專利名稱：一種無人值守信息采集器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
[0001]本實(shí)用新型涉及一種信息采集器，特別是用于無人值守情況下的數(shù)據(jù)采集。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的采集器一般將采樣信號放大、處理后通過相應(yīng)的通訊總線與PC機(jī)通訊對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，有著成本高，可移動性差，功耗高，難以長期可靠的工作的缺點(diǎn)；還有將被采樣信號通過芯片處理以GPRS無線方式傳輸?shù)街付ǖ姆?wù)器上，這種方式的缺點(diǎn)是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，租用無線通訊線路需要付費(fèi)成本較高；現(xiàn)在市面上已經(jīng)有帶有存儲記錄功能的儀表便于攜帶可以進(jìn)行短期數(shù)據(jù)存儲，缺點(diǎn)是測量信號類型單一(如電壓記錄儀)存儲空間有限，需要人為干預(yù)。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型針對現(xiàn)有技術(shù)的問題，提供一種可以在無人職守條件下長期穩(wěn)定運(yùn)行的信息采集裝置，用以滿足低成本，多信號量，大容量可擴(kuò)充數(shù)據(jù)存儲的需要，還可以勝任野外工作需要。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的方案是一種無人值守信息采集器，包括MCU和用于將傳感器信息傳輸?shù)組CU的傳感器接口，所述MCU還通過USB模塊連接U盤。所述MCU還連接有時鐘模塊。所述信息采集器還包括為所述MCU、USB模塊、傳感器接口和時鐘模塊供電的電源模塊。所述電源模塊包括主電源和后備電源，主電源和后備電源輸入連接一個用于選擇將主電源或后備電源連接到電源模塊的輸出端的智能切換模塊。所述主電源包括用于將市電轉(zhuǎn)化為直流電的開關(guān)電源和/或太陽能電池板；所述后備電池為蓄電池。所述時鐘模塊與MCU通過SPI總線連接。所述傳感器接口通過串行通訊方式連接MCU。所述USB模塊通過并行總線連接MCU。本實(shí)用新型由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)可以在無人職守條件下進(jìn)行長期穩(wěn)定的信息采集。市電、太陽能電池雙電源設(shè)計可適應(yīng)野外無市電場合工作。傳感器接口是通用型接口支持多信號量采集。采集到的信息數(shù)據(jù)是包含當(dāng)前時間特征的，用以區(qū)分不同時間段的數(shù)據(jù)。MCU處理過的數(shù)據(jù)是通過USB控制模塊將寫入U盤的，簡化了 MCU操作和系統(tǒng)運(yùn)行開銷，信息數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)為U盤，支持熱拔插方式更換U盤，文件系統(tǒng)為FAT32目前支持容量32G及以下U盤。U盤中數(shù)據(jù)存儲格式為擴(kuò)展名.CSV的EXCEL電子表格文件，并以當(dāng)前系統(tǒng)時間作為文件名如20111214. csv，方便導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析。MCU采取低功耗設(shè)計，可以設(shè)定采集間隔時間，設(shè)定空閑期間休眠。系統(tǒng)設(shè)計可靠性高，定期系統(tǒng)自動重啟復(fù)位功能。
圖I為本實(shí)用新型一種無人值守信息采集器的原理框圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。如圖I所示的采集器包括MCU和用于將傳感器信息傳輸?shù)組CU的傳感器接口，所述MCU還通過USB模塊連接U盤。由于采用U盤，所以能夠存儲大量數(shù)據(jù)，避免了有線和無線通訊方式的各種缺點(diǎn)。下面具體介紹圖I中各個部分。主電源是為信息采集器提供電能的，當(dāng)信息采集器工作場合有220V交流電時主 電源可采用220V市電轉(zhuǎn)為直流10V/2A的開關(guān)電源，當(dāng)在野外無市電情況可采用IOV功率為IOW太陽能電池板提供電能。