CN105547471A - 一种基于脉冲氙灯的快速简便数据采集电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于脉冲氙灯的快速简便数据采集电路，其与单片机相连接，用于检测脉冲氙灯辐射信号，该数据采集电路包括了精密积分放大电路，模数转换电路，电源模块，单片机控制接口电路，其中精密积分放大电路与模数转换电路相连接，把脉冲氙灯放大后的辐射信号进行模数变换；单片机控制接口电路与模数转换电路相连接，把脉冲氙灯辐射信号数字化后通过移位寄存器方式传输给单片机；电源模块与精密积分放大电路、模数转换电路、单片机控制电路电连接。本发明提供的数据采集电路能够快速准确采集脉冲氙灯辐射信号，并且精度高，控制简单；该电路抗干扰和噪声能力强，能在环境恶劣的条件下正常运行。
Description
技术领域
本发明涉及一种数据采集技术，具体涉及基于脉冲氙灯数据采集电路。
背景技术
由于脉冲氙灯瞬时产生较大的光能量，针对这种情况，现有的检测采样电路不能够良好地适应脉冲氙灯辐射信号快速变化，无法快速准确的捕捉到较高的脉冲氙灯辐射信号；再者，现有的检测采样电路，其结构较为复杂，造成检测到的信号不稳定；由此使得单片机对脉冲氙灯辐射信号的检测不精确。
由此可见，如何提高单片机对脉冲氙灯辐射信号的检测精确是本领域亟需要解决的技术问题。
发明内容
针对现有检测脉冲氙灯辐射信号技术存在检测精度低的问题，本发明的目的在于提供一种结构简单、检测精度高的基于脉冲氙灯的快速简便数据采集电路。
为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种基于脉冲氙灯的快速简便数据采集电路，所述采集电路包括：
精密积分放大电路，所述精密积分放大电路直接对脉冲氙灯辐射信号进行积分放大，并将放大后的信号传至模数转换电路；
模数转换电路，所述模数转换电路对接收到的脉冲氙灯辐射信号进行模数转换；
单片机控制接口电路，所述单片机控制接口电路连接模数转换电路和单片机，将脉冲氙灯辐射信号数字化后通过移位寄存器方式传输给单片机；
电源模块，所述电源模块分别与精密积分放大电路、模数转换电路、单片机控制接口电路电连接，为其提供工作电源。
优选的，所述精密积分放大电路中设置有增益电路，通过单片机控制接口电路受控于单片机，以调整脉冲氙灯不同波长辐射信号。
优选的，所述模数转换电路为16位精度、CMOS结构的逐次逼近寄存器型A/D转换器。
优选的，所述单片机控制接口电路包括一片低8位移位寄存器和一片高8位移位寄存器，且采用移位锁存方式传输数据。
优选的，所述电源模块采用DC/DC模块电源。
本发明提供的数据采集电路能够快速准确采集脉冲氙灯辐射信号，并且精度高，控制简单；该电路抗干扰和噪声能力强，能在环境恶劣的条件下正常运行。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
图1为本发明提供的数据采集电路的原理框图。
图2为本发明提供的数据采集电路的电路原理图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
参见图1，其所示为本发明提供的基于脉冲氙灯的快速简便数据采集电路的原理框图。由图可知，本数据采集电路100与单片机相连接，用于检测脉冲氙灯辐射信号。该数据采集电路100主要包括：精密积分放大电路101，模数转换电路102，电源模块103，单片机控制接口电路104。
其中精密积分放大电路101与模数转换电路102相连接，精密积分放大电路101用于直接对脉冲氙灯辐射信号进行积分放大，并传至模数转换电路102；模数转换电路102将脉冲氙灯放大后的辐射信号进行模数变换。
该精密积分放大电路101的工作过程(如积分时间、放大方式等)由单片机控制，具体由单片机通过单片机控制接口电路104对精密积分放大电路101进行控制。
同时在精密积分放大电路101中放入了增益电路，单片机通过单片机控制接口电路104对精密积分放大电路101中的增益电路进行控制，以此灵活调整脉冲氙灯不同波长辐射信号。具体根据脉冲氙灯不同波长辐射信号选择相对应合理增益来进行积分放大的。
单片机控制接口电路104与模数转换电路102相连接，同时与单片机数据相接，用于把经模数转换电路102数字化后的脉冲氙灯辐射信号通过移位寄存器方式传输给单片机。
电源模块103与精密积分放大电路101、模数转换电路102、单片机控制接口电路104电连接，用于向这些电路提供低干扰、低纹波、低功耗、输出稳定性好及低温度漂移的电源，保证整个采集电路稳定。
参见图2，其所示为根据上述原理方案实现的基于脉冲氙灯的快速简便数据采集电路的电路原理图。由图2可知，在该电路中，精密积分放大电路由光电二极管、低噪声积分放大器、高精度低噪声积分电容、低噪声低电压继电器以及驱动继电器电路组成。该精密积分放大电路可把微弱的输入电流信号变换为输出电压。其利用积分方式进行互阻放大，积分时间T由单片机控制，还可以用单片机控制继电器方式通过改变积分电容器的容量而改变信号放大倍率，原始状态积分放大电路处于闭合的，当测量开始时打开让积分电容开始充电存储电荷，通过单片机读书积分元件输出信号取平均值，然后再关闭保证积分电容器放电。
