CN109001997B - 一种防干扰的环境信息采集系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防干扰的环境信息采集系统，包括多个传感器、模拟开关、放大器、抗干扰模块、采样器、A/D转化器以及处理模块，传感器的输出端与模拟开关的一端连接，模拟开关的另一端与放大器的输入端相接，放大器的输出端与抗干扰模块相接，抗干扰模块的输出端与采样器连接，采样器的输出端与A/D转化器相连，抗干扰模块通过硬件抗干扰、软件抗干扰和驱动器根据现场的不同的环境以及条件进行不同的处理，利用干扰判断模块快速将可能产生的干扰因素进行处力，在根源上，传播的途径中以及自身的情况下对可能或者以及产生的干扰进行处理，提高抗干扰的能力。
Description
技术领域
本发明涉及到一种采集系统，特别涉及一种防干扰的环境信息采集系统。
背景技术
随着科学技术的发展，需要用到的信息越来越多，越来越广泛，采集信息不仅能让我们了解到更多的知识，还能对信息进行分析，得出一些判断和知识，不只是人、动物和植物，各行各业所用到的工件和材料都有它的信息，这些在信息采集的时候很方便，对于一些人们不能直接读取的信息，就需要信息采集系统来帮助采集，风洞及大型复杂的测试现场，存在各种大功率的电气备及变频电机，负载功率波动很大，再加上现场接地不良，最终导致地电位波动很大，甚至产生几百多伏感应干扰电压。而绝大多数数据采集系统因技术或成本原因无法实现输入与输出隔离，导致传感器与数据采集系统多点接地，传感器信号与数据采集系统存在地回路干扰，而一般数据采集系统测量的信号大多数都很小，只有uV级、mV级的信号，很容易受到外界的辐射干扰和传导干扰，波动的地电位与输入端的有用信号混在一起，严重影响信号的测量精度和数据的可信度，过高的干扰电压甚至损坏数据采集系统。
另一方面目前市场上的隔离型数据采集产品，普遍采用模拟信号隔离的方法实现数据采集系统的隔离，因模拟隔离器件采用光电二极管，利用光电二极管的线性区实现信号的隔离，但温度变化会严重影响其输出的稳定性、输出漂移大，且存在较大的非线性误差，故目前市场上的隔离型数据采集产品都存在频响低、漂移大、采样速率低等缺点，且无法在高频信号、高精度测量的应用中使用。
在信息采集的过程中，信息采集的所有设备都处在一个不是理想的环境，会有来自各个方面的影响干扰，这些干扰有温度的影响，有电线之间的相互影响，有来自地磁场的影响，这些因素都会影响到信息采集的准确性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种防干扰的环境信息采集系统，在根源上，传播的途径中以及自身的情况下对可能或者以及产生的干扰进行处理，提高抗干扰的能力的优点，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种防干扰的环境信息采集系统，包括多个传感器、模拟开关、放大器、抗干扰模块、采样器、A/D转化器以及处理模块，传感器的输出端与模拟开关的一端连接，模拟开关的另一端与放大器的输入端相接，放大器的输出端与抗干扰模块相接，抗干扰模块的输出端与采样器连接，采样器的输出端与A/D转化器相连，A/D转化器与计算机输出模块连接，计算机输出模块与处理模块的输入端相连，处理模块的输出端分别与放大器、抗干扰模块、采样器和A/D转化器连接；
其中，所述的传感器用于感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求，采集被测对象的各种模拟量；
所述的模拟开关用在转换速率较低的环境下，多个通道选择信号，将传感器的电信号进行传输的模拟通道；
所述的放大器用于放大和缓冲输入的模拟信号，将高频已调波的信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，在一定区域内的信号电平接收程度高，并且干扰的信号同样放大，抗干扰模块更加容易将干扰的信号进行处理；
所述的采样器用于在将信号传送至A/D转化器后，在转化的过程中，需要一定的时间，而在等待的这段时间内，采样器将输入A/D转化器的模拟信号的大小不改变，保持稳定性；
所述的A/D转化器是整个模拟通道的核心部分，完成从采样器输出来的模拟信号的量化以及编码，结束后的数据发送至计算机输出模块进行显示、打印、绘图等结果的输出；
所述的处理模块用于解释计算机输出模块指令，分别处理对放大器、抗干扰模块、采样器和A/D转化器中的数据；
优选的，所述抗干扰模块包括硬件抗干扰、软件抗干扰、干扰判断模块、单片机以及驱动器，干扰判断模块的输出端与驱动器连接，驱动器与单片机的输入端相连，单片机的输出端分别与硬件抗干扰和软件抗干扰连接；
