CN106154023A - 一种信号采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种信号采集装置，能够采集多种信号。该装置包括分压单元、选择单元、第一调理单元、第二调理单元和控制单元，其中：分压单元，用于对信号采集装置输入的N路待采集信号分别进行分压处理，得到N路电压信号，输出至选择单元；选择单元，用于从N路电压信号中选择一路电压信号，输出至第一调理单元和第二调理单元；第一调理单元，用于对选择的电压信号进行移位处理，得到第一模拟信号，输出至控制单元；第二调理单元，用于对选择的电压信号进行放大、移位处理，得到第二模拟信号，输出至控制单元；控制单元，用于对第一模拟信号或者对第二模拟信号进行模数转换，得到选择单元选择的电压信号对应的待采集信号的采样信号。

Description

一种信号采集装置

技术领域

本发明涉及信号采集技术领域，尤其涉及一种信号采集装置。

背景技术

在目前的电力系统中，需要进行采集的信号种类繁多。例如，在现有的高压直流电源系统中，就需要对馈出支路的开关状态信号、馈出支路的绝缘信号、电池单体的温度信号等多种信号进行采集。

现有技术中，在对电力系统中的各种待采集信号进行采集时，由于各种待采集信号存在电压电流类型上的差异、正负差异、信号范围差异等，针对每种待采集信号，分别设置专门的信号采集装置来实现采集，然而这必然会导致信号采集装置的种类较多，从而导致产品的集成度降低。

发明内容

本发明实施例提供一种信号采集装置，能够采集多种信号。

本发明实施例提供一种信号采集装置，包括分压单元、选择单元、第一调理单元、第二调理单元和控制单元，其中：

所述分压单元，用于对所述信号采集装置输入的N路待采集信号分别进行分压处理，得到N路电压信号，输出至所述选择单元；其中，N≥1；

所述选择单元，用于从所述分压单元输出的N路电压信号中选择一路电压信号，输出至所述第一调理单元和所述第二调理单元；

所述第一调理单元，用于对所述选择单元选择的电压信号进行移位处理，得到第一模拟信号，输出至所述控制单元；

所述第二调理单元，用于对所述选择单元选择的电压信号进行放大、移位处理，得到第二模拟信号，输出至所述控制单元；

所述控制单元，用于对所述第一调理单元输出的第一模拟信号或者对所述第二调理单元输出的第二模拟信号进行模数转换，得到所述选择单元选择的电压信号对应的待采集信号的采样信号。

本发明实施例还提供一种信号采集装置，包括选择单元、分压单元、第一调理单元、第二调理单元和控制单元，其中：

所述选择单元，用于从所述信号采集装置输入的N路待采集信号中选择一路待采集信号，输出至所述分压单元；其中，N≥1；

所述分压单元，用于对所述选择单元选择的待采集信号进行分压处理，得到电压信号，输出至所述第一调理单元和所述第二调理单元；

所述第一调理单元，用于对所述分压单元输出的电压信号进行移位处理，得到第一模拟信号，输出至所述控制单元；

所述第二调理单元，用于对所述分压单元输出的电压信号进行放大、移位处理，得到第二模拟信号，输出至所述控制单元；

所述控制单元，用于对所述第一调理单元输出的第一模拟信号或者对所述第二调理单元输出的第二模拟信号进行模数转换，得到所述选择单元选择的电压信号对应的待采集信号的采样信号。

本发明实施例提供的信号采集装置，分压单元对待采集信号进行分压处理，无论待采集信号为电压信号或是电流信号，分压电源均输出电压信号；选择单元从分压单元输出的电压信号中选择一路电压信号，输出至第一调理单元和第二调理单元；第一调理单元对输入的电压信号进行移位处理，得到第一模拟信号输出至控制单元；第二调理单元对输入的电压信号先进行放大、再进行移位处理，得到第二模拟信号输出至控制单元；控制单元，可以根据实际情况，对第一调理单元输出的第一模拟信号或者对第二调理单元输出的第二模拟信号进行模数转换，得到选择单元选择的电压信号对应的待采集信号的采样信号。采用本发明实施例提供的信号采集装置，可以采集多种信号，针对每种待采集信号，无需再分别设置专门的信号采集装置来实现采集，因此可以减少信号采集装置的种类，提高产品的集成度。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例1提供的信号采集装置的结构示意图；

