多通道信號采集裝置及采集方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種多通道信號采集裝置及采集方法，該多通道信號采集裝置包括配置網(wǎng)絡(luò)、模擬開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換器、阻抗匹配和限幅電路，所述模擬開關(guān)一端與所述配置網(wǎng)絡(luò)相連，所述模擬開關(guān)另一端與所述阻抗匹配和限幅電路一端相連；所述阻抗匹配和限幅電路另一端與所述A/D轉(zhuǎn)換器相連。本發(fā)明的有益效果是在本發(fā)明中，將模擬信號、數(shù)字信號采集集中于一種電路中，每個信號的配置非常簡單，只用調(diào)節(jié)基準電壓和調(diào)整電阻值，采集電路可以通用，當輸入信號類型或幅值改變時，不用改變PCB電路；本發(fā)明采集電路結(jié)構(gòu)簡單，PCB電路設(shè)計容易。可以在非隔離、實時性要求不高、信號比較復雜的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中應(yīng)用。
【專利說明】多通道信號采集裝置及采集方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及采集電路，尤其涉及多通道信號采集裝置及采集方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的信號采集電路一般將模擬信號采集和數(shù)字開關(guān)量采集分開，模擬信號經(jīng)過運算放大電路進行信號調(diào)理變成標準的模擬信號送到A/D轉(zhuǎn)換器；如圖1，模擬輸入信號Ainl、Ain2、Ain3…AinN分別經(jīng)過信號調(diào)理電路1、信號調(diào)理電路2、信號調(diào)理電路3…信號調(diào)理電路N轉(zhuǎn)換成標準模擬信號，再經(jīng)模擬開關(guān)，送給A/D轉(zhuǎn)換器進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。數(shù)字開關(guān)量信號經(jīng)過信號調(diào)理變成標準的TTL或CMOS電平信號送到數(shù)字緩沖器進行數(shù)字采集。如圖2，開關(guān)量輸入信號Dinl、Din2、Din3…DinN經(jīng)過信號調(diào)理電路1、信號調(diào)理電路2、信號調(diào)理電路3...信號調(diào)理電路N轉(zhuǎn)換成標準數(shù)字信號后進入數(shù)字緩沖器，信號調(diào)理電路必須將開關(guān)量調(diào)理成標準的數(shù)字電平信號。對于不同類型的模擬輸入信號，要用不同的運算電路進行信號調(diào)理，需要較多的運算放大電路；不同的輸入開關(guān)量信號調(diào)理電路也不一樣，并且信號調(diào)理電路必須將輸入的開關(guān)量信號調(diào)理成標準的電平信號，電路比較復雜。當輸入信號類型或信號范圍發(fā)生變化時，電路結(jié)構(gòu)必須改變，PCB也要重新設(shè)計。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明提供了一種多通道信號采集裝置。
[0004]本發(fā) 明提供了一種多通道信號采集裝置，包括配置網(wǎng)絡(luò)、模擬開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換器、阻抗匹配和限幅電路，所述模擬開關(guān)一端與所述配置網(wǎng)絡(luò)相連，所述模擬開關(guān)另一端與所述阻抗匹配和限幅電路一端相連；所述阻抗匹配和限幅電路另一端與所述A/D轉(zhuǎn)換器相連。
[0005]作為本發(fā)明的進一步改進，所述配置網(wǎng)絡(luò)包括可調(diào)基準單元、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻和第一電容，所述第一電阻一端與輸入信號相連，所述第一電阻另一端分別與第三電阻和第四電阻相連，所述第二電阻一端與可調(diào)基準單元相連，所述第二電阻另一端分別與第四電阻、第一電容和輸出信號相連，所述第三電阻一端與工作電源地相連，所述第三電阻另一端分別與第一電阻和第四電阻相連，所述第一電容一端與工作電源地相連，所述第一電容另一端分別與第二電阻、第四電阻和輸出信號相連。
