一种低功耗的矿用总线型数据采集系统的制作方法

1.本发明涉及一种低功耗的矿用总线型数据采集系统。


背景技术：

2.随着综采工作面智能化建设的持续推进，液压支架控制器的对传感器数据的需求，在传感器种类和数量上都日益提升，支架控制器、传感器连接示意图如图1所示。从图1可看出，传感器直接与支架控制器外部接口连接，部分传感器连接的线缆长度比较长，致传感器采集数据传输不稳定。传感器种类及数量增加，支架控制器的面板接口也会相应增加，导致支架控制器体积变大，生产材料成本增高。在实际安装和后期维护中，线缆需在支架上的安装孔内穿插进行固定，支架高度越高线缆越长，安装难度越大，后期维护不方便。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种通过数据采集器采集多个传感器的数据，并进行预处理后通过总线传输至总控制器，能够减少线缆的铺设，降低安装维护难度，同时达到降本增效的低功耗的矿用总线型数据采集系统。
4.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种低功耗的矿用总线型数据采集系统，在液压支架内安装多个数据采集器、模拟传感器和数字传感器，每个数据采集器采集4路模拟传感器的信号，数据采集器和数字传感器均通过485总线将数据传输至支架控制器。
5.所述数据采集器包括主控芯片、电源模块、传感器开关、数据采集器单通道开关、adc采集模块和继电器；
6.4路模拟传感器记为传感器1～4，数据采集器单通道开关分别与传感器1～4连接，作为控制传感器1～4的电源开关；传感器开关为传感器电源的总开关；传感器1～4的采集数据sensor1～sensor4分别接入adc采集模块；主控芯片分别与电源模块、传感器开关、四个数据采集器单通道开关、adc采集模块和继电器连接。
7.所述主控芯片采用gd32f303cb。
8.所述电源模块包括电源芯片tps5430dda、ams1117-33稳压芯片；电源芯片tps5430dda的7脚连接12v电源输入vin+，6脚和9脚接地，8脚连接电感l3后输出5v电压至稳压芯片ams1117-33；电源芯片tps5430dda的1脚和4脚分别跨接在电感l3的两端；电源芯片tps5430dda的1脚与电感l3之间连接一电容，该电容分别连接电感l3和二极管d20的负极，二极管d20的正极接地；电源芯片tps5430dda的4脚与电感l3之间连接一电阻，该电阻与4脚连接的一端还串联另一个电阻后接地；电感l3与5v电压输出端口之间连接一个电容，该电容的负极接地；
9.稳压芯片ams1117-33的3脚接入5v电压输入，1脚接地，2脚输出3.3v电压至主控芯片gd32f303cb，1脚和3脚之间连接一电容，2脚和3脚之间并接两个电容。
10.电源芯片tps5430dda的电压输出端口并联两个二极管dzq1和dzq2，二极管dzq1和
dzq2的正极的负极与电源芯片tps5430dda的电压输出端口相连，正极与bt134w-600e可控硅相连，bt134w-600e可控硅的另一端连接12v电源输入vin+。
11.所述传感器开关包括运算放大器max4372teuk-t、晶体管irf4905、三极管s8050lt1，运算放大器max4372teuk-t的5脚通过压敏电阻fr1连接12v输入电压vcc，运算放大器max4372teuk-t的4脚通过二极管d21和d22连接外部输入电压vin+，外部输入电压vin+还与双排针接插件header7x2的13脚连接；运算放大器max4372teuk-t的4脚还通过电阻r30连接主控芯片gd32f303cb的10脚，将v1信号输出给主控芯片gd32f303cb，电阻r30的另一端串接电阻r34后接地；运算放大器max4372teuk-t的4脚与3脚均与电容c13的一端相连，电容c13的另一端接地；运算放大器max4372teuk-t的2脚与主控芯片gd32f303cb的11脚连接，将i1信号输出给主控芯片gd32f303cb，2脚还通过电阻r35接地；
