CN104155680A - 基于ads1605的多道能谱分析仪数据采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于ADS1605的多道能谱分析仪数据采集装置，它以16位5MHz高速高精度ADS1605模数转换器为模拟电路部分核心进行数据采集，模拟部分还包括前端放大电路、线性放大电路、滤波成形电路、差分输入电路组成。数字部分以嵌入式微处理器LPC2290为核心，通过16个GPIO接口与模拟转换器相连接进行并行数据传输保证了数据的准确性和高速传输性，通过CAN总线实现数据采集装置和计算机之间的数据传输，通过232串口总线实现计算机对数据采集装置的实时控制。利用LPC2290处理器的高速数据处理功能，提高了数据采集装置的数据可靠性和整个系统性能。

Description

基于ADS1605的多道能谱分析仪数据采集装置

技术领域

本发明属于核能谱测量技术领域，涉及一种基于ADS1605的多道能谱分析仪数据采集装置。

背景技术

核能谱测量技术是一门综合性很强的新兴技术，综合了电子技术、核探测技术、计算机技术等多个学科。目前，它已经成为物质成分分析的重要手段之一，在医学、地质学、环境学、化学、考古学等学科扮演越来越重的角色。

随着核电子学和计算机技术的迅速发展，多道能谱分析仪的性能不断提高。国外的核谱仪性能较高，但价格昂贵，在国内大多数用户中难以广泛应用。国内研究者经过几年的努力，由早期传统的模拟电路和数字电路构建的多道能谱仪发展至今已研制开发了多种型号的野外（现场）使用的能谱仪。目前多道能谱仪正向着功能强大，性能稳定，仪器集成度高，操作环境简便易用，功耗低的趋势发展。

数据采集装置作为硬件系统的一个关键组成装置主要完成这几个主要任务：（1）信号放大，对输入的电荷级信号具有较强的放大能力，并保证信号在放大过程中不失真；（2）信号调理，数据采集装置输入信号由外部噪声、系统噪声和有用信号叠加组成的，通过滤波成形电路可以对信号进行处理；（3）数据采集，为了对原始数据预处理和获得较好的测量结果（特别在科研应用中）需要具有较快的采集速度和测量精度；（4）通过CAN总线与主机相连接，与主机进行数据通讯；（5）通过232串口总线与主机相连接，接收主机发来的命令实现主机对数据采集装置的实时控制。

发明内容

    本发明的目的就是提供一种能满足核能谱分析仪系统中硬件系统对数据采集装置要求的多道能谱分析仪数据采集装置。

本发明的技术方案：

 一种基于ADS1605的多道能谱分析仪数据采集装置，包括模拟部分和数字部分，模拟部分由模数转换器U6、前端放大电路U1、线性放大电路U2、滤波成形电路U3、差分输入电路U4和电压基准电路U5组成，数字部分核心由微处理器U7组成，微处理器U7控制数据的采集与传输；信号从前端放大电路U1进入数据采集装置，通过线性放大电路U2，由滤波成形电路U3对信号进行滤波成形处理,经差分输入电路U4输入到模数转换器U6的4、5号引脚，电压基准电路U5连接模数转换器U6的60-64号引脚，模数转换器U6的29-44号引脚与微处理器U7的51、61、63、68、69、75、76、78、84、85、92、99、100、101、121、122号引脚连接进行数据并行传输，模数转换器U6的22-24号引脚与微处理器U7的1、136、137号引脚连接控制模数转换器U6的状态读取；微处理器U7对数据进行数字滤波处理，并通过CAN总线将处理后的数据传送给计算机；计算机通过232串口总线对数据采集装置进行实时控制。

优选：所述的模数转换器为ADS1605，具有16位并行数据传输5MHz采样速率；微处理器为嵌入式处理器LPC2290，配备有256KSRAM内存IS61LV25616；前端放大电路U1中设有放大器芯片LF357； 线性放大电路U2中设有放大器芯片NE5534；差分输入电路U4中设有运算放大器芯片OPA2822；电压基准电路U5中设有电压基准芯片REF028U；CAN总线中设有CAN总线隔离器CTM8251。

本发明基于ADS1605多道能谱分析仪数据采集装置，为了提高数据采集装置的采集速度和稳定性，采用16位并行采集方式，采集速率可达到5MH；利用LPC2290微处理器的高速数据处理功能，提高了采集数据处理速度的同时也使采集到的数据不丢失；采用数字滤波算法对数据进行预处理，提高了数据采集装置的数据可靠性和整个系统性能；通过CAN总线将微处理器采集到的数据传送给计算机进行分析处理使采集的数据更准确和直观，同时计算机可以通过232串口总线对数据采集装置进行实时控制，提高了数据采集装置的可控性并使装置智能化。

附图说明

图1为本发明结构示图；

图2为本发明实施例中模拟部分电路示意图；

图3为本发明实施例中数字部分电路示意图。

具体实施方式

本发明可以通过上述发明技术方案具体实施，通过下述技术实验报告及实施例作进一步说明，然而，本发明的范围并不限于下述实施例。

实施例1：

一种基于ADS1605的多道能谱分析仪数据采集装置，包括模拟部分和数字部分，模拟部分由模数转换器U6、前端放大电路U1、线性放大电路U2、滤波成形电路U3、差分输入电路U4和电压基准电路U5组成，数字部分核心由微处理器U7组成，信号从前端放大电路U1进入数据采集装置，通过线性放大电路U2，滤波成形电路U3,经差分输入电路U4输入到模数转换器U6的4、5号引脚，电压基准电路U5连接模数转换器U6的60-64号引脚，模数转换器U6的29-44号引脚与微处理器U7的51、61、63、68、69、75、76、78、84、85、92、99、100、101、121、122号引脚连接进行数据并行传输，模数转换器U6的22-24号引脚与微处理器U7的1、136、137号引脚连接。