所述的硬件抗干扰增加屏蔽和隔离的技术，如静电屏蔽、磁屏蔽和电磁屏蔽，屏蔽外部的干扰信号，布线部分，避免强电的缆线与信号交叉产生耦合，并且建立共同的接地系统；
所述的软件抗干扰采用数值、逻辑运算处理来达到滤波的效果，如算术平均值、比较取舍法、中值法等，根据信号的变化规律而进行实际的调整；
所述的驱动器用于高性能的算法，将模拟的信息上多余的信息进行排出，进一步提升抗干扰的能力；
优选的，所述干扰判断模块包括干扰源模块、干扰路径模块以及元件敏感模块；
所述的干扰源模块干扰信号产生的源头，可以是系统的外部干扰如雷电天气、电器设备发出的电磁波以及火化放电等情况的产生，或内部干扰如电容、电感引起的耦合感应，长线传输的波反射以及热噪声等，快速找寻处干扰的源头，结合情况处理；
所述的干扰路径模块由干扰源影响系统的路径，包括电容间的耦合、互感耦合、阻抗耦合等，干扰的传播；
所述的元件敏感模块系统中一些容易被干扰的元件，如A/D转化器，对这些元件在安装之前需要进行抗干扰的准备。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本防干扰的环境信息采集系统，抗干扰模块通过硬件抗干扰、软件抗干扰和驱动器根据现场的不同的环境以及条件进行不同的处理，利用干扰判断模块快速将可能产生的干扰因素进行处力，在根源上，传播的途径中以及自身的情况下对可能或者以及产生的干扰进行处理，提高抗干扰的能力。
附图说明
图1为本发明的模块图；
图2为本发明的抗干扰模块图。
图中：1、传感器；2、模拟开关；3、放大器；4、抗干扰模块；41、硬件抗干扰；42、软件抗干扰；43、干扰判断模块；431、干扰源模块；432、干扰路径模块；433、元件敏感模块；44、单片机；45、驱动器；5、采样器；6、A/D转化器；7、处理模块；8、计算机输出模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，一种防干扰的环境信息采集系统，包括多个传感器1、模拟开关2、放大器3、抗干扰模块4、采样器5、A/D转化器6以及处理模块7，传感器1的输出端与模拟开关2的一端连接，模拟开关2的另一端与放大器3的输入端相接，放大器3的输出端与抗干扰模块4相接，抗干扰模块4的输出端与采样器5连接，采样器5的输出端与A/D转化器6相连，A/D转化器6与计算机输出模块8连接，计算机输出模块8与处理模块7的输入端相连，处理模块7的输出端分别与放大器3、抗干扰模块4、采样器5和A/D转化器6连接；
其中，传感器1用于感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求，采集被测对象的各种模拟量，温度检测的金属热电阻，用于位移检测的电容传感器、压力检测的电阻应变片等，对周围的环境进行检测，将环境中各种模拟量通过传感器适当变化；
模拟开关2用在转换速率较低的环境下，多个通道选择信号，将传感器1的电信号进行传输的模拟通道，让不同的传感器检测的模拟量在不同的通道上进行传输；
放大器3用于放大和缓冲输入的模拟信号，将高频已调波的信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，在一定区域内的信号电平接收程度高，并且干扰的信号同样放大，抗干扰模块4更加容易将干扰的信号进行处理；
采样器5用于在将信号传送至A/D转化器6后，在转化的过程中，需要一定的时间，而在等待的这段时间内，采样器5将输入A/D转化器6的模拟信号的大小不改变，保持稳定性；
A/D转化器6是整个模拟通道的核心部分，完成从采样器5输出来的模拟信号的量化以及编码，结束后的数据发送至计算机输出模块8进行显示、打印、绘图等结果的输出；
处理模块7用于解释计算机输出模块8指令，分别处理对放大器3、抗干扰模块4、采样器5和A/D转化器6中的数据；
抗干扰模块4包括硬件抗干扰41、软件抗干扰42、干扰判断模块43、单片机44以及驱动器45，干扰判断模块43的输出端与驱动器45连接，驱动器45与单片机44的输入端相连，单片机44的输出端分别与硬件抗干扰41和软件抗干扰42连接，抗干扰模块4对这些干扰信号进行排查和处理，避免干扰信号的产生；
硬件抗干扰41增加屏蔽和隔离的技术，如静电屏蔽、磁屏蔽和电磁屏蔽，屏蔽外部的干扰信号，布线部分，避免强电的缆线与信号交叉产生耦合，并且建立共同的接地系统，进行硬件上的干扰信号去除；
软件抗干扰42采用数值、逻辑运算处理来达到滤波的效果，如算术平均值、比较取舍法、中值法等，根据信号的变化规律而进行实际的调整，提高结果的精确值，缩小；
驱动器45用于高性能的算法，将模拟的信息上多余的信息进行排出，进一步提升抗干扰的能力；
