CN102510285B

CN102510285B - 一种数据采集传输仪模拟信号采集方法

Info

Publication number: CN102510285B
Application number: CN201110303846.9A
Authority: CN
Inventors: 徐汪洋
Original assignee: Beijing SDL Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing SDL Technology Co Ltd
Priority date: 2011-10-09
Filing date: 2011-10-09
Publication date: 2014-09-10
Anticipated expiration: 2031-10-09
Also published as: CN102510285A

Abstract

本发明实施例公开了一种数据采集传输仪模拟信号采集方法，所述方法包括：调节电位器以改变电源芯片输出给模拟量转换电路的参考电压U_ref；利用模拟量输入接口输入模拟信号；利用电压/电流信号选择电路将所述模拟信号转变为电压信号U_i1；利用前端信号处理电路对电压信号U_i1进行补偿和稳定，输出电压信号U_i2；利用模拟量转换电路根据转换公式Data＝(U_i2/U_ref)*2^x将U_i2转换为数字量Data，x为模拟量转换电路中模拟量转换芯片的转换位数。本发明在不重新改变硬件设计的情况下，可以实现多量程模拟信号的输入测量。

Description

一种数据采集传输仪模拟信号采集方法

技术领域

本发明涉及信号采集领域，更具体地说，涉及一种数据采集传输仪模拟信号采集方法。

背景技术

数据采集传输仪是一种可将模拟信号处理成数字量的仪器。在利用数据采集传输仪对各种模拟信号进行采集的过程中，发明人发现：随着环境的不同，数据采集传输仪需要采集的模拟量的量程不尽相同。针对上述情况，目前普遍采用的技术方案是针对某一种具体的模拟信号量程对数据采集传输仪的硬件电路进行设计来达到效果。也就是说，如原需要采集的模拟信号的量程范围为0-10V的电压信号，而现在需要采集量程范围为0-5V的电压信号时，为了达到同样精度的测量，就不得不再针对新的需求重新设计硬件电路，同样如果原来采集的量程范围为0-5V的电压信号，而现在需要采集量程范围为0-10的电压信号时，原有电路就不能继续使用，只能重新设计硬件系统，否则会损坏系统，这样不但增加了整个数据采集传输仪的设计复杂度和周期，而且也增加相关成本和使用的复杂度。

发明内容

有鉴于此，本发明目的在于提供一种数据采集传输仪模拟信号采集方法，以在不重新改变硬件设计的情况下，实现多量程模拟信号的输入测量。

一种数据采集传输仪模拟信号采集方法，基于数据采集传输仪，所述模拟信号为电压信号或电流信号，所述数据采集传输仪包括模拟量输入接口、电压/电流信号选择电路、前端信号处理电路、模拟量转换电路以及模拟量参考电压电路；

