件读写的sd卡模块，适用于单片机系统实现大容量存储方案。
16.本实施例中，所述微控制器由中央处理器、存储器、定时/计数器、输入输出接口集成在一块集成电路芯片的微型计算机，与应用在个人电脑中的通用型微处理器相比，它更
强调自供应和节约成本，它的最大优点是体积小，输入输出接口简单，在设备中使用微控制器进行数据流控制与交互。
17.本实施例中，所述传感器探头包括音频传感器、超声传感器、电磁传感器、光纤传感器、温度传感器、压力传感器、湿度传感器以及imu传感器。
18.本实施例中，所述sma外部接口为集成平台信号收发端，输出/输入多物理信号针对其频率范围在0~10mhz以及采样频率最大达到100mhz，它的最大优点可满足多物理学传感器在不同及复杂应用场景对传感技术的不同需求。
19.综上所述，该多物理信号激发及数据采集集成平台，在使用时其中低压系统由微控制器，数据读写模块，wifi无线通信模块以及usb type-c接口组成，高压系统由ad/da（模数信号-数模信号）转换，前端/后端放大器，开关控制电路以及sma外部接口组成，整体系统由电源供电，多元宽频的激发信号通过usb type-c接口传输到数据读写模块与微控制器中，通过da转换(数模信号）与前端放大器的增益而传输到sma外部接口，从而激发换能器工作。
20.信号由传感器探头接收，通过后端放大器传输到ad转换（模数信号）从而传入微控制器，数据被保存在数据读写模块中，该发明集成了wifi无线通信模块，可以通过wifi协议进行无线传输数据，控制指令与数据处理。
21.本发明通过电源为装置提供可靠的电源供应，包括微控制器，wifi模块以及放大器，wifi无线通信模块作用在产品中，用于无线控制设备收发状态与交互，还用于原始数据的传输与处理，da转换（数字模拟转换器）是一种将数字量转换为模拟量的设备，其使用数字位分别控制相应位的模拟电子开关，并由运算放大器控制每个电流值求和，并转换为电压值，ad转换（模拟数字转换器）针对时间和幅度上连续的模拟电信号，在一定序列的时钟信号的上升沿或下降沿对其幅度进行量化后，生成能够用数字表征的信号幅度值。主要作用是将真实世界产生的信息如温度、压力、声音、图像等模拟信号转换成更容易处理的数字形式，前端放大器增加信号输出功率和幅值的同时不改变波，通过电源取得的能量来源，以控制输出信号的波形与输入信号一致且具有较大的振幅，前端放大器电路亦可视为可调节的输出电源，用来获得比输入信号更强的输出信号，用于匹配与放大系统的原始输出信号，从而激发输出换能器，得到多元数据，后端放大器将接收来自传感器探头的信号放大，用于后级的电子设备处理，开关控制电路通过微控制器从而控制开关电路，开关电路：控制发射/接收端信号的流向。
22.本发明的为控制器可采用fpga，cpu 或 gpu替换，sma外部接口可采用bnc接口替换，wifi无线通信模块可采用物联网协议模块替换。
23.本发明对比现有产品的成本，本产品减少了大部分不需要的电子组件和功能，成本可降低最少40-50%，对比现有产品的实现功能，本产品可基于单一控制平台实现多种传感器物理信号的激发控制与数据采集功能，对比现有的类似产品，本产品更适用于微型传感器感知集成，对比现有的大尺寸类似产品，本产品可用于搭载小型智能机器人或无人机平台。
24.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。