12.晶体管irf4905的漏极与vcc12保护后电压vsense连接，源极连接12v输入电压vcc，漏极与源极之间连接二极管d11，晶体管irf4905的栅极连接三极管s8050lt1的3脚，栅极与源极之间连接电阻r26；三极管s8050lt1的1脚串接电阻r31和二极管d14后连接主控芯片gd32f303cb的12脚输出的sens-vc信号，sens-vc信号为传感器供电总开关信号；三极管s8050lt1的2脚接地，2脚和1脚之间连接电阻r33。
13.所述数据采集器单通道开关包括两个场效应管irlml6302，第一个场效应管irlml6302的栅极与三极管q2的3脚连接，源极与vcc12保护后电压vsense连接，漏极分别与二极管d2的正极和二极管d1的负极相连，二极管d2的负极连接vcc12保护后电压vsense，第一个场效应管irlml6302的栅极和源极之间连接电阻r8；三极管q2的2脚接地，1脚通过电阻r14后连接主控芯片gd32f303cb的45、46、17或18脚输出的控制信号，本实施例中数据采集器通道1连接46脚输出的pen1控制信号信号；
14.二极管d2和电阻r2并联在第二个场效应管irlml6302的漏极与源极之间，第二个场效应管irlml6302的栅极和源极之间连接电阻r11，栅极与三极管q4的3脚连接，三极管q4的1脚通过电阻连接第二个场效应管irlml6302的漏极，三极管q4的2脚连接二极管d6后接地；
15.二极管d1的正极与传感器连接座dcx-15的4脚连接，dcx-15的1脚接地，3脚连接电阻r1后连接传感器1的输入信号(本实施例中为传感器1的输入信号an1)，电阻r1还串接电阻r3后接地；二极管d1的正极还通过电容c3后接地，电阻r1与传感器输入信号an1相连的一端分别连接稳压二极管dz1和电容c4，稳压二极管dz1和电容c4的另一端均接地；
16.三极管q2和三极管q4均采用s8050lt1。
17.所述adc采集模块包括两个双运算放大器lm358，每个双运算放大器lm358采集两个传感器的数据，双运算放大器lm358的1脚和2脚均与电阻r5的一端连接，电阻r5的另一端与主控芯片gd32f303cb的传感器信号接口相连，将传感器的信号传输至主控芯片gd32f303cb；电阻r5的与主控芯片gd32f303cb连接的一端还分别与稳压二极管dz2、电容c5、电容c6和电阻r9的一端相连，稳压二极管dz2、电容c5、电容c6和电阻r9的另一端接地；双运算放大器lm358的3脚连接传感器的输入信号，4脚接地，5脚连接另一传感器的输入信号；双运算放大器lm358的6脚和7脚均与电阻r7的一端相连，电阻r7的另一端与主控芯片gd32f303cb的另一传感器信号接口连接；电阻r7与主控芯片gd32f303cb连接的一端还分别与电阻r13、电容c7、电容c8和稳压二极管dz3的一端相连，电阻r13、电容c7、电容c8和稳压
二极管dz3的另一端接地；双运算放大器lm358的8脚通过电容c2接地，8脚还与vin+端口相连。
18.所述继电器包括rly1继电器、三极管s8050lt1，rly1继电器的1脚连接vin+电压输入，8脚连接三极管s8050lt1的3脚，rly1继电器的1脚和8脚之间并联二极管d5和d18，rly1继电器的3脚和4脚分别连接双排针接插件header7x2的9脚和10脚，rly1继电器的5脚和6脚分别连接双排针接插件header7x2的7脚和8脚；
19.三极管s8050lt1的2脚接地，1脚连接电阻r66和二极管d19后与主控芯片gd32f303cb的32脚输出的ctr2信号连接，1脚与2脚之间连接电阻r65。
20.本发明的有益效果是：
