CN103439571A - 一种用于机电检测维修车的全隔离模拟电压监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于机电检测维修车的全隔离模拟电压监测装置，所述的监测装置包括硬件和软件两个部分，硬件部分中的多路模拟开关模块分别与主控制器和模拟信号隔离放大器相连，电源隔离转换模块与模拟信号隔离放大器相连，模拟信号隔离放大器与转换器相连，转换器与主控制器相连，主控制器分别与多路模拟开关模块和USB总线接口相连；软件部分为主控制器运行程序，置于主控制器内。

Description

一种用于机电检测维修车的全隔离模拟电压监测装置

技术领域

本发明属于机电检测装置技术领域，具体涉及一种用于机电检测维修车的全隔离模拟电压监测装置。

背景技术

现代飞机、导弹、陆军装备及工业控制系统运行环境非常复杂，常常会因为出现各种电磁干扰脉冲而影响系统的正常运行，在做数据测量和分析时，甚至会损坏测量设备。因此对数据采集的前端隔离是非常有必要的。目前机电检测维修车上所配备的电压监测装置多是基于板卡的电压监测装置，与主机的通信口一般采用ISA、PCI、C PCI、1394等标准，不具备前端隔离功能，可靠性差。且基于这些接口的产品，安装麻烦，价格昂贵，并受计算机插槽数量、地址中断资源限制，可扩展性差。因此需要一种结构简单、易于扩展且具备全隔离功能的模拟电压监测装置。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的同类装置不具备前端隔离功能，可靠性差，安装麻烦，可扩展性差的不足之处，本发明提供一种用于机电检测维修车的全隔离模拟电压监测装置。本发明的用于机电检测维修车的全隔离模拟电压监测装置采用输入、输出、电源三端隔离技术，采用16位A/D采样模块，采用高速USB总线技术完成模拟电压的高精度实时监测。

本发明的用于机电检测维修车的全隔离模拟电压监测装置包括硬件和软件两个部分，硬件部分包括多路模拟开关模块、电源隔离转换模块、模拟信号隔离放大器，转换器,主控制器,USB总线接口；多路模拟开关模块分别与主控制器和模拟信号隔离放大器相连，由主控制器控制多路模拟开关模块实现模拟电压的通道选择；电源隔离转换模块与模拟信号隔离放大器相连，给模拟信号隔离放大器提供隔离电源；模拟信号隔离放大器与转换器相连，实现模拟电压的隔离；转换器与主控制器相连，实现电压信号的转换；主控制器分别与多路模拟开关模块和USB总线接口相连，并将转换的数据送至USB总线接口。软件部分为主控制器运行程序，置于主控制器内。

本发明的模拟信号隔离放大器由增益放大调节电路、全波调制器、第一变压器、同步解调器、电源输入电路、电源振荡电路、第二变压器和第三变压器组成。所述增益放大调节电路用于对获取的电压信号进行放大，所述全波调制器将放大后的电压信号变换成载波信号，所述第一变压器将载波信号送入同步解调器解调，以致在输出端重现输入信号，所述电源振荡电路将+15V电源产生频率为50kHz 的载波信号, 通过第二变压器和第三变压器, 在隔离的输入和输出部分形成电流为5mA 的±15V隔离电压, 分别作为前置放大和输出电路的激励信号源，从而完成模拟信号隔离放大器输入、输出和电源的三端隔离。从而保证本发明装置的复杂电磁环境的适应性。

