本實(shí)用新型涉及電流電壓采集領(lǐng)域，特別涉及一種多路高精度電流電壓采集電路。

背景技術(shù)：

當(dāng)今時(shí)代，各種智能設(shè)備層出不窮，在這中間，傳感技術(shù)扮演著重要角色。其中的模擬量，例如電壓電流的采集，一直是重中之重。另外，在通信領(lǐng)域，很多電池電流電壓或者其他模擬量，如溫濕度等，都由變送器轉(zhuǎn)化為0～5V(電壓型)/4～20mA(電流型)。針對多路高精度電流電壓采集，如何在保證功能與可靠性條件下，把成本做到最低，一直是行業(yè)頭疼的問題。然而，傳統(tǒng)技術(shù)中，要想保證功能和可靠性，就需要高昂的成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種使用較低成本保證功能和可靠性的多路高精度電流電壓采集電路。

本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：構(gòu)造一種多路高精度電流電壓采集電路，包括電源電路、多通道采集通路和信號切換跟隨采集電路，所述電源電路分別與所述多通道采集通路和信號切換跟隨采集電路連接、用于將第一電源分別轉(zhuǎn)換為第二電源和第三電源后供電，所述信號切換跟隨采集電路與所述多通道采集通路連接；

所述多通道采集通路包括外設(shè)接口電路和多個(gè)采集通道，所述外設(shè)接口電路包括接插件、第十五TVS管、第二十六TVS管、第三十三電感、第三十放電管、第三十一放電管和第一保險(xiǎn)絲，所述接插件的第一引腳分別與所述第三十放電管的一端和第三十三電感的一端連接，所述第三十放電管的另一端接地，所述第三十三電感的另一端分別與所述第二十六TVS管的陰極和第一保險(xiǎn)絲的一端連接，所述第二十六TVS管的陽極接地，所述第一保險(xiǎn)絲的另一端分別與所述第十五TVS管的陰極和第一電源連接，所述第十五TVS管的陽極接地，所述接插件的第二引腳與所述第三十一放電管的一端連接，所述第三十一放電管的另一端接地，所述接插件的第二引腳還接地；

其中一個(gè)所述采集通道包括第二十八放電管、第一電阻、第二電阻、第六十六電阻、第六十七電阻、第七十二電阻、第六十TVS管、第二十七雙二極管、第一百二十四電容和第一撥碼開關(guān)，所述第二十八放電管的一端分別與所述接插件的第三引腳和第一電阻的一端連接，所述第二十八放電管的另一端接地，所述第一電阻的另一端分別與所述第六十TVS管的陰極、第六十六電阻的一端、第一撥碼開關(guān)的一端和第二電阻的一端連接，所述第六十TVS管的陽極和第二電阻的另一端均接地，所述撥碼開關(guān)的另一端通過所述第七十二電阻接地，所述第六十六電阻的另一端通過所述第六十七電阻與所述第二十七雙二極管的中間節(jié)點(diǎn)連接，所述第二十七雙二極管的一端與所述第一電源連接，所述第二十七雙二極管的另一端接地，所述第一百二十四電容的一端與所述第二十七雙二極管的中間節(jié)點(diǎn)連接，所述第一百二十四電容的另一端接地。

在本實(shí)用新型所述的多路高精度電流電壓采集電路中，所述信號切換跟隨采集電路包括選擇器、低失調(diào)電壓運(yùn)算放大器、AD芯片、第一三極管、第二三極管、第三三極管、第六十四電阻、第六十五電阻、第六十八電阻、第七十一電阻和第一百二十三電容，所述選擇器與所述第一百二十四電容的一端連接，所述第一三極管的基極、第二三極管的基極和第三三極管的基極分別連接單片機(jī)不同的引腳，所述第一三極管的集電極與所述選擇器的第十一引腳連接，所述第二三極管的集電極與所述選擇器的第十引腳連接，所述第三三極管的集電極與所述選擇器的第九引腳連接，所述選擇器的第三引腳通過所述第六十八電阻與所述低失調(diào)電壓運(yùn)算放大器的同相輸入端連接，所述低失調(diào)電壓運(yùn)算放大器的反相輸入端與其輸出端連接，所述低失調(diào)電壓運(yùn)算放大器的輸出端通過所述第六十五電阻分別與所述第一百二十三電容的一端和AD芯片的第一引腳連接，所述AD芯片的第六引腳與所述第一百二十三電容的另一端連接，所述AD芯片的第三引腳通過所述第七十一電阻與所述第三電源連接，所述AD芯片的第四引腳通過所述第六十四電阻與所述第三電源連接。

