数据采集装置及进行数据采集的方法与流程

1.本发明涉及电路设计技术领域，尤其涉及一种数据采集装置、使用其进行数据采集的方法。


背景技术：

2.现有技术中，具有基于485总线modbus协议的传感器设备，例如测量水质酸碱度值的ph值传感器、测量水质中盐浓度的ec值传感器等，如果将这些基于485总线modbus协议的传感器设备集成在一起，对于所需数据进行统一采集，例如同步采集水质酸碱度数据及水质中的盐浓度数据，则极大地提高了工业化效率，也便于收集统一测量环境下的各方面数据指标。然而，现有的基于485总线modbus协议的多个传感器设备在进行同步测量时，由于没有电气隔离，会导致测量数据准确度大幅下降，并且多个传感器设备之间会产生干扰。基于485总线modbus协议的传感器设备采用modbus从机地址，如现市场上销售的485总线modbus协议的传感器默认从机地址大都是0x01，不同的传感器设备如果同步采集数据，则多个传感器设备的从机地址均为0x01，而485总线modbus协议不能兼容相同的modbus从机地址，导致上述将多传感器设备集成在一起的数据采集装置不能直接应用，要更改从机地址又会很繁琐。并且，现有技术中的基于485总线modbus协议的传感器数据采集装置，不具有通过4g或者ethernet将数据上传的相关功能。


技术实现要素：

3.有鉴于现有技术的至少一个缺陷，第一方面，本发明提供了一种数据采集装置，包括：
4.微处理器，包括支持预设数据传输协议的协议模块；
5.多个传感器接口，配置成采集多路数据，并通过总线与所述微处理器进行数据或指令的交互；
6.接口隔离模块，与所述微处理器及所述多个传感器接口分别耦接，配置成使所述多个传感器接口在进行数据传输时实现电气隔离。
7.根据本发明的第一方面，其中所述预设数据传输协议包括485总线modbus协议，所述接口隔离模块包括隔离型rs485收发芯片。
8.根据本发明的第一方面，所述装置进一步包括：
9.电源；
10.电源隔离模块，耦接于所述电源和所述多个传感器接口之间，配置成为每个传感器接口提供独立的电源。
11.根据本发明的第一方面，所述装置进一步包括：
12.通信模块，与所述微处理器耦接，配置成将所述微处理器采集到的数据发送至外部网络。
13.根据本发明的第一方面，其中所述通信模块包括以太网通信模块、4g通信模块中
的一种或多种。
14.根据本发明的第一方面，所述装置进一步包括：
15.降压模块，与所述电源、所述微处理器、所述接口隔离模块、所述电源隔离模块和所述通信模块分别耦接，配置成根据预设条件将所述电源输出的第一电压处理为第二电压，分别输出至所述微处理器、所述接口隔离模块、所述电源隔离模块和所述通信模块，其中，所述第二电压低于所述第一电压。
16.根据本发明的第一方面，其中所述多个传感器接口分别连接多路传感器，所述多路传感器配置成在同一测试环境下采集数据。
17.根据本发明的第一方面，其中所述多个传感器接口共用modbus从机地址。
18.根据本发明的第一方面，其中所述传感器包括温度传感器、湿度传感器、ph值传感器，ec值传感器中的一种或多种。
19.第二方面，本发明还提供一种使用如本发明的第一方面所述的装置进行数据采集的方法，包括：
20.通过所述多个传感器接口采集多路数据，并通过总线与所述微处理器进行数据或指令的交互；
21.通过所述接口隔离模块使所述多个传感器接口在进行数据传输时实现电气隔离。
22.本发明所提供的数据采集装置及进行数据采集的方法，能够兼容各种基于485总线modbus协议的传感器设备，可以将多个基于485总线modbus协议的传感器设备集成，在同一环境下采集或测试多路数据，通过隔离电路实现多路传感器的电气隔离，保证了数据采集或测试的准确性。本发明所提供的数据采集装置，结构简单，易于使用，多个485总线对应多个传感器通道，可以兼容相同的modbus从机地址，采用通用的数据传输协议，高度工业化，同步测量的时效性极高，并且能够通过4g网络或以太网同步上传采集或测试的数据，能耗较低，大大降低了该工业产品面向用户的使用成本。
附图说明
23.为了更清楚地说明本技术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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图，而并不超出本技术要求保护的范围。
24.图1示出了本发明的一个实施例所提供的数据采集装置；