本发明的用于机电检测维修车的全隔离模拟电压监测装置能够实现信号输入、电源、信号输出的三端隔离，特别适用于复杂电磁环境。

本发明的用于机电检测维修车的全隔离模拟电压监测装置采用USB接口进行数据的传输，简单、通用，方便携带，且满足高速传输的要求。

本发明的用于机电检测维修车的全隔离模拟电压监测装置具备高共模抑制比，其CMRR最高可达120dB。

本发明的用于机电检测维修车的全隔离模拟电压监测装置实际测量最小误差可达1‰。

本发明的用于机电检测维修车的全隔离模拟电压监测装置可采集8路电压信号。

本发明的用于机电检测维修车的全隔离模拟电压监测装置监测采用直流5V供电，电源要求：DC5（1±5%）V。

本发明的用于机电检测维修车的全隔离模拟电压监测装置是基于USB总线的用于机电检测维修车的全隔离模拟电压监测装置，电路简单，抗干扰性能强，可靠性高，操作方便，易于携带，成本低，通过普通PC机的USB接口便能完成数据的实时读取和监测。本发明已在某机电检测维修车上进行了实验性应用，效果良好。

附图说明

图1为本发明的用于机电检测维修车的全隔离模拟电压监测装置的原理框图；

图2为本发明中的模拟信号隔离放大器的原理框图；

图3为本发明中的主控制器软件流程框图；

图中：1.多路模拟开关模块      2.电源隔离转换模块       3.模拟信号隔离放大器       4.转换器       5.微控制器       6.USB总线接口    11.增益放大调节电路    12.全波调制器    13.第一变压器    14.同步解调器    15.电源输入电路    16.电源振荡电路    17.第二变压器    18.第三变压器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，以便对本发明的目的、特征及优点进行更深入的理解。

本发明分为硬件、软件两大部分。硬件部分主要包括硬件的组成和连接关系，软件部分为主控制器程序。

硬件工作流程如下：

图1为本发明的用于机电检测维修车的全隔离模拟电压监测装置的原理框图。如图1所示，本发明的一种用于机电检测维修车的全隔离模拟电压监测装置，包括多路模拟开关模块1、电源隔离转换模块2、模拟信号隔离放大器3，转换器4,主控制器5,USB总线接口6。多路模拟开关模块1分别与主控制器5和模拟信号隔离放大器3相连，由主控制器5控制多路模拟开关模块1实现模拟电压的通道选择；电源隔离转换模块2与模拟信号隔离放大器3相连，给模拟信号隔离放大器3提供隔离电源；模拟信号隔离放大器3与转换器4相连，实现模拟电压的隔离；转换器4与主控制器5相连，实现电压信号的转换；主控制器5分别与多路模拟开关模块1和USB总线接口6相连，并将转换的数据送至USB总线接口6。

本发明的一种用于机电检测维修车的全隔离模拟电压监测装置的工作原理为，由主控制器5控制多路模拟开关模块1实现模拟电压的通道选择，所述的电源隔离转换模块2与模拟信号隔离放大器3相连，给模拟信号隔离放大器3提供隔离电源，所述的模拟信号隔离放大器3实现模拟电压的隔离，所述的转换器4实现电压信号的A/D转换，并送入主控制器5，所述的主控制器5实现多路模拟开关模块1、转换器4的控制，并将接收到的数据送至USB总线接口6。

图2为模拟信号隔离放大器3的原理框图。如图2所示，模拟信号隔离放大器3由增益放大调节电路11、全波调制器12、第一变压器13、同步解调器14、电源输入电路15、电源振荡电路16、第二变压器17、第三变压器18组成。所述增益放大调节电路11用于对获取的电压信号进行放大，所述全波调制器12将放大后的电压信号变换成载波信号，所述变压器13将载波信号送入同步解调器14解调，以致在输出端重现输入信号。所述电源振荡电路16将+15V电源产生频率为50kHz 的载波信号, 通过第二变压器17和第三变压器18, 在隔离的输入和输出部分形成电流为5mA 的±15V 隔离电压, 分别作为前置放大和输出电路的激励信号源，从而完成模拟信号隔离放大器3输入、输出和电源的三端隔离。从而保证本发明装置的复杂电磁环境的适应性。