图2为本发明实施例1提供的信号采集装置中分压单元的结构示意图之一；

图3为本发明实施例1提供的信号采集装置中分压单元的结构示意图之二；

图4为本发明实施例1提供的信号采集装置中分压单元的结构示意图之三；

图5为本发明实施例1提供的信号采集装置中分压单元的结构示意图之四；

图6为本发明实施例1提供的信号采集装置中第一调理单元的结构示意图；

图7为本发明实施例1提供的信号采集装置中第二调理单元的结构示意图；

图8为本发明实施例1提供的信号采集装置中第一调理单元和第二调理单元中运放的供电电源的接线示意图；

图9为本发明实施例2提供的信号采集装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种信号采集装置，能够采集多种信号。以下结合说明书附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。并且在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1：

本发明实施例1提供了一种信号采集装置，如图1所示，包括分压单元101、选择单元102、第一调理单元103、第二调理单元104和控制单元105，其中：

分压单元101，用于对信号采集装置输入的N路待采集信号分别进行分压处理，得到N路电压信号，输出至选择单元102；其中，N≥1；

选择单元102，用于从分压单元101输出的N路电压信号中选择一路电压信号，输出至第一调理单元103和第二调理单元104；

第一调理单元103，用于对选择单元102选择的电压信号进行移位处理，得到第一模拟信号，输出至控制单元105；

第二调理单元104，用于对选择单元102选择的电压信号进行放大、移位处理，得到第二模拟信号，输出至控制单元105；

控制单元105，用于对第一调理单元103输出的第一模拟信号或者对第二调理单元104输出的第二模拟信号进行模数转换，得到选择单元102选择的电压信号对应的待采集信号的采样信号。

较佳的，控制单元105，还可以用于控制选择单元102按照预设规则从分压单元101输出的N路电压信号中选择一路电压信号，输出至第一调理单元103和第二调理单元104。

实际实施时，第一调理单元103可以输出第一模拟信号至控制单元105的第一采样通道，此时，第一模拟信号应满足第一采样通道对输入信号的要求；第二调理单元104可以输出第二模拟信号至控制单元105的第二采样通道，此时，第二模拟信号应满足第二采样通道对输入信号的要求。

当本发明实施例提供的信号采集装置用于采集第一类待采集信号时，控制单元105，具体用于对第一调理单元103输出的第一模拟信号进行模数转换，得到选择单元102选择的电压信号对应的待采集信号的采样信号；其中，第一类待采集信号为对应电压信号的信号范围大于预设值的待采集信号。即此时可以配置控制单元105，设定第一采样通道输入的第一模拟信号有效，忽略第二采样通道输入的第二模拟信号。

上述第一类待采集信号，具体可以包括高压直流电源系统中馈出支路的开关状态信号、馈出支路的绝缘信号等。

当本发明实施例提供的信号采集装置用于采集第二类待采集信号时，第二调理单元104，具体用于对选择单元102选择的电压信号进行线性放大、移位处理，得到第二模拟信号，输出至控制单元105；控制单元105，具体用于对第二调理单元104输出的第二模拟信号进行模数转换，得到选择单元102选择的电压信号对应的待采集信号的采样信号；其中，第二类待采集信号为对应电压信号的信号范围不大于预设值的待采集信号。即此时可以配置控制单元105，设定第二采样通道输入的第而模拟信号有效，忽略第一采样通道输入的第一模拟信号。

上述第二类待采集信号，具体可以包括高压直流电源系统中电池单体的温度信号等。

实际实施时，本发明实施例提供的信号采集装置中的分压单元101具体可以如图2所示，包括和N路待采集信号一一对应的N个分压电路，每个分压电路用于对对应的一路待采集信号进行分压处理；N个分压电路的输入端作为分压单元的输入端，N个分压电路的输出端作为分压单元的输出端；其中：

每个分压电路包括第一电阻R1和第二电阻R2；第一电阻R1的一端作为该分压电路的输入端；第一电阻R1的另一端和第二电阻R2的一端相连，相连后的接线端作为该分压电路的输出端；第二电阻R2的另一端接地。

无论待采集信号为电压信号或是电流信号，经过分压单元均可输出电压信号。

较佳的，如图3所示，分压单元中的每个分压电路还可以包括滤波电容C01；第一电阻R1的另一端、第二电阻R2的一端和滤波电容C01的一端相连，相连后的接线端作为该分压电路的输出端；第二电阻R2的另一端和滤波电容C01的另一端接地。通过增加滤波电容C01，可以提高产品的电磁兼容性(EMC，Electro Magnetic Compatibility)。