21.1、本发明设计的数据采集系统通过数据采集器采集多个传感器的数据，并进行预处理后通过总线传输至总控制器，能够减少线缆的铺设，降低安装维护难度，同时达到降本增效的目的。
22.2、数据采集器结构小型轻量化，通过螺丝固定在液压支架上，牢固可靠，便于拆卸。根据实际传感器安装位置及数量，在架内合适位置安装多个数据采集器，节点安装于支架内部传感器相对集中区域，就近采集后通过数据采集器，将模拟信号就地采集存储为数字信号，在通过数字总线发送到控制器，克服了原有由于线缆长短不一，线损不一致，现场也无法进行精确的测量和补偿，导致传感器数据误差较大的问题。
23.3、采集器之间采用总线串联扩展，同时该总线上可直接接入后续研发的数字型传感器。通过控制器软件可识别总线上所有接入设备的相对物理位置，并实现自动编址功能。
附图说明
24.图1为现有的支架控制器、传感器连接示意图；
25.图2为本发明的数据采集系统的器件安装示意图；
26.图3为本发明的数据采集系统的结构示意图；
27.图4为本发明的数据采集器的结构示意图；
28.图5为本发明的控制器电路原理图；
29.图6为电源芯片tps5430dda电路原理图；
30.图7为ams1117-33稳压芯片电路原理图；
31.图8为传感器总开关原理图；
32.图9为数据采集器单通道开关原理图；
33.图10为adc采样原理图；
34.图11为继电器原理图；
35.图12为编址流程图；
36.图13为数据采集器rs485接口的电路图。
具体实施方式
37.下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。
38.如图2和图3所示，本发明的一种低功耗的矿用总线型数据采集系统，在液压支架内安装多个数据采集器、模拟传感器和数字传感器，每个数据采集器采集4路模拟传感器的
信号，数据采集器和数字传感器均通过485总线将数据传输至支架控制器。数据采集器安装于支架内部传感器相对集中区域，就近采集模拟传感器的数据后将模拟信号转换为数字信号进行存储，并通过485总线发送到总控制器。模拟传感器包括模拟护帮压力传感器、模拟接近传感器、模拟拉线传感器、模拟顶梁请协数据角传感器、模拟红外传感器、模拟前柱压力传感器、模拟行程传感器、模拟后柱/平衡压力传感器等，这些模拟传感器采集的是模拟信号，需要通过数据采集器对数据进行处理，再接入485总线中，通过485总线传输至支架控制器。每个数据采集器采集4路模拟传感器信号，通过多个数据采集器，可以采集多种模拟传感器的信号。数字传感器包括数字化激光测距传感器、数字化倾角传感器(连杆)、数字化倾角传感器(底座)等种类，这些数字化传感器采集到的数据可以直接连接到485总线中，通过485总线传输至支架控制器。
39.采集器之间采用总线串联扩展，同时该总线上可直接接入后续研发的数字型传感器。通过控制器软件可识别总线上所有接入设备的相对物理位置，并实现自动编址功能。
40.数据采集器采用arm4架构的单片机，用于数据采集器和支架控制器的信息交互。如图4所示，内部包括主控芯片、电源模块、传感器开关、数据采集器单通道开关、adc采集模块和继电器；电源模块通过两次压降，将输入的12v电压降到3.3v，为单片机上的主控芯片供电；
41.4路模拟传感器记为传感器1～4，数据采集器单通道开关分别与传感器1～4连接，作为控制传感器1～4的电源开关；传感器开关为传感器电源的总开关；传感器1～4的采集数据sensor1～sensor4分别接入adc采集模块；主控芯片分别与电源模块、传感器开关、四个数据采集器单通道开关、adc采集模块和继电器连接；主控芯片采用gd32f303cb，不仅功耗低，且具有强大的集成能力，有利于后期开发，其电路如图5所示，13～16引脚分别作为4个传感器的信号接口，45、46、17、18四个引脚分别为四个数据采集器单通道开关的控制信号pen1～pen4的输出端，12引脚为传感器开关的控制信号sens-vc的输出端。