(具體的電源容量，根據(jù)所連接傳感器數(shù)量類型，實(shí)際工作情況因素進(jìn)行調(diào)整)后備電源由蓄電池充電控制器組成，是在主電源停電或發(fā)生故障、掉電時(太陽能電池在夜間或陰天)以保證設(shè)備正常運(yùn)行。主要部分為蓄電池采用7. 2V/5AH鋰離子聚合物電池，是一種新型安全可循環(huán)充電池，具有能力密度高塑封安全不易爆炸的優(yōu)點(diǎn)。主電源工作時一方面為信息采集器提供工作電能，同時由于壓差作用自動對后備電源中的蓄電池充電；當(dāng)主電源掉電時由智能切換模塊判斷無縫切換成后備電源方式供電。智能切換模塊另一個作用是穩(wěn)壓將主電源和后備電源輸送的直流電通過低壓差穩(wěn)壓芯片AMS1117輸出5V直流電源為框中4，5，6，7，8模塊供電。時鐘模塊本實(shí)例采用DS1302為整個系統(tǒng)提供精確的時鐘，DS1302是美國DALLAS公司推出的一種高性能低功耗、帶RAM的實(shí)時時鐘電路，它可以對年、月、日、周日、時、分、秒進(jìn)行計時，具有閏年補(bǔ)償功能，工作電壓為2. 5V 5. 5V。通過SPI總線和微處理器連接，具有涓細(xì)電流充電能力的低功耗實(shí)時時鐘電路，顯示狀態(tài)時電流為2 ii A (典型值)，省電模式時小于I PA。配有3V紐扣電池作為后備電源，在主電源關(guān)閉的情況下，也能保持時鐘的連續(xù)運(yùn)行。為了簡化微處理器的操作復(fù)雜度和系統(tǒng)資源開銷采用USB控制模塊對U盤中的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫操作，本實(shí)例采用WCH公司的CH376S文件管理控制芯片。CH376支持USB設(shè)備方式和USB主機(jī)方式，并且內(nèi)置了 USB通訊協(xié)議的基本固件，內(nèi)置了處理Mass-Storage海量存儲設(shè)備的專用通訊協(xié)議的固件支持常用的USB存儲設(shè)備，兼容目前世面上99%的U盤(可以更新固件提供新優(yōu)盤的升級)內(nèi)置了 FAT32文件系統(tǒng)的管理固件支持容量高達(dá)32GB的U盤，全速USB通訊兼容USB2. 0接口。CH376支持三種通訊接口 8位并行口、SPI接口或者異步串口，單片機(jī)/DSP/MCU/MPU等控制器可以通過上述任何一種通訊接口控制CH376芯片，存取U盤中的文件或者與計算機(jī)通訊。本實(shí)例微處理器M⑶通過8位并行口控制CH376芯片將采集到的信息數(shù)據(jù)寫入優(yōu)盤。選用的是金士頓kingstonDTlOl 8G旋轉(zhuǎn)式U盤。傳感器接口是通用型接口，如I2C，SPI, UART等通過相應(yīng)總線與微處理器連接可以擴(kuò)展連接該類型相關(guān)的傳感器。本實(shí)例采用的是2個I2C接口的傳感器，溫濕度傳感器AM2301數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號輸出的溫濕度復(fù)合傳感器。BH1750FVI是一種用于兩線式串行總線接口的數(shù)字型光強(qiáng)度傳感器集成電路。這種集成電路可以根據(jù)收集的光線強(qiáng)度數(shù)據(jù)來調(diào)整液晶或者鍵盤背景燈的亮度。利用它的高分辨率可以探測較大范圍(llx_655351x)的光強(qiáng)度變化。光照，溫度，濕度是3個被采集參數(shù)。微處理器部分本實(shí)例采用STC89C58單片機(jī)，STC89C58是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有32K在系統(tǒng)可編程Flash存儲器。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能32k字節(jié)Flash，32位I/O 口線，看門狗定時器，三個16位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。另外STC89X58可降至OHz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。鑒于以上程序存儲空間大，應(yīng)用系統(tǒng)靈活、高效的特點(diǎn)采用了該微處理器，相應(yīng)配套晶振工作作頻率12Mhz。具體工作過程 采集器工作之前需通過RS232串行口連接至PC機(jī)通過設(shè)置軟件對采集器的采集間隔時間，休眠時間，系統(tǒng)自動重啟復(fù)位時間，等進(jìn)行設(shè)置。本實(shí)例每5分鐘采樣一次其余空閑期間采集器進(jìn)入低功耗休眠狀態(tài)，待下一個采樣周期到來喚醒。7X24小時工作，系統(tǒng)在每天凌晨0時自動重啟復(fù)位?？傞_關(guān)打開后主電源(I)通過智能切換模塊(3)穩(wěn)壓得到5V直流電壓；同時也為
