一种多类型传感器测量端口复用系统及方法技术方案

本发明专利技术属于传感器仪器测量技术领域，公开了一种多类型传感器测量端口复用系统及方法，通过切换继电器，将激励源和测量模块分别接到激励总线E+、E‑和测量总线M+、M‑上；以及根据传感器的需要将传感器接到激励总线E+、E‑和测量总线M+、M‑上；根据传感器的类型，将相应的参数设置在微处理器的存储器中，根据端口所接传感器类型，进行相应的激励和测量。本发明专利技术通过设计一套电路，内部集成多种激励源，根据外接不同类型的传感器，通过内部切换不同的激励源，实现传感器接口的端口复用，即同一个接口可以接多种类型的传感器；本发明专利技术大大简便了现场的安装复杂度，也简化了系统结构和维护难度，节约投资成本。

A Multiplexing System and Method for Measuring Ports of Multi-type Sensors

【技术实现步骤摘要】
一种多类型传感器测量端口复用系统及方法
本专利技术属于传感器仪器
，尤其涉及一种多类型传感器测量端口复用系统及方法。
技术介绍
目前，最接近的现有技术：水利是国民经济的命脉，随着科学技术的发展和人们生活水平的提高，修建了大量的水利工程来满足防涝抗旱、优化水资源调度和清洁能源等需求。这些水利工程运行的安全是管理部门日常监管工作的重点之一。在水利工程安全监测中，为了得到全面的工程安全信息，采用了大量的传感器，来获得影响工程安全的渗流、渗漏、应力、应变、温度、位移、水位、振动、倾斜等信息，为了准确获取这些信息，对不同类型的工程信息采用不同的测量电路和方法。目前一种类型传感器，需要一种测量设备，或者一个测量设备上设计了不同类型的传感器接口，这些接口只能测量指定类型的传感器。然而在现实工程中，传感器类型繁多，各种类型传感器数量也多少不一，为了测量这些传感器，需要安装相应的测量设备，为了迎合这种状况，一种情况是将同类型传感器通过电缆集中到一台测量设备处，造成大量的电缆，需要开挖电缆沟，电缆过长也容易引起信号干扰等；另外一种情况是设备端口测量传感器类型固定，多种类型传感器连集中到一个地方，有的传感器数量多，测量接口不够，需要多台设备，而另外类型的传感器数量少，甚至一种类型传感器只有一只传感器，而设备上预先设置了多个接口，因而端口多余而造成浪费，导致整个监测系统复杂，兼容性差，可用性下降，维护难度大，造成了工程投资成本高，后期维护费用高，给工程的可靠运行带来极大的不便。综上所述，一种类型的工程量就采用一套测量设备，同一地点大量不同类型的传感器，就需要安装多套不同类型的测量设备，致使整个监测系统结构复杂，安装难度大，不同类型测量设备的厂家通信协议不一致，后端采集软件集成难度大，导致投资成本过高。监测系统结构复杂，安装难度大，兼容性差，可用性下降，维护难度大，投资成本高，后期维护费用高。解决上述技术问题的难度：为了解决上述问题，测量设备必须能够测量多种类型传感器，需要在设备内部设计各种类型的激励源和测量方法，需要设备集成度高，传感器测量接口灵活方便，测量方法简单，成本低等难点。解决上述技术问题的意义：本专利技术之多类型传感器测量端口复用技术，通过电路设计使同一个传感器接口，简单的软件配置即可以测量多种类型的传感器，一台这样的设备可以替换目前多种测量设备的问题。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种多类型传感器测量端口复用系统及方法。本专利技术是这样实现的，一种传感器测量端口复用方法，所述传感器测量端口复用方法包括：通过切换继电器，将激励源和测量模块分别接到激励总线E+、E-和测量总线M+、M-上；以及根据传感器的需要将传感器接到激励总线E+、E-和测量总线M+、M-上；根据传感器的类型，将相应的参数设置在微处理器的存储器中，根据端口所接传感器类型，进行激励和测量。进一步，同一个端口接电压类传感器、电流类传感器、频率类传感器、脉冲类传感器、振弦式传感器及电阻类型传感器。进一步，所述传感器测量端口复用方法包括：通过K5、K6、K7双刀双掷MOS继电器及K8、K9、K10、K11、K12单刀单掷MOS继电器将VWP激励、电流源、电压源和AD转换、信号整形放大测量功能模块分别连接到激励总线E+、E-激励和测量总线M+、M-上；K1和K2MOS继电器分别将E+和M+，E-和M-连接起来进行测量，K3将10kΩ高精度电阻串接在M-总线上，K4实现M-接地；J1、J2～JN双刀双掷微型继电器将传感器连接到激励或测量总线上，J11～J1N单刀单掷微型继电器将100Ω高精度电阻串接在传感器接口上实现电流传感器的测量。