一种基于振弦传感器的数据采集与传输系统及工作方法技术方案

一种基于振弦传感器的数据采集与传输系统，其特征在于它包括控制单元和通讯单元；控制单元包括电源模块、控制模块、GPRS模块、采集模块和传感器模块；其工作方法包括：上电；供电模式切换；采集信号；诊断并显示；数据解析并显示；发送参数设置指令；其优越性在于：装置简单，模块化处理，易于通信，数据定时与实时采集，低功耗；数据采集与传输系统的稳定性好；提高数据采集效率高；④GPRS模块和采集模块可选通，工作时得电，不工作时掉电，使整个数据采集与传输系统处于低功耗模式。

【技术实现步骤摘要】
(一)
：本专利技术属于控制科学与工程领域，涉及检测技术与自动化装置，通信与信息领域，特别是一种基于振弦传感器的数据采集与传输系统。(二)
技术介绍
：改革开放以来，我国的经济迅猛发展，各项工程建设取得了令人瞩目的巨大成就。但为了保障基础设施建设快速发展的同时，也能保障安全生产，需要不断改进和完善工程领域内的安全监测技术。随着现代电子技术、材料及生产工艺的发展，振弦式传感器技术不断发展日益满足工程应用的要求。目前工程中主要应用振弦式传感器来对压力、应力、渗压、沉降、拉力等关系到系统安全的相关数据进行监测，这些参数需要传感器具有较高的稳定性、精度及输出信号能够长距离传输。而振弦式传感器具有结构简单、精度高、长期稳定性好，并且其输出为频率信号，而频率信号是能获得很高测量精度信号，并且适于长距离传输也不会降低其精度，便于与微机接口，有较强的抗干扰能力，非常适用于桥梁、大坝等工作环境恶劣而技术要求又很高的安全监测环境。传统的对沉降的观测方法，测量元件包括观测桩、沉降板和沉降杯，虽然成本较低、安装方便。但劳动强度较大，需耗费较大人力，且受人的影响较大。(三)
技术实现思路
：本专利技术的目的在于提供一种基于振弦传感器的数据采集与传输系统及工作方法，它可以克服现有技术的不足，使用振弦传感器，输出为频率值，稳定性好并且可以进行远距离传输，可以对沉降现象进行测量及安全检测；是一种结构简单、操作方便、易于实现的数据采集及传输系统。它通过底层单片机和上位机PC机的联合控制方式，可以实现对单片机的控制，从而来控制振弦传感器的数据采集与传输，并进行参数设置。本专利技术的技术方案：一种基于振弦传感器的数据采集与传输系统，其特征在于它包括控制单元和通讯单元；其中，所述控制单元包括电源模块、控制模块、GPRS模块、采集模块和传感器模块；所述电源模块分别为GPRS模块、控制模块、采集模块和传感器模块提供电源支撑；所述GPRS模块分别与控制模块和通讯单元之间呈双向连接；所述控制模块与采集模块之间呈双向连接；所述采集模块和传感器模块之间呈双向连接方式；所述控制模块的输出端与传感器模块的输入端连接。所述基于振弦传感器的数据采集与传输系统还包括继电器模块I、继电器模块II、继电器模块III、继电器模块IV、继电器模块V、稳压芯片、二极管、串口通讯电路I、串口通讯电路II、选通电路Ⅰ、选通电路Ⅱ、选通电路Ⅲ、选通电路IV、选通电路V、DC-DC变换器。所述电源模块的输出端与选通电路Ⅲ、继电器模块Ⅲ、继电器模块V以及GPRS模块之间依次呈单向连接；所述GPRS模块分别与通讯单元的通讯显示模块和参数设置模块进行双向数据通讯；所述继电器模块V的输入端还与继电器模块II的输出端以及选通电路V的输出端连接；所述电源模块还与选通电路Ⅱ、继电器模块Ⅱ、稳压芯片和控制模块之间依次呈单向连接方式；所述稳压芯片的输出端还分别与串口通讯电路Ⅰ和串口通讯电路II单向连接；所述继电器模块II的输出端还与二极管、继电器模块IV及采集模块依次呈单向连接方式；所述采集模块还与继电器模块I和串口通讯电路II之间分别呈双向连接方式；所述串口通讯电路II与控制模块呈双向连接；所述继电器模块I的输入端接收继电器模块II的输出信号及选通电路I的选通信号，同时还与传感器模块呈双向连接；所述串口通讯电路I与GPRS模块和控制模块之间分别呈双向连接；所述控制模块的输出端与选通电路I的输入端连接；所述控制模块的输出端还分别与选通电路IV的输入端和选通电路V的输入端连接；所述选通电路IV的输出端连接继电器模块IV的输入端。所述传感器模块是由20路振弦传感器构成；所述继电器模块I是由标号为A—T的20个继电器构成；所述20个振弦传感器与标号为A—T的20个继电器一一对应，所述20个继电器分别通过选通电路Ⅰ接收控制模块的选通管脚的选通控制信号。