本實(shí)用新型涉及一種多通道振弦采集儀，應(yīng)用于結(jié)構(gòu)安全健康監(jiān)測行業(yè)。

背景技術(shù)：

振弦式傳感器是目前國內(nèi)外普遍重視和廣泛應(yīng)用的一種非電量電測的傳感器。由于振弦傳感器直接輸出振弦的自振頻率信號，因此，具有抗干擾能力強(qiáng)、受電參數(shù)影響小、零點(diǎn)飄移小、受溫度影響小、性能穩(wěn)定可靠、耐震動、壽命長等特點(diǎn)。振弦傳感器已經(jīng)廣泛用于工程、科研的長期監(jiān)測項(xiàng)目中。振弦采集儀是用于采集振弦傳感器的儀器設(shè)備，目前工程上使用的多通道振弦采集儀一般采用市電供電，這樣便增加了現(xiàn)場部署難度，要求多通道振弦采集儀部署在室內(nèi)或供電箱旁，這樣振弦傳感器必須經(jīng)過長電纜接入振弦采集儀，振弦傳感器屬于微弱信號，電纜的延長，會導(dǎo)致信號的衰減，而且可能會有其他的干擾信號引入，影響數(shù)據(jù)采集。由于多通道振弦采集儀以RS485總線接入監(jiān)測系統(tǒng)，由控制中心控制采集，此時(shí)多通道振弦采集儀必須一直處于工作狀態(tài)，才能及時(shí)響應(yīng)采集命令，這種工作方式使得多通道振弦采集儀功耗過大。

目前部分采用無線通信方式的多通道振弦采集儀一般采用的方式為ZigBee無線通信方案，但是采用類似方案存在一個(gè)問題，無線通信距離太短，ZigBee模塊的可靠通信距離在幾百米以內(nèi)，當(dāng)超出該范圍，需要增加中繼的方式，但是會帶來成本增加，而且可能會帶來網(wǎng)絡(luò)延遲，導(dǎo)致通信不可靠。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，本實(shí)用新型提供了一種基于lora的多通道振弦采集儀，降低了多通道振弦采集儀的功耗，使多通道振弦采集儀可以在任意位置部署，解決了現(xiàn)場部署困難的難題，提高了現(xiàn)場部署的效率，而且lora通信距離遠(yuǎn)，部署一個(gè)lora網(wǎng)關(guān)可以覆蓋整個(gè)現(xiàn)場，節(jié)約成本。

本實(shí)用新型通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。一種基于lora的多通道振弦采集儀，主要由單片機(jī)系統(tǒng)、激勵(lì)電路、信號調(diào)理電路、信號采集電路、存儲電路、lora通信模塊、RTC電路、通道片選板組成，通道片選板與單片機(jī)系統(tǒng)通過CAN總線連接，信號調(diào)理電路與通道片選板和信號采集電路連接，信號采集電路與單片機(jī)系統(tǒng)的IO口連接；單片機(jī)系統(tǒng)通過引腳控制激勵(lì)電路，并連接RTC電路和存儲電路；lora通信模塊與單片機(jī)系統(tǒng)連接。

作為優(yōu)選方案，所述lora通信模塊與單片機(jī)系統(tǒng)通過串口控制器連接。

作為優(yōu)選方案，包括電源電路，電源電路電性連接單片機(jī)系統(tǒng)、激勵(lì)電路、信號調(diào)理電路、信號采集電路、存儲電路、lora通信模塊、RTC電路、通道片選板。電源電路采用蓄電池供電，內(nèi)部電源控制電路為各個(gè)模塊提供工作電源。同時(shí)，多通道振弦采集儀外部連接有太陽能充電板，在有光照條件下，可以為蓄電池充電，充電電流由充電管理電路控制。這樣可以使多通道振弦采集儀長期在野外工作，無需現(xiàn)場工作人員管理。