进一步，振弦式传感器测量方法包括：1)闭合继电器J1，使振弦式传感器连接到激励总线E+和E-上，再闭合K6，使VWP激励也接到激励总线上，VWP激励通过激励总线，连接到振弦式传感器；2)启动VWP激励，此时微处理器控制的VWP激励振弦式传感器，当激励结束后，断开J2和K6，使传感器脱离激励总线，闭合K5和J2，使传感器连接到测量总线上，信号整形放大模块对传感器的信号进行整形放大处理；3)微处理器开始测量振弦式传感器线圈的自振频率，测量结束后，断开K5和J2，信号整形放大电路和传感器脱离测量总线。进一步，电阻类传感器的激励回路方法包括：激励电源为2.5V，闭合K11，激励电源连接到E+上；闭合K1,连接E+和M+；闭合J2使电阻传感器连接到测量总线M+和M-上；再闭合K3，通过精密电阻连接地，形成回路，闭合K7，AD模拟转换电路连接到测量总线M+与M-上；具体计算公式如下：其中：VC－为AD转换测量电压；VS－为激励电压源2.5V；RC－为精密电阻10kΩ。RC－为精密电阻10kΩ。进一步，电压类传感器测量测量方法包括：闭合K7和J2，即可通过AD模数转换进行测量。进一步，电流类传感器的激励回路方法包括：闭合J11，外部电流通过100欧姆高精度电阻取样，在电阻上形成压降，然后闭合J2和K7，即可通过AD模数转换进行测量。进一步，频率类传感器的激励回路方法包括：闭合K5和J2，即可被微处理器进行测量。进一步，脉冲类传感器的激励回路方法包括：闭合K12、J2和K4，形成测量回路，经过去抖稳定电路处理后，即可被微处理器进行测量。本专利技术的目的在于提供一种传感器测量端口复用系统，所述传感器测量端口复用系统包括：微处理器、通信模块、输入模块、信号整形放大、去抖稳定、VWP激励、AD转换、电流源、电压源等；微处理器通过输入模块实现对内部参数配置；微处理器通过通信模块实现远程控制及数据传输；微处理器通过控制线控制各个开关的开合，实现对信号整形放大、去抖稳定、VWP激励、AD转换、电流源、电压源控制等模块的接入激励总线或测量总线，对各类传感器的测量切换，从而实现传感器端口复用。进一步，所述电压源包括电压源12V、电压源5V和电压源2.5V多种；所述传感器接口接振弦式传感器、电阻类传感器、电流类传感器、电压类传感器、频率类传感器。进一步，微处理器用于对通信模块与输入模块输入的信号、数据进行处理；AD转换、放大、信号整形放大、去抖稳定用于对微处理器输出的信号进行相应处理，为测量功能模块；VWP激励、电流源、电压源用于为传感器提供激励源。本专利技术另一目的在于提供一种搭载所述传感器测量端口复用系统的水利参数测量终端。综上所述，本专利技术的优点及积极效果为：优化了系统结构、系统集成度提高、减少设备投资、简化现场安装等。本专利技术通过设计一套电路，内部集成多种激励源，根据外接不同的传感器，通过内部切换，实现传感器接口的端口复用，即同一个接口可以多种类型的传感器。针对传感器类型较多的水利工程监测，可以用一套设备完成多类型传感器的监测，大大简便了现场的安装复杂度，也简化了系统结构和维护难度，节约投资成本。本专利技术方法设计了激励总线E+、E-和测量总线M+、M-；通过切换继电器，将激励源和测量模块分别接到激励总线和测量总线上；通过切换继电器，根据传感器的需要将传感器接到激励或测量总线上；根据传感器的类型，预先将相应的参数设置在微处理器的存储器中，当测量的时候调用这些信息，根据端口所接传感器类型，来进行激励和测量。通过上述方式，同一个端口可以接不同类型的传本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种传感器测量端口复用方法，其特征在于，所述传感器测量端口复用方法包括：通过切换继电器，将激励源和测量模块分别接到激励总线E+、E‑和测量总线M+、M‑上；以及根据传感器的需要将传感器接到激励总线E+、E‑和测量总线M+、M‑上；根据传感器的类型，将相应的参数设置在微处理器的存储器中，根据端口所接传感器类型，进行激励和测量。