所述继电器模块I中的继电器是HUIKE3.3V继电器。所述电源模块由太阳能模块和电池模块构成。所述太阳能模块是由太阳能光伏板和12V蓄电池构成；其中，选通电路Ⅱ、继电器模块Ⅱ和选通电路Ⅲ、继电器模块Ⅲ构成自动切换电路；太阳能的12V蓄电池输出分别与选通电路Ⅱ、选通电路Ⅲ和DC-DC变换器单向连接；所述DC-DC变换器输出分别与选通电路Ⅱ和选通电路Ⅲ单向连接。所述电池模块由电池I和电池II构成；所述电池I单向连接继电器模块III；所述电池I依次单向连接选通电路II和继电器模块II；所述继电器模块II的输出分别单向连接继电器模块Ⅰ、稳压芯片和二极管；所述稳压芯片的输出分别单向连接控制模块的单片机、串口通讯电路Ⅰ和串口通讯电路II；所述二极管的输出依次单向连接继电器模块IV和采集模块；所述电池II依次单向连接选通电路III、继电器模块Ⅲ、继电器模块V和GPRS模块。所述电池I和电池II经过电量采集电路接到控制芯片上；所述电量采集电路是由两个电阻相互串联构成，一端与电池I和电池II连接，一端接地；两个电阻的分压点与控制模块的模拟量采集端口连接。所述电池I是相互并联的两节18650可充电锂电池，得到电压3.7V；所述电池Ⅱ是相互串联的两节18650可充电锂电池，得到电压7.4V。所述继电器模块II由一个继电器U构成，所述继电器U是HUIKE12V继电器；所述继电器模块III由一个继电器V构成，所述继电器V是HUIKE12V继电器；所述继电器模块IV由一个继电器W构成，所述继电器W是HUIKE3.3V继电器；所述继电器模块V由一个继电器X构成，所述继电器X是HUIKE3.3V继电器。所述稳压芯片采用SP6641B；所述串口通讯电路I和串口通讯电路II都采用MAX3232。所述控制模块是美国TI公司生产的MSP430系列的单片机MSP430F149，其工作电压是3.3V，其最小系统电路包括复位电路和时钟电路。所述GPRS模块是厦门灵旗通信有限公司的LQ1000GPRSDTU芯片，其工作电压为5-15V。所述采集模块是北京卓越经纬测控技术有限公司的WIN311芯片。所述通讯单元是由通讯显示模块、参数设置模块和诊断模块构成；所述通讯显示模块与GPRS模块呈双向通讯连接；所述通讯显示模块的输出端分别与诊断模块的输入端及参数设置模块的输入端连接；所述通讯显示模块的输出还可以存储在计算机的数据库Excel中；所述参数设置模块与GPRS模块双向通讯连接。一种基于振弦传感器的数据采集与传输的工作方法，其特征在于它包括以下步骤：①给基于振弦传感器的数据采集与传输系统上电，系统可以工作在两种供电模式下，当由电池Ⅰ和电池Ⅱ供电时处于电池供电模式，当由太阳能供电时，处于太阳能供电模式下，根据太阳能的供给情况两种供电模式可自动切换；②数据采集与传输系统得电之后，控制模块中的MSP430F149单片机控制选通电路IV的选通状态来控制采集模块的供电与否；采集模块上电后，单片机又可以控制选通电路I的选通状态来选择某一路的传感器与采集模块相连，采集模块对相连的振弦传感器加以激振。单片机又通过串口通讯电路II对采集模块发送采集指令，采集模块接收到指令后，就会采集所连传感器的共振频率。连续分时地重复步骤②即可实现20路传感器的频率信号采集；③采集模块通过串口通讯电路II将共振频率上传给单片机，单片机控制选通电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于振弦传感器的数据采集与传输系统，其特征在于它包括控制单元和通讯单元；其中，所述控制单元包括电源模块、控制模块、GPRS模块、采集模块和传感器模块；所述电源模块分别为GPRS模块、控制模块、采集模块和传感器模块提供电源支撑；所述GPRS模块分别与控制模块和通讯单元之间呈双向连接；所述控制模块与采集模块之间呈双向连接；所述采集模块和传感器模块之间呈双向连接方式；所述控制模块的输出端与传感器模块的输入端连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于振弦传感器的数据采集与传输系统，其特征在于它包括控制单元和通讯单元；其中，所述控制单元包括电源模块、控制模块、GPRS模块、采集模块和传感器模块；所述电源模块分别为GPRS模块、控制模块、采集模块和传感器模块提供电源支撑；所述GPRS模块分别与控制模块和通讯单元之间呈双向连接；所述控制模块与采集模块之间呈双向连接；所述采集模块和传感器模块之间呈双向连接方式；所述控制模块的输出端与传感器模块的输入端连接。