CN105306060B - 一种抗干扰高精度模拟量采样方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抗干扰高精度模拟量采样方法及装置，所述的装置包括放大电路、模/数转换器和数字信号处理单元；模/数转换器上连接有基准电压发生器；放大电路的输出端接模/数转换器的输入端，模/数转换器的输出端与数字信号处理器的输入端相连；所述的放大电路采用基于运算放大器的电压跟随器；被测信号由模拟信号输入端输入，模拟信号输入端经限流电阻R2与运算放大器的同向输入端相连，运算放大器的反向输入端相连运算放大器的输出端，运算放大器的输出端为放大电路的输出端。该抗干扰高精度模拟量采样方法及装置易于实施，采样精度高。
Description
技术领域
本发明涉及一种抗干扰高精度模拟量采样方法及装置。
背景技术
散料输送领域应用现场时常需要采集如电流表、皮带秤、变频器、碎煤机振动检测仪表等设备提供的4-20mA模拟量信号，部分信号采样如皮带秤瞬时流量需要达到1‰或更高的精度要求。现有的应用于散料输送领域的模拟量采样方案，由于器件误差、温漂等各方面的影响导致采样精度无法满足使用要求。同时，由于现场应用环境恶劣，会产生各种各样的干扰噪声影响采样，轻则造成采样值不准确而导致误判误动作，重则导致电路失效或者损毁。
因此，有必要设计一种抗干扰高精度模拟量采样方法及装置。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种抗干扰高精度模拟量采样方法及装置，该抗干扰高精度模拟量采样方法及装置易于实施，采样精度高。
发明的技术解决方案如下：
一种抗干扰高精度模拟量采样装置，包括放大电路、模/数转换器和数字信号处理单元；模/数转换器上连接有基准电压发生器；
放大电路的输出端接模/数转换器的输入端，模/数转换器的输出端与数字信号处理器的输入端相连；
所述的放大电路采用基于运算放大器的电压跟随器；
被测信号由模拟信号输入端输入，模拟信号输入端经限流电阻R2与运算放大器的同向输入端相连，运算放大器的反向输入端相连运算放大器的输出端，运算放大器的输出端为放大电路的输出端。
放大电路的输出端与模/数转换器的输入端之间设有滤波电路；滤波电路包括电阻R3和电容C2；电阻R3接在放大电路的输出端与模/数转换器的输入端之间；电容C2的一端接模/数转换器的输入端，另一端接地。
模拟信号输入端通过采样电阻R1接地；采样电阻R1并联有电容C1。
采样电阻R1并联有压敏电阻M1。
运算放大器的同向输入端与地之间接有静电管D1。
基准电压发生器输出2.5V基准电压。
在与数字信号处理单元相连的存储器中构建一个滤波缓冲区，用于存储连续的ADC_FLITER_LEN个采样值；连续的ADC_FLITER_LEN个采样值的平均值作为最终的采样值。
为每一个采样值设定一个时标timeMark[i]，i为序数，i为0，1，2，…，ADC_FLITER_LEN-1；每增加一个采样值，i增加1；当i＝ADC_FLITER_LEN-1时，再增加1则清零。【ADC_FLITER_LEN取值范围为：1-16中的任意一个值，根据用户要求选择。】
ADC_FLITER_LEN取值为20。
一种抗干扰高精度模拟量采样方法，采用前述的抗干扰高精度模拟量采样装置实现抗干扰高精度模拟量采样。
本发明的所指的高精度是指达到1‰或更高的精度要求。
有益效果：
本发明的抗干扰高精度模拟量采样方法及装置，通过搭建精密的前端信号处理电路以及与之配套的基于取平均的算法，实现抗干扰和高精度的模拟量采样。硬件部分主要是模拟信号前端处理电路以及模/数转换电路等，在不考虑算法的基础上尽量使采样精度靠近要求。数值计算部分以硬件电路为基础，通过多次求值取平均值的方案确保计算的精确性和科学性，从而提高系统的抗干扰能力。
与现有的技术相比，本发明具有以下优点：精度高，采样精度能达到1‰以上；抗干扰能力强，能够适应恶劣的现场环境；稳定性好，采样数据无跳变。
该方法应用于散料输送领域，且具有通用性。
附图说明
图1为抗干扰高精度模拟量采样硬件电路图；
图2是抗干扰算法采样流程图；
图3是抗干扰算法计算流程图。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：
实施例1：
参见图1，抗干扰高精度模拟量采样装置的硬件电路包括前端信号处理电路、电压跟随器、基准电压发生器、模/数转换电路[即模/数转换器]以及数字信号处理单元。数值计算部分则主要是通过多次采样取平均值的方案，实现采样抗干扰，防止数据跳变。