42.主控芯片的四路采集接口状态全部为电压型接口，可采集0v～5v的电压值。矿用模拟传感器输出电压值都在0.5v～4.5v之间，在30个采样周期内，若数据采集器采集的电压值始终低于400mv，则判断此处无传感器或传感器异常，断开此处供电。等过在100个采样周期，打开此处供电，读取采集值，判断是否大于400mv，如果大于则有新传感器接入，此时，不关闭。
43.主控芯片控制继电器来充当数据采集器与后接设备的rs485接口通讯之间的“开关”，继电器的开关由主控芯片32脚输出的ctr2信号控制。支架控制器通过程序控制识别总线上所有接入设备的相对物理位置，实现自动编址功能。
44.整个架内程序采用modelbus-rtu协议，与数据采集器内部的设备信息进行信息交互，针对不同传感元件进行采集和计算，多种格式输出；硬件和软件实现平台化、模块化设计，后期开发系列产品时，可直接应用原有软硬件平台，扩展和削减业务功能即可，减少重复投入，实现快速开发。
45.如图6和图7所示，所述电源模块包括电源芯片tps5430dda、ams1117-33稳压芯片；如图6所示，电源芯片tps5430dda的7脚连接12v电源输入vin+，6脚和9脚接地，8脚连接电感l3后输出5v电压至稳压芯片ams1117-33；电源芯片tps5430dda的1脚和4脚分别跨接在电感l3的两端；电源芯片tps5430dda的1脚与电感l3之间连接一电容，该电容分别连接电感l3和
二极管d20的负极，二极管d20的正极接地；电源芯片tps5430dda的4脚与电感l3之间连接一电阻，该电阻与4脚连接的一端还串联另一个电阻后接地；电感l3与5v电压输出端口之间连接一个电容，该电容的负极接地；
46.如图7所示，稳压芯片ams1117-33的3脚接入5v电压输入，1脚接地，2脚输出3.3v电压至主控芯片gd32f303cb，1脚和3脚之间连接一电容，2脚和3脚之间并接两个电容。
47.电源芯片tps5430dda的电压输出端口并联两个二极管dzq1和dzq2(dzq1和dzq2均采用dzen-5.6v)，二极管dzq1和dzq2的正极的负极与电源芯片tps5430dda的电压输出端口相连，正极与bt134w-600e可控硅(t1、t2)相连，bt134w-600e可控硅的另一端连接12v电源输入vin+，正极还通过电阻ra2和ct2后接地。矿下最小电源电压为12v，因此采集器只能采用12v电源电压输入。由于电源产生热量较大，本发明采用采用电源芯片tps5430dda将电压从12v降到5v，再采用ams1117-33稳压芯片将电压从5v降到3.3v。通过两次压降，可以让电源产生的热量分配到两个二极管dzq1和dzq2，不仅散热效果更好，而且降低功耗。
48.传感器的电源电压由数据采集器提供，采用数据采集器输入接口提供的12v电压。传感器开关电路如图8所示，图8中数据采集器程序通过“拉高”和“拉低”sens-vc引脚的电平来控制开启和关闭传感器开关，以此开启和关闭整个数据采集的传感器的电源。当数据采集器不采集传感器数据时，数据采集器可以关闭传感器开关，使数据采集器处于“休眠”状态，节约能耗。所述传感器开关包括运算放大器max4372teuk-t(u3)、晶体管irf4905(q9)、三极管s8050lt1(q13)，运算放大器max4372teuk-t的5脚通过压敏电阻fr1连接12v输入电压vcc，运算放大器max4372teuk-t的4脚通过二极管d21和d22连接外部输入电压vin+，外部输入电压vin+还与双排针接插件header7x2(pcb板转接座)的13脚连接；运算放大器max4372teuk-t的4脚还通过电阻r30连接主控芯片gd32f303cb的10脚，将v1信号输出给主控芯片gd32f303cb，电阻r30的另一端串接电阻r34后接地；运算放大器max4372teuk-t的4脚与3脚均与电容c13的一端相连，电容c13的另一端接地；运算放大器max4372teuk-t的2脚与主控芯片gd32f303cb的11脚连接，将i1信号输出给主控芯片gd32f303cb，2脚还通过电阻r35接地；