其中，所述模拟量转换电路包括模拟量转换芯片，所述模拟量参考电压电路包括电位器和电源芯片；

所述方法包括：

调节所述电位器以改变所述电源芯片输出给所述模拟量转换电路的参考电压U_ref；

利用所述模拟量输入接口输入所述模拟信号；

利用所述电压/电流信号选择电路将所述模拟信号转变为电压信号U_i1；

利用所述前端信号处理电路对所述电压信号U_i1进行补偿和稳定，输出电压信号U_i2；

利用所述模拟量转换电路根据转换公式Data＝(U_i2/U_ref)*2^x将所述U_i2转换为数字量Data，其中x为所述模拟量转换芯片的转换位数。

优选的，所述数据采集传输仪还包括处理器，所述方法还包括：

利用所述处理器采集所述数字量Data。

优选的，所述电压/电流信号选择电路包括开关和电阻。

优选的，所述开关的一端通过所述电阻接地，另一端分别与所述模拟量输入接口的输出端和前端信号处理电路的输入端连接。

优选的，当所述模拟信号为电流信号时，所述开关处于闭合状态。

优选的，当所述模拟信号为电压信号时，所述开关处于打开状态。

优选的，所述电源芯片为反馈型高精度可调节电源芯片。

优选的，所述电源芯片包括阳极，阴极以及参考极，所述阳极通过保护电阻与电源的正极相连，所述阴极与电源的负极相连，所述参考极与所述电位器相连。

优选的，所述参考电压U_ref的电压范围为-V_ss～+V_ss，其中-V_ss为所述电源芯片所接电源负极的值，+V_ss为所述电源芯片所接电源正极的值。

从上述的技术方案可以看出，在本发明中，数据采集传输仪计算得到的数字量主要取决于参考电压U_ref和x这两个因素。其中x由模拟量转换芯片决定的，一旦选定了模拟量转换芯片，x的值将不会发生变化。至于另一因素U_ref的大小，可通过模拟量参考电压电路中的电位器进行调节。因此，本发明在输入模拟信号量程范围改变的时候，不用重新设计系统的硬件，只需要通过调节电位器改变参考电压U_ref的大小，使模拟量转换的量程范围和输入模拟量信号的量程范围对应，就可以达到对不同量程范围的模拟信号采集的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的数据采集传输仪结构示意图；

图2为本发明实施例提供的模拟信号采集方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的电压/电流信号选择电路结构示意图；

图4为本发明实施例提供的模拟信号参考电压电路示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供了一种数据采集传输仪模拟信号采集方法，以在不重新改变硬件设计的情况下，实现多量程的模拟信号(电压信号或电流信号)输入测量。

上述方法基于数据采集传输仪，图1示出了数据采集传输仪的一种结构，其包括：模拟量输入接口U1、电压/电流信号选择电路U2、前端信号处理电路U3、模拟量转换电路U4以及模拟量参考电压电路U5；

其中，模拟量转换电路U4主要包括模拟量转换芯片，以及相关外围电路。上述模拟量转换芯片具体可为8位模拟量转换芯片，其变化的范围是2⁸，即0～255。当然，上述模拟量转换芯片也可为12位模拟量转换芯片，此时，其变化的范围是2¹²，即0～4095；

模拟量参考电压电路U5包括电位器U51和电源芯片U52。

参见图2，上述方法至少包括如下步骤：

S1：调节电位器U51以改变电源芯片U52输出给模拟量转换电路U4的参考电压U_ref；

S2：利用模拟量输入接口U1输入所述模拟信号；

S3：利用电压/电流信号选择电路U2将所述模拟信号转变为电压信号U_i1；

S4：利用前端信号处理电路U3对电压信号U_i1进行补偿和稳定，输出电压信号U_i2；

前端信号处理电路U3能够防止干扰引起的信号波动，保证进入模拟量转换电路U4的信号质量满足要求。

S5：利用模拟量转换电路U4根据转换公式Data＝(U_i2/U_ref)*2^x将U_i2转换为数字量Data，其中x为模拟量转换芯片的转换位数，即上述8位或12位。

在具体实施过程中，可以在利用模拟量输入接口U1输入上述模拟信号之前，或在利用模拟量输入接口U1输入上述模拟信号之后，调节上述电位器U51以改变上述电源芯片U52输出给上述模拟量转换电路U4的参考电压U_ref，也即，上述步骤S1和步骤S2的顺序可以颠倒。本领域技术人员可根据实际需要进行灵活选择，在此不作赘述。

下面将以具体的实例对上述模拟信号采集方法进行介绍。

假设，需要采集的模拟信号量程的范围是0～5V。则：

调节电位器U51，以改变上述电源芯片U52输出给模拟量转换电路U4的参考电压U_ref，使U_ref为5V；

利用模拟量输入接口U1输入模拟信号；

利用电压/电流信号选择电路U2将上述模拟信号转变为电压信号U_i1；利用前端信号处理电路U3对电压信号U_i1进行补偿和稳定，输出电压信号U_i2；

利用模拟量转换电路U4根据转换公式Data＝(U_i2/U_ref)*2^x将U_i2转换为数字量Data。

这样就实现对模拟信号在0～5V的量程范围进行采集。

同理，当工业现场输入的模拟信号量程范围变为0～10V时，可调节电位器U51令U_ref为10V，然后经过一系列步骤，最终实现在0～10V的量程范围对模拟信号进行采集。

需要强调的是，在选择模拟量转换电路U4中的模拟量转换芯片时，一定要选取模拟信号输入引脚支持大范围的芯片，并且，该模拟量转换芯片应为带过电压保护类型的芯片。

从上述的技术方案可以看出，在本发明实施例中，上述数据采集传输仪计算得到的数字量主要取决于参考电压U_ref和x这两个因素。其中x由模拟量转换芯片决定的，一旦选定了模拟量转换芯片，x的值将不会发生变化。至于另一因素U_ref的大小，可通过模拟量参考电压电路中的电位器进行调节。因此，本发明实施例在输入模拟信号量程范围改变的时候，不用重新设计系统的硬件，只需要通过调节电位器改变参考电压U_ref的大小，使模拟量转换的量程范围和输入模拟量信号的量程范围对应，就可以达到对不同量程范围的模拟信号采集的目的。

