CN104267640A - 一种模拟信号通用采集电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种模拟信号通用采集电路，包括电阻、三极管和电容；三极管Q1的发射极与电阻R1的一端连接，基极与电阻R1的另一端连接，集电极分别与电阻R2的一端、电阻R4的一端以及电阻R6的一端连接；三极管Q2的发射极分别与电阻R6的另一端、电阻R7的一端以及电容C1的一端连接，基极与电阻R7的另一端连接，集电极分别与电阻R4的另一端以及电阻R5的一端连接；电阻R5的另一端分别与电阻R3的一端以及电容C1的另一端连接；采集电路用于采集电压信号、脉冲信号、电流信号、电阻信号中的任意一种信号。这种采集电路可灵活的实现对多种模拟信号的采样处理；避免在外部模拟信号种类发生变化时的重复设计，解决模拟采集电路的通用化、模块化问题。

Description

一种模拟信号通用采集电路

技术领域：

本发明涉及一种采集电路，具体讲涉及一种多类型模拟信号的通用采集电路。

背景技术：

车辆电气系统包含多种电子控制单元。随着车辆信息化、数字化程度的逐渐提升，日益繁多的控制与监测功能可以满足车辆电子系统的逻辑处理和控制需求，各电子控制单元能够采集电压、电流、电阻、脉冲等多种模拟信号。

车辆中表征车辆各部分运行状态的物理信号经由诸如车速传感器、压力传感器、温度传感器等传感器采集转化为电压、电流、电阻或脉冲等模拟信号后再由电子控制单元的信号采集电路对其进行采样处理，转化成电子控制单元能够识别和接受的数字信号，进而实现监测和逻辑控制功能。因此，模拟信号采集电路作为信号处理的关键环节，其功能设计的合理与否在整个电子控制单元的电路设计中就显得尤为重要。

本发明人发现传统的模拟信号采集电路是针对电压信号、电流信号、电阻信号或脉冲信号等不同类型的模拟信号设计的不同类型的采集电路。在不同车型的实际使用过程中，这种方法存在至少以下两个缺点：第一是当产品的某路信号采集类型需求发生变化时，需要重新设计硬件，通用性和灵活性不够，不利于产品的系列化和通用化；第二是产品开发周期长、调试任务重，不利于快速产品开发。

为解决上述提出的问题，同时能够较好的满足模拟信号采样的功能需求，适应车辆产品通用化发展趋势。需要提供一种通用的模拟信号采集电路，用于采集不同类型的模拟信号。

发明内容：

为了克服现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种模拟信号通用采集电路，通过简单可靠的控制方法，灵活的实现对多种模拟信号的采样处理；避免在外部模拟信号种类发生变化时的重复设计，解决模拟采集电路的通用化、模块化问题。

本发明提供的技术方案是：一种模拟信号通用采集电路，包括电阻、三极管和电容；其改进之处在于：所述电阻包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7，所述三极管包括三极管Q1、Q2，所述电容包括电容C1；

所述三极管Q1的发射极与所述电阻R1的一端连接，基极与所述电阻R1的另一端连接，集电极分别与所述电阻R2的一端、所述电阻R4的一端以及所述电阻R6的一端连接；

所述三极管Q2的发射极分别与所述电阻R6的另一端、所述电阻R7的一端以及所述电容C1的一端连接，基极与所述电阻R7的另一端连接，集电极分别与所述电阻R4的另一端以及所述电阻R5的一端连接；

