CN102253275A - 电压型及icp型传感器通用的数据采样器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电压型及ICP型传感器通用的数据采样器，在传感器和控制电路之间连接信号切换电略形成数据采样器电路，控制电路由DSP连接FPGA组成，所述的信号切换电路包括每路两个带有双刀双掷开关的继电器，继电器在FPGA的IO口的控制下，将不同工作模式的输入信号送给信号调理和放大电路，从而形成数据采样器电路。本发明使用FPGA结合开关技术设计数据采样器，其能够在微处理器或微控制器的控制下进行功能切换，结合高分辨率AD转换器，可以对大多数传感器输出的电信号进行采样和有效转换，为后续的数据分析和处理提供有效的数据源。

Description

电压型及ICP型传感器通用的数据采样器
技术领域
本发明属于自动检测控制技术领域，涉及数据采集与处理的电子信息技术，具体涉及一种电压型及ICP型传感器通用的数据采样器。
背景技术
目前，在自动检测方面检测对像层出不穷，随着科学技术的发展特别是传感器技术的发展，人们可以对各种物理参量进行检测和分析，实现自动的合理的有效地控制。然而各种传感器的输出又不尽相同，有共模电压输出型、差模电压输出型，还有ICP型传感器。科技人员在设计数据采集与分析系统时，都要事先分析使用的传感器的输出方式，根据其输出方式设计相应的数据采样电路来满足要求，但随着市场需求的不同以及应用领域及客户需求不同，往往在不同的需求下需要使用不同的传感器进行数据采集，这就需要每次都要重新设计数据采集电路，对产品的开发周期和开发效率以及开发成本等方面都有很大的影响。开发一种相对通用性较高的数据采集电路成为必然。
科学技术的发展，特别先进的电子制造技术的发展，为电子产品的智能化设计创造了可能。首先是FPGA技术的发展为柔性的电子设计铺平了道路，使得设计人员不在需要通过重新选择数字电路芯片和重新绘制电路板更改和完善数字控制机系统功能，只需要修改相应的FPGA程序就可以重新规划电路实现新功能。其次开关技术的发展同样推动了电子技术的发展，无论是电子开关还是继电器开关都在数字电路和模拟电路的设计中起到了举足轻重的作用，特别是继电器开关的微型化发展，进一步推动数据采集模式的发展。微型继电器开关开关触点多，接触电阻小等优越性能，使得通用型数据采集电路的设计得以实现。
发明内容
针对于数据采集对象的多变和被采集电信号的主要差别，本发明使用FPGA结合开关技术设计一个电压型及ICP型传感器通用的数据采样器，其能够在微处理器(MPU)或微控制器(MCU)的控制下进行功能切换，结合高分辨率AD转换器，可以对大多数传感器输出的电信号进行采样和有效转换，为后续的数据分析和处理提供有效的数据源。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在传感器和控制电路之间，连接信号切换电路，形成数据采样器电路，控制电路由DSP连接FPGA组成，所述的信号切换电路包括每路两个带有双刀双掷开关的继电器，由继电器触点连接传感器和信号调理放大电路，通过FPGA的IO口控制功能切换，从而形成数据采样器电路。
其中，传感器为ICP传感器时，由恒流源电路和参考电源电路为ICP传感器提供工作的电源和基准电压。
其中，在控制电路上连接同步数据放大电路，同步数据放大电路由程控放大器连接AD转化器组成，在FPGA的控制下，多片AD转换器串联并且同步启动。
本发明具有以下优点：
(1)系统测试对象可以是共模电压输出信号，也可以是差模电压信号，系统根据具体被测对象，通过FPGA控制信号切换电路选通共模电压输入模式或差模电压输入模式；
(2)本发明设计了一恒流源电路和参考电源电路用于ICP模式工作的电源和基准电压，MPU(MCU)可以在使用ICP传感器时，控制信号选通电路将恒电流源和基准电压源选入系统，使其工作在ICP模式；
(3)本发明设计了一个高性能的同步数据放大电路，使用高性能程控放大器进行前置放大，之后采用24位∑Δ型AD转化器进行数据采集，在FPGA的控制下，将多片AD转换器串联并且同步启动，实现同步数据采集，其大大提高了信号的可分析特性，适用于各种高要求的数据采集系统，系统可以对毫伏级信号进行高精度测量。
附图说明
图1是本发明的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，不应理解为是对技术方案的限制，在此基础上的改进都属于本发明的保护范围。
如图1所示，在传感器和控制电路之间连接信号切换电路形成数据采样器电路，控制电路由DSP连接FPGA组成，所述的信号切换电路包括每路两个带有双刀双掷开关的继电器，继电器在FPGA的IO口的控制下，将不同工作模式的输入信号送给信号调理放大电路，从而形成数据采样器电路。
其中，传感器为ICP传感器时，由恒流源电路和参考电源电路为ICP传感器提供工作的电源和基准电压。
其中，在控制电路上连接同步数据放大电路，同步数据放大电路由程控放大器连接AD转化器组成，在FPGA的控制下，多片AD转换器串联并且同步启动。
实施例：如图1所示，继电器1Q1和1Q2为数据采集通道的功能切换执行器，分别控制双刀双掷开关，根据所连接的传感器类型进行相应功能电路的切换，以达到传感器与信号调理电路的收入信号匹配；系统根据实际需求设定相应的工作方式，DSP通过FPGA发送控制信号ICPenable1和Menable1，进行功能切换；当输入传感器为差模电压信号时，ICPenable1和Menable1输出为低电平，两个继电器的常闭触点闭合，传感器的输出的差模电压信号经过输入接口1CNT8通过继电器1Q2的常闭触点输入给信号调理与放大电路，之后进行AD转换，AD转换器输出的数字量经FPGA后发送给某个输出接口或DSP处理；当输入传感器为共模电压信号时，ICPenable1输出为低电平，Menable1输出为高电平，继电器1Q1常闭触点闭合，继电器1Q2常开触点闭合，传感器的输出的共模电压信号经过输入接口1CNT8通过继电器1Q2的常开触电输入给信号调理与放大电路以供转换；当输入传感器为ICP传感器时，ICPenable1和Menable1输出都为高电平，继电器1Q1和1Q2的常开触点都闭合，恒流源1U0和-12V电源通过继电器1Q1的长开触点接入传感器电路，为ICP传感器提供电源，传感器输出的共模电压信号经过输入接口1CNT8再通过继电器1Q2的常开触点输入给信号调理与放大电路以供转换。