对于高压直流电源系统中馈出支路的开关而言，在开关闭合时，流经开关的电流太小，触点氧化概率加大，适当增加流经开关的电流，触点氧化速度会大大减缓。因此，较佳的，本发明实施例提供的信号采集装置可以采用图4所示的分压单元，相比于图2、3所示的分压单元，每个分压电路还包括第三电阻R3、第一开关管Q1、以及匹配电阻R01；当本发明实施例提供的信号采集装置用于采集开关状态信号时，可以控制第一开关管Q1导通，通过第三电阻R3的并入减小分压电路的电阻，增大流经分压电路的电流，从而增大流经开关的电流；当本发明实施例提供的信号采集装置用于采集其它信号时，可以控制第一开关管Q1关断，正常进行分压处理即可。

进一步的，为了节省开关管的控制端口，可以采用图5所示的分压单元，通过一个开关管控制各分压电路中第三电阻R3的并入，相比于图2、3所示的分压单元，整个分压单元包括一个第一开关管Q1；分压单元中的每个分压电路除了还包括第三电阻R3，还包括第一二极管D1；第一电阻R1的一端和第三电阻R3的一端相连，相连后的接线端作为该分压电路的输入端；第三电阻R3的另一端连接第一二极管D1的阳极；第一二极管D2的阴极通过第一开关管接地。其中，第一二极管D1可以在各分压电路间起到隔离作用。

实际实施时，本发明实施例提供的信号采集装置中的选择单元102具体可以但不限于为模拟多路复用器。

实际实施时，本发明实施例提供的信号采集装置中的第一调理单元103具体可以如图6所示，包括顺次相连的第一运放跟随电路601和第一加法电路602；第一运放跟随电路601的输入端作为第一调理单元的输入端，第一加法电路602的输出端作为第一调理单元的输出端。

需要注意的是，当第一调理单元103采用运放实现时，前述第一类待采集信号对应的电压信号，应满足第一调理单元103中运放线性输出时对输入的要求，即前述第一类待采集信号对应的电压信号使第一调理单元103中运放的运算放大结果不超过其输出范围。

进一步的，第一加法电路602可以包括第四电阻R4和第五电阻R5；第四电阻R4的一端作为第一加法电路的输入端；第四电阻R4的另一端和第五电阻R5的一端相连，相连后的接线端作为第一加法电路的输出端；第五电阻R5的另一端连接基准电源Vref。

实际实施时，本发明实施例提供的信号采集装置中的第二调理单元104具体可以如图7所示，包括顺次相连的第二运放跟随电路701、运放放大电路702和第二加法电路703；第二运放跟随电路701的输入端作为第二调理单元的输入端，第二加法电路703的输出端作为第二调理单元的输出端。

需要注意的是，当第二调理单元104采用运放实现时，前述第二类待采集信号对应的电压信号，应满足第二调理单元104中运放线性输出时对输入的要求，即前述第二类待采集信号对应的电压信号使第二调理单元104中运放的运算放大结果不超过其输出范围。

即，分压单元101中各器件的选型具体可以根据实际实施时第一调理单元103和第二调理单元104中运放对输入的要求，结合各种待采集信号的信号范围来确定。

由于第一类待采集信号对应的电压信号也会输入到第二调理单元104中，此时，第二调理单元104的输出会较大，较佳的，第二调理单元104还可以包括钳位电路704，通过运放的深度饱和特性以及钳位电路704，可以避免第二调理单元104的输出信号不满足第二采样通道对输入信号电压的要求，对控制单元105起到保护作用。

进一步的，第二加法电路703可以包括第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8；第六电阻R6的一端作为第二加法电路的输入端；第六电阻R6的另一端通过第七电阻R7和第八电阻R8的一端相连，相连后的接线端作为第二加法电路的输出端；第八电阻R8的另一端连接基准电源Vref。钳位电路704可以包括第二二极管D2和第三二极管D3，第二二极管D2的阳极接地，第三二极管D3的阴极连接预设直流电源Vdd；钳位电路704中第二二极管D2的阴极和第三二极管D3的阳极相连，相连后的接线端连接第二加法电路703中第六电阻R6和第七电阻R7间的接线端。

需要说明的是，为了简化图示，图6中第一运放跟随电路601中的运放U1、图7中第二运放跟随电路701中的运放U2、运放放大电路702中的运放U3的供电电源的接线均为示出，各运放的供电电源的接线可以如图8所示，在此不再详述。

无论待采集信号存在正负差异或是信号范围差异，通过第一调理单元103或第二调理单元104，均可以输出满足控制单元105采样通道要求的模拟信号，进行模数转换，得到采样信号。