所述电阻R5的另一端分别与所述电阻R3的一端以及所述电容C1的另一端连接；

所述采集电路用于采集电压信号、脉冲信号、电流信号、电阻信号中的任意一种信号。

优选的，所述三极管Q1的发射极与+5V电源相连，所述三极管Q2的发射极接地。

优选的，所述三极管Q1的基极与单片机的P0口连接；所述三极管Q2的基极与单片机的P1口连接。

优选的，所述电容C1与所述电阻R3的连接端为所述采集电路的输入端。

优选的，所述电阻R2的另一端和所述电阻R3的另一端分别为所述采集电路的输出端。

进一步，采集电路采集电压或脉冲信号的过程为：设置P0口为高电位，P1口为低电位，所述三极管Q1和所述电极管Q2均截止；

电容C1与电阻R3的连接端输入电压或脉冲信号Uin，电阻R3的另一端输出电压Uout；所述输入电压或脉冲信号Uin＝所述输出电压Uout。

进一步，采集电路采集电流信号的过程为：设置P0口和P1口为高电位，所述三极管Q1截止，所述三极管Q2导通；

所述三极管Q2导通后的导通压降为U_D，电容C1与电阻R3的连接端输入电流信号I；电阻R3的另一端输出电压U_OUT1；所述输入电流信号其中R₅为电阻R5的阻值。

进一步，采集电路采集电阻信号的过程为：设置P0口和P1口为低电位，所述三极管Q1导通，所述三极管Q2截止；

电容C1与电阻R3的连接端输入电阻信号R_in，电阻R3的另一端输出电压U_out1，电阻R2的另一端输出端输出电压U_out2；

流经所述电阻R_in的电流＝流经电阻R4的电流＝流经电阻R5的电流＝电流I_e；

所述电流其中R₄为电阻R4的阻值，R₅为电阻R5的阻值；

所述电阻 $R_{\mathrm{in}}=\frac{U_{\mathrm{out}1}}{I_e}.$

与最接近的技术方案相比，本发明具有如下有益效果：

本发明利用同一种硬件采集电路，结合两个IO口和两个AD口，通过单片机对三极管进行控制，实现了电压、电流、电阻、脉冲等多种模拟信号的统一采集，解决了模拟采集电路的通用化、模块化问题，大大降低了系列化产品的开发周期。

附图说明：

图1为本发明采用的通用电路；

图2为采集电压或脉冲信号的等效电路；

图3为采集电流信号的等效电路；

图4为采集电阻信号的等效电路。

具体实施方式：

为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步地说明。

本发明所提供的通用采集电路的电路原理图如图1所示：

IN为外部待采样的模拟信号输入接口，OUT1和OUT2为AD采样口，即通用采集电路的输出端口，端口处电压U_OUT1和U_OUT2可直接采得；+5V为电路其余部分提供的参考电压；P0和P1为单片机I/O口，用来控制两个三极管Q1、Q2的通断；C1为滤波电容，滤除外部输入信号的高频干扰信号；采样不同的模拟信号时，通过电路中电阻的电气特性来分析计算电压、电流、电阻或脉冲信号。

其中，R1＝100KΩ，R2＝22KΩ，R3＝22KΩ，R4＝1KΩ，R5＝220Ω，R6＝100KΩ，R7＝100KΩ，C1＝100pF；三极管Q1、Q2可采用型号为MM3904或2N3904-AP的三极管或其它小信号三极管。

该采集电路能够实现对电压信号、脉冲信号、电流信号以及电阻信号的采样处理。

1)该电路实现模拟电压信号的采样功能时，通过单片机I/O口控制三极管基极电位，通过配置P0口为高电位、P1口为低电位，将两个三极管均截止，可得到采样电压的等效电路，如图2所示；电压信号输入时，可直接通过OUT1口采集输入信号的电压幅值。此时，对于外部输入电压信号U：

U＝U_OUT1＝U_IN；

2)该电路实现脉冲信号采样功能时的采样方式和图2一样，通过单片机I/O口控制三极管基极电位，通过配置P0口为高电位、P1口为低电位，使两个三级管均处于截止工作状态，即断开状态。从而可在采集电路的一个输出引脚上，得到外部输入脉冲随时间变化的高低电压幅值，对于外部输入脉冲信号U：

U＝U_OUT1＝U_IN；

通过单片机对高低电压变化次数的判断，实现对脉冲信号的计数采集。

3)该电路实现电流信号的采样功能时，通过单片机I/O口控制三极管基极电位，通过配置P0口和P1口均为高电位、将Q1截止，Q2导通，就得到采样电流信号的等效电路，如图3所示。

