專利名稱：一種多通道模擬信號(hào)隔離采集裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及數(shù)據(jù)采集裝置，尤其涉及一種多通道模擬信號(hào)隔離采集裝置。
背景技術(shù)：
工業(yè)場(chǎng)合需要采集的數(shù)據(jù)來源類型多樣，有各種傳感器，各類變送器、二次儀表等 等，各個(gè)數(shù)據(jù)來源可能自成系統(tǒng)，可能屬于同一系統(tǒng)但有不同的參考電平。使用數(shù)據(jù)采集設(shè) 備采集這些信號(hào)時(shí)，采集設(shè)備與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)之間、工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)各通道之間都需要互相隔離。在目前的工業(yè)應(yīng)用中，隔離的實(shí)現(xiàn)主要有以下兩種方法一是采用差分放大器，這 不僅成本高并且存在共模干擾問題；二是采用多個(gè)隔離電源，體積龐大、成本高。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種多通道模擬信號(hào)隔離采集裝置。多通道模擬信號(hào)隔離采集裝置中的信號(hào)隔離選擇模塊與信號(hào)調(diào)理模塊、微處理器 模塊、顯示模塊依次相連，微處理器模塊與信號(hào)隔離選擇模塊相連，電源模塊提供電源；其 中，微處理器模塊，用于發(fā)送控制信號(hào)、顯示信號(hào)、與上位機(jī)通信等；信號(hào)隔離選擇模塊，用于接收所述微處理器模塊的控制信號(hào)和現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng) 信號(hào)進(jìn)行通道選擇和隔離后輸出；信號(hào)調(diào)理模塊，用于接收所述信號(hào)隔離選擇模塊輸出的物理信號(hào)進(jìn)行阻抗匹配、 濾波、調(diào)幅后輸出；微處理器模塊內(nèi)置的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊用于接收信號(hào)調(diào)理模塊輸出的物理信號(hào)并進(jìn) 行測(cè)量后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；顯示模塊用于接收微處理器的顯示信號(hào)并顯示現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的大??；電源模塊用于對(duì)多通道模擬信號(hào)隔離采集裝置供電。其中信號(hào)隔離選擇模塊的內(nèi)部連接關(guān)系為繼電器U1的1、3腳與電阻R1的一端 相連，繼電器U1的2、4腳與譯碼器U9的14腳相連，繼電器U1的8、6腳與現(xiàn)場(chǎng)輸入通道一 信號(hào)(AI1A、AI1B)相連，繼電器U2的1、3腳與電阻R2的一端相連，繼電器U2的2、4腳與 譯碼器U9的13腳相連，繼電器U2的8、6腳與現(xiàn)場(chǎng)輸入通道二信號(hào)(AI2A、AI2B)相連，繼 電器U3的1、3腳與電阻R3的一端相連，繼電器U3的2、4腳與譯碼器U9的12腳相連，繼 電器U3的8、6腳與現(xiàn)場(chǎng)輸入通道三信號(hào)(AI3A、AI3B)相連，繼電器U4的1、3腳與電阻R4 的一端相連，繼電器U4的2、4腳與譯碼器U9的11腳相連，繼電器U4的8、6腳與現(xiàn)場(chǎng)輸入 通道四信號(hào)(AI4A、AI4B)相連，繼電器TO的1、3腳與電阻R5的一端相連，繼電器TO的2、 4腳與譯碼器U9的10腳相連，繼電器U5的8、6腳與現(xiàn)場(chǎng)輸入通道五信號(hào)(AI5A、AI5B)相 連，繼電器U6的1、3腳與電阻R6的一端相連，繼電器TO的2、4腳與譯碼器U9的9腳相連， 繼電器TO的8、6腳與現(xiàn)場(chǎng)輸入通道六信號(hào)(AI6A、AI6B)相連，繼電器U7的1、3腳與電阻R7的一端相連，繼電器U7的2、4腳與譯碼器U9的15腳相連，繼電器U7的5腳和7腳通過 電阻R9相連，繼電器U8的1、3腳與電阻R8的一端相連，繼電器U8的2、4腳與譯碼器U9 的7腳相連，繼電器U8的5腳與模擬地相連，電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、 電阻R6、電阻R7、電阻R8的另一端與多通道模擬信號(hào)隔離采集裝置的供電端DVCC相連，繼 電器U1的5腳、繼電器U2的5腳、繼電器U3的5腳、繼電器U4的5腳、繼電器U5的5腳、 繼電器U6的5腳、繼電器U7的6腳、繼電器U8的6腳與電容C1的一端相連，繼電器U1的 7腳、繼電器U2的7腳、繼電器U3的7腳、繼電器U4的7腳、繼電器U5的7腳、繼電器U6 的7腳、繼電器U7的8腳、繼電器U8的8腳與電容C1的另一端相連，譯碼器U9的1、2、3、 4腳分別與微處理器模塊U10的14、15、16、17腳相連，譯碼器U9的5腳和8腳與多通道模 擬信號(hào)隔離采集裝置的供電端信號(hào)地相連，譯碼器U9的6腳和16腳與多通道模擬信號(hào)隔 離采集裝置的供電端DVCC相連。