单片机通过单片机控制接口电路对上述精密积分放大电路中的增益电路进行控制，以此来调整脉冲氙灯不同波长辐射信号。具体的控制调整过程如下：
当脉冲氙灯闪烁发光时，有光电二极管把光信号转换成微弱电信号，然后进行积分放大，此时积分放大器中积分与复位信号以及三个继电器驱动电路控制信号由单片机控制；
当脉冲氙灯在短波闪烁发光时单片机分别给三个继电器驱动电路控制端高电平信号，此时继电器全部打开，对短波处脉冲氙灯辐射信号进行衰减；
当脉冲氙灯在长波闪烁发光时单片机分别给三个继电器驱动电路控制端低电平信号，此时继电器全部关闭，对长波处脉冲氙灯辐射信号进行放大；而在脉冲氙灯其他波长处，根据单片机对三个继电器驱动电路控制可以组成8种不同放大倍率，由脉冲氙灯不同波长辐射信号特性来组合合理放大倍率。
该电路中，模数转换电路采用了一款16位精度，CMOS结构的逐次逼近寄存器型A/D转换器，这个芯片采样率高达250kHz，转换所需时间短，转换精度高，采用内部时钟模式串行同步数据输出。
该模数转换电路具体由高分辨率低噪声A/D转换器及外围电路组成。
单片机控制接口电路，其通过一片低8位移位寄存器和一片高8位移位寄存器组成的移位锁存方式把A/D转换好的数字信号传送给单片机，这样单片机及时完成数据的读取工作，数据也不易丢失，可靠性高。
该单片机控制接口电路由MSC51系列单片机、高速8位移位寄存器、总线收发器、3-8译码器、8路D锁存器组成。
由此构成的单片机控制接口电路进行传送数据时，当A/D转换结束后BUSY状态为“1”给单片机，开始读取采样数据。因为数据转换和内部时钟DATACLK同步，每检测到一次DATACLK信号的低电平，就读取一位数据放入低位移位寄存器中，此时单片机通过3-8译码器选中高、低移位寄存器，然后低位移位寄存器根据CP上升沿向右移位，直至把溢出位送至高位移位寄存器，以此类推当读满16位时，通过总线收发器到单片机，完成一个数据的读取过程；同时单片机还通过总线收发器到8路D触发器来实时控制积分放大电路增益控制信号。
整个数据采集电路中，电源的稳定性是整个采集电路能够正常工作的基础，在本采集电路需要+12V、-12V、+5V的电压，由此，本电路中电源模块采用DC/DC模块电源，该模块具有宽度电压范围、高功率密度、重量轻、高效率、工作温度范围宽、输入电压范围宽、低干扰、低纹波、低噪声、自然冷却的特点，具有输出过流，过压保护功能。
除了供电电源，模数转换电路的基准电源也是非常重要的，基准电源采用REF02高精度5V电压基准集成电路，它输出的电压不随供电电源电压及负载变化，通过调整外接电阻，输出电压的稳定性及温度漂移可降到最低。
由图可知，整个系统共用三种DC/DC模块：单路输出12VDC/DC用于继电器供电，单路输出5VDC/DC用于数字电路供电，双路输出±12VDC用于积分放大器供电。
由上可知，本数据采集电路中，首先采用了直接对脉冲氙灯辐射信号进行积分放大的精密积分放大电路，相对于原来对脉冲氙灯辐射信号先进行跨阻放大后再积分的形式，整个电路简单、响应速度快等特点；然后把放大后脉冲氙灯辐射信号采用一款16位精度，CMOS结构逐次逼近寄存器型A/D转换器与两片8位移位寄存器组成的电路提供给单片机数据，相对于原来直接提供给单片机的形式，响应速度快、采集数据稳定、可靠性高、处理速度匹配等特点。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (5)
1.一种基于脉冲氙灯的快速简便数据采集电路，其特征在于，所述采集电路包括：
精密积分放大电路，所述精密积分放大电路直接对脉冲氙灯辐射信号进行积分放大，并将放大后的信号传至模数转换电路；
模数转换电路，所述模数转换电路对接收到的脉冲氙灯辐射信号进行模数转换；
单片机控制接口电路，所述单片机控制接口电路连接模数转换电路和单片机，将脉冲氙灯辐射信号数字化后通过移位寄存器方式传输给单片机；
电源模块，所述电源模块分别与精密积分放大电路、模数转换电路、单片机控制接口电路电连接，为其提供工作电源。
2.根据权利要求1所述的一种基于脉冲氙灯的快速简便数据采集电路，其特征在于，所述精密积分放大电路中设置有增益电路，通过单片机控制接口电路受控于单片机，以调整脉冲氙灯不同波长辐射信号。
3.根据权利要求1所述的一种基于脉冲氙灯的快速简便数据采集电路，其特征在于，所述模数转换电路为16位精度、CMOS结构的逐次逼近寄存器型A/D转换器。
4.根据权利要求1所述的一种基于脉冲氙灯的快速简便数据采集电路，其特征在于，所述单片机控制接口电路包括一片低8位移位寄存器和一片高8位移位寄存器，且采用移位锁存方式传输数据。
5.根据权利要求1所述的一种基于脉冲氙灯的快速简便数据采集电路，其特征在于，所述电源模块采用DC/DC模块电源。
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