在本實(shí)用新型所述的多路高精度電流電壓采集電路中，所述AD芯片為高精度18位AD芯片。

在本實(shí)用新型所述的多路高精度電流電壓采集電路中，所述采集通道的個(gè)數(shù)為八個(gè)。

在本實(shí)用新型所述的多路高精度電流電壓采集電路中，所述電源電路包括第十三低壓差線性穩(wěn)壓器、第二十七低壓差線性穩(wěn)壓器、第三十一低壓差線性穩(wěn)壓器、第十電感、第十一電感和第三十四電感，所述第十三低壓差線性穩(wěn)壓器的第四引腳與所述第一電源連接，所述第十三低壓差線性穩(wěn)壓器的第一引腳與所述第二十七低壓差線性穩(wěn)壓器的第二引腳連接，所述第二十七低壓差線性穩(wěn)壓器的第一引腳通過所述第十電感與所述第二電源連接，所述第三十一低壓差線性穩(wěn)壓器的第三引腳通過所述第三十四電感與所述第一電源連接，所述第三十一低壓差線性穩(wěn)壓器的第一引腳與所述第三電源連接，所述第三十一低壓差線性穩(wěn)壓器的第一引腳還與所述第十一電感連接。

在本實(shí)用新型所述的多路高精度電流電壓采集電路中，所述第一電源為12V，所述第二電源為-5V，所述第三電源為+5V。

實(shí)施本實(shí)用新型的多路高精度電流電壓采集電路，具有以下有益效果：由于設(shè)有電源電路、多通道采集通路和信號切換跟隨采集電路，多通道采集通路包括外設(shè)接口電路和多個(gè)采集通道，外設(shè)接口電路包括接插件、第十五TVS管、第二十六TVS管、第三十三電感、第三十放電管、第三十一放電管和第一保險(xiǎn)絲，其中一個(gè)采集通道包括第二十八放電管、第一電阻、第二電阻、第六十六電阻、第六十七電阻、第七十二電阻、第六十TVS管、第二十七雙二極管、第一百二十四電容和第一撥碼開關(guān)，第三十放電管保證浪涌及時(shí)泄放，第十五TVS管、第二十六TVS管、第三十三電感能吸收尖峰，抑制尖峰進(jìn)入第一電源導(dǎo)致?lián)p害主電路，第一保險(xiǎn)絲保證輸出短路能及時(shí)切斷輸出，保護(hù)電源電路，采集通道選用第二十八放電管和第六十TVS管作浪涌保護(hù)，第一電阻、第六十六電阻、第十六七電阻用于限制通道電流，防止損壞后級的信號切換跟隨采集電路，第二電阻保證無信號輸入為低電平，第七十二電阻和第一撥碼開關(guān)共同組成電流信號切換電路，第二十七雙二極管做電壓鉗位作用，防止輸入過高或過低，所以其使用較低成本保證功能和可靠性。

附圖說明

為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實(shí)用新型多路高精度電流電壓采集電路一個(gè)實(shí)施例中的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為所述實(shí)施例中多通道采集通路的電路原理圖；

圖3為所述實(shí)施例中信號切換跟隨采集電路的電路原理圖；

圖4為所述實(shí)施例中電源電路的電路原理圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)施例中的附圖，對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本實(shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

在本實(shí)用新型多路高精度電流電壓采集電路實(shí)施例中，該多路高精度電流電壓采集電路的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。圖1中，該多路高精度電流電壓采集電路包括電源電路1、多通道采集通路2和信號切換跟隨采集電路3，其中，電源電路1分別與多通道采集通路2和信號切換跟隨采集電路3連接、用于將第一電源VDD分別轉(zhuǎn)換為第二電源VEE和第三電源VCC后進(jìn)行供電，信號切換跟隨采集電路3與多通道采集通路2連接。本實(shí)施例中，第一電源為12V，第二電源為-5V，第三電源為+5V。

