一種抗干擾多通道模擬量采樣電路與方法
【技術領域】
[0001 ]本發(fā)明屬于工業(yè)自動控制、監(jiān)控系統(tǒng)、過程控制領域，設及一種抗干擾多通道模擬 量采樣電路與方法。
【背景技術】
[0002] 在工業(yè)生產(chǎn)過程自動化系統(tǒng)中，工業(yè)現(xiàn)場需要監(jiān)測電壓、電流、溫度、壓力、應力及 流量等多種現(xiàn)場物理量，綜合成本和適用性考慮，DCS的I/O板卡W及信號傳輸?shù)仍O及到信 號采集的部分都采用多通道的模擬采集的技術。在溫度采集時，工業(yè)上通常采用熱電阻 (RTD)或熱電偶(TC)等溫度傳感器將溫度轉換為電信號，然后使用專用的溫度檢測系統(tǒng)進 行檢測，并W此進行溫度控制。在溫度控制時，溫度檢測的精度及可靠性則尤為重要。在化C 市場中，就有?？谟糜谶\類溫度采集及控制的溫度模塊。該溫度模塊通過模數(shù)轉換(ADC)處 理單元采樣，將溫度傳感器產(chǎn)生的電信號轉換為數(shù)字信號，然后傳送到控制系統(tǒng)中，再換算 為溫度值，最終實現(xiàn)溫度檢測。溫度采集及控制廣泛運用在工業(yè)控制的各個領域，尤其是在 冶金、化工、火力發(fā)電廠、工業(yè)制造等領域，而在工業(yè)現(xiàn)場應用環(huán)境常會設及電磁干擾、瞬態(tài) 信號、共模電壓及不穩(wěn)定地電位，可能會影響溫度采集系統(tǒng)，降低測量精度。溫度采集及控 制的好壞、運行性能的合適與否，將直接影響到產(chǎn)品質量、設備運行效率等。
[0003] 近年來溫度采集系統(tǒng)的應用范圍越來越多、所設及到的測量信號和信號源的類型 越來越寬、對測量的要求也越來越高。國內現(xiàn)在已有不少溫度測量和采集的系統(tǒng)，但很多系 統(tǒng)存在功能單一、采集通道少、采集速率低、操作復雜、并且對測試環(huán)境要求較高等問題。人 們需要一種應用范圍廣、抗干擾能力強、性價比高的多通道溫度采集系統(tǒng)。
[0004] 目前我公司的現(xiàn)場總線型的多通道溫度采集控制器的ADC都是采用SPI類型的忍 片作為高速的模數(shù)轉換器，在SPI通訊鏈路上傳輸?shù)亩际菙?shù)字信號，由于干擾噪音的原因， 使得"r變成了％"，"0"變成了 "r，從而影響到SPI忍片的性能，甚至于SPI忍片不能正常工 作。在某些特殊的環(huán)境，如火力發(fā)電廠、冶煉冶金行業(yè)，現(xiàn)場不確定因素多，信號容易受到干 擾，不管從理論分析，還是從經(jīng)驗獲得，SPI忍片沒有校驗功能，因此，抗干擾能力弱，因此， 有必要設計一種抗干擾多通道模擬量采樣電路與方法。

【發(fā)明內容】

[000引本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種抗干擾多通道模擬量采樣電路與方法，該 抗干擾多通道模擬量采樣電路與方法易于實施，抗干擾效果突出。
[0006] 發(fā)明的技術解決方案如下：
[0007] -種抗干擾多通道模擬量采樣電路，包括控制器、A/D轉換器、M個SPI忍片和N個傳 感器;M和N均為大于2的整數(shù);M為偶數(shù);2*M;
[000引 M個SPI忍片的片選端（CSai，i = l，2,…，M)均與控制器的片選信號輸出端防a相 連；
[0009] M個SPI忍片的時鐘信號輸入端(CLKai，i = 1，2，…，M)均與控制器的時鐘信號輸出 端CLKa相連；
[0010] M個SPI忍片的級聯(lián):M個SPI忍片按順序布置；
[0011] 第一個SPI忍片的數(shù)據(jù)輸入端Dinal接控制器的串行數(shù)據(jù)輸出端Dina;第一個SPI 忍片的數(shù)據(jù)輸出端Doutal接第二個SPI忍片的數(shù)據(jù)輸入端Dina2;第二個SPI忍片的數(shù)據(jù)輸 出端Douta2接第S個SPI忍片的數(shù)據(jù)輸入端Dina3;依次類推，直到第M-I個SPI忍片的數(shù)據(jù) 輸入端Dina(M-I)接前一個SPI忍片的數(shù)據(jù)輸出端Douta(M-2);第M-I個SPI忍片的數(shù)據(jù)輸出 端Dou ta (M-1)接第M個SPI忍片的數(shù)據(jù)輸入端D i naM;
[0012] SPI忍片具有輸入移位寄存器和2組模擬開關，即A類模擬開關和B類模擬開關;每 組模擬開關包括4個模擬開關;第一組模擬開關具有一個公共端DA;
[0013] 第一組模擬開關具有一個公共端DB;
[0014] M個SPI忍片按順序分為數(shù)量相同的前后2組，前M/2個SPI忍片為第一組，后M/2個 SPI忍片為第二組；