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果成本低，電路簡(jiǎn)單，使用單個(gè)電源即 實(shí)現(xiàn)了通道之間及通道與采集裝置之間的隔離問題，并且不存在共模干擾問題。

圖1是多通道模擬信號(hào)隔離采集裝置結(jié)構(gòu)框圖；圖2是信號(hào)隔離選擇模塊原理圖；圖3是微處理器模塊原理圖；圖4是多通道模擬信號(hào)隔離采集裝置實(shí)施流程圖。
具體實(shí)施方式
如圖所示，多通道模擬信號(hào)隔離采集裝置中的信號(hào)隔離選擇模塊與信號(hào)調(diào)理模 塊、微處理器模塊、顯示模塊依次相連，微處理器模塊與信號(hào)隔離選擇模塊相連，電源模塊 提供電源；其中，微處理器模塊，用于發(fā)送控制信號(hào)、顯示信號(hào)、與上位機(jī)通信等。信號(hào)隔離選擇模塊，用于接收所述微處理器模塊的控制信號(hào)和現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng) 信號(hào)進(jìn)行通道選擇和隔離后輸出。信號(hào)隔離選擇模塊的內(nèi)部連接關(guān)系為繼電器U1的1、3腳與電阻R1的一端相連， 繼電器U1的2、4腳與譯碼器U9的14腳相連，繼電器U1的8、6腳與現(xiàn)場(chǎng)輸入通道一信號(hào) (AI1A、AI1B)相連，繼電器U2的1、3腳與電阻R2的一端相連，繼電器U2的2、4腳與譯碼 器U9的13腳相連，繼電器U2的8、6腳與現(xiàn)場(chǎng)輸入通道二信號(hào)(AI2A、AI2B)相連，繼電器 U3的1、3腳與電阻R3的一端相連，繼電器U3的2、4腳與譯碼器U9的12腳相連，繼電器 U3的8、6腳與現(xiàn)場(chǎng)輸入通道三信號(hào)(AI3A、AI3B)相連，繼電器U4的1、3腳與電阻R4的一 端相連，繼電器U4的2、4腳與譯碼器U9的11腳相連，繼電器U4的8、6腳與現(xiàn)場(chǎng)輸入通道 四信號(hào)(AI4A、AI4B)相連，繼電器TO的1、3腳與電阻R5的一端相連，繼電器TO的2、4腳 與譯碼器U9的10腳相連，繼電器TO的8、6腳與現(xiàn)場(chǎng)輸入通道五信號(hào)(AI5A、AI5B)相連， 繼電器TO的1、3腳與電阻R6的一端相連，繼電器U6的2、4腳與譯碼器U9的9腳相連，繼 電器U6的8、6腳與現(xiàn)場(chǎng)輸入通道六信號(hào)(AI6A、AI6B)相連，繼電器U7的1、3腳與電阻R7 的一端相連，繼電器U7的2、4腳與譯碼器U9的15腳相連，繼電器U7的5腳和7腳通過電阻R9相連，繼電器U8的1、3腳與電阻R8的一端相連，繼電器U8的2、4腳與譯碼器U9的 7腳相連，繼電器U8的5腳與模擬地相連，電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電阻 R6、電阻R7、電阻R8的另一端與多通道模擬信號(hào)隔離采集裝置的供電端DVCC相連，繼電器 U1的5腳、繼電器U2的5腳、繼電器U3的5腳、繼電器U4的5腳、繼電器U5的5腳、繼電 器TO的5腳、繼電器U7的6腳、繼電器U8的6腳與電容C1的一端相連，繼電器U1的7腳、 繼電器U2的7腳、繼電器U3的7腳、繼電器U4的7腳、繼電器U5的7腳、繼電器U6的7 腳、繼電器U7的8腳、繼電器U8的8腳與電容C1的另一端相連，譯碼器U9的1、2、3、4腳 分別與微處理器模塊U10的14、15、16、17腳相連，譯碼器U9的5腳和8腳與多通道模擬信 號(hào)隔離采集裝置的供電端信號(hào)地相連，譯碼器U9的6腳和16腳與多通道模擬信號(hào)隔離采 集裝置的供電端DVCC相連。信號(hào)隔離選擇模塊中PhotoMOS繼電器用于通道選擇和隔離，電容C1用于保持 采樣電壓，電阻R9用于對(duì)電容C1放電，譯碼器U9用于通道選擇控制。在本實(shí)施方案中， PhotoMOS繼電器采用松下公司(Panasonic)生產(chǎn)的AQW214 ；譯碼器采用74HC138，該器 件可從眾多電子產(chǎn)品制造商處獲得，例如德州儀器公司(Texas Instruments) ；R9采用 3. 