实际实施时，本发明实施例提供的信号采集装置中的控制单元105具体可以但不限于为微控制器(MCU，Micro-controller Unit)。

实施例2：

本发明实施例2还提供了一种信号采集装置，如图9所示，包括选择单元901、分压单元902、第一调理单元903、第二调理单元904和控制单元905，其中：

选择单元901，用于从信号采集装置输入的N路待采集信号中选择一路待采集信号，输出至分压单元902；其中，N≥1；

分压单元902，用于对选择单元901选择的待采集信号进行分压处理，得到电压信号，输出至第一调理单元903和第二调理单元904；

第一调理单元903，用于对分压单元902输出的电压信号进行移位处理，得到第一模拟信号，输出至控制单元905；

第二调理单元904，用于对分压单元902输出的电压信号进行放大、移位处理，得到第二模拟信号，输出至控制单元905；

控制单元905，用于对第一调理单元903输出的第一模拟信号或者对第二调理单元904输出的第二模拟信号进行模数转换，得到选择单元901选择的待采集信号的采样信号。

较佳的，控制单元905，还可以用于控制选择单元901按照预设规则从信号采集装置输入的N路待采集信号中选择一路待采集信号，输出至分压单元902。

实际实施时，第一调理单元903可以输出第一模拟信号至控制单元905的第一采样通道，此时，第一模拟信号应满足第一采样通道对输入信号的要求；第二调理单元904可以输出第二模拟信号至控制单元905的第二采样通道，此时，第二模拟信号应满足第二采样通道对输入信号的要求。

当本发明实施例提供的信号采集装置用于采集第一类待采集信号时，控制单元905，具体用于对第一调理单元903输出的第一模拟信号进行模数转换，得到选择单元901选择的待采集信号的采样信号；其中，第一类待采集信号为对应电压信号的信号范围大于预设值的待采集信号。即此时可以配置控制单元905，设定第一采样通道输入的第一模拟信号有效，忽略第二采样通道输入的第二模拟信号。

上述第一类待采集信号，具体可以包括高压直流电源系统中馈出支路的开关状态信号、馈出支路的绝缘信号等。

当本发明实施例提供的信号采集装置用于采集第二类待采集信号时，第二调理单元904，具体用于对分压单元902输出的电压信号进行线性放大、移位处理，得到第二模拟信号，输出至控制单元905；控制单元905，具体用于对第二调理单元904输出的第二模拟信号进行模数转换，得到选择单元901选择的待采集信号的采样信号；其中，第二类待采集信号为对应电压信号的信号范围不大于预设值的待采集信号。即此时可以配置控制单元905，设定第二采样通道输入的第而模拟信号有效，忽略第一采样通道输入的第一模拟信号。

上述第二类待采集信号，具体可以包括高压直流电源系统中电池单体的温度信号等。

上述各单元的具体实现结构也有很多种，例如可以采用上述实施例1中各单元的具体实现结构或其变型实现。

具体的，分压单元902可以采用上述实施例1图2、图3或者图4所示分压单元101中的一个分压电路实现，第一调理单元903可以采用上述实施例1图6所示电路实现，第二调理单元904可以采用上述实施例1图7所示电路实现，在此不再详述。

综上，采用本发明实施例提供的信号采集装置，可以采集多种信号，针对每种待采集信号，无需再分别设置专门的信号采集装置来实现采集，因此可以减少信号采集装置的种类，提高产品的集成度。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (16)

1.一种信号采集装置，其特征在于，包括分压单元、选择单元、第一调理单元、第二调理单元和控制单元，其中：

所述分压单元，用于对所述信号采集装置输入的N路待采集信号分别进行分压处理，得到N路电压信号，输出至所述选择单元；其中，N≥1；

所述选择单元，用于从所述分压单元输出的N路电压信号中选择一路电压信号，输出至所述第一调理单元和所述第二调理单元；

所述第一调理单元，用于对所述选择单元选择的电压信号进行移位处理，得到第一模拟信号，输出至所述控制单元；

所述第二调理单元，用于对所述选择单元选择的电压信号进行放大、移位处理，得到第二模拟信号，输出至所述控制单元；

所述控制单元，用于对所述第一调理单元输出的第一模拟信号或者对所述第二调理单元输出的第二模拟信号进行模数转换，得到所述选择单元选择的电压信号对应的待采集信号的采样信号。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制单元，还用于控制所述选择单元按照预设规则从所述分压单元输出的N路电压信号中选择一路电压信号。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，当所述装置用于采集第一类待采集信号时，所述控制单元，具体用于对所述第一调理单元输出的第一模拟信号进行模数转换，得到所述选择单元选择的电压信号对应的待采集信号的采样信号；