作為優(yōu)選方案，單片機(jī)系統(tǒng)是STM32單片機(jī)，STM32單片機(jī)體積小，功耗低，工作在低功耗的情況下，工作電流只有50uA左右，單片機(jī)內(nèi)置資源多，方便單片機(jī)系統(tǒng)對各部分邏輯電路的控制。

作為優(yōu)選方案，激勵(lì)電路采用30V高壓模塊，通過晶體管控制通斷，使其可以在采集振弦傳感器前對傳感器線圈激勵(lì)。

作為優(yōu)選方案，信號調(diào)理電路包括濾波電路與放大電路，濾波電路可以使300Hz到5000Hz的信號正常通過。放大電路的作用是將微弱的振弦傳感器信號放大到信號采集電路可以識別的信號。

特別的是，所述存儲電路可以將數(shù)據(jù)存儲在本地，避免數(shù)據(jù)丟失，保證數(shù)據(jù)的連續(xù)性。

特別的是，所述RTC電路采用DS1339芯片，為整個(gè)系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的時(shí)間，同時(shí)還能輸出鬧鐘功能，可以定時(shí)喚醒STM32單片機(jī)，使單片機(jī)從低功耗狀態(tài)喚醒，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集完成后，整個(gè)系統(tǒng)再次進(jìn)入低功耗狀態(tài)，以降低系統(tǒng)功耗。

特別的是，lora通信電路由lora模塊構(gòu)成，lora模塊與lora網(wǎng)關(guān)可組成lora網(wǎng)絡(luò)，多通道振弦采集儀可通過lora網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器。

特別的是，通道片選板為通道擴(kuò)展器，可以根據(jù)現(xiàn)場傳感器數(shù)量，靈活變通通道數(shù)量，滿足現(xiàn)場部署情況?，F(xiàn)場部署多通道振弦采集儀時(shí)，可均衡考慮各個(gè)振弦傳感器到振弦采集儀的電纜長度，選擇最優(yōu)位置后，固定部署。

本實(shí)用新型解決了結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測行業(yè)多通道振弦采集儀和振弦傳感器現(xiàn)場部署問題，通過無線的方式，減少現(xiàn)場布線，lora的通信距離遠(yuǎn)，部署一個(gè)lora網(wǎng)關(guān)可以覆蓋整個(gè)現(xiàn)場，可以解決一些現(xiàn)場復(fù)雜的施工環(huán)境，降低施工成本。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖進(jìn)一步闡明本實(shí)用新型。

一種無線多通道振弦采集儀，包括通道片選板(1)，信號調(diào)理電路(2)，信號采集電路(3)，STM32單片機(jī)系統(tǒng)(4)，存儲電路(5)，激勵(lì)電路(6)，RTC電路(7)，lora通信模塊(8)與振弦傳感器(9)組成。通道片選板(1)與STM32單片機(jī)系統(tǒng)(4)通過CAN總線連接，信號調(diào)理電路(2)與通道片選板(1)和信號采集電路(3)連接，信號采集電路(3)與STM32單片機(jī)系統(tǒng)(4)的IO口連接；STM32單片機(jī)系統(tǒng)(4)通過引腳控制激勵(lì)電路(6)，并連接RTC電路(7)和存儲電路(5)；所述lora通信模塊(8)與STM32單片機(jī)系統(tǒng)(4)通過串口控制器連接。

上述的通道片選板(1)由片選控制器和繼電器組成，片選控制器電性連接繼電器，每個(gè)通道片選板(1)為4個(gè)通道，多通道振弦采集儀可以連接多個(gè)4通道片選板，可以靈活組成以4為倍數(shù)的多通道振弦采集儀，使現(xiàn)場配置部署更加靈活。通道片選板(1)與STM32單片機(jī)系統(tǒng)(4)通過CAN總線連接，可以保證通信可靠性，振弦傳感器(9)與通道片選板(1)的航插連接。