[0015] 第一組SPI忍片的公共端DA和公共端DB均分別接恒流源的2個端子IOUTl和I0UT2; 優(yōu)選地，恒流源的2個端子IOUTl和I0UT2取自A/D轉換器的IOUTl和I0UT2引腳；
[0016] 第二組SPI忍片的公共端DA和公共端DB均分別接A/D轉換器的2個輸入信號端AINl (+)和AINl(-);
[0017] A/D轉換器的信號連接：
[0018] A/D轉換器的片選端CSbU時鐘信號端化肺IW及數(shù)據(jù)輸出端Doutbl分別接控制器 的片選信號輸出端CSb、時鐘信號輸出端CLKb W及數(shù)據(jù)輸入端Doutb;傳感器的信號連接：
[0019] 第一組SPI忍片總共具有M*2個A類模擬開關和M*2個B類模擬開關【第一組SPI忍片 對應的A類模擬開關的端口號為S( i )AI，B類模擬開關的端口號為S(i )BI】 ;M*2個A類模擬開 關分別最多能接M*2個傳感器的第一端;M*2個B類模擬開關分別最多能接M巧個傳感器的第 二端；【如圖4中的5141，5181;^及5241，5281等】；
[0020] 第二組SPI忍片總共具有M*2個A類模擬開關和M*2個B類模擬開關，【第二組SPI忍 片對應的A類模擬開關的端口號為S( i )AV，B類模擬開關的端口號為S( i )BV】 ;M*2個A類模擬 開關分別最多能接M*2個傳感器的第一端;M*2個B類模擬開關分別最多能接M*2個傳感器的 第二端；【如圖4中的S1AV，S1BV;W及S2AV，S2BV等】。
[0021 ]第M個SPI忍片的數(shù)據(jù)輸出端DoutaM接控制器的校驗信號輸入端Douta。
[0022] 在第一個SPI忍片與控制器之間設有隔離忍片;在A/D轉換器與控制器之間設有隔 離忍片。
[0023] 所述的隔離忍片采用ADuMHII忍片，所述的SPI忍片采用ADG739忍片，所述的A/D 轉換器采用AD7793。
[0024] 所述的 m = 4，N=8。
[0025] 所述的傳感器為熱電偶或熱電阻，也可W是其他類型的傳感器，如壓力傳感器，濕 度傳感器等等。
[0026] 控制器為單片機或DSP。
[0027] 采樣具體過程：
[0028] (1)對于不需要加載恒流源的傳感器；由控制器發(fā)出指令控制第二組中的某一SPI 忍片的2個模擬開關導通，使得其中一個傳感器的兩端通過該導通的模擬開關引出電壓信 號到A/D轉換器的信號輸入端2個輸入信號端AINU + )和AINl (-)，A/D轉換器輸出數(shù)字信號 到控制器完成數(shù)據(jù)采樣；
[0029] (2)對于需要加載恒流源的傳感器；
[0030] 先由控制器發(fā)出指令控制第一組中的某一 SPI忍片的2個模擬開關導通，使得其中 一個傳感器的兩端通過該導通的模擬開關分別連接恒流源的2個端子IOUTl和I0UT2;
[0031] 再由控制器發(fā)出指令控制第二組中的某一 SPI忍片的2個模擬開關導通，使得其中 一個傳感器的兩端通過該導通的模擬開關引出電壓信號到A/D轉換器的信號輸入端2個輸 入信號端AINU + )和AIN1(-);A/D轉換器輸出數(shù)字信號到控制器完成數(shù)據(jù)采樣。
[0032] 通過校驗過程實現(xiàn)抗干擾的過程：
[0033] 控制器通過引腳Dina輸出的數(shù)據(jù)為m_DATA_0UT_PRE;
[0034] 控制器通過校驗信號輸入端Douta回讀的數(shù)據(jù)為m_DATA_0UT_CUR;
[0035] 比較111_0414_01]1'_?1?6和111_0414_01]1'_(：1]1?，若相等，則表示數(shù)據(jù)輸出正常，否則，表 示數(shù)據(jù)輸出受到干擾，重發(fā)數(shù)據(jù)。
[0036] -種抗干擾多通道模擬量采樣方法，采用前述的抗干擾多通道模擬量采樣電路實 現(xiàn)數(shù)據(jù)采樣；
[0037] 將M個SPI忍片級聯(lián)形成菊鏈采樣結構，從而能控制針對任意一個傳感器的采樣；
[0038] 通過將第M個SPI忍片的數(shù)據(jù)輸出端DoutaM接控制器的校驗信號輸入端Douta回讀 數(shù)據(jù)；
[0039] 控制器通過引腳Dina輸出的數(shù)據(jù)為m_DATA_0UT_PRE;
[0040] 控制器通過引腳Dou化回讀的數(shù)據(jù)為111_0414_01]1'_抓尺；
[0041 ] 比較111_0414_01]1'_?1?6和111_0414_01]1'_(：1]1?，若相等，則表示數(shù)據(jù)輸出正常，否則，表 示數(shù)據(jù)輸出受到干擾，重發(fā)數(shù)據(jù);通過前述的比較機制和重發(fā)機制抗干擾。
[0042] W化C或者DCS為基礎的控制系統(tǒng)拓撲圖如圖1所示，整個網(wǎng)絡分成了兩級，一級是 監(jiān)控軟件和邏輯