(2)后備電源中的蓄電池充電。上電后時鐘模塊(4)由自帶3V紐扣電池切換為5V直流供電。USB模塊(7)上電初始化文件系統(tǒng)為FAT32方式，與微處理器通訊為8位被動并行總線，初始化通訊協(xié)議以USB2. 0方式連接U盤，等待微處理器(5)發(fā)出相應(yīng)讀寫命令。微處理器(5)上電后首先通過SPI總線向時鐘模塊(4)發(fā)送讀命令讀取當(dāng)前時間，判定當(dāng)前時間是否為休眠時間若不是，掃描傳感器接口(6) I2C總線上的光照傳感器BH1750FVI和溫濕度傳感器AM2301并讀取相應(yīng)數(shù)值通過并行總線傳送至USB模塊(7)在對U盤寫入文件前先判斷是否有以當(dāng)前日期命名的文件如20111214. csv的EXCEL電子表格文件若有，則打開文件，按格式分類寫入采集到的信息值，當(dāng)前采集時間小時，分，秒，若沒有創(chuàng)建文件。寫入操作后關(guān)閉文件，對U盤的讀寫操作是通過USB模塊(7)實(shí)現(xiàn)的。一個采樣周期結(jié)束后單片機(jī)發(fā)出休眠指令傳感器、USB模塊及微處理器進(jìn)入低功耗狀態(tài)等待下一個采樣周期到來，重復(fù)上述信息采集寫入工作。以上實(shí)例所列舉的僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例子。顯然本實(shí)用新型不限于以上實(shí)施例子，凡是在本實(shí)用新型所公開的內(nèi)容和所聯(lián)想到的變形以及對本實(shí)施例所作的任何修改，等同替換等，均仍包括在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種無人值守信息米集器，包括MCU和用于將傳感器信息傳輸?shù)組CU的傳感器接口，其特征在于，所述MCU還通過USB模塊連接U盤。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種無人值守信息采集器，其特征在于，所述MCU還連接有時鐘模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種無人值守信息采集器，其特征在于，所述信息采集器還包括為所述MCU、USB模塊、傳感器接口和時鐘模塊供電的電源模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種無人值守信息采集器，其特征在于，所述電源模塊包括主電源和后備電源，主電源和后備電源輸入連接一個用于選擇將主電源或后備電源連接到 電源模塊的輸出端的智能切換模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種無人值守信息采集器，其特征在于，所述主電源包括用于將市電轉(zhuǎn)化為直流電的開關(guān)電源和/或太陽能電池板；所述后備電池為蓄電池。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種無人值守信息采集器，其特征在于，所述時鐘模塊與MCU通過SPI總線連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種無人值守信息采集器，其特征在于，所述傳感器接口通過串行通訊方式連接MCU。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種無人值守信息采集器，其特征在于，所述USB模塊通過并行總線連接MCU。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種無人值守信息采集器，本實(shí)用新型的無人值守信息采集器其結(jié)構(gòu)包括電源部分(包括主電源，后備電源，智能切換模塊)；時鐘電路模塊，傳感器接口，微處理器，USB控制模塊，U盤。可以在無人職守情況下完成全自動、長期、大容量的信息采集。用以滿足低成本，低功耗，多信號量，大容量可擴(kuò)充數(shù)據(jù)存儲的需要，還可以勝任野外無市電場合工作需要。
文檔編號G05B19/042GK202421809SQ201220015850
公開日2012年9月5日 申請日期2012年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月15日
發(fā)明者張伏, 彭巧勵, 徐銳良, 李水良, 毛鵬軍, 邱兆美, 閔俊杰 申請人:河南科技大學(xué)