25.图2示出了本发明的一个实施例所提供的数据采集装置；
26.图3示出了本发明的一个实施例所提供的数据采集装置；
27.图4示出了本发明的一个实施例所提供的数据采集装置；
28.图5示出了本发明的一个实施例所提供的数据采集装置；
29.图6示出了本发明的一个实施例所提供的进行数据采集的方法。
具体实施方式
30.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申
请中的实施例，本领域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，都属于本技术保护的范围。
31.现有技术中，基于485总线modbus协议的传感器设备，通常无法将相互之间可能产生数据信号干扰的传感器设备集成在一起，或通过多传感器设备同步采集数据，本发明提供一种基于485总线modbus协议的多路数据采集系统，可以外接多个基于485总线modbus协议的传感器设备，同时兼容相互之间可能产生数据信号干扰的多个传感器设备，进一步地，可以兼容多个相同从机地址的传感器设备。提高了数据采集系统的数据采集效率，时效性强，准确性高。
32.根据本发明的一个实施例，如图1所示，本发明提供一种数据采集装置100，包括微处理器110、多个传感器接口120和接口隔离模块130。
33.其中：
34.微处理器110包括支持预设数据传输协议的协议模块111。微处理器110与一个或多个电子设备(例如测量温度的电子装置、测量湿度的电子装置、测量酸碱度的电子装置和测量盐浓度的电子装置)之间采用预设的数据传输协议，根据该预设的数据传输协议，协议模块111配置网络接口，形成或解析数据包/指令包，完成微处理器110与一个或多个电子设备之间的连接管理、数据传输、设备切换等功能。其中，协议模块111包括可供微处理器110执行的配置程序或应用程序。
35.多个传感器接口120配置成采集多路数据，并通过总线与微处理器110进行数据或指令的交互。可选地，多个传感器接口120分别连接多路传感器设备，以采集不同的传感器数据，例如通过测量温度的电子装置采集温度数据、通过测量湿度的电子装置采集湿度数据、通过测量酸碱度的电子装置采集酸碱度数据、通过测量盐浓度的装置采集盐浓度数据，采集到的数据通过总线传输至微处理器110，多个传感器接口120还通过总线接收微处理110发送的指令，例如开始数据采集指令、结束数据采集指令等。
36.接口隔离模块130与微处理器110及多个传感器接口120分别耦接，配置成使多个传感器接口120在进行数据传输时实现电气隔离。通过特殊设计的接口隔离模块130，使多个传感器接口120在向微处理器110进行数据传输时相互之间实现电气隔离，即通过接口隔离模块130形成多路485总线，可选地，每一路485总线通过传感器接口连接一个传感器设备，多路485总线均可传输传感器采集到的数据，并且，在每一路485总线向微处理器110传输传感器设备采集到的数据时，与其他路485总线电气隔离，避免了数据信息之间的串扰，提高了每个传感器设备采集或测量数据的准确性。
37.本发明的上述实施例所提供的数据采集装置，能够兼容各种基于485总线modbus协议的传感器设备，可以将多个基于485总线modbus协议的传感器设备集成，在同一环境下采集或测试多路数据，包括容易产生相互干扰的测量数据，通过隔离电路实现多路传感器的电气隔离，保证了数据采集或测试的准确性。本发明所提供的数据采集装置，结构简单，易于使用，且能耗较低，并具有算法支持，同步测量的时效性极高。
38.根据本发明的一个实施例，本发明所提供的数据采集装置100中，所述预设数据传输协议包括485总线modbus协议，接口隔离模块130包括隔离型rs485收发芯片。根据本发明的一个实施例，微处理器110通过spi总线与2片spi转串口芯片通信，可以扩展到8路串口，8路串口再用隔离型rs485收发器芯片转为隔离8路485总线。
39.如图2所示，根据本发明的一个实施例，本发明所提供的数据采集装置100进一步包括：电源140和电源隔离模块150。其中：
40.电源隔离模块150耦接于电源140和多个传感器接口120之间，配置成为每个传感器接口提供独立的电源。电源140与电源隔离模块150耦接，通过电源隔离模块150隔离出多个独立电源，分别为多路485总线供电。可选地，电源隔离模块150隔离出n个独立电源，分别为n路485总线供电，n路485总线提供n个传感器接口，接口隔离模块130与该n个传感器接口连接。
