多通道信號采集裝置及采集方法
【專利摘要】本發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絡、模擬開關、A/D轉換器、阻抗匹配和限幅電路，所述模擬開關一端與所述配置網絡相連，所述模擬開關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轉換器相連。本發明的有益效果是在本發明中，將模擬信號、數字信號采集集中于一種電路中，每個信號的配置非常簡單，只用調節基準電壓和調整電阻值，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；本發明采集電路結構簡單，PCB電路設計容易。可以在非隔離、實時性要求不高、信號比較復雜的數據采集系統中應用。
【專利說明】多通道信號采集裝置及采集方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及采集電路，尤其涉及多通道信號采集裝置及采集方法。
【背景技術】
[0002]傳統的信號采集電路一般將模擬信號采集和數字開關量采集分開，模擬信號經過運算放大電路進行信號調理變成標準的模擬信號送到A/D轉換器；如圖1，模擬輸入信號Ainl、Ain2、Ain3…AinN分別經過信號調理電路1、信號調理電路2、信號調理電路3…信號調理電路N轉換成標準模擬信號，再經模擬開關，送給A/D轉換器進行模數轉換。數字開關量信號經過信號調理變成標準的TTL或CMOS電平信號送到數字緩沖器進行數字采集。如圖2，開關量輸入信號Dinl、Din2、Din3…DinN經過信號調理電路1、信號調理電路2、信號調理電路3...信號調理電路N轉換成標準數字信號后進入數字緩沖器，信號調理電路必須將開關量調理成標準的數字電平信號。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理，需要較多的運算放大電路；不同的輸入開關量信號調理電路也不一樣，并且信號調理電路必須將輸入的開關量信號調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生變化時，電路結構必須改變，PCB也要重新設計。
【發明內容】
[0003]為了解決現有技術中的問題，本發明提供了一種多通道信號采集裝置。
[0004]本發 明提供了一種多通道信號采集裝置，包括配置網絡、模擬開關、A/D轉換器、阻抗匹配和限幅電路，所述模擬開關一端與所述配置網絡相連，所述模擬開關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轉換器相連。
[0005]作為本發明的進一步改進，所述配置網絡包括可調基準單元、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]作為本發明的進一步改進，所述配置網絡為多個。
[0008]本發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，在配置網絡中，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基準單元的輸出電壓進行電壓分配，調節可調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，能夠調整輸出信號。[0009]本發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，在配置網絡中，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，調節第一電阻和第三電阻的值，能夠調整輸出信號。
[0010]本發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，在配置網絡中，當輸入信號為雙極性電流信號或負電流信號時，輸入電流信號經第一電阻和第三電阻時形成電壓信號，經過第一電阻和第三電阻進行分壓，產生雙極性或負電壓信號，調節可調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，能夠調整輸出信號。
[0011]本發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，在配置網絡中，當輸入信號為正電流信號時，斷開第二電阻，輸入電流信號經第一電阻和第三電阻時形成電壓信號，經過第一電阻和第三電阻進行分壓，產生正電壓信號，調節第一電阻、第三電阻、第四電阻和第二電阻的值，能夠調整輸出信號。
[0012]本發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，在配置網絡中，當輸入信號為開關量輸出信號時，斷開第三電阻，第一電阻和第四電阻之和小于第二電阻，當開關量輸出信號時，輸出信號=ov，否則輸出信號=可調基準單元的輸出電壓值。
[0013]本發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，在配置網絡中，在配置網絡中，當輸入信號為開關量干接點信號時，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=可調基準單兀的輸出電壓值。
[0014]本發明的有益效果是:在本發明中，將模擬信號、數字信號采集集中于一種電路中，每個信號的配置非常簡單，只用調節基準電壓和調整電阻值，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；在采集開關量信號時，當輸入信號幅度變化范圍較大時，信號調理電路不需精準的調理成標準電平信號，將A/D轉換的信號采集值與預設的閥值進行比較，就可以判斷出開關量的狀態。另多個信號統一阻抗匹配，不需要很多的運算放大電路。本發明采集電路結構簡單，PCB電路設計容易。可以在非隔離、實時性要求不高、信號比較復雜的數據采集系統中應用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是【背景技術】的模擬信號采集電路圖。
[0016]圖2是【背景技術】的開關量信號采集電路圖。
[0017]圖3是本發明的多通道信號采集裝置原理示意圖。
[0018]圖4是本發明的配置網絡電路示意圖。
[0019]圖5是本發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，本發明公開了一種多通道信號采集裝置，包括配置網絡10、模擬開關20、A/D轉換器40、阻抗匹配和限幅電路30，所述模擬開關20 —端與所述配置網絡10相連，所述模擬開關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轉換器40相連。
[0021]如圖4所示，所述配置網絡10包括可調基準單元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]所述配置網絡10為多個。
[0024]本發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，根據輸入信號的不同，調整配置網絡10的電阻和調節配置網絡10的可調基準，進行信號調理。本發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]根據輸入信號的不同進行計算配置，將輸入信號轉換成適合采集的電壓信號，由于此電壓信號是經過電阻分壓產生的，配置網絡10的輸出信號輸出阻抗不同，直接進行A/D轉換會產生較大的誤差，配置網絡10的輸出信號通過模擬開關20后經過由運算放大器組成的跟隨器進行阻抗匹 配，再送入A/D轉換器40。限幅電路是為了防止在前端電路損壞、模擬開關通道切換過程中電壓超出工作電壓范圍而損壞A/D轉換器40。