圖2為本實(shí)施例中多通道采集通路的電路原理圖，圖2中，該多通道采集通路2包括外設(shè)接口電路和多個(gè)采集通道，其中，外設(shè)接口電路包括接插件LK7、第十五TVS管D15、第二十六TVS管D26、第三十三電感L33、第三十放電管D30A、第三十一放電管D30B和第一保險(xiǎn)絲F1，接插件LK7的第一引腳分別與第三十放電管D30A的一端和第三十三電感L33的一端連接，第三十放電管D30A的另一端接地EARTH，第三十三電感L33的另一端分別與第二十六TVS管D26的陰極和第一保險(xiǎn)絲F1的一端連接，第二十六TVS管D26的陽極接地GND，第一保險(xiǎn)絲F1的另一端分別與第十五TVS管D15的陰極和第一電源VDD連接，第十五TVS管D15的陽極接地GND，接插件LK7的第二引腳與第三十一放電管D30B的一端連接，第三十一放電管D30B的另一端接地EARTH，接插件LK7的第二引腳還接地GND。

接插件LK7的第一引腳和第二引腳為第一電源VDD輸出，在此需滿足浪涌干擾(差模5KA/共模5KA)。第三十放電管D30A和第三十一放電管D30B作為主要電流泄放回路，保證浪涌及時(shí)泄放，其次第十五TVS管D15、第二十六TVS管D26和第三十三電感L33吸收尖峰，抑制尖峰進(jìn)入第一電源VDD導(dǎo)致?lián)p害主電路，第一保險(xiǎn)絲F1保證輸出短路能及時(shí)切斷輸出，保護(hù)電源電路1。

本實(shí)施例中，對于上述多個(gè)采集通道來講，每個(gè)采集通道的結(jié)構(gòu)是相同的，本實(shí)施例中以八個(gè)采集通道為例進(jìn)行說明。這八個(gè)采集通道中，其中一個(gè)采集通道的電路結(jié)構(gòu)。具體的，其中一個(gè)采集通道包括第二十八放電管D28A、第一電阻R1、第二電阻R2、第六十六電阻R66、第六十七電阻R67、第七十二電阻R72、第六十TVS管D60、第二十七雙二極管D27A，D27B、第一百二十四電容C124和第一撥碼開關(guān)K1A，第二十八放電管D28A的一端分別與接插件LK7的第三引腳和第一電阻R1的一端連接，第二十八放電管D28A的另一端接地EARTH，第一電阻R1的另一端分別與第六十TVS管D60的陰極、第六十六電阻R66的一端、第一撥碼開關(guān)K1A的一端和第二電阻R2的一端連接，第六十TVS管D60的陽極和第二電阻R2的另一端均接地，撥碼開關(guān)K1A的另一端通過第七十二電阻R72接地，第六十六電阻R66的另一端通過第六十七電阻R67與第二十七雙二極管D27A，D27B的中間節(jié)點(diǎn)連接，第二十七雙二極管D27A，D27B的一端與第一電源VDD連接，第二十七雙二極管D27A，D27B的另一端接地，第一百二十四電容C124的一端與第二十七雙二極管D27A，D27B的中間節(jié)點(diǎn)連接，第一百二十四電容C124的另一端接地。

采集通道選用放電管和TVS管作浪涌保護(hù)。第一電阻R1為4.7Ω的大功率電阻，第六十六電阻R66和第六十七電阻R67的阻值為20KΩ，目的是限制通道電流，防止損壞后級的選擇器U28(參見圖3)。第二電阻R2為下拉電阻，保證無信號輸入為低電平。第七十二電阻R72為249Ω的電阻，第七十二電阻R72和第一撥碼開關(guān)K1A共同組成電流信號切換電路。第二十七雙二極管D27A，D27B做電壓鉗位作用，防止輸入過高或過低。所以其使用較低成本保證功能和可靠性。