49.晶体管irf4905的漏极与vcc12保护后电压vsense连接，源极连接12v输入电压vcc，漏极与源极之间连接二极管d11，晶体管irf4905的栅极连接三极管s8050lt1的3脚，栅极与源极之间连接电阻r26；三极管s8050lt1的1脚串接电阻r31和二极管d14后连接主控芯片gd32f303cb的12脚输出的sens-vc信号，sens-vc信号为传感器供电总开关信号；三极管s8050lt1的2脚接地，2脚和1脚之间连接电阻r33。
50.主控芯片通过采样分析sensor1～sensor4的端口数据，判断该采样口传感器工作状态，进行判决是否供电。工作状态可分为正常、短路、断路或传感器工作故障。如：短路时pen1状态变更；an1采样低于30mv视为无连接，为断路；an1采样≤0.4v或＞4.6v视为传感器故障。
51.每个数据采集器含有4个数据采集接口，每个数据采集接口的电源通过数据采集器单通道开关单独控制。当部分接口不使用时，可以单独关闭该数据采集器单通道开关。四个数据采集器单通道开关的结构相同，下面以一个通道为例进行说明，其原理图如图9所示；图中pen1为主控芯片输出的数据采集器单通道开关的控制信号。通过软件控制使传感器的采集通道间歇工作，可降低整个电路的功耗。
52.所述数据采集器单通道开关包括两个场效应管irlml6302，第一个场效应管irlml6302的栅极与三极管q2的3脚连接，源极与vcc12保护后电压vsense连接，漏极分别与二极管d2的正极和二极管d1的负极相连，二极管d2的负极连接vcc12保护后电压vsense，第一个场效应管irlml6302的栅极和源极之间连接电阻r8；三极管q2的2脚接地，1脚通过电阻r14后连接主控芯片gd32f303cb的45、46、17或18脚输出的控制信号，本实施例中数据采集器通道1连接46脚输出的pen1控制信号信号；
53.二极管d2和电阻r2并联在第二个场效应管irlml6302的漏极与源极之间，第二个场效应管irlml6302的栅极和源极之间连接电阻r11，栅极与三极管q4的3脚连接，三极管q4的1脚通过电阻连接第二个场效应管irlml6302的漏极，三极管q4的2脚连接二极管d6后接地；
54.二极管d1的正极与传感器连接座dcx-15的4脚连接，dcx-15的1脚接地，3脚连接电阻r1后连接传感器1的输入信号(本实施例中为传感器1的输入信号an1)，电阻r1还串接电阻r3后接地；二极管d1的正极还通过电容c3后接地，电阻r1与传感器输入信号an1相连的一端分别连接稳压二极管dz1和电容c4，稳压二极管dz1和电容c4的另一端均接地；
55.三极管q2和三极管q4均采用s8050lt1。
56.主控芯片gd32f303cb通过分析an1数据，判断传感器工作状态是否正常，通过pen1电平控制vsense是否为传感器供电。
57.adc采集模块采用周期性读取数据，通过程序控制数据采集器间歇采集；如周期设置为1s读取数据一次，则1s开启adc采集，使数据采集器间歇式进行数据采集，这样可以降低整个电路上的功耗；在数据读取时，开启数据采集器的传感器开关(图8的sens-vc)；当不读取时，则关闭数据采集器的传感器开关。
58.数据采集器可接受多类传感器数据输入，包括现有的压力、行程、倾角、距离、激光、煤机位置等模拟传感器。这些模拟传感器输出电压值都在0.5v～4.5v之间。如果采样周期为1s采集一次，如果采集30次，某一通道的数据始终小于400毫伏，则认为此通道未使用或者传感器出现异常无法工作，程序会自动关闭此处电源，并发出错误指令。等待100个采样周期，打开此处供电，读取采集值，判断是否大于400mv，如果大于则有新传感器接入，此时，不关闭此通道电源。
