CN105487439A - 一种应用于多路ad采集的双重隔离装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于多路AD采集的双重隔离装置及隔离方法，属于测控技术领域；现有技术中仅由单独考虑隔离模拟信号或隔离数字信号的AD采集，本发明提供的隔离装置通过对AD转换器输入端的模拟量隔离，以减少外部噪声的影响，提高模拟信号的输入精度；通过对输出端以及控制信号的数字隔离，确保AD采集的安全性，具有突出的高可靠性、高安全性的电气隔离，架构简单、使用灵活、应用范围广，具有较高的实用价值。

Description

一种应用于多路AD采集的双重隔离装置及方法
技术领域
本发明属于测控技术领域，更具体地，涉及一种应用于多路AD采集的双重隔离装置及方法。
背景技术
在自动化控制、自动化检测、计算机数据采集测试等诸多工业测试控制系统中，现场模拟信号的采集往往在系统设计中有着重要的地位。在AD采集模块的设计中，为了数据采集的精确性和系统的安全性，尤其是对环境适应性和数据精确性有着更严苛要求的国防军工装备中，对AD采集进行隔离是行之有效的方法。但是在传统的隔离系统设计中，只是对模拟隔离和数字隔离进行孤立的设计，而没有考虑到在只进行一种隔离设计时，另一种未隔离信号所带来的不利影响。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种应用于多路AD采集的双重隔离装置及方法，其通过对关键部件如模拟隔离电路、数字模拟电路等结构和布局的研究和设计，实现了对AD采集的完全隔离，同时具备数据采集的精确性、设备操作的安全性、系统运行的环境适应性等优点，并可通过MCU或其他控制器的控制，实现不同模式下的多路AD采集，以适应不同的需求，因而尤其适用于AD采集的隔离。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种应用于多路AD采集的双重隔离装置，其特征在于，该装置包括模拟信号输入端的信号调理电路、信号调理之后的模拟隔离电路、模拟信号被隔离之后进入的AD采集电路、数字隔离电路、控制和信号处理器以及隔离电源供电模块；
所述信号调理电路的输出端连接所述模拟隔离电路的输入端，所述模拟隔离电路的输出端连接所述AD采集电路的输入端，所述AD采集电路的数字端与所述数字隔离电路进行交互，所述数字隔离电路再与控制和信号处理器进行交互。
优选地，所述数字隔离电路采用双向通信的多通道数字隔离器，或由两个及以上单向通信的数字隔离器组合使用。
按照本发明的另一方面，提供了一种使用应用于多路AD采集的双重隔离装置的隔离方法，所述隔离装置包括模拟信号输入端的信号调理电路、信号调理之后的模拟隔离电路、模拟信号被隔离之后进入的AD采集电路、数字隔离电路、控制和信号处理器以及隔离电源供电模块，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)在多路模拟信号输入之前分别对所述多路模拟信号做电压调理处理，以符合AD转换器的采集要求；
(2)采用隔离放大器来对经过电压调理的所述多路模拟信号进行模拟隔离，所述隔离放大器的两端通过隔离电源进行供电；
(3)所述隔离放大器输入信号和输出信号均通过电容滤波，所述输出信号串接电阻防短路失效；
(4)采用多通道AD转换器对经过调理并隔离后的所述多路模拟信号同时采样并通过数据总线输出；
(5)控制和信号处理器通过控制信号控制所述AD转换器的采样和输出；
(6)采用多通道数字隔离器隔离数据总线和控制总线；
(7)所述控制和信号处理器对接收到的经所述AD转换器输出的数字信号进行处理，完成AD采集。
优选地，多通道数字隔离器采用双向通信的数字隔离器，或由两个及以上单向通信的数字隔离器组合使用。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)同时采用了模拟隔离器和数字隔离器可减少AD采集时的外部干扰和多通道AD信号之间的串扰，降低在复杂环境下的浪涌危险性和电磁防护性，提高AD采集数据精度和环境适应性；
(2)通过控制和信号处理器或其他控制器的控制，实现不同模式下的多路AD采集，适应不同的应用需求。
附图说明
图1为多路AD采集的双重隔离装置结构图；
图2为AD采集的双重隔离电路示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供了一种用于多路AD采集的双重隔离装置及方法，可以实现多路AD安全、可靠采集。并可通过MCU或其他控制器的控制，实现不同模式下的多路AD采集，以适应不同的需求。
本发明基于模拟隔离和数字隔离的综合应用，通过隔离放大器的使用实现ADC输入端的模拟隔离，通过数字隔离器的使用实现ADC输出端的数字隔离以及控制信号的数字隔离，对多种模拟量输入信号隔离之后共地，以实现在ADC中同时采集。此隔离装置及方法可减少AD采集时的外部干扰和多通道AD信号之间的串扰，降低在复杂环境下的浪涌危险性和电磁防护性，提高AD采集数据精度和环境适应性。并可通过MCU或其他控制器的控制，实现不同模式下的多路AD采集，适应不同的应用需求。
为了更进一步的说明本发明实施例提供的应用于多路火工品安全测量的切换装置及方法，下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
图1示出了本发明实施例提供的用于多路AD采集的双重隔离装置的结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