2.根据权利要求1所述一种基于振弦传感器的数据采集与传输系统，其特征在于所述基于振弦传感器的数据采集与传输系统还包括继电器模块I、继电器模块II、继电器模块III、继电器模块IV、继电器模块V、稳压芯片、二极管、串口通讯电路I、串口通讯电路II、选通电路Ⅰ、选通电路Ⅱ、选通电路Ⅲ、选通电路IV、选通电路V、DC-DC变换器；所述电源模块的输出端与选通电路Ⅲ、继电器模块Ⅲ、继电器模块V以及GPRS模块之间依次呈单向连接；所述GPRS模块分别与通讯单元的通讯显示模块和参数设置模块进行双向数据通讯；所述继电器模块V的输入端还与继电器模块II的输出端以及选通电路V的输出端连接；所述电源模块还与选通电路Ⅱ、继电器模块Ⅱ、稳压芯片和控制模块之间依次呈单向连接方式；所述稳压芯片的输出端还分别与串口通讯电路Ⅰ和串口通讯电路II单向连接；所述继电器模块II的输出端还与二极管、继电器模块IV及采集模块依次呈单向连接方式；所述采集模块还与继电器模块I和串口通讯电路II之间分别呈双向连接方式；所述串口通讯电路II与控制模块呈双向连接；所述继电器模块I的输入端接收继电器模块II的输出信号及选通电路I的选通信号，同时还与传感器模块呈双向连接；所述串口通讯电路I与GPRS模块和控制模块之间分别呈双向连接；所述控制模块的输出端与选通电路I的输入端连接；所述控制模块的输出端还分别与选通电路IV的输入端和选通电路V的输入端连接；所述选通电路IV的输出端连接继电器模块IV的输入端。3.根据权利要求1所述一种基于振弦传感器的数据采集与传输系统，其特征在于所述传感器模块是由20路振弦传感器构成；所述继电器模块I是由标号为A—T的20个继电器构成；所述20个振弦传感器与标号为A—T的20个继电器一一对应，所述20个继电器分别通过选通电路Ⅰ接收控制模块的选通管脚的选通控制信号。4.根据权利要求2所述一种基于振弦传感器的数据采集与传输系统，其特征在于所述电源模块由太阳能模块和电池模块构成；所述太阳能模块是由太阳能光伏板和12V蓄电池构成；其中，选通电路Ⅱ、继电器模块Ⅱ和选通电路Ⅲ、继电器模块Ⅲ构成自动切换电路；太阳能的12V蓄电池输出分别与选通电路Ⅱ、选通电路Ⅲ和DC-DC变换器单向连接；所述DC-DC变换器输出分别与选通电路Ⅱ和选通电路Ⅲ单向连接；所述电池模块由电池I和电池II构成；所述电池I单向连接继电器模块III；所述电池I依次单向连接选通电路II和继电器模块II；所述继电器模块II的输出分别单向连接继电器模块Ⅰ、稳压芯片和二极管；所述稳压芯片的输出分别单向连接控制模块的单片机、串口通讯电路Ⅰ和串口通讯电路II；所述二极管的输出依次单向连接继电器模块IV和采集模块；所述电池II依次单向连接选通电路III、继电器模块Ⅲ、继电器模块V和GPRS模块；所述电池I和电池II经过电量采集电路接到控制芯片上；所述电量采集电路是由两个电阻相互串联构成，一端与电池I和电池II连接，一端接地；两个电阻的分压点与控制模块的模拟量采集端口连接。5.根据权利要求4所述一种基于振弦传感器的数据采集与传输系统，其特征在于所述电池I是相互并联的两节18650可充电锂电池，得到电压3.7V；所述电池Ⅱ是相互串联的两节18650可充电锂电池，得到电压7.4V。6.根据权利要求4所述一种基于振弦传感器的数据采集与传输系统，其特征在于所述继电器模块I中的继电器是HUIKE3.3V继电器；所述电源模块由太阳能模块和电池模块构成；所述继电器模块II由一个继电器U构成，所述继电器U是HUIKE12V继电器；所述继电器模块III由一个继电器V构成，所述继电器V是HUIKE12V继电器；所述继电器模块IV由一个继电器W构成，...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵磊，刘世佳，刘宏利，李季，陈小奇，韩雪，何涛，李宏宇，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：天津;12