[0026]在本發明中，輸入信號Ainl、Ain2、Ain3…AinN、A/D轉換基準電壓Vref和通道選擇控制信號SLOT [1: N]。
[0027]所述的可調基準單元101由可調基準電路組成，通過調整第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第四電阻R4和可調基準單元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]在配置網絡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上與可調基準單元101的輸出電壓Vadj進行電壓分配，調節可調基準的輸出電壓Vadj和第一電阻R1、第四電阻R4和第二電阻R2的值，可調整輸出信號A0，使輸出信號AO在正常采集信號范圍內。
[0029]在配置網絡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，調節第一電阻Rl和第三電阻R3的值，可調整輸出信號A0，使輸出信號AO在正常采集信號范圍內。
[0030]在配置網絡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經第一電阻Rl和第三電阻R3時形成電壓信號，經過第一電阻Rl和第三電阻R3進行分壓，產生雙極性或負電壓信號，調節可調基準的輸出電壓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，可調整輸出信號A0，使輸出信號AO在正常采集信號范圍內。[0031]在配置網絡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經第一電阻Rl和第三電阻R3時形成電壓信號，經過第一電阻Rl和第三電阻R3進行分壓，產生正電壓信號，調節第一電阻Rl、第三電阻R3、第四電阻R4和第二電阻R2的值，可調整輸出信號A0，使輸出信號AO在正常采集信號范圍內。
[0032]在配置網絡10中，當輸入信號Ai為開關量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]在配置網絡10中，當輸入信號Ai為開關量干接點信號時，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在配置網絡10中經過不同的信號調理，其輸出信號AO的輸出阻抗也不同，如果直接進行A/D轉換，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絡10的輸出信號過高或過低，會損壞A/D轉換器，本發明采用模擬開關20將多通道信號通過多選一開關送入到阻抗匹配和限幅電路30，經過阻抗匹配和限幅送到A/D轉換器 40，保證了 A/D采樣精度和對A/D轉換器的保護。
[0035]在本發明中，通過配置所述調節配置網絡10中的電阻值和調整可調基準的電壓值實現信號調理，實現信號調理電路在模擬信號采集和開關量信號采集之間的通用性。采集的開關量信號變化范圍可以很大。
[0036]在本發明中，將模擬信號、數字信號采集集中于一種電路中，每個信號的配置非常簡單，只用調芐基準電壓和調整電阻值，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；在采集開關量信號時，當輸入信號幅度變化范圍較大時，信號調理電路不需精準的調理成標準電平信號，將A/D轉換的信號采集值與預設的閥值進行比較，就可以判斷出開關量的狀態。另多個信號統一阻抗匹配，不需要很多的運算放大電路。本發明采集電路結構簡單，PCB電路設計容易。可以在非隔離、實時性要求不高、信號比較復雜的數據采集系統中應用。
[0037]本發明采用一種通用的多通道信號采集電路，通過調整配置網絡內的電阻和調節基準電壓，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字開關量信號，通過靈活配置，在同一 PCB電路板上實現不同類型的信號采集，另外利用A/D轉換器采樣開關量信號，對開關量信號幅度要求不高，信號調理電路也非常簡單，開關量信號抗干擾性強，較好地解決了現有技術中存在的問題。
[0038]以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限于這些說明。對于本發明所屬【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種多通道信號采集裝置，其特征在于:包括配置網絡、模擬開關、A/D轉換器、阻抗匹配和限幅電路，所述模擬開關一端與所述配置網絡相連，所述模擬開關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轉換器相連。
2.根據權利要求1所述的多通道信號采集裝置，其特征在于:所述配置網絡包括可調基準單元、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.根據權利要求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.根據權利要求1所述的多通道信號采集裝置，其特征在于:所述配置網絡為多個。
5.使用權利要求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，在配置網絡中，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基準單元的輸出電壓進行電壓分配，調節可調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，能夠調整輸出信號。
6.使用權利要求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，在配置網絡中，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，調節第一電阻和第三電阻的值，能夠調整輸出信號。
7.使用權利要求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，在配置網絡中，當輸入信號為雙極性電流信號或負電流信號時，輸入電流信號經第一電阻和第三電阻時形成電壓信號，經過第一電阻和第三電阻進行分壓，產生雙極性或負電壓信號，調節可調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，能夠調整輸出信號。
8.使用權利要求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，在配置網絡中，當輸入信號為正電流信號時，斷開第二電阻，輸入電流信號經第一電阻和第三電阻時形成電壓信號，經過第一電阻和第三電阻進行分壓，產生正電壓信號，調節第一電阻、第三電阻、第四電阻和第二電阻的值，能夠調整輸出信號。
9.使用權利要求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，在配置網絡中，當輸入信號為開關量輸出信號時，斷開第三電阻，第一電阻和第四電阻之和小于第二電阻，當開關量輸出信號時，輸出信號=0V，否則輸出信號=可調基準單元的輸出電壓值。
10.使用權利要求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，在配置網絡中，當輸入信號為開關量干接點信號時，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 優先權日:2013年11月29日
【發明者】魏烈祥 申請人:深圳市虹遠通信有限責任公司