CN101950476A - 一种多路电压信号监控装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多路电压信号监控装置，所述电压信息监控装置包括硬件和软件两部分，硬件部分的主控制器控制DDS模块输出频率、A/D采集模块的单端/差分采样模式及电压选择范围、多路开关模块中的通道等，同时主控制器接收A/D采集模块采集的数据并对这些数据处理后送给输出接口模块，由数据输出接口模块送到PCI总线，多路电压衰减网络把输入接口模块输入的信号进行衰减送后给多路开关，电源模块给系统提供电压；软件部分包括主控制器软件与驱动程序，主要用于控制数据的采集、处理、传送。本发明的电压信息监控装置具有可靠性高、灵活性强以及人机界面友好等特点，能在恶劣的环境中工作。采用本发明能够有效的进行多路电压信号的采集、处理、传输和监控。

Description

一种多路电压信号监控装置

技术领域

 本发明属于检测技术领域。具体涉及一种多路电压信号监控装置。

背景技术

目前所用的电源电压信息检测设备的精度不高，有的只是利用发光二极管来检测是否具有这样的电压，另外一些类似设备只能设置某些频率采样点，在最大采样频率以下不能任意变频，有些甚至是固定频率，通道数不多，不能很好的进行实时电源电压数据采集，也不能很好的和接受数据的处理器接口进行数据的交换，同时这些数据采集需要多个装置一同工作，这对现代化的的信息检测造成了一定的影响，甚至导致专门的数据处理设备不能正确和有效的处理采集回来的数据。

中国专利文献数据库公开了一种名称为《一种对电压输入电流输出的监控装置 》（专利申请号CN200910081612.7）的发明专利，该发明公开了一种对电压输入电流输出的监控装置，该监控装置包括有一壳体，以及安装在壳体内的电路板；在壳体的上面板上设有电压接口(J3)、电流接口(J2)和报警接口(J6)，壳体的右面板上设有电源接口(J1)，壳体的前面板上设有LCD显示屏和键盘；电路板包括有中央处理器、模数转换模块、数模转换模块、报警输出模块、键盘和报警输出模块。该监控装置采用在中央处理器中对接收的数字电压信号Vm进行差分解调获得一个12位二进制数值的工作电压Vout；该工作电压Vout一方面作为电流转换的输入电压，另一方面将工作电压Vout与电压阈值Pm进行比较得到报警电压，从而实现对使用终端过流造成的损坏起到预警与保护的作用。其不足之处是该装置的监控路数较少，不能同时对多种不同电压信号进行监控，信号采集频率固定导致主机压力过大，容易造成死机。

发明内容

为解决现有技术的检测装置的监控路数较少，不能同时对多种不同电压信号进行监控，信号采集频率固定的不足，本发明提供一种多路电压信号监控装置。

本发明的电压信息监控装置包括硬件和软件两大部分，硬件部分包括主控制器、直接数字合成（以下用DDS表示）模块、电源模块、数据输出接口模块、多路开关模块、32路电压衰减网络、数据输入接口模块、运放缓冲模块、A/D采集模块，数据输入接口通过J29A-37ZKW接口实现32路数据的接入，采集的数据通过CPCI接口把数据传输给相应的主机处理器，所述的电源模块分别给主控制器、DDS模块、运放模块、多路模拟开关以及A/D采集模块供电，所述的32路电压衰减网络通过J29A-37ZKW接口与把所要采集的信号输入，同时J29A-37ZKW接口把这些电压信号进行有效的衰减，所述的多路开关模块与电压衰减模块相连，把经过衰减处理的信号传递给后面的运放缓冲模块，所述的A/D采集模块与两路运放缓冲模块相连，然后把采集的数据送入主控制器，然后主控制器把数据经过处理后送给CPCI接口；软件部分分为主控制器程序、上位机与驱动程序，主控制器程序主要分为多路开关模块、A/D采集模块、数据接口转换程序，上位机主要是在Windows采用VC工具在driverstudio中进行编程，设计人机交互界面，驱动程序主要是基于Windows下的对CPCI接口进行操作。

本发明的电压信息监控装置的采样频率为10KHz-1MHz任意可变，变化的最小频率为1 Hz。

本发明的电压信息监控装置具有32路单端输入或者16路差分输入接口。

本发明的电压信息监控装置检测信号范围为16路-20V~+20V，16路-40V~+40V。

本发明的电压信息监控装置可以设置成两路单端采样或者一路差分采样。

本发明的电压信息监控装置误差为1%以内。

本发明的电压信息监控装置的DDS模块输出频率为DC-40MHz，输出信号电压范围为0-3.3V。

本发明的电压信息监控装置的可以进行多种模式数据采集，包括多通道轮流采集模式，定通道定时实时采集模式等。

电压信息监控装置可以在上位机界面选择数据采集通道，改变采样模式与触发方式，还可以改变采样频率，采集得到的数据通过界面显示完整的波形图，同时给出采样得到的最大最小值以及平均值。

本发明的电压信息监控装置具有可靠性高、灵活性强以及人机界面友好等特点，能在恶劣的环境中工作。能有效的进行信息采集，实现信息的可变采样、实时采样、任意改变最大采样率以下的采样频率、减轻数据处理设备的压力、多路轮换采集和变换采集模式，从而大幅度提高电压信息处理的可利用率。

附图说明

图1为电压信息监控装置总体结构框图。

图2为电压信息监控装置主控制器软件流程框图。

图3为电压信息监控装置驱动软件流程框图。

图中，1.主控制器    2.DDS模块     3.电源模块     4.数据输出接口模块     5.多路开关模块     6. 32路电压衰减网络     7.输入接口模块     8.运放缓冲模块     9.A/D采集模块     10.PCI总线。