激勵(lì)電路(6)由高壓模塊組成，高壓模塊由STM32單片機(jī)控制，可以輸出30V高壓，STM32單片機(jī)通過IO引腳控制高壓模塊發(fā)送，當(dāng)要采集時(shí)，單片機(jī)控制高壓輸出，激勵(lì)振弦傳感器。STM32單片機(jī)可以選擇兩種不同的激勵(lì)方式，分別為共振激勵(lì)與多脈沖激勵(lì)，對于現(xiàn)場幅值信號比較弱的傳感器，可以選擇采用共振激勵(lì)的方式激勵(lì)，使傳感器產(chǎn)生共振，可以使傳感器感應(yīng)線圈感應(yīng)較大的信號，便于采集。

信號調(diào)理電路(2)由濾波電路和放大電路組成，振弦傳感器(9)采集時(shí)，振弦傳感器信號非常微弱，經(jīng)過濾波電路和放大電路后，首先將現(xiàn)場部分干擾信號濾除，然后將振弦傳感器(9)信號放大，使采集的信號滿足信號采集電路(3)的輸入要求。信號采集電路(3)采用16位獨(dú)立ADC，將傳感器輸入信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號。

STM32單片機(jī)系統(tǒng)(4)對輸入的數(shù)字信號處理，單片機(jī)內(nèi)置TTF算法，將信號采集電路(3)輸入的時(shí)域信號轉(zhuǎn)換為頻域。FFT計(jì)算完成后，得出振弦傳感器的頻率值與信號幅值。同時(shí)，STM32單片機(jī)(4)控制外圍電路，采集振弦傳感器溫度，采集完成后，一次數(shù)據(jù)采集完成。

RTC電路(7)由DS1339時(shí)鐘芯片組成，芯片外置紐扣電池，保證多通道振弦采集儀掉電后，時(shí)鐘信息不會丟失。RTC電路(7)可以設(shè)置鬧鐘，當(dāng)鬧鐘觸發(fā)后，DS1339芯片的輸出引腳輸出一個(gè)1KHz的信號到STM32單片機(jī)，可以將STM32單片機(jī)從休眠狀態(tài)喚醒，使STM32單片機(jī)開始工作，采集完成后，STM32單片機(jī)重新進(jìn)入休眠，下次再由RTC電路喚醒工作，這樣可以保證系統(tǒng)工作在低功耗模式。

lora通信模塊(8)與STM32單片機(jī)系統(tǒng)(4)通過串口控制器連接，lora是一種遠(yuǎn)距離、低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術(shù)，適用于結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測領(lǐng)域。lora通信模塊(8)可以與其他的lora模塊組成lora無線網(wǎng)絡(luò)。多通道振弦采集儀采集完成之后，將采集數(shù)據(jù)發(fā)送至lora通信模塊(8)，lora通信模塊(8)通過lora網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送至服務(wù)器。

存儲電路(5)采用32M存儲芯片組成，STM32單片機(jī)內(nèi)置小型文件系統(tǒng)，用于管理存儲數(shù)據(jù)。STM32單片機(jī)系統(tǒng)(4)與存儲電路(5)通過IO口引腳連接。當(dāng)數(shù)據(jù)采集完成，數(shù)據(jù)發(fā)送至lora通信模塊(8)時(shí)，同時(shí)將數(shù)據(jù)保存在存儲電路(5)中，保證數(shù)據(jù)的可靠性。存儲電路(5)采用循環(huán)存儲方式，可以保存大量采集數(shù)據(jù)。

本實(shí)用新型還需包括電源電路，電源電路電性連接單片機(jī)系統(tǒng)、激勵(lì)電路、信號調(diào)理電路、信號采集電路、存儲電路、lora通信模塊、RTC電路、通道片選板。電源電路采用蓄電池供電，內(nèi)部電源控制電路為各個(gè)模塊提供工作電源。同時(shí)，多通道振弦采集儀外部連接有太陽能充電板，在有光照條件下，可以為蓄電池充電，充電電流由充電管理電路控制。這樣可以使多通道振弦采集儀長期在野外工作，無需現(xiàn)場工作人員管理。