59.数据采集器的adc为12位采集，采集0～3.3v的模拟值(对应分辨率为0-4095)。传感器的数据输入为0.5～4.5v，输入电压通过分压后再由adc采集；adc采集模块包括两个双运算放大器lm358，每个双运算放大器lm358采集两个传感器的数据，其原理如图10所示(采用另一个双运算放大器lm358采集传感器3和4的数据，图中未画出)。双运算放大器lm358的1脚和2脚均与电阻r5的一端连接，电阻r5的另一端与主控芯片gd32f303cb的传感器信号接口相连，本实施例中与主控芯片gd32f303cb的13脚相连，将传感器1的信号sensor1传输至主控芯片gd32f303cb；电阻r5的与主控芯片gd32f303cb连接的一端还分别与稳压二极管dz2、电容c5、电容c6和电阻r9的一端相连，稳压二极管dz2、电容c5、电容c6和电阻r9的另一端接地；双运算放大器lm358的3脚连接传感器1的输入信号an1，4脚接地，5脚连接传感器2的输入信号an2；双运算放大器lm358的6脚和7脚均与电阻r7的一端相连，电阻r7的另一端与主控芯片gd32f303cb的另一传感器信号接口连接，本实施例中与主控芯片gd32f303cb的14脚相连，将传感器2的信号sensor2传输至主控芯片gd32f303cb；电阻r7与主控芯片
gd32f303cb连接的一端还分别与电阻r13、电容c7、电容c8和稳压二极管dz3的一端相连，电阻r13、电容c7、电容c8和稳压二极管dz3的另一端接地；双运算放大器lm358的8脚通过电容c2接地，8脚还与vin+端口相连。
60.由图9所示传感器1电压分压(r9/(r5+r9)＝3/5)后，传感器1(sensor1)的adc采集值对应的采集电压为输入电压的0.6倍。数据采集电压计算公式入下：
[0061][0062][0063]
由上面两个公式推出
[0064][0065]
当采集的数据大于3200mv后，会产生较大误差，则大于3200mv的数据可采取数据补偿，进行拟合。数据拟合公式如下：
[0066]
y＝x+a(x-3000)3+b(x-3000)2+c(x-3000)。
[0067]
y为拟合后的数值，x为实际采集值，a、b、c为拟合系数。
[0068]
如图11所示，所述继电器包括rly1继电器、三极管s8050lt1，rly1继电器的1脚连接vin+电压输入，8脚连接三极管s8050lt1的3脚，rly1继电器的1脚和8脚之间并联二极管d5和d18，rly1继电器的3脚和4脚分别连接双排针接插件header7x2的9脚和10脚，rly1继电器的5脚和6脚分别连接双排针接插件header7x2的7脚和8脚；
[0069]
三极管s8050lt1的2脚接地，1脚连接电阻r66和二极管d19后与主控芯片gd32f303cb的32脚输出的ctr2信号连接，1脚与2脚之间连接电阻r65。继电器时相当于整个架内总线的开关，ctr2拉高时，会导通；拉低时，则会关闭。继电器前加了一个s8050lt1的三极管，允许继电器工作在较低的电压，使继电器的功耗极低。
[0070]
每个数据采集器都自带一个继电器，架内设备在自动编址时，可通过程序控制继电器来连接或断开当前设备与后面设备的连接。当控制器发出自动编址命令，采集器的继电器会在1秒后断开连接。控制器会在发出自动编址命令2s后发出首架地址i，首架数据采集器接收到后编址架号i进行存储，并控制继电器连接后继设备，发送给上一架编址回复和下一架号编址架号(i+1)；就这样以此内推，直到发送到最后一个设备。最后，设备会发出5次向后编址命令，如果编址命令依旧未收到回复，则认为是最后一个设备，发出编址结束命令。如图12所示。
[0071]
数据采集器的rs485接口设计如图13所示，采用td(h)541s485h芯片将信号转为485信号。
[0072]
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