具体实施方式

电压信息监控装置分为硬件、软件两大部分，硬件部分主要是硬件平台的搭建和硬件模块，软件部分分为主控制器程序、驱动程序等两部分。电压信息监控装置是实现32路宽输入范围的多模式数据采集系统，具有精度高，可任意频率采样设置等优点。软件分为主控制器程序与驱动程序，主要用来对硬件进行相关的操作与实现相关的功能。

硬件工作流程如下：

图1为电压信息监控装置总体结构框图，如图1中所示，电压信息监控装置由主控制器1、DDS模块2、电源模块3、数据输出接口模块4、多路开关模块5、32路电压衰减网络6、输入接口模块7、运放缓冲模块8、A/D采集模块9、PCI总线10组成。其中需要检测的信号通过输入接口模块输入后，连接到32路电压衰减网络，信号通过衰减后接入多路开关模块，通过开关选择的信号进入运放缓冲模块进行缓冲后接入A/D采集模块，转换后的数字信号传入主控制器，然后通过数据输出接口模块送给PCI总线。

主控制器1主要实现采集数据的简单处理、控制A/D采集模块与多路模拟开关，控制DDS模块，同时接收A/D采集过来的数据和上位机发送的数据，实现CPCI本地总线的接口协议。

DDS模块2根据主控制器的控制信号来产生整个系统需要的频率信号。

电源板3提供系统所用的全部电源，考虑到该装置使用的电源是CPCI插槽上，所以主要是把插槽上原有的-12V、+12V、+5V经过滤波和采用相关的电源模块等手段转换成系统需要的-12V、+12V、–5V、+5V、-2.5V、+2.5V、3.3V、1.8V电压值。

数据输出接口模块4采用PLX9054芯片，采用该芯片的J模式。

多路开关模块5采用ADI公司的ADG726，采用-2.5V与+2.5V双电源供电，可以作为32路单端通路与16路差分通路，可以的通过的信号电压范围为-2.5V~+2.5V。

32路电压衰减网络6采用相应的误差范围在1%以内的精密电阻进行分压。

输入接口模块7采用J29A-37ZKW连接器。

主控制器1可以采用相关的FPGA或者相关符合要求的MCU。

数据输出接口模块4可以采用PLX9054等符合条件的器件。

运放缓冲模块8采用ADI公司的运放AD797，采用+5V与-5V双电源供电，实现衰减网络后的缓冲，用以保持衰减信号的原型。

A/D采集模块9采用ADI公司的AD7322，具有可编程差分转换、单端转换与伪差分转换等模式，输入范围也可以进行编程实现。

DDS模块2中的主要芯片主要采用相关的DDS芯片如AD9858等，可以产生很好的40MHz的方波。

电源模块3主要的芯片采用电压转换芯片如TPS76701、TPS54310等，能产生1.8V和3.3V电压。

多路开关模块5主要选择如ADG726或者ADG406等，可以进行快速的开关通道。

图1中整个系统还需要晶振，晶振选用40MHz即可满足要求。

系统软件工作流程如下：

图2为电压信息监控装置主控制器软件流程框图，如图2中所示，电压信息监控装置加电后初始化主控制器，然后接收上位机发出的指令，然后通过执行这些相关的指令来采取相应的动作，各个设置完成后进入工作状态，如果上位机重新发送指令，则需要重新设置，设置成功后进行正常的数据采集和发送数据到PCI总线。

软件进入正常工作状态后，运行两个任务。任务1接收采集模块采集的数据，然后进行简单的处理后送给PCI总线接口。任务2依据用户的操作，读取来自上位机的操作信号，并选择相应的功能模块进行相应的操作。根据上位机来定采集模式、采集通道和相关的采集参数。

电压信息监控装置运行期间如发生错误或未连接成功，则在上位机上显示相关信息。

图3是电压信息监控装置驱动程序的流程图，主要是对电压信息监控装置中主控制器中相关的寄存器，进行上层软件与底层硬件之间的连接。

Claims (3)

1.一种多路电压信号监控装置，其特征在于：所述的装置包括硬件和软件两大部分，硬件部分包括主控制器（1），DDS模块（2），电源模块（3），数据输出接口模块（4），多路开关模块（5），多路电压衰减网络（6），输入接口模块（7），运放缓冲模块（8），A/D采集模块（9），PCI总线（10），主控制器（1）控制DDS模块（2）输出的时钟频率、A/D采集模块（9）中的采样模式及电压选择范围、多路开关模块（5）中的开关通道等，同时主控制器（1）接收A/D采集模块（9）采集过来的数据并对这些数据进行简单的处理后送给数据输出接口模块（4），由数据输出接口模块（4）送到PCI总线上，32路电压衰减网络（6）把输入接口模块（7）输入进来的信号进行衰减送给多路开关，电源模块（3）给系统提供-12V、+12V、–5V、+5V、-2.5V、+2.5V、3.3V、1.8V等这些参数的电压值；软件部分包括主控制器软件与驱动程序，主控制器软件用于控制数据的采集、处理、传送；驱动程序用于对主控制器内部的寄存器进行操作，进行对数据采集的命令的发送与数据信息的接收。

2.根据权利要求1所述的电压信息监控装置，其特征在于：所述的采样频率为10KHz-1MHz。

3.根据权利要求1所述的电压信息监控装置，其特征在于：所述的多路为32路。

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