41.如图3所示，根据本发明的一个实施例，本发明所提供的数据采集装置100进一步包括：通信模块160。其中：
42.通信模块160与微处理器110耦接，配置成将微处理器110采集到的数据发送至外部网络。微处理器110与通信模块160耦接，将多路传感器通过多路485总线传输的数据打包后上传至外部网络(客户端或云端)。
43.根据本发明的一个实施例，本发明所提供的数据采集装置100中，通信模块160包括以太网通信模块、4g通信模块中的一种或多种。其中，4g通信模块还包括外置天线接口，以太网通信模块还包括rj45以太网接口。
44.本发明的上述一个或多个实施例所提供的数据采集装置，能够通过4g网络或以太网同步上传采集或测试的数据，同步测量的时效性极高，高度工业化。
45.如图4所示，根据本发明的一个实施例，本发明所提供的数据采集装置100进一步包括：降压模块170。其中：
46.降压模块170与电源140、微处理器110、接口隔离模块130、电源隔离模块150和通信模块160分别耦接，配置成根据预设条件将电源140输出的第一电压处理为第二电压，分别输出至微处理器110、接口隔离模块130、电源隔离模块150和通信模块160，其中，所述第二电压低于所述第一电压。
47.例如，电源140输出24v直流电压，降压模块170将24v输入直流电压进行降压处理，将电压降为5v，5v将为8路隔离的485总线模块供电。同时5v在降为3.8v，3.8v为通信模块160(其中的4g通信模块)供电；5v也用在电源隔离模块150上，将5v隔离出多个iso_5v，分别供给多个485总线(对应多个传感器接口120)；5v还降为3.3v，为微处理器110(mcu)、接口隔离模块130供电；5v还被降压为1.8v，为通信模块160(其中的ethernet通信模块)供电。
48.根据本发明的一个实施例，本发明所提供的数据采集装置100中，多个传感器接口120分别连接多路传感器，所述多路传感器配置成在同一测试环境下采集数据。例如，通过测量温度的电子装置采集同一水质的温度数据、通过测量湿度的电子装置采集同一水质的湿度数据、通过测量酸碱度的电子装置采集同一水质的酸碱度数据、通过测量盐浓度的装置采集同一水质的盐浓度数据，以更好地进行数据处理或指标测算。
49.根据本发明的一个实施例，本发明所提供的数据采集装置100中，所述多个传感器接口共用modbus从机地址。例如：微处理器110(mcu)扩展为8路串口，8路串口再通过隔离型rs485收发器芯片转为隔离8路485总线，8路隔离485总线之间可以任意连接相同modbus从机地址的电子设备，也可以实现各路总线之间的电气隔离，在测量可能产生相互影响的参数时，就不会出现相互干扰的情况。
50.根据本发明的一个实施例，本发明所提供的数据采集装置100中，其中所述传感器
包括温度传感器、湿度传感器、ph值传感器，ec值传感器中的一种或多种。本领域技术人员容易理解，其他适用于485总线modbus协议的传感器设备，均可适用于本发明提供的数据采集装置100中。
51.本发明的上述一个或多个实施例所提供的数据采集装置，多个485总线对应多个传感器通道，可以兼容相同的modbus从机地址，采用通用的数据传输协议，高度工业化，同步测量的时效性极高，并且能够通过4g网络或以太网同步上传采集或测试的数据，该工业产品的面向用户能够实时读取采集或测试数据。
52.下面通过一具体实施例介绍本发明所提供的数据采集装置100的工作过程。
53.如图5所示，数据采集装置100包括主体壳、电路板、8路485总线接口、电源输入接口、电源输出接口、外置天线接口和rj45以太网接口。在功能模块上可划分为降压模块170、微处理器110、4g通信模块、ethernet通信模块、接口隔离模块130和8路485总线模块。
54.首先，数据采集装置100上电以后，电源140提供24v直流电压，降压模块170将24v输入的直流电进行降压处理，将电压降为5v，5v将为8路隔离的485总线供电。同时5v在降为3.8v，3.8v为4g通信模块供电；5v也用在电源隔离模块150上，将5v再隔离出一个iso_5v出来，分别供给8路485总线(对应8个传感器接口120)；5v还降为3.3v，为微处理器110(mcu)、接口隔离模块130供电；5v还被降压为1.8v，为ethernet通信模块供电。