请参阅图2，干扰判断模块43包括干扰源模块431、干扰路径模块432以及元件敏感模块433，干扰判断模块43快速将可能产生的干扰因素进行处力；
干扰源模块431干扰信号产生的源头，可以是系统的外部干扰如雷电天气、电器设备发出的电磁波以及火化放电等情况的产生，或内部干扰如电容、电感引起的耦合感应，长线传输的波反射以及热噪声等，快速找寻处干扰的源头，结合情况处理；
干扰路径模块432由干扰源影响系统的路径，包括电容间的耦合、互感耦合、阻抗耦合等，干扰的传播；
元件敏感模块433系统中一些容易被干扰的元件，如A/D转化器6，对这些元件在安装之前需要进行抗干扰的准备。
综上所述，本发明提出的防干扰的环境信息采集系统，抗干扰模块4通过硬件抗干扰41、软件抗干扰42和驱动器45根据现场的不同的环境以及条件进行不同的处理，利用干扰判断模块43快速将可能产生的干扰因素进行处力，在根源上，传播的途径中以及自身的情况下对可能或者以及产生的干扰进行处理，提高抗干扰的能力。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种防干扰的环境信息采集系统，其特征在于，包括多个传感器（1）、模拟开关（2）、放大器（3）、抗干扰模块（4）、采样器（5）、A/D转化器（6）以及处理模块（7），传感器（1）的输出端与模拟开关（2）的一端连接，模拟开关（2）的另一端与放大器（3）的输入端相接，放大器（3）的输出端与抗干扰模块（4）相接，抗干扰模块（4）的输出端与采样器（5）连接，采样器（5）的输出端与A/D转化器（6）相连，A/D转化器（6）与计算机输出模块（8）连接，计算机输出模块（8）与处理模块（7）的输入端相连，处理模块（7）的输出端分别与放大器（3）、抗干扰模块（4）、采样器（5）和A/D转化器（6）连接；
其中，所述的传感器（1）用于感受到被测量的信息，并能将感受到的信息，按一定规律变换成为电信号或信息输出形式，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制要求，采集被测对象的各种模拟量；
所述的模拟开关（2）用在A/D转化器（6）转换速率低的环境下，多个通道选择信号，将传感器（1）的电信号进行传输的模拟通道；
所述的放大器（3）用于放大和缓冲输入的模拟信号，将高频已调波的信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，在一定区域内的信号电平接收程度高，并且干扰的信号同样放大，抗干扰模块（4）更加容易将干扰的信号进行处理；
所述的采样器（5）用于在将信号传送至A/D转化器（6）后，在转化的过程中，需要一定的时间，而在等待的这段时间内，采样器（5）将输入A/D转化器（6）的模拟信号的大小不改变，保持稳定性；
所述的A/D转化器（6）是整个模拟通道的核心部分，完成从采样器（5）输出来的模拟信号的量化以及编码，结束后的数据发送至计算机输出模块（8）进行显示、打印、绘图结果的输出；
所述的处理模块（7）用于解释计算机输出模块（8）指令，分别处理对放大器（3）、抗干扰模块（4）、采样器（5）和A/D转化器（6）中的数据；
所述抗干扰模块（4）包括硬件抗干扰（41）、软件抗干扰（42）、干扰判断模块（43）、单片机（44）以及驱动器（45），干扰判断模块（43）的输出端与驱动器（45）连接，驱动器（45）与单片机（44）的输入端相连，单片机（44）的输出端分别与硬件抗干扰（41）和软件抗干扰（42）连接；
所述的硬件抗干扰（41）增加屏蔽和隔离的技术，包括静电屏蔽、磁屏蔽和电磁屏蔽，屏蔽外部的干扰信号，布线部分，避免强电的缆线与信号交叉产生耦合，并且建立共同的接地系统；
所述的软件抗干扰（42）采用数值、逻辑运算处理来达到滤波的效果，包括算术平均值、比较取舍法、中值法，根据信号的变化规律而进行实际的调整；
所述的驱动器（45）用于将模拟的信息上多余的信息进行排除，进一步提升抗干扰的能力。
2.根据权利要求1所述的一种防干扰的环境信息采集系统，其特征在于：所述干扰判断模块（43）包括干扰源模块（431）、干扰路径模块（432）以及元件敏感模块（433）；
所述的干扰源模块（431）快速找寻出干扰信号产生的源头并处理；所述干扰信号产生的源头为外部干扰或内部干扰，所述外部干扰包括雷电天气、电器设备发出的电磁波以及火化放电，所述内部干扰包括电容、电感引起的耦合感应，长线传输的波反射以及热噪声；
所述的干扰路径模块（432）有干扰源影响系统的路径，包括电容间的耦合、互感耦合、阻抗耦合，干扰的传播；
所述的元件敏感模块（433）系统中的 A/D转化器（6），在安装之前进行抗干扰的准备。
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