数据采集板产品设计

问题描述

产品构想：信号采集模块能够采集传感器输出的信号，后续通过蓝牙模块，将数据传输给用户端，通过手机App实现测量结果的可视化；主要的技术难点有：1、信号采集板的精度（采样精度：5uv以内；采样频率：3万/秒）；2、噪声信号处理：将卡尔曼滤波算法集成到产品端；

很久之前，因为技术研发水平较差，尽管也做出了数据采集模块，能够采集传感器输出地信号，奈何杂乱无章，系统的可靠性以及稳定性较差；整体处于仅仅懂技术原理，不能向市场销售的状态，无法实现系统闭环；因此，近来花费一个月时间，重新拾起就业，使相关工作往前推动一小步~

数据采集模块产品设计过程中，主要包含三方面的工作，具体为：1、产品外壳结构设计；2、信号采集电路板设计；3、Android端数据接收模块搭建：实现硬件与手机端的信息交互；具体如下所示：

附录：补充材料

附1、外壳结构设计？

本周在前期工作的基础上，针对第一版的外壳结构进行了优化设计，主要体现在：1、整体尺寸优化更改，能够适配高精度信号采集板；2、添加电源开关；3、信号传输接口方案调研及结构设计；4、在电池盖板与基座之间的添加滑槽结构，提高定位精度；5、轻量化设计：满足强度的前提下，减小外壳结构重量；6、可靠性设计：采用螺钉连接，提高上端盖与基板之间的连接强度；7、屏蔽外场干扰，提高信号采集精度；具体如下图所示：

图a-b表述为高精度信号采集板外壳结构的整体示意图；图c表述为电池盒采用的电池簧片；图d表述为添加的电源开关；图e表述为针对外壳结构进行的轻量化设计；

附2、模数转换电路系统设计？

准确性作为信号采集系统的关键性能指标，直接关系到传感器测量精度；考虑到未来在智能化装备方面的潜在应用场景；近来，设计了两款不同精度的信号采集板，具体为：1、基于stm32f103+ads1256搭建的标准信号采集板（外购和自己设计两种）；2、低精度信号采集板（自己设计）；具体如下所示：

图a和图b表述为：基于stm32+ads1256芯片搭建的信号采集板；图c表述为自己设计的低精度信号采集板，采用cs1237模数转化芯片，实现了单通道差分信号的采样，非常适用于0和1状态判定等具体使用场景；附：如果不考虑成本，还是非常建议ads1256这款芯片，毕竟一分价钱一分货，精度还是非常有保障的；

附：程序编写过程中，调试了buffer on，buffer off模式的区别；研究了自校准模式对采集精度的影响；

附3、信号采集模块系统集成？

近来在标准信号采集板的基础上，添加蓝牙串口模块，实现了数据的无线传输，具体结果如下图所示：

图a表述为数据采集板采用的蓝牙模块，具体型号为：亿佰特E104-BT40；图c展示了手机端接收的数据；附1：后期可依据实际应用场景，三个通道分别展示的信息为：1、电源电压；2、传感器输出的原始信号；3、处理后的结果（滤波、特征提取等算法）；

附1、近一个月实现了数据采集模块从技术原理到产品的转换，将过去一年的工作进行了总结收尾，个人感觉该成果有点类似于科研人员第一篇文章被接受的状态，还是挺有成就感的一件事情；尽管跌跌撞撞，但是也算是持续向前吧，本推文谨以记录过去的一年时光，😄~

附2、过去一个月的工作汇总：第一周确定了信号采集板的总体方案，完成了第一版本的方案实现，详细内容见：每周进展（一）；第二周完成Android端数据接收模块程序编写，在嘉立创完成了信号采集板的打样，详细内容见：每周进展（二）；第三周主要对信号采集板进行了调试，编写相应的程序，实现了滤波算法的集成，详细内容见：每周进展（三）；第四周实现了产品集成，主要包含：外壳结构优化设计、采集板与传感器之间的信号接口设计；

附3、拟打算9月10号开始出售高精度信号采集板，价格：200元左右；