3 Q/Iff的電阻，當(dāng)然其他電阻也可以實(shí)施；電容C1采用聚苯乙烯電容，容量為luF (微法 拉)，它可從眾多電子產(chǎn)品制造商處獲得。信號(hào)調(diào)理模塊，用于接收所述信號(hào)隔離選擇模塊輸出的物理信號(hào)進(jìn)行阻抗匹配、 濾波、調(diào)幅后輸出。該部分電路可從眾多電子電路教科書或參考書上獲得。經(jīng)調(diào)理過的信 號(hào)輸入模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊用于產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。微處理器模塊內(nèi)置的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊用于接收信號(hào)調(diào)理模塊輸出的物理信號(hào) 并進(jìn)行測(cè)量后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。在本實(shí)施方案中，微處理器采用德州儀器公司(Texas Instruments)的MSP430F247，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊采用微控制器(MSP430F247)內(nèi)置的模數(shù)轉(zhuǎn)換 模塊，該模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊具有12位的分辨率，輸出的數(shù)字信號(hào)比例地對(duì)應(yīng)于電容C1與信號(hào)調(diào) 理模塊電連接時(shí)C1兩端的電壓。當(dāng)然，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊也可以使用其他獨(dú)立器件，如德州儀 器公司(Texaslnstruments)的 ADS8519。顯示模塊用于接收微處理器的顯示信號(hào)并顯示現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的大小。電源模塊用于對(duì)多通道模擬信號(hào)隔離采集裝置供電。工作時(shí)，通過微處理器內(nèi)置軟件的操作，微處理器選擇需要被測(cè)量的信號(hào)通道來 測(cè)量。通常情況下，軟件按順序遍歷每個(gè)通道的輸入信號(hào)。下面以測(cè)量通道一信號(hào)(AI1A、 AI1B)來說明。首先，微處理器U10通過內(nèi)置軟件控制CS1、CS2、CS3、CSAI全部為低電平，這時(shí)譯 碼器U9的Y0(15腳)被選通，為低電平，其他輸出引腳為高電平，于是繼電器U7的1和2 腳導(dǎo)通，3腳和4腳導(dǎo)通，于是繼電器U7的5腳和6腳短接，7腳和8腳短接，這時(shí)電容C1 僅與電阻R9相連并通過電阻R9放電，以避免C1上殘存電能對(duì)輸入信號(hào)的影響，連接的時(shí) 間可由C1的容值和R1的阻值計(jì)算而得。放電完成后，微處理器U10同樣控制譯碼器U9選 通繼電器U1，于是繼電器U1的5腳和6腳短接，7腳和8腳短接，這時(shí)電容C1僅與現(xiàn)場(chǎng)通 道一的信號(hào)連接，連接的時(shí)間可由C1的容值和輸入信號(hào)的等效電阻計(jì)算而得。C1充電結(jié) 束后，微處理器U10同樣控制譯碼器U9選通繼電器U8，于是繼電器U8的5腳和6腳短接， 7腳和8腳短接，這時(shí)電容C1僅與信號(hào)調(diào)理模塊相連，連接的時(shí)間可查閱模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊數(shù)據(jù)手冊(cè)而得，從而可通過微處理器U10內(nèi)置的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并經(jīng)微處理器 U10處理后即可得到現(xiàn)場(chǎng)通道一的信號(hào)大小。