微处理器U7的6、8号引脚通过 CAN总线与计算机连接；计算机通过232串口总线与微处理器U7的42、49号引脚连接。

所述的模数转换器为ADS1605，具有16位并行数据传输5MHz采样速率；微处理器为嵌入式处理器LPC2290，配备有256KSRAM内存IS61LV25616；前端放大电路U1中设有放大器芯片LF357； 线性放大电路U2中设有放大器芯片NE5534；差分输入电路U4中设有运算放大器芯片OPA2822;电压基准电路U5中设有电压基准芯片REF028U；CAN总线中设有CAN总线隔离器CTM8251。

结合附图作再进一步说明：

图1中，输入信号通过U1进入数据采集装置并进行一级放大，经过一级放大后的信号输入到U2进行二级线性主放，经过两级放大后的信号由外部噪声、系统噪声和有用信号叠加组成的，通过U3对信号进行滤波成形处理，将滤波处理后的信号输入到U4进行差分处理形成差模信号，将形成的差模信号输入到16位ADS1605模数转换器U6进行模数转换，U6由电压基准电路U5提供可调的外部可调的参考电压，U6将转换完成的数据通过并行传输方式传输到数字部分核心LPC2290处理器U7。

模拟部分结构如图2所示。经过滤波后的信号通过U4将输出的差模信号的正向输出和负向输出分别接到16位ADS1605模数转换器U6的4、5号引脚，电压参考电路U5输出的正向基准、电压中值、负向基准分别连接到U6的63、62、61引脚，U6将转换的数字信号传给数字部分核心U7。

    数字部分结构如图3所示；16位ADS1605模数转换器U6的29—44号引脚与ARM7-2290处理器U7的51、61、63、68、69、75、76、78、84、85、92、99、100、101、121、122号引脚连接，U6将转换完成的数据以并行传输的方式传输给U7，U6的22—24号引脚与U7的1、136、137号引脚连接实现状态读取和控制，U7的6、8号引脚与CAN总线隔离器CTM8251连接形成CAN总线通信模块，通过42、49号引脚与MAX232芯片连接形成RS232串口通信模块；数字部分核心LPC2290处理器U7将U6传输过来的数据进行处理分析后将有用数据通过CAN总线传输给主机，通过232串口总线可以实现主机对数据采集装置进行实时控制。

    由于LPC2290处理器U7是32位内核的CPU，时钟高达60MHZ，片内含有256KB的片内存储器用于程序存储，外边配备有256KB SRAM内存作为数据数据存储空间，这样能够满足数据采集和预处理的需求。它内带CAN接口和UART串口可以实现CAN 总线通信和RS232串口通信。

数据采集电压测量采用了ADS1605模数转换芯片U6，它是16位，双极性差分输入通道，最快采集速率达到5MSPS，低噪声，低偏置，低温漂，低功耗模数转换器，用于多道能谱分析仪数据采集装置非常理想。

数字部分核心LPC2290处理器U7可以接收主机发来的命令，控制数据采集的方式，采集方式分为两种。方式一：定时采集，通过U7的定时器功能来控制数据采集装置的采集时间，这样既可以达到实时控制又能降低功耗。方式二：定量采集，通过U7的计数器功能来控制数据采集装置的采集次数，这样在节约数据内存的同时也提高了采集装置的采集效率。

本实施例中除有特别说明以外，其涉及的U1—U7为通用电路或电子器件。

Claims (2)

1.一种基于ADS1605的多道能谱分析仪数据采集装置，包括模拟部分和数字部分，其特征在于：

模拟部分由模数转换器U6、前端放大电路U1、线性放大电路U2、滤波成形电路U3、差分输入电路U4和电压基准电路U5组成；

数字部分核心由微处理器U7组成，微处理器U7控制数据的采集与传输；

信号从前端放大电路U1进入数据采集装置，通过线性放大电路U2，由滤波成形电路U3对信号进行滤波成形处理,经差分输入电路U4输入到模数转换器U6的4、5号引脚，电压基准电路U5连接模数转换器U6的60-64号引脚，模数转换器U6的29-44号引脚与微处理器U7的51、61、63、68、69、75、76、78、84、85、92、99、100、101、121、122号引脚连接进行数据并行传输，模数转换器U6的22-24号引脚与微处理器U7的1、136、137号引脚连接控制模数转换器U6的状态读取；

微处理器U7对数据进行数字滤波处理，并通过CAN总线将处理后的数据传送给计算机；计算机通过232串口总线对数据采集装置进行实时控制。

2.根据权利要求1所述的基于ADS1605的多道能谱分析仪数据采集装置，其特征在于：所述的模数转换器为ADS1605，具有16位并行数据传输5MHz采样速率；微处理器为嵌入式处理器LPC2290，配备有256KSRAM内存IS61LV25616；前端放大电路U1中设有放大器芯片LF357； 线性放大电路U2中设有放大器芯片NE5534；差分输入电路U4中设有运算放大器芯片OPA2822；电压基准电路U5中设有电压基准芯片REF028U；CAN总线中设有CAN总线隔离器CTM8251。