技术特征：
1.一种低功耗的矿用总线型数据采集系统，其特征在于，在液压支架内安装多个数据采集器、模拟传感器和数字传感器，每个数据采集器采集4路模拟传感器的信号，数据采集器和数字传感器均通过485总线将数据传输至支架控制器。2.根据权利要求1所述的一种低功耗的矿用总线型数据采集系统，其特征在于，所述数据采集器包括主控芯片、电源模块、传感器开关、数据采集器单通道开关、adc采集模块和继电器；4路模拟传感器记为传感器1～4，数据采集器单通道开关分别与传感器1～4连接，作为控制传感器1～4的电源开关；传感器开关为传感器电源的总开关；传感器1～4的采集数据sensor1～sensor4分别接入adc采集模块；主控芯片分别与电源模块、传感器开关、四个数据采集器单通道开关、adc采集模块和继电器连接。3.根据权利要求2所述的一种低功耗的矿用总线型数据采集系统，其特征在于，所述主控芯片采用gd32f303cb。4.根据权利要求2所述的一种低功耗的矿用总线型数据采集系统，其特征在于，所述电源模块包括电源芯片tps5430dda、ams1117-33稳压芯片；电源芯片tps5430dda的7脚连接12v电源输入vin+，6脚和9脚接地，8脚连接电感l3后输出5v电压至稳压芯片ams1117-33；电源芯片tps5430dda的1脚和4脚分别跨接在电感l3的两端；电源芯片tps5430dda的1脚与电感l3之间连接一电容，该电容分别连接电感l3和二极管d20的负极，二极管d20的正极接地；电源芯片tps5430dda的4脚与电感l3之间连接一电阻，该电阻与4脚连接的一端还串联另一个电阻后接地；电感l3与5v电压输出端口之间连接一个电容，该电容的负极接地；稳压芯片ams1117-33的3脚接入5v电压输入，1脚接地，2脚输出3.3v电压至主控芯片gd32f303cb，1脚和3脚之间连接一电容，2脚和3脚之间并接两个电容；电源芯片tps5430dda的电压输出端口并联两个二极管dzq1和dzq2，二极管dzq1和dzq2的正极的负极与电源芯片tps5430dda的电压输出端口相连，正极与bt134w-600e可控硅相连，bt134w-600e可控硅的另一端连接12v电源输入vin+。5.根据权利要求2所述的一种低功耗的矿用总线型数据采集系统，其特征在于，所述传感器开关包括运算放大器max4372teuk-t、晶体管irf4905、三极管s8050lt1，运算放大器max4372teuk-t的5脚通过压敏电阻fr1连接12v输入电压vcc，运算放大器max4372teuk-t的4脚通过二极管d21和d22连接外部输入电压vin+，外部输入电压vin+还与双排针接插件header7x2的13脚连接；运算放大器max4372teuk-t的4脚还通过电阻r30连接主控芯片gd32f303cb的10脚，将v1信号输出给主控芯片gd32f303cb，电阻r30的另一端串接电阻r34后接地；运算放大器max4372teuk-t的4脚与3脚均与电容c13的一端相连，电容c13的另一端接地；运算放大器max4372teuk-t的2脚与主控芯片gd32f303cb的11脚连接，将i1信号输出给主控芯片gd32f303cb，2脚还通过电阻r35接地；晶体管irf4905的漏极与vcc12保护后电压vsense连接，源极连接12v输入电压vcc，漏极与源极之间连接二极管d11，晶体管irf4905的栅极连接三极管s8050lt1的3脚，栅极与源极之间连接电阻r26；三极管s8050lt1的1脚串接电阻r31和二极管d14后连接主控芯片gd32f303cb的12脚输出的sens-vc信号，sens-vc信号为传感器供电总开关信号；三极管s8050lt1的2脚接地，2脚和1脚之间连接电阻r33。6.根据权利要求2所述的一种低功耗的矿用总线型数据采集系统，其特征在于，所述数