[0006]作為本發(fā)明的進一步改進，所述阻抗匹配和限幅電路包括第一運算放大器、第一二極管和第二二極管，所述第一運算放大器的正輸入端與輸入信號相連，所述第一運算放大器負輸入端分別與第一運算放大器輸出端、第一二極管正極、第二二極管負極和輸出信號相連，所述第一二極管負極與工作電源相連，所述第二二極管正極與工作電源地相連。
[0007]作為本發(fā)明的進一步改進，所述配置網(wǎng)絡(luò)為多個。
[0008]本發(fā)明提供了一種使用所述的多通道信號采集裝置的采集方法，在配置網(wǎng)絡(luò)中，當輸入信號為雙極性電壓信號和負電壓信號時，第三電阻斷開，輸入模擬電壓信號在第一電阻R1、第四電阻R4和第二電阻上與所述可調(diào)基準單元的輸出電壓進行電壓分配，調(diào)節(jié)可調(diào)基準單元的輸出電壓和第一電阻、第四電阻和第二電阻的值，能夠調(diào)整輸出信號。[0009]本發(fā)明提供了一種使用所述的多通道信號采集裝置的采集方法，在配置網(wǎng)絡(luò)中，當輸入信號為正電壓信號時，第二電阻R2斷開，輸入電壓信號在第一電阻Rl和第三電阻R3進行分壓，調(diào)節(jié)第一電阻和第三電阻的值，能夠調(diào)整輸出信號。
[0010]本發(fā)明提供了一種使用所述的多通道信號采集裝置的采集方法，在配置網(wǎng)絡(luò)中，當輸入信號為雙極性電流信號或負電流信號時，輸入電流信號經(jīng)第一電阻和第三電阻時形成電壓信號，經(jīng)過第一電阻和第三電阻進行分壓，產(chǎn)生雙極性或負電壓信號，調(diào)節(jié)可調(diào)基準單元輸出電壓和第一電阻、第三電阻、第四電阻和第二電阻的值，能夠調(diào)整輸出信號。
[0011]本發(fā)明提供了一種使用所述的多通道信號采集裝置的采集方法，在配置網(wǎng)絡(luò)中，當輸入信號為正電流信號時，斷開第二電阻，輸入電流信號經(jīng)第一電阻和第三電阻時形成電壓信號，經(jīng)過第一電阻和第三電阻進行分壓，產(chǎn)生正電壓信號，調(diào)節(jié)第一電阻、第三電阻、第四電阻和第二電阻的值，能夠調(diào)整輸出信號。
[0012]本發(fā)明提供了一種使用所述的多通道信號采集裝置的采集方法，在配置網(wǎng)絡(luò)中，當輸入信號為開關(guān)量輸出信號時，斷開第三電阻，第一電阻和第四電阻之和小于第二電阻，當開關(guān)量輸出信號時，輸出信號=ov，否則輸出信號=可調(diào)基準單元的輸出電壓值。
[0013]本發(fā)明提供了一種使用所述的多通道信號采集裝置的采集方法，在配置網(wǎng)絡(luò)中，在配置網(wǎng)絡(luò)中，當輸入信號為開關(guān)量干接點信號時，斷開第三電阻，第一電阻與第四電阻阻值之和小于第二電阻R2阻值，當干接點閉合時，輸出信號=0V，否則輸出信號=可調(diào)基準單兀的輸出電壓值。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:在本發(fā)明中，將模擬信號、數(shù)字信號采集集中于一種電路中，每個信號的配置非常簡單，只用調(diào)節(jié)基準電壓和調(diào)整電阻值，采集電路可以通用，當輸入信號類型或幅值改變時，不用改變PCB電路；在采集開關(guān)量信號時，當輸入信號幅度變化范圍較大時，信號調(diào)理電路不需精準的調(diào)理成標準電平信號，將A/D轉(zhuǎn)換的信號采集值與預設(shè)的閥值進行比較，就可以判斷出開關(guān)量的狀態(tài)。另多個信號統(tǒng)一阻抗匹配，不需要很多的運算放大電路。本發(fā)明采集電路結(jié)構(gòu)簡單，PCB電路設(shè)計容易?？梢栽诜歉綦x、實時性要求不高、信號比較復雜的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中應(yīng)用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是【背景技術(shù)】的模擬信號采集電路圖。
[0016]圖2是【背景技術(shù)】的開關(guān)量信號采集電路圖。
[0017]圖3是本發(fā)明的多通道信號采集裝置原理示意圖。
[0018]圖4是本發(fā)明的配置網(wǎng)絡(luò)電路示意圖。