电路设计时，R4、R6均选择阻值数倍于R5的大电阻，因此在计算时，可视R4和R6所在电路为开路状态；Q2导通后存在导通压降U_D，图中用二极管示意。外部输入电流I则可用如下公式计算：

$I=\frac{U_{\mathrm{OUT}1}-U_D}{R_5}$

4)该电路实现电阻信号的采样功能时，通过单片机I/O口控制三极管基极电位，通过配置P0口和P1口均为低电位、将Q1导通，Q2截止，就得到采样电阻信号的等效电路，如图4所示。

由于R6较大，分流极小，因此可将其与C1视为开路，可将R2两端电压视为相等，R3两端电压视为相等。外部输入电阻R_in上流经电流与R4、R5中流经电流一样，用I_e表示：

$I_e=\frac{U_{\mathrm{OUT}2}-U_{\mathrm{OUT}1}}{R_4+R_5}$

外部输入电阻R_in为：

$R_{\mathrm{in}}=\frac{U_{\mathrm{OUT}1}}{I_e}.$

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种模拟信号通用采集电路，包括电阻、三极管和电容；其特征在于：所述电阻包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7，所述三极管包括三极管Q1、Q2，所述电容包括电容C1；

所述三极管Q1的发射极与所述电阻R1的一端连接，基极与所述电阻R1的另一端连接，集电极分别与所述电阻R2的一端、所述电阻R4的一端以及所述电阻R6的一端连接；

所述三极管Q2的发射极分别与所述电阻R6的另一端、所述电阻R7的一端以及所述电容C1的一端连接，基极与所述电阻R7的另一端连接，集电极分别与所述电阻R4的另一端以及所述电阻R5的一端连接；

所述电阻R5的另一端分别与所述电阻R3的一端以及所述电容C1的另一端连接；

所述采集电路用于采集电压信号、脉冲信号、电流信号、电阻信号中的任意一种信号。

2.如权利要求1所述的一种模拟信号通用采集电路，其特征在于：

所述三极管Q1的发射极与+5V电源相连，所述三极管Q2的发射极接地。

3.如权利要求1所述的一种模拟信号通用采集电路，其特征在于：

所述三极管Q1的基极与单片机的P0口连接；所述三极管Q2的基极与单片机的P1口连接。

4.如权利要求1所述的一种模拟信号通用采集电路，其特征在于：

所述电容C1与所述电阻R3的连接端为所述采集电路的输入端。

5.如权利要求1所述的一种模拟信号通用采集电路，其特征在于：

所述电阻R2的另一端和所述电阻R3的另一端分别为所述采集电路的输出端。

6.如权利要求3所述的一种模拟信号通用采集电路，其特征在于：

采集电路采集电压或脉冲信号的过程为：设置P0口为高电位，P1口为低电位，所述三极管Q1和所述电极管Q2均截止；

电容C1与电阻R3的连接端输入电压或脉冲信号Uin，电阻R3的另一端输出电压Uout；所述输入电压或脉冲信号Uin＝所述输出电压Uout。

7.如权利要求3所述的一种模拟信号通用采集电路，其特征在于：

采集电路采集电流信号的过程为：设置P0口和P1口为高电位，所述三极管Q1截止，所述三极管Q2导通；

所述三极管Q2导通后的导通压降为U_D，电容C1与电阻R3的连接端输入电流信号I；电阻R3的另一端输出电压U_OUT1；所述输入电流信号其中R₅为电阻R5的阻值。

8.如权利要求3所述的一种模拟信号通用采集电路，其特征在于：

采集电路采集电阻信号的过程为：设置P0口和P1口为低电位，所述三极管Q1导通，所述三极管Q2截止；

电容C1与电阻R3的连接端输入电阻信号R_in，电阻R3的另一端输出电压U_out1，电阻R2的另一端输出端输出电压U_out2；

流经所述电阻R_in的电流＝流经电阻R4的电流＝流经电阻R5的电流＝电流I_e；

所述电流其中R₄为电阻R4的阻值，R₅为电阻R5的阻值；

所述电阻 $R_{\mathrm{in}}=\frac{U_{\mathrm{out}1}}{I_e}.$