CN106603080A - 一种模拟信号隔离采集电路 - Google Patents
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Abstract
一种模拟信号隔离采集电路，属于模拟信号隔离采集电路领域，包括压频转换器、数字隔离器、频率计数采集电路及隔离电源电路，其特征在于：所述数字隔离器输入端输入前连接一个由压频转换器U1、电容CT、电阻RCOMP、电阻R1、电阻R2、电阻RPU构成的电压‑频率转换电路。本发明所述的模拟信号隔离采集电路结构简单、体积小，且成本较低，适于推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种模拟信号隔离采集电路，尤其涉及一种基于压频转换器的低速高精度模拟信号隔离采集电路。该装置可广泛应用于工业实时监控、自动控制、数据采集存储等领域。
背景技术
在工业测量、自动控制、航空航天或军事应用等多个数据采集场合，往往由于工作现场的设备众多，导致各个信号的噪声干扰严重，使拟采集的信号传送到数据采集终端时叠加了各种干扰信号，导致实际采集信号的精度和线性度大幅度降低，严重影响了测量和控制的精度。为了提高系统的抗干扰性、稳定性及可靠性，通常采用电气隔离技术进行信号采集。同时，为了保证测量和控制的精度，往往需要模拟信号的隔离采集电路需要高精度和高线性度。目前模拟信号隔离采集的方法通常有变压器隔离采集法、隔离运放隔离采集法和线性光耦隔离采集法。而这些隔离采集方法的本质都是使用模拟隔离器件对模拟信号线性隔离后，再通过AD转换器件对隔离的模拟信号进行采集。使用这些方法的隔离采集电路，电路复杂、体积大、成本高，往往很难实现在小体积内的多个模拟信号隔离采集，同时其采集精度完全依赖线性器件的传输精度，无法满足模拟信号高精度的隔离采集应用场合。
发明内容
本发明旨在解决上述问题，提供一种结构简单、体积小、转换精度高的模拟信号隔离采集电路。该方案将模拟信号首先数字化后再进行隔离和采集，利用数字信号隔离简单成熟的特点，可实现复杂环境下使用的具备高抗干扰能力的模拟信号采集电路，其精度优于0.1%；
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种基于压频转换器的模拟信号隔离采集电路，包括压频转换器、数字隔离器和处理器。
输入的模拟信号VIN首先经过平衡电阻RCOMP后送入压频转化器U1，由U1、RCOMP、R1、R2和RPU构成的电压-频率转换电路将输入的模拟信号转换为数字信号，转换后的数字信号送入数字隔离器U2，由数字隔离器U2对数字信号进行隔离，隔离后的数字信号送入后端处理器，由处理器对数字信号进行计数，计算出数字信号的频率。处理器依据模拟信号和数字信号的转换关系F=VIN/10*(R1+R2)*CT（其中F为转换后数字信号的频率，单位赫兹；VIN为输入的模拟信号的电压值，单位伏特；R1、R2为电阻的阻值，单位欧姆；CT为电容的容值，单位法拉），即可计算出输入的模拟信号的电压值，实现模拟信号的隔离采集。
本发明所述的模拟信号隔离采集电路，包括压频转换器、数字隔离器、频率计数采集电路及隔离电源电路，通过在数字隔离器输入端输入前连接一个由压频转换器U1、电容CT、电阻RCOMP、电阻R1、电阻R2、电阻RPU构成的电压-频率转换电路，本发明所述的模拟信号隔离采集电路结构简单、体积小，且成本较低，适于推广应用。
附图说明
图1为本发明所述高精度的模拟信号隔离采集电路的电路图；
图2为本发明所述高精度的模拟信号隔离采集电路第一实施例的电路图；
图3为本发明所述高精度的模拟信号隔离采集电路第二实施例的电路图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例进一步详细举例说明本发明的技术方案
本发明所述的模拟信号隔离采集电路，如图1所示，包括压频转换器、数字隔离器、频率计数采集电路及隔离电源电路，所述数字隔离器输入端输入前连接一个由压频转换器U1、电容CT、电阻RCOMP、电阻R1、电阻R2、电阻RPU构成的电压-频率转换电路将所述模拟信号VIN转换为数字信号。
在本发明的第一个实施例中，如图2所示，压力传感器输出的模拟电压首先送入U1（AD864）、RCOMP、R1、R2和RPU构成的电压-频率转换电路中转换为数字频率信号，再经过隔离放大器U2（ADUM1200）进行数字信号隔离，隔离输出信号连接CPU U3（STM32F103）的计数器输入引脚，由U3对隔离后的数字信号进行计数，计算出该数字信号的频率，再根据频率和电压的转换关系，计算出输入的模拟电压的电压值，进一步计算可得压力传感器的压力值。然后将该压力值存储于存储器U4中，即完成了单通道的压力传感器数据的隔离采集存储。
在本发明的第二个实施例中，如图3所示，输入的模拟电压首先送入U1（AD864）、RCOMP、R1、R2和RPU构成的电压-频率转换电路中转换为数字频率信号，再经过隔离放大器U2（ADUM1200）进行数字信号隔离，隔离输出信号连接计数器 U3（8253）的计数器输入引脚，由U3对隔离后的数字信号进行计数，计算出该数字信号的频率，再根据频率和电压的转换关系，计算出输入的模拟电压的电压值，即完成了单通道的模拟数据的隔离采集。
Claims (3)
1.一种模拟信号隔离采集电路，包括压频转换器、数字隔离器、频率计数采集电路及隔离电源电路，其特征在于：所述数字隔离器输入端输入前连接一个由压频转换器U1、电容CT、电阻RCOMP、电阻R1、电阻R2、电阻RPU构成的电压-频率转换电路，电阻R1与电阻R2串联后，连接在U1的3脚(RT)与GND之间，用于设置压频转换器的最大量程，使用2个电阻串联是为了设置最大量程；CT连接在U1的6(C+)脚和7（C-）脚之间，用于设置压频转换器的积分时间；电阻RPU连接在U1的1脚（FOUT），用作芯片U1开漏输出的电平上拉电阻，是对输出的频率信号电平进行设置；可选电阻RCOMP连接在U1的4脚（VIN+）与输入信号之间，用于对阻抗匹配及平衡，其取值为电阻R1和电阻R2之和，增加该电阻可以提高电路的精度；
所述数字隔离器的输出端连接频率计数采集电路，所述的频率计数采集电路对隔离后的数字频率信号进行计数，计算出数字信号的频率，其可通过具有计数功能的CPU实现，或通过FPGA或CPLD通过逻辑程序实现，或通过硬件计数器实现；然后依据模拟信号和数字信号的转换关系F=VIN/10*(R1+R2)*CT（其中F为转换后数字信号的频率，单位赫兹；VIN为输入的模拟信号的电压值，单位伏特；R1、R2为电阻的阻值，单位欧姆；CT为电容的容值，单位法拉），即可计算出输入的模拟信号的电压值，实现模拟信号的隔离采集。
2.根据权利要求1所述模拟信号隔离采集电路，其特征在于：所述压频转换器输入端输入的是经过平衡电阻平衡后的模拟信号VIN。
3.根据权利要求1所述的模拟信号隔离采集电路，其特征在于：所述电压-频率转换电路由压频转换器、电容C1、电阻R3和电阻R4构成，将所述模拟信号VIN转换为数字信号。
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