主控制器（5）可选用带USB接口的微控制器，如美国Cygnal公司生产的型号为C8051F320的单片机。

电源隔离转换模块（2）可选用广州金升阳公司生产的型号为WRB0515P-3W2的电源隔离模块。

多路模拟开关模块（1）可选用美国TI公司生产的型号为CD4501的多路模拟开关。

转换器（4）可选用美国AD公司生产的型号为AD7707的16位AD转换器。AD7707 采用SPI/Q SPI 兼容的三线串行接口, 能够方便地与各种微控制器和DSP连接,也比并行接口方式大大节省了CPU 的I/O 口。同时具有高分辨率、宽动态范围、自校准、优良的抗噪声性能以及低电压低功耗等特点, 非常适合仪表测量、工业控制等领域的应用。

图1中整个系统还需要晶振，晶振与主控制器1连接，晶振的大小随所选的主控制器1而定。如选美国Cygnal公司生产的型号为C8051F320的单片机，则晶振可选25MHz。

图3为本发明的一种用于机电检测维修车的全隔离模拟电压监测装置的软件流程框图。如图3所示，系统上电后完成初始化主控制器、USB接口、SPI接口，设置定时器，设置模拟开关，设置AD转换器等操作。10ms定时中断产生后，主控制器控制多路模拟开关完成每路电压通道的数据采集。数据采集完毕或10ms中断未到且数据处理存储区域中已有20个数据，则对数据处理存储区域中的数据进行处理。200ms定时中断产生后发送一次监测结果。

本发明的一种用于机电检测维修车的全隔离模拟电压监测装置数据采集处理流程为：每10ms采集一次8路电压通道数据，并将其存入相应的的数据处理存储区域中，每8个数据存储区域共有20个存储单元（相应的数据结构为循环队列，采用最新数据替代最老数据的覆盖方式）。系统空闲时间对8路20个存储单元的数据进行处理，处理的基本方法为：丢弃20个存储单元中最大的2个数据和最小的2个数据，并对其剩下的16个数据求算术平均值，并将结果存入发送存储区域中。系统每200ms按照通讯协议通过USB传输接口发送一次监测结果。

Claims (2)

1.一种用于机电检测维修车的全隔离模拟电压监测装置，其特征在于：所述的装置含有硬件和软件两个部分，硬件部分包括多路模拟开关模块（1）、电源隔离转换模块（2）、模拟信号隔离放大器（3），转换器（4）,主控制器（5）,USB总线接口（6）；多路模拟开关模块（1）分别与主控制器（5）和模拟信号隔离放大器（3）相连，由主控制器（5）控制多路模拟开关模块（1）实现模拟电压的通道选择；电源隔离转换模块（2）与模拟信号隔离放大器（3）相连，给模拟信号隔离放大器（3）提供隔离电源；模拟信号隔离放大器（3）与转换器（4）相连，实现模拟电压的隔离；转换器（4）与主控制器（5）相连，实现电压信号的转换；主控制器（5）分别与多路模拟开关模块（1）和USB总线接口（6）相连，并将转换的数据送至USB总线接口（6）；软件部分为主控制器运行程序，置于主控制器（5）内。

2.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于：所述的模拟信号隔离放大器（3）由增益放大调节电路（11）、全波调制器（12）、第一变压器(13)、同步解调器（14）、电源输入电路（15）、电源振荡电路（16）、第二变压器（17）、第三变压器（18）组成；所述增益放大调节电路（11）用于对获取的电压信号进行放大，所述全波调制器（12）将放大后的电压信号变换成载波信号，所述第一变压器（13）将载波信号送入同步解调器（14）解调，以致在输出端重现输入信号；所述电源振荡电路（16）将+15V电源产生频率为50kHz 的载波信号, 通过第二变压器（17）和第三变压器（18）, 在隔离的输入和输出部分形成电流为5mA 的±15V 隔离电压, 分别作为前置放大和输出电路的激励信号源，从而完成模拟信号隔离放大器（3）输入、输出和电源的三端隔离。

Images