据采集器单通道开关包括两个场效应管irlml6302，第一个场效应管irlml6302的栅极与三极管q2的3脚连接，源极与vcc12保护后电压vsense连接，漏极分别与二极管d2的正极和二极管d1的负极相连，二极管d2的负极连接vcc12保护后电压vsense，第一个场效应管irlml6302的栅极和源极之间连接电阻r8；三极管q2的2脚接地，1脚通过电阻r14后连接主控芯片gd32f303cb的45、46、17或18脚输出的控制信号，本实施例中数据采集器通道1连接46脚输出的pen1控制信号信号；二极管d2和电阻r2并联在第二个场效应管irlml6302的漏极与源极之间，第二个场效应管irlml6302的栅极和源极之间连接电阻r11，栅极与三极管q4的3脚连接，三极管q4的1脚通过电阻连接第二个场效应管irlml6302的漏极，三极管q4的2脚连接二极管d6后接地；二极管d1的正极与传感器连接座dcx-15的4脚连接，dcx-15的1脚接地，3脚连接电阻r1后连接传感器1的输入信号(本实施例中为传感器1的输入信号an1)，电阻r1还串接电阻r3后接地；二极管d1的正极还通过电容c3后接地，电阻r1与传感器输入信号an1相连的一端分别连接稳压二极管dz1和电容c4，稳压二极管dz1和电容c4的另一端均接地；三极管q2和三极管q4均采用s8050lt1。7.根据权利要求2所述的一种低功耗的矿用总线型数据采集系统，其特征在于，所述adc采集模块包括两个双运算放大器lm358，每个双运算放大器lm358采集两个传感器的数据，双运算放大器lm358的1脚和2脚均与电阻r5的一端连接，电阻r5的另一端与主控芯片gd32f303cb的传感器信号接口相连，将传感器的信号传输至主控芯片gd32f303cb；电阻r5的与主控芯片gd32f303cb连接的一端还分别与稳压二极管dz2、电容c5、电容c6和电阻r9的一端相连，稳压二极管dz2、电容c5、电容c6和电阻r9的另一端接地；双运算放大器lm358的3脚连接传感器的输入信号，4脚接地，5脚连接另一传感器的输入信号；双运算放大器lm358的6脚和7脚均与电阻r7的一端相连，电阻r7的另一端与主控芯片gd32f303cb的另一传感器信号接口连接；电阻r7与主控芯片gd32f303cb连接的一端还分别与电阻r13、电容c7、电容c8和稳压二极管dz3的一端相连，电阻r13、电容c7、电容c8和稳压二极管dz3的另一端接地；双运算放大器lm358的8脚通过电容c2接地，8脚还与vin+端口相连。8.根据权利要求2所述的一种低功耗的矿用总线型数据采集系统，其特征在于，所述继电器包括rly1继电器、三极管s8050lt1，rly1继电器的1脚连接vin+电压输入，8脚连接三极管s8050lt1的3脚，rly1继电器的1脚和8脚之间并联二极管d5和d18，rly1继电器的3脚和4脚分别连接双排针接插件header7x2的9脚和10脚，rly1继电器的5脚和6脚分别连接双排针接插件header7x2的7脚和8脚；三极管s8050lt1的2脚接地，1脚连接电阻r66和二极管d19后与主控芯片gd32f303cb的32脚输出的ctr2信号连接，1脚与2脚之间连接电阻r65。

技术总结
本发明公开了一种低功耗的矿用总线型数据采集系统，在液压支架内安装多个数据采集器、模拟传感器和数字传感器，每个数据采集器采集4路模拟传感器的信号，数据采集器和数字传感器均通过485总线将数据传输至支架控制器。本发明设计的数据采集系统通过数据采集器采集多个传感器的数据，并进行预处理后通过总线传输至总控制器，能够减少线缆的铺设，降低安装维护难度，同时达到降本增效的目的。同时达到降本增效的目的。同时达到降本增效的目的。


技术研发人员：杨晓茂 李阔 窦涛 舒坦 冯强 杨虎腾
受保护的技术使用者：四川航天电液控制有限公司
技术研发日：2023.08.24
技术公布日：2023/10/20