圖3為本實(shí)施例中信號切換跟隨采集電路的電路原理圖，圖3中，信號切換跟隨采集電路3包括選擇器U28、低失調(diào)電壓運(yùn)算放大器U29、AD芯片U30、第一三極管VT1、第二三極管VT2、第三三極管VT3、第六十四電阻R64、第六十五電阻R65、第六十八電阻R68、第七十一電阻R71和第一百二十三電容C123，選擇器U28與第一百二十四電容C124的一端連接，第一三極管VT1的基極、第二三極管VT2的基極和第三三極管VT3的基極分別連接單片機(jī)不同的引腳，第一三極管VT1的集電極與選擇器U28的第十一引腳連接，第二三極管VT2的集電極與選擇器U28的第十引腳連接，第三三極管VT3的集電極與選擇器U28的第九引腳連接，選擇器U28的第三引腳通過第六十八電阻R68與低失調(diào)電壓運(yùn)算放大器U29的同相輸入端連接，低失調(diào)電壓運(yùn)算放大器U29的反相輸入端與其輸出端連接，低失調(diào)電壓運(yùn)算放大器U29的輸出端通過第六十五電阻R65分別與第一百二十三電容C123的一端和AD芯片U30的第一引腳連接，AD芯片U30的第六引腳與第一百二十三電容C123的另一端連接，AD芯片U30的第三引腳通過第七十一電阻R71與第三電源VCC連接，AD芯片U30的第四引腳通過第六十四電阻R64與第三電源VCC連接。

本實(shí)施例中，通道電壓信號經(jīng)過第一百二十四電容C124濾波后進(jìn)入選擇器U28(型號為CD4051)，通過外接任一單片機(jī)的I/O口輸出控制信號AI_A1、AI_A2、AI_A3，然后分別通過第一三極管VT1、第二三極管VT2、第三三極管VT3控制選擇器U28進(jìn)行切換通道。選擇器U28的第三引腳(輸出端)不可加濾波電容，這樣可保證后級做到及時(shí)與準(zhǔn)確的進(jìn)行采集。采用AD芯片U30作為信號的采集，轉(zhuǎn)換成I²C信號送給單片機(jī)進(jìn)行處理。AD芯片U30為高精度18位AD芯片，AD芯片U30選用的型號為MCP3421。

圖4為本實(shí)施例中電源電路的電路原理圖，圖4中，電源電路1包括第十三低壓差線性穩(wěn)壓器U13、第二十七低壓差線性穩(wěn)壓器U27、第三十一低壓差線性穩(wěn)壓器U31、第十電感L10、第十一電感L11和第三十四電感L34，第十三低壓差線性穩(wěn)壓器U13的第四引腳與第一電源VDD連接，第十三低壓差線性穩(wěn)壓器U13的第一引腳與第二十七低壓差線性穩(wěn)壓器U27的第二引腳連接，第二十七低壓差線性穩(wěn)壓器U27的第一引腳通過第十電感L10與第二電源VEE連接，第三十一低壓差線性穩(wěn)壓器U31的第三引腳通過第三十四電感L34與第一電源VDD連接，第三十一低壓差線性穩(wěn)壓器U31的第一引腳與第三電源VCC連接，第三十一低壓差線性穩(wěn)壓器U31的第一引腳還與第十一電感L11連接。

第一電源VDD作為系統(tǒng)輸入12V電源，經(jīng)過多個(gè)第十三低壓差線性穩(wěn)壓器U13、第二十七低壓差線性穩(wěn)壓器U27、第三十一低壓差線性穩(wěn)壓器U31和第三十三低壓差線性穩(wěn)壓器U33，轉(zhuǎn)換成選擇器U28所需的正負(fù)電壓，第十電感L10、第十一電感L11和第三十四電感L34用于抑制瞬態(tài)電流突變，保護(hù)低壓差線性穩(wěn)壓器及后級電路的穩(wěn)定性。

總之，本實(shí)施例中，該多路高精度電池電壓采集電路的電壓輸入0～5V，誤差小于1mV；電流輸入4～20mA，誤差小于4uA。為了滿足通信電源嚴(yán)苛的現(xiàn)場工作環(huán)境，在所有的外設(shè)接口，通過選用第三十放電管D30A、第三十一放電管D30B、第二十八放電管D28A、第二十九放電管D28B、第三十五放電管D35A、第十五TVS管D15、第二十六TVS管D26、第六十TVS管D60、第六十六TVS管D66、第六十七TVS管D67等，均滿足DC電源口浪涌抗擾(差模5KA/共模5KA)、I/O口浪涌抗擾(差模2KA/共模3KA)。選用撥碼開關(guān)(K1A、K1B、K1C)作為電流信號和電壓信號的切換，選用選擇器U28作為八路信號的切換，后級選用低失調(diào)電壓運(yùn)算放大器U29跟隨后進(jìn)入高精度18位的AD芯片U30。經(jīng)過驗(yàn)證，滿足功能要求，并且能通過EMC/EMI等可靠性測試。

以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。