[0019]圖5是本發(fā)明的阻抗匹配和限幅電路示意圖。
【具體實施方式】
[0020]如圖3所示，本發(fā)明公開了一種多通道信號采集裝置，包括配置網(wǎng)絡(luò)10、模擬開關(guān)20、A/D轉(zhuǎn)換器40、阻抗匹配和限幅電路30，所述模擬開關(guān)20 —端與所述配置網(wǎng)絡(luò)10相連，所述模擬開關(guān)20另一端與所述阻抗匹配和限幅電路30 —端相連；所述阻抗匹配和限幅電路30另一端與所述A/D轉(zhuǎn)換器40相連。
[0021]如圖4所示，所述配置網(wǎng)絡(luò)10包括可調(diào)基準單元101、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4和第一電容Cl,所述第一電阻Rl —端與輸入信號Ai相連,所述第一電阻Rl另一端分別與第三電阻R3和第四電阻R4相連，所述第二電阻R2 —端與可調(diào)基準單元101相連，所述第二電阻R2另一端分別與第四電阻R4、第一電容Cl和輸出信號AO相連，所述第三電阻R3—端與工作電源地相連，所述第三電阻R3另一端分別與第一電阻Rl和第四電阻R4相連，所述第一電容Cl 一端與工作電源地相連，所述第一電容Cl另一端分別與第二電阻R2、第四電阻R4和輸出信號AO相連。
[0022]如圖5所示，所述阻抗匹配和限幅電路30包括第一運算放大器301、第一二極管Vl和第二二極管V2，所述第一運算放大器301的正輸入端與輸入信號相連，所述第一運算放大器301負輸入端分別與第一運算放大器301輸出端、第一二極管Vl正極、第二二極管V2負極和輸出信號相連，所述第一二極管Vl負極與工作電源相連，所述第二二極管V2正極與工作電源地相連。
[0023]所述配置網(wǎng)絡(luò)10為多個。
[0024]本發(fā)明還公開了一種使用所述多通道信號采集裝置的采集方法，根據(jù)輸入信號的不同，調(diào)整配置網(wǎng)絡(luò)10的電阻和調(diào)節(jié)配置網(wǎng)絡(luò)10的可調(diào)基準，進行信號調(diào)理。本發(fā)明所述采集電路可以采集不同的電壓和電流信號，可以采集的模擬量信號有:雙極性電壓信號、負電壓信號、正電壓信號、雙極性電流信號、負電流信號和正電流信號；可以采集的開關(guān)量信號有:干接點信號、OC門輸出信號、電壓信號和電流信號。
[0025]根據(jù)輸入信號的不同進行計算配置，將輸入信號轉(zhuǎn)換成適合采集的電壓信號，由于此電壓信號是經(jīng)過電阻分壓產(chǎn)生的，配置網(wǎng)絡(luò)10的輸出信號輸出阻抗不同，直接進行A/D轉(zhuǎn)換會產(chǎn)生較大的誤差，配置網(wǎng)絡(luò)10的輸出信號通過模擬開關(guān)20后經(jīng)過由運算放大器組成的跟隨器進行阻抗匹 配，再送入A/D轉(zhuǎn)換器40。限幅電路是為了防止在前端電路損壞、模擬開關(guān)通道切換過程中電壓超出工作電壓范圍而損壞A/D轉(zhuǎn)換器40。
[0026]在本發(fā)明中，輸入信號Ainl、Ain2、Ain3…AinN、A/D轉(zhuǎn)換基準電壓Vref和通道選擇控制信號SLOT [1: N]。
[0027]所述的可調(diào)基準單元101由可調(diào)基準電路組成，通過調(diào)整第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4和可調(diào)基準單元101的輸出電壓值Vadj，可以使采集電路適用于不同的輸入信號。第一電容Cl用于信號濾波。
[0028]在配置網(wǎng)絡(luò)10中，當輸入信號Ai為雙極性電壓信號和負電壓信號時，第三電阻R3斷開，輸入模擬電壓信號Ai在第一電阻R1、第四電阻R4和第二電阻R2上與可調(diào)基準單元101的輸出電壓Vadj進行電壓分配，調(diào)節(jié)可調(diào)基準的輸出電壓Vadj和第一電阻R1、第四電阻R4和第二電阻R2的值，可調(diào)整輸出信號A0，使輸出信號AO在正常采集信號范圍內(nèi)。
[0029]在配置網(wǎng)絡(luò)10中，當輸入信號Ai為正電壓信號時，第二電阻R2斷開，輸入電壓信號Ai在第一電阻Rl和第三電阻R3進行分壓，調(diào)節(jié)第一電阻Rl和第三電阻R3的值，可調(diào)整輸出信號A0，使輸出信號AO在正常采集信號范圍內(nèi)。