所述前端信号处理电路由压敏电阻M1、采样电阻R1、滤波电容C1、限流电阻R2以及静电管D1组成。其中压敏电阻M1为保护电路不受外界冲击电压干扰，采样电阻R1为精度1‰以上的精密电阻，静电管D1则为超低漏电流的静电保护管，在不影响采样精度的同时保护运算放大器不被静电干扰损坏。
所述电压跟随器由运算放大器U1、RC低通滤波器R3和C2组成，用于提高采样信号的输入阻抗以提高电路的稳定性。选用低失调低温漂的精密运放D8694ARZ，降低运放对采样信号的影响以提高采样精度。
各电阻、电容以及二极管的规格：M1：FPV201209S5R6PLT，R1：AR12BTCU1000(100Ω/2512)，R2：RS-03K472FT，R3：RS-03K102FT，C1：0603B102K500NT，C2：0603B102K500NT，D1：PESD5VOS1BA。
所述基准电压发生器为标准的2.5V基准电压发生器，需选用工业级高精度低温漂基准电压芯片美信MAX6008AESA。
所述模/数转换电路接基准电压发生器以及电压跟随器的输出端，用于将所述的基准电压以及模拟量输入信号转换为数字信号，输出至数字信号处理单元。模/数转换电路采用AD7192BRUZ芯片。
所述数字信号处理单元为数字信号处理器或者单片机。
所述软件部分采用的是通过多次采样取平均值的方案，采样流程图参见图2。模/数转换器采集ADC_FLITER_LEN次模拟量，取其平均值作为当前采样值。计算流程图参见图3，构建一个滤波缓冲区，其大小为ADC_FLITER_LEN，作为模拟量输入的一级缓冲。取缓冲区模拟量求平均值作为当前采样值。同时为每个模拟量采样分配一个时标timeMark[i](i＜ADC_FLITER_LEN)，用来记录模拟量被存入缓冲区的时间，作为被采样的模拟量是否是一次实时数据的判断标志。每执行一次ADC采样，时标值加1，当这个时标大于某个阀值时，例如20，则认为这个对应的采样值是一个过时的数据，将不被作为平均的数据源，该模拟量值将会被最新采样的模拟量代替，即使用最新一轮平均值的运算替换已过时的数据。注意，流程图中的判断值是为了方便理解而增加，可以根据需求进行更改。
重要数据结构：
Claims (8)
1.一种抗干扰高精度模拟量采样装置，其特征在于，包括放大电路、模/数转换器和数字信号处理单元；模/数转换器上连接有基准电压发生器；
放大电路的输出端接模/数转换器的输入端，模/数转换器的输出端与数字信号处理器的输入端相连；
所述的放大电路采用基于运算放大器的电压跟随器；
被测信号由模拟信号输入端输入，模拟信号输入端经限流电阻R2与运算放大器的同向输入端相连，运算放大器的反向输入端相连运算放大器的输出端，运算放大器的输出端为放大电路的输出端；
放大电路的输出端与模/数转换器的输入端之间设有滤波电路；滤波电路包括电阻R3和电容C2；电阻R3接在放大电路的输出端与模/数转换器的输入端之间；电容C2的一端接模/数转换器的输入端，另一端接地；
为每一个采样值设定一个时标timeMark[i]，i为序数，i为0,1，2，…,ADC_FLITER_LEN-1；每增加一个采样值，i增加1；当i＝ADC_FLITER_LEN-1时，再增加1则清零。
2.根据权利要求1所述的抗干扰高精度模拟量采样装置，其特征在于，模拟信号输入端通过采样电阻R1接地；采样电阻R1并联有电容C1。
3.根据权利要求2所述的抗干扰高精度模拟量采样装置，其特征在于，采样电阻R1并联有压敏电阻M1。
4.根据权利要求1所述的抗干扰高精度模拟量采样装置，其特征在于，运算放大器的同向输入端与地之间接有静电管D1。
5.根据权利要求1所述的抗干扰高精度模拟量采样装置，其特征在于，基准电压发生器输出2.5V基准电压。
6.根据权利要求1所述的抗干扰高精度模拟量采样装置，其特征在于，在与数字信号处理单元相连的存储器中构建一个滤波缓冲区，用于存储连续的ADC_FLITER_LEN个采样值；连续的ADC_FLITER_LEN个采样值的平均值作为最终的采样值。
7.根据权利要求1所述的抗干扰高精度模拟量采样装置，其特征在于，ADC_FLITER_LEN取值为20。
8.一种抗干扰高精度模拟量采样方法，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述的抗干扰高精度模拟量采样装置实现抗干扰高精度模拟量采样。
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