Claims (4)

1.电压型及ICP型传感器通用的数据采样器，其特征在于：在传感器和控制电路之间连接信号切换电路形成数据采样器电路，控制电路由DSP连接FPGA组成，所述的信号切换电路包括每路两个带有双刀双掷开关的继电器，继电器在FPGA的IO口的控制下，将不同工作模式的输入信号送给信号调理放大电路，从而形成数据采样器电路。
2.根据权利要求1所述的电压型及ICP型传感器通用的数据采样器，其特征在于：其中，传感器为ICP传感器时，由恒流源电路和参考电源电路为ICP传感器提供工作的电源和基准电压。
3.根据权利要求1所述的电压型及ICP型传感器通用的数据采样器，其特征在于：其中，在控制电路上连接同步数据放大电路，同步数据放大电路由程控放大器连接AD转化器组成，在FPGA的控制下，多片AD转换器串联并且同步启动。
4.根据权利要求1、2或3所述的电压型及ICP型传感器通用的数据采样器，其特征在于：数据采样器的具体电路连接如下：继电器1Q1和1Q2为数据采集通道的功能切换执行器，分别控制双刀双掷开关，根据所连接的传感器类型进行相应功能电路的切换，以达到传感器与信号调理电路的收入信号匹配；系统根据实际需求设定相应的工作方式，DSP通过FPGA发送控制信号ICPenable1和Menable1，进行功能切换；当输入传感器为差模电压信号时，ICPenable1和Menable1输出为低电平，两个继电器的常闭触点闭合，传感器的输出的差模电压信号经过输入接口1CNT8通过继电器1Q2的常闭触点输入给信号调理与放大电路，之后进行AD转换，AD转换器输出的数字量经FPGA后发送给某个输出接口或DSP处理；当输入传感器为共模电压信号时，ICPenable1输出为低电平，Menable1输出为高电平，继电器1Q1常闭触点闭合，继电器1Q2常开触点闭合，传感器的输出的共模电压信号经过输入接口1CNT8通过继电器1Q2的常开触电输入给信号调理与放大电路以供转换；当输入传感器为ICP传感器时，ICPenable1和Menable1输出都为高电平，继电器1Q1和1Q2的常开触点都闭合，恒流源1U0和-12V电源通过继电器1Q1的长开触点接入传感器电路，为ICP传感器提供电源，传感器输出的共模电压信号经过输入接口1CNT8再通过继电器1Q2的常开触点输入给信号调理与放大电路以供转换。
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