[0030]在配置網(wǎng)絡(luò)10中，當輸入信號Ai為雙極性電流信號或負電流信號時，輸入電流信號Ai經(jīng)第一電阻Rl和第三電阻R3時形成電壓信號，經(jīng)過第一電阻Rl和第三電阻R3進行分壓，產(chǎn)生雙極性或負電壓信號，調(diào)節(jié)可調(diào)基準的輸出電壓Vadj和第一電阻R1、第三電阻R3、第四電阻R4和第二電阻R2的值，可調(diào)整輸出信號A0，使輸出信號AO在正常采集信號范圍內(nèi)。[0031]在配置網(wǎng)絡(luò)10中，當輸入信號Ai為正電流信號時，斷開第二電阻R2，輸入電流信號Ai經(jīng)第一電阻Rl和第三電阻R3時形成電壓信號，經(jīng)過第一電阻Rl和第三電阻R3進行分壓，產(chǎn)生正電壓信號，調(diào)節(jié)第一電阻Rl、第三電阻R3、第四電阻R4和第二電阻R2的值，可調(diào)整輸出信號A0，使輸出信號AO在正常采集信號范圍內(nèi)。
[0032]在配置網(wǎng)絡(luò)10中，當輸入信號Ai為開關(guān)量OC輸出信號時，斷開第三電阻R3，第一電阻Rl和第四電阻R4之和遠遠小于第二電阻R2，當OC輸出信號時，Ao=OV,否則Ao=Vadj。
[0033]在配置網(wǎng)絡(luò)10中，當輸入信號Ai為開關(guān)量干接點信號時，斷開第三電阻R3，第一電阻Rl與第四電阻R4阻值之和遠遠小于第二電阻R2阻值，當干接點閉合時，Ao=OV,否則Ao=Vadj。
[0034]輸入信號Ainl、Ain2、Ain3…AinN在配置網(wǎng)絡(luò)10中經(jīng)過不同的信號調(diào)理，其輸出信號AO的輸出阻抗也不同，如果直接進行A/D轉(zhuǎn)換，因阻抗不匹配會影響采樣精度；另外因干擾或其他原因造成匹配網(wǎng)絡(luò)10的輸出信號過高或過低，會損壞A/D轉(zhuǎn)換器，本發(fā)明采用模擬開關(guān)20將多通道信號通過多選一開關(guān)送入到阻抗匹配和限幅電路30，經(jīng)過阻抗匹配和限幅送到A/D轉(zhuǎn)換器 40，保證了 A/D采樣精度和對A/D轉(zhuǎn)換器的保護。
[0035]在本發(fā)明中，通過配置所述調(diào)節(jié)配置網(wǎng)絡(luò)10中的電阻值和調(diào)整可調(diào)基準的電壓值實現(xiàn)信號調(diào)理，實現(xiàn)信號調(diào)理電路在模擬信號采集和開關(guān)量信號采集之間的通用性。采集的開關(guān)量信號變化范圍可以很大。
[0036]在本發(fā)明中，將模擬信號、數(shù)字信號采集集中于一種電路中，每個信號的配置非常簡單，只用調(diào)芐基準電壓和調(diào)整電阻值，采集電路可以通用，當輸入信號類型或幅值改變時，不用改變PCB電路；在采集開關(guān)量信號時，當輸入信號幅度變化范圍較大時，信號調(diào)理電路不需精準的調(diào)理成標準電平信號，將A/D轉(zhuǎn)換的信號采集值與預設(shè)的閥值進行比較，就可以判斷出開關(guān)量的狀態(tài)。另多個信號統(tǒng)一阻抗匹配，不需要很多的運算放大電路。本發(fā)明采集電路結(jié)構(gòu)簡單，PCB電路設(shè)計容易?？梢栽诜歉綦x、實時性要求不高、信號比較復雜的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中應(yīng)用。
[0037]本發(fā)明采用一種通用的多通道信號采集電路，通過調(diào)整配置網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的電阻和調(diào)節(jié)基準電壓，可以兼顧采樣多通道的電流和電壓信號，任何通道輸入的信號既可以是模擬信號也可是數(shù)字開關(guān)量信號，通過靈活配置，在同一 PCB電路板上實現(xiàn)不同類型的信號采集，另外利用A/D轉(zhuǎn)換器采樣開關(guān)量信號，對開關(guān)量信號幅度要求不高，信號調(diào)理電路也非常簡單，開關(guān)量信號抗干擾性強，較好地解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。