应用于多路AD采集的双重隔离装置包括模拟信号输入端的信号调理电路、信号优化之后的模拟隔离电路、模拟信号被隔离之后进入AD采集电路、数字隔离电路、控制和信号处理器以及隔离电源供电模块。
其中，模拟信号输入端的信号调理电路可根据输入信号的质量进行滤波、增益、放大、衰减等操作；模拟隔离电路选用隔离放大器来对模拟信号进行隔离；AD采集电路通过多通道或单通道的ADC来对隔离之后的模拟信号进行采样输出；ADC输出的数字信号通过数字隔离之后可由控制和信号处理器进行信号处理；控制和信号处理器可对ADC的采样模式和输出模式进行控制，控制信号通过数字隔离器隔离；数字隔离器需选用双向通信数字隔离器，或由多个单向通信数字隔离器组合使用实现；隔离电源供电模块提供隔离放大器输入侧电源，输出侧电源使用被隔离前电源；AD采集电路的电源和地与控制和信号处理器的电源和地完全隔离。
在本发明实施例中，AD采集的双重隔离电路示意图如图2所示，模拟输入视同为电压信号输入“模拟输入1-”视为模拟输入地，电阻R1和R2对输入电压做分压之用，以使输入电压在ADC采集范围之内；隔离放大器的输入侧电源由隔离电源对主±15V隔离变换之后得到，可通过重复使用隔离电源，对所有输入的模拟信号进行输入侧隔离；如果输入的模拟信号共电源和地，则这一组模拟信号可共用同一个输入侧电源；隔离放大器输出端电阻用于防短路失效，图中电容均做滤波用；ADC可根据实际使用情况选用单通道或多通道；图中控制和信号处理器使用MCU以方便说明，MCU输出控制信号对ADC的采样模式和输出模式进行控制，控制信号通过数字隔离器隔离；ADC采集到的数据输出给MCU做信号处理，ADC的数据输出可根据实际情况选择串行或并行输出；ADC与MCU之间的交互通过数字隔离器隔离；数字隔离器可选用选用双向通信数字隔离器，或由多个单向通信数字隔离器组合使用实现。
为了更进一步的说明本发明实施例提供的用于多路AD采集的双重隔离装置及方法，通过下面三种电压信号的采集流程详述其工作原理如下：
1、假设需要被采集的信号分别是±A、(+B1和BGND)、(+B2和BGND)，其中(+B1和BGND)、(+B2和BGND)是共电源和地的同组信号，BGND视为-B1和-B2；
2、在信号输入之前分别对信号做电压衰减处理，以符合ADC的采集范围，电压衰减通过R1和R2分压得到；
3、本例需要三个隔离放大器和两个隔离电源来对被采集信号进行隔离，两个隔离电源分别提供±A和±B1、±B2的输入侧电源，隔离放大器输出侧均使用被隔离前电源；
4、隔离放大器输入信号和输出信号均通过电容滤波，输出信号串接电阻R3防短路失效；
5、ADC选用多通道ADC对±A和±B1、±B2同时采样并通过数据总线输出；
6、MCU通过控制信号控制ADC的采样和输出；
7、数据总线和控制总线均被数字隔离器隔离，但是数据总线和控制总线的传输方向并不一致，所以需选用双向通信的数字隔离器，或由两个及以上单向通信的数字隔离器组合使用；
8、MCU对接收到的数据信号进行处理，AD采集完成。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种应用于多路AD采集的双重隔离装置，其特征在于，该装置包括模拟信号输入端的信号调理电路、信号调理之后的模拟隔离电路、模拟信号被隔离之后进入的AD采集电路、数字隔离电路、控制和信号处理器以及隔离电源供电模块；
所述信号调理电路的输出端连接所述模拟隔离电路的输入端，所述模拟隔离电路的输出端连接所述AD采集电路的输入端，所述AD采集电路的数字端与所述数字隔离电路进行交互，所述数字隔离电路再与控制和信号处理器进行交互。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数字隔离电路采用双向通信的多通道数字隔离器，或由两个及以上单向通信的数字隔离器组合使用。
3.一种使用应用于多路AD采集的双重隔离装置的隔离方法，所述隔离装置包括模拟信号输入端的信号调理电路、信号调理之后的模拟隔离电路、模拟信号被隔离之后进入的AD采集电路、数字隔离电路、控制和信号处理器以及隔离电源供电模块，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)在多路模拟信号输入之前分别对所述多路模拟信号做电压调理处理，以符合多通道AD转换器的采集要求；
(2)采用模拟隔离电路对经过电压调理的所述多路模拟信号进行模拟隔离，所述模拟隔离电路的两端通过所述隔离电源进行供电；
(3)所述模拟隔离电路输入信号和输出信号均通过电容滤波；
(4)采用所述多通道AD转换器对经过调理并隔离后的所述多路模拟信号同时采样并通过数据总线输出；
(5)所述控制和信号处理器通过控制信号控制所述多通道AD转换器的采样和输出；
(6)采用所述数字隔离电路隔离数据总线和控制总线；
(7)所述控制和信号处理器对接收到的经所述多通道AD转换器输出的数字信号进行处理，完成AD采集。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述数字隔离电路采用双向通信的多通道数字隔离器，或由两个及以上单向通信的数字隔离器组合使用。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述模拟隔离电路的输出端的输出信号串接电阻防短路失效。
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