55.mcu作为整个系统的大脑，软件算法都在其中运行。系统(数据采集装置100)供电后，mcu将各个模块初始化，通过spi总线与2片spi转串口芯片通信，可以扩展到8路串口。串口再用隔离型rs485收发器芯片转为隔离的485总线，这样8路485总线之间就可以任意接相同modbus从机地址的设备，也可以实现各路总线之间的电气隔离，测量会相互影响的参数时，就不会出现相互干扰的情况。
56.mcu通过本身的串口与4g模块和ethernet模块进行通信，将数据上传云端。
57.如图6所示，根据本发明的一个实施例，本发明还提供一种使用如上文所介绍的一个或多个实施例中的数据采集装置100进行数据采集的方法10，包括：步骤s101至步骤s102。其中：
58.在步骤s101中，通过所述多个传感器接口采集多路数据，并通过总线与所述微处理器进行数据或指令的交互。
59.在步骤s102中，通过所述接口隔离模块使所述多个传感器接口在进行数据传输时实现电气隔离。
60.根据本发明的一个实施例，本发明所提供的进行数据采集的方法10中，所述预设数据传输协议包括485总线modbus协议，所述接口隔离模块包括隔离型rs485收发芯片。
61.根据本发明的一个实施例，本发明所提供的进行数据采集的方法10中，所述数据采集装置100还包括电源及电源隔离模块，所述电源隔离模块耦接于所述电源和所述多个传感器接口之间，进行数据采集的方法10进一步包括：
62.通过所述电源隔离模块为每个传感器接口提供独立的电源。
63.根据本发明的一个实施例，本发明所提供的进行数据采集的方法10中，所述数据采集装置100还包括通信模块，与所述微处理器耦接，进行数据采集的方法10进一步包括：
64.通过所述通信模块将所述微处理器采集到的数据发送至外部网络。
65.根据本发明的一个实施例，本发明所提供的进行数据采集的方法10中，所述通信
模块包括以太网通信模块、4g通信模块中的一种或多种。
66.根据本发明的一个实施例，本发明所提供的进行数据采集的方法10中，所述数据采集装置100还包括降压模块，与所述电源、所述微处理器、所述接口隔离模块、所述电源隔离模块和所述通信模块分别耦接，进行数据采集的方法10进一步包括：
67.通过所述降压模块根据预设条件将所述电源输出的第一电压处理为第二电压，分别输出至所述微处理器、所述接口隔离模块、所述电源隔离模块和所述通信模块，其中，所述第二电压低于所述第一电压。
68.根据本发明的一个实施例，本发明所提供的进行数据采集的方法10中，所述多个传感器接口分别连接多路传感器，进行数据采集的方法10进一步包括：
69.通过所述多路传感器在同一测试环境下采集数据。
70.根据本发明的一个实施例，本发明所提供的进行数据采集的方法10中，所述多个传感器接口共用modbus从机地址。
71.根据本发明的一个实施例，本发明所提供的进行数据采集的方法10中，所述传感器包括温度传感器、湿度传感器、ph值传感器，ec值传感器中的一种或多种。
72.上述进行数据采集的方法10中的具体限定与前文介绍的数据采集装置100中的具体限定相似，可以参见前文中关于数据采集装置100的介绍，在此不再赘述。
73.本发明的上述一个或多个实施例所提供的数据采集装置及进行数据采集的方法，能够兼容各种基于485总线modbus协议的传感器设备，可以将多个基于485总线modbus协议的传感器设备集成，在同一环境下采集或测试多路数据，通过隔离电路实现多路传感器的电气隔离，保证了数据采集或测试的准确性。本发明所提供的数据采集装置，结构简单，易于使用，多个485总线对应多个传感器通道，可以兼容相同的modbus从机地址，采用通用的数据传输协议，高度工业化，同步测量的时效性极高，并且能够通过4g网络或以太网同步上传采集或测试的数据，能耗较低，大大降低了该工业产品面向用户的使用成本。
74.本发明中所涉及的spi(serial peripheral interface bus)包括串行外设接口。
75.本发明中所涉及的mcu(microcontroller unit)包括微控制单元。
76.本发明中所涉及的modbus(modbus protocol)包括modbus通讯协议。
77.以上对本技术实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明仅用于帮助理解本技术的方法及其核心思想。同时，本领域技术人员依据本技术的思想，基于本技术的具体实施方式及应用范围上做出的改变或变形之处，都属于本技术保护的范围。综上所述，本说明书内容不应理解为对本技术的限制。