權(quán)利要求一種多通道模擬信號(hào)隔離采集裝置，其特征在于信號(hào)隔離選擇模塊與信號(hào)調(diào)理模塊、微處理器模塊、顯示模塊依次相連，微處理器模塊與信號(hào)隔離選擇模塊相連，電源模塊提供電源；其中，微處理器模塊，用于發(fā)送控制信號(hào)、顯示信號(hào)、與上位機(jī)通信；信號(hào)隔離選擇模塊，用于接收所述微處理器模塊的控制信號(hào)和現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)進(jìn)行通道選擇和隔離后輸出；信號(hào)調(diào)理模塊，用于接收所述信號(hào)隔離選擇模塊輸出的物理信號(hào)進(jìn)行阻抗匹配、濾波、調(diào)幅后輸出；微處理器模塊內(nèi)置的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊用于接收信號(hào)調(diào)理模塊輸出的物理信號(hào)并進(jìn)行測(cè)量后轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；顯示模塊用于接收微處理器的顯示信號(hào)并顯示現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的大??；電源模塊用于對(duì)多通道模擬信號(hào)隔離采集裝置供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多通道模擬信號(hào)隔離采集裝置，其特征在于所述信號(hào)隔 離選擇模塊內(nèi)部連接關(guān)系為繼電器Ul的1、3腳與電阻Rl的一端相連，繼電器Ul的2、4 腳與譯碼器U9的14腳相連，繼電器Ul的8、6腳與現(xiàn)場(chǎng)輸入通道一信號(hào)(AI1A、AI1B)相 連，繼電器U2的1、3腳與電阻R2的一端相連，繼電器U2的2、4腳與譯碼器U9的13腳相 連，繼電器U2的8、6腳與現(xiàn)場(chǎng)輸入通道二信號(hào)(AI2A、AI2B)相連，繼電器U3的1、3腳與電 阻R3的一端相連，繼電器U3的2、4腳與譯碼器U9的12腳相連，繼電器U3的8、6腳與現(xiàn) 場(chǎng)輸入通道三信號(hào)(AI3A、AI3B)相連，繼電器U4的1、3腳與電阻R4的一端相連，繼電器 U4的2、4腳與譯碼器U9的11腳相連，繼電器U4的8、6腳與現(xiàn)場(chǎng)輸入通道四信號(hào)(AI4A、 AI4B)相連，繼電器TO的1、3腳與電阻R5的一端相連，繼電器TO的2、4腳與譯碼器U9的 10腳相連，繼電器TO的8、6腳與現(xiàn)場(chǎng)輸入通道五信號(hào)(AI5A、AI5B)相連，繼電器TO的1、 3腳與電阻R6的一端相連，繼電器U6的2、4腳與譯碼器U9的9腳相連，繼電器U6的8、6 腳與現(xiàn)場(chǎng)輸入通道六信號(hào)(AI6A、AI6B)相連，繼電器U7的1、3腳與電阻R7的一端相連，繼 電器U7的2、4腳與譯碼器U9的15腳相連，繼電器U7的5腳和7腳通過電阻R9相連，繼 電器U8的1、3腳與電阻R8的一端相連，繼電器U8的2、4腳與譯碼器U9的7腳相連，繼電 器U8的5腳與模擬地相連，電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電阻R6、電阻R7、電 阻R8的另一端與多通道模擬信號(hào)隔離采集裝置的供電端DVCC相連，繼電器Ul的5腳、繼 電器U2的5腳、繼電器U3的5腳、繼電器U4的5腳、繼電器U5的5腳、繼電器U6的5腳、 繼電器U7的6腳、繼電器U8的6腳與電容Cl的一端相連，繼電器Ul的7腳、繼電器U2的 7腳、繼電器U3的7腳、繼電器U4的7腳、繼電器TO的7腳、繼電器TO的7腳、繼電器U7 的8腳、繼電器U8的8腳與電容Cl的另一端相連，譯碼器U9的1、2、3、4腳分別與微處理 器模塊UlO的14、15、16、17腳相連，譯碼器U9的5腳和8腳與多通道模擬信號(hào)隔離采集裝 置的供電端信號(hào)地相連，譯碼器U9的6腳和16腳與多通道模擬信號(hào)隔離采集裝置的供電 端DVCC相連。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種多通道模擬信號(hào)隔離采集裝置。信號(hào)隔離選擇模塊與信號(hào)調(diào)理模塊、微處理器模塊、顯示模塊依次相連，微處理器模塊與信號(hào)隔離選擇模塊相連，電源模塊提供電源。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的有益效果成本低，電路簡(jiǎn)單，使用單個(gè)電源即實(shí)現(xiàn)了通道之間及通道與采集裝置之間的隔離問題，并且不存在共模干擾問題。
文檔編號(hào)G05B19/418GK201638078SQ201020154969
公開日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2010年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月9日
發(fā)明者朱錢虎 申請(qǐng)人:杭州山科電子技術(shù)開發(fā)有限公司