[0038]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種多通道信號采集裝置，其特征在于:包括配置網(wǎng)絡(luò)、模擬開關(guān)、A/D轉(zhuǎn)換器、阻抗匹配和限幅電路，所述模擬開關(guān)一端與所述配置網(wǎng)絡(luò)相連，所述模擬開關(guān)另一端與所述阻抗匹配和限幅電路一端相連；所述阻抗匹配和限幅電路另一端與所述A/D轉(zhuǎn)換器相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道信號采集裝置，其特征在于:所述配置網(wǎng)絡(luò)包括可調(diào)基準單元、第一電阻、第二電阻、第三電阻、第四電阻和第一電容，所述第一電阻一端與輸入信號相連，所述第一電阻另一端分別與第三電阻和第四電阻相連，所述第二電阻一端與可調(diào)基準單元相連，所述第二電阻另一端分別與第四電阻、第一電容和輸出信號相連，所述第三電阻一端與工作電源地相連，所述第三電阻另一端分別與第一電阻和第四電阻相連，所述第一電容一端與工作電源地相連，所述第一電容另一端分別與第二電阻、第四電阻和輸出信號相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道信號采集裝置，其特征在于:所述阻抗匹配和限幅電路包括第一運算放大器、第一二極管和第二二極管，所述第一運算放大器的正輸入端與輸入信號相連，所述第一運算放大器負輸入端分別與第一運算放大器輸出端、第一二極管正極、第二二極管負極和輸出信號相連，所述第一二極管負極與工作電源相連，所述第二二極管正極與工作電源地相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多通道信號采集裝置，其特征在于:所述配置網(wǎng)絡(luò)為多個。
5.使用權(quán)利要求2至4任一項所述的多通道信號采集裝置的采集方法，其特征在于，在配置網(wǎng)絡(luò)中，當輸入信號為雙極性電壓信號和負電壓信號時，第三電阻斷開，輸入模擬電壓信號在第一電阻R1、第四電阻R4和第二電阻上與所述可調(diào)基準單元的輸出電壓進行電壓分配，調(diào)節(jié)可調(diào)基準單元的輸出電壓和第一電阻、第四電阻和第二電阻的值，能夠調(diào)整輸出信號。
6.使用權(quán)利要求2至4任一項所述的多通道信號采集裝置的采集方法，其特征在于，在配置網(wǎng)絡(luò)中，當輸入信 號為正電壓信號時，第二電阻R2斷開，輸入電壓信號在第一電阻Rl和第三電阻R3進行分壓，調(diào)節(jié)第一電阻和第三電阻的值，能夠調(diào)整輸出信號。
7.使用權(quán)利要求2至4任一項所述的多通道信號采集裝置的采集方法，其特征在于，在配置網(wǎng)絡(luò)中，當輸入信號為雙極性電流信號或負電流信號時，輸入電流信號經(jīng)第一電阻和第三電阻時形成電壓信號，經(jīng)過第一電阻和第三電阻進行分壓，產(chǎn)生雙極性或負電壓信號，調(diào)節(jié)可調(diào)基準單元輸出電壓和第一電阻、第三電阻、第四電阻和第二電阻的值，能夠調(diào)整輸出信號。
8.使用權(quán)利要求2至4任一項所述的多通道信號采集裝置的采集方法，其特征在于，在配置網(wǎng)絡(luò)中，當輸入信號為正電流信號時，斷開第二電阻，輸入電流信號經(jīng)第一電阻和第三電阻時形成電壓信號，經(jīng)過第一電阻和第三電阻進行分壓，產(chǎn)生正電壓信號，調(diào)節(jié)第一電阻、第三電阻、第四電阻和第二電阻的值，能夠調(diào)整輸出信號。
9.使用權(quán)利要求2至4任一項所述的多通道信號采集裝置的采集方法，其特征在于，在配置網(wǎng)絡(luò)中，當輸入信號為開關(guān)量輸出信號時，斷開第三電阻，第一電阻和第四電阻之和小于第二電阻，當開關(guān)量輸出信號時，輸出信號=0V，否則輸出信號=可調(diào)基準單元的輸出電壓值。
10.使用權(quán)利要求2至4任一項所述的多通道信號采集裝置的采集方法，其特征在于，在配置網(wǎng)絡(luò)中，當輸入信號為開關(guān)量干接點信號時，斷開第三電阻，第一電阻與第四電阻阻值之和小于第二電阻R2阻值，當干接點閉合時，輸出信號=0V，否則輸出信號=可調(diào)基準單兀的輸 出電壓值。
【文檔編號】H03M1/12GK103634008SQ201310620330
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月29日
【發(fā)明者】魏烈祥 申請人:深圳市虹遠通信有限責任公司