其中，所述第一类待采集信号为对应电压信号的信号范围大于预设值的待采集信号。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述第一类待采集信号具体包括高压直流电源系统中馈出支路的开关状态信号、馈出支路的绝缘信号。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，当所述装置用于采集第二类待采集信号时，所述第二调理单元，具体用于对所述选择单元选择的电压信号进行线性放大、移位处理，得到第二模拟信号，输出至所述控制单元；

所述控制单元，具体用于对所述第二调理单元输出的第二模拟信号进行模数转换，得到所述选择单元选择的电压信号对应的待采集信号的采样信号；

其中，所述第二类待采集信号为对应电压信号的信号范围不大于预设值的待采集信号。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第二类待采集信号具体包括高压直流电源系统中电池单体的温度信号。

7.如权利要求1-6任一所述的装置，其特征在于，所述分压单元包括和所述N路待采集信号一一对应的N个分压电路，每个分压电路用于对对应的一路待采集信号进行分压处理；所述N个分压电路的输入端作为所述分压单元的输入端，所述N个分压电路的输出端作为所述分压单元的输出端；其中：

所述每个分压电路包括第一电阻和第二电阻；所述第一电阻的一端作为该分压电路的输入端；所述第一电阻的另一端和所述第二电阻的一端相连，相连后的接线端作为该分压电路的输出端；所述第二电阻的另一端接地。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述分压单元还包括第一开关管；

所述每个分压电路还包括第三电阻、第一二极管；所述第一电阻的一端和所述第三电阻的一端相连，相连后的接线端作为该分压电路的输入端；所述第三电阻的另一端连接所述第一二极管的阳极；所述第一二极管的阴极通过所述第一开关管接地。

9.如权利要求1-6任一所述的装置，其特征在于，所述选择单元具体为模拟多路复用器。

10.如权利要求1-6任一所述的装置，其特征在于，所述第一调理单元包括顺次相连的第一运放跟随电路和第一加法电路；所述第一运放跟随电路的输入端作为所述第一调理单元的输入端，所述第一加法电路的输出端作为所述第一调理单元的输出端。

11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述第一加法电路包括第四电阻和第五电阻；

所述第四电阻的一端作为所述第一加法电路的输入端；所述第四电阻的另一端和所述第五电阻的一端相连，相连后的接线端作为所述第一加法电路的输出端；所述第五电阻的另一端连接基准电源。

12.如权利要求1-6任一所述的装置，其特征在于，所述第二调理单元包括顺次相连的第二运放跟随电路、运放放大电路和第二加法电路；所述第二运放跟随电路的输入端作为所述第二调理单元的输入端，所述第二加法电路的输出端作为所述第二调理单元的输出端。

13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述第二加法电路包括第六电阻、第七电阻和第八电阻；

所述第六电阻的一端作为所述第二加法电路的输入端；所述第六电阻的另一端通过所述第七电阻和所述第八电阻的一端相连，相连后的接线端作为所述第二加法电路的输出端；所述第八电阻的另一端连接基准电源。

14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述第二调理单元还包括钳位电路，所述钳位电路包括第二二极管和第三二极管，所述第二二极管的阳极接地，所述第三二极管的阴极连接预设直流电源；

所述钳位电路中所述第二二极管的阴极和所述第三二极管的阳极相连，相连后的接线端连接所述第二加法电路中所述第六电阻和所述第七电阻间的接线端。

15.如权利要求1-6任一所述的装置，其特征在于，所述控制单元具体为微控制器。

16.一种信号采集装置，其特征在于，包括选择单元、分压单元、第一调理单元、第二调理单元和控制单元，其中：

所述选择单元，用于从所述信号采集装置输入的N路待采集信号中选择一路待采集信号，输出至所述分压单元；其中，N≥1；

所述分压单元，用于对所述选择单元选择的待采集信号进行分压处理，得到电压信号，输出至所述第一调理单元和所述第二调理单元；

所述第一调理单元，用于对所述分压单元输出的电压信号进行移位处理，得到第一模拟信号，输出至所述控制单元；

所述第二调理单元，用于对所述分压单元输出的电压信号进行放大、移位处理，得到第二模拟信号，输出至所述控制单元；

所述控制单元，用于对所述第一调理单元输出的第一模拟信号或者对所述第二调理单元输出的第二模拟信号进行模数转换，得到所述选择单元选择的待采集信号的采样信号。