【技术特征摘要】
1.一种传感器测量端口复用方法，其特征在于，所述传感器测量端口复用方法包括：通过切换继电器，将激励源和测量模块分别接到激励总线E+、E-和测量总线M+、M-上；以及根据传感器的需要将传感器接到激励总线E+、E-和测量总线M+、M-上；根据传感器的类型，将相应的参数设置在微处理器的存储器中，根据端口所接传感器类型，进行激励和测量。2.如权利要求1所述的传感器测量端口复用方法，其特征在于，同一个端口接电压类传感器、电流类传感器、频率类传感器、脉冲类传感器、振弦式传感器及电阻类型传感器。3.如权利要求1所述的传感器测量端口复用方法，其特征在于，所述传感器测量端口复用方法包括：通过K5、K6、K7双刀双掷MOS继电器及K8、K9、K10、K11、K12单刀单掷MOS继电器将VWP激励、电流源、电压源和AD转换、信号整形放大测量功能模块分别连接到激励总线E+、E-激励和测量总线M+、M-上；K1和K2MOS继电器分别将E+和M+，E-和M-连接起来进行测量，K3将10kΩ高精度电阻串接在M-总线上，K4实现M-接地；J1、J2～JN双刀双掷微型继电器将传感器连接到激励或测量总线上，J11～J1N单刀单掷微型继电器将100Ω高精度电阻串接在传感器接口上实现电流传感器的测量。4.如权利要求2所述的传感器测量端口复用方法，其特征在于，振弦式传感器测量方法包括：1)闭合继电器J1，使振弦式传感器连接到激励总线E+和E-上，再闭合K6，使VWP激励也接到激励总线上，VWP激励通过激励总线，连接到振弦式传感器；2)启动VWP激励，此时微处理器控制的VWP开始激励振弦式传感器，当激励结束后，断开J2和K6，使传感器脱离激励总线，闭合K5和J2，使传感器连接到测量总线上，信号整形放大模块对传感器的信号进行整形放大处理；3)微处理器开始测量振弦式传感器线圈的自振频率，测量结束后，断开K5和J2，信号整形放大电路和传感器脱离测量总线。5.如权利要求2所述的传感器测量端口复用方法，其特征在于，电阻类传感器的激励回路方法包括：激励电源为2.5V，闭合...

【专利技术属性】
技术研发人员：张国祥，王士军，葛从兵，谷艳昌，陈剑，王宏，黄海兵，严吉皞，庞琼，吴云星，董福昌，
申请(专利权)人：水利部交通运输部国家能源局南京水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：江苏,32