综上所述，本发明使模拟信号采集系统变得非常灵活，在不重新改变硬件设计的情况下，可以实现多量程模拟信号的输入测量，使得模拟信号采集在需求改变的同时，非常灵活的改变模拟信号测量的量程，达到模拟信号采集的目的。

为了进一步优化上述技术效果，上述数据采集传输仪还可以包括处理器，利用上述处理器采集上述数字量Data。

在本发明其他实施例中，上述所有实施例中的电压/电流信号选择电路U2可包括开关和电阻。

图3示出了上述包括开关和电阻的电压/电流信号选择电路U2的一种结构：

开关K₁的一端通过电阻R₁接地，开关K₁的另一端分别与模拟量输入接口U1的输出端和前端信号处理电路U3的输入端连接。

图3所示结构的工作原理如下：

当模拟信号为电流信号I时，开关K₁处于闭合状态，电流信号I经过电阻R₁后变为电压信号。

当模拟信号为电压信号U时，开关K₁处于打开状态，电压信号U不变。

由上可知，无论模拟信号为电流信号还是电压信号，在经过电压/电流信号选择电路U2后，均转换为电压信号。

此外，在本发明所提供的模拟信号采集方法中，模拟量参考电压电路U5是改变U_ref的关键。下面将以一个具体的实施例，对模拟量参考电压电路U5进行详细的介绍。如图4所示：

电源芯片U52包括阳极A，阴极K以及参考极R，阳极A与电源的负极相连，阴极K通过保护电阻R₂与电源的正极相连，参考极R与电位器U51相连。上述参考电压U_ref的电压范围为-V_ss～+V_ss，其中-V_ss为电源芯片U52所接电源负极的值，+V_ss为电源芯片U52所接电源正极的值。通过调节电位器U51可以改变电源芯片U52输出给模拟量转换电路U4的参考电压U_ref。

在本发明其他实施例中，上述所有实施例中的电源芯片U52具体可为反馈型高精度可调节电源芯片。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims

1.一种数据采集传输仪模拟信号采集方法，基于数据采集传输仪，所述模拟信号为电压信号或电流信号，其特征在于，所述数据采集传输仪包括模拟量输入接口、电压/电流信号选择电路、前端信号处理电路、模拟量转换电路以及模拟量参考电压电路；

所述方法包括：

利用所述模拟量输入接口输入所述模拟信号；

利用所述模拟量转换电路根据转换公式Data=(U_i2/U_ref)*2^x将所述U_i2转换为数字量Data，其中x为所述模拟量转换芯片的转换位数。

2.根据权利要求1所述的模拟信号采集方法，其特征在于，所述数据采集传输仪还包括处理器，所述方法还包括：

利用所述处理器采集所述数字量Data。

3.根据权利要求1所述的模拟信号采集方法，其特征在于，所述电压/电流信号选择电路包括开关和电阻。

4.根据权利要求3所述的模拟信号采集方法，其特征在于，所述开关的一端通过所述电阻接地，另一端分别与所述模拟量输入接口的输出端和前端信号处理电路的输入端连接。

5.根据权利要求4所述的模拟信号采集方法，其特征在于，当所述模拟信号为电流信号时，所述开关处于闭合状态。

6.根据权利要求5所述的模拟信号采集方法，其特征在于，当所述模拟信号为电压信号时，所述开关处于打开状态。

7.根据权利要求1-6之一所述的模拟信号采集方法，其特征在于，所述电源芯片为反馈型高精度可调节电源芯片。

8.根据权利要求7所述的模拟信号采集方法，其特征在于，所述电源芯片包括阳极，阴极以及参考极，所述阳极通过保护电阻与电源的正极相连，所述阴极与电源的负极相连，所述参考极与所述电位器相连。

9.根据权利要求8所述的模拟信号采集方法，其特征在于，所述参考电压U_ref的电压范围为-V_ss～+V_ss，其中-V_ss为所述电源芯片所接电源负极的值，+V_ss为所述电源芯片所接电源正极的值。