CN110726864B - 一种自适应直流信号采样电路及采样装置 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种自适应直流信号采样电路及采样装置。其中，自适应直流信号采样电路，包括电压采样电路、电流采样电路、功能切换电路和主控制器；所述电压采样电路和电流采样电路并联连接，所述电压采样电路和电流采样电路两端均与数据采集传感器相连；所述主控制器被配置为：接收数据采集传感器分别经电压采样电路和电流采样电路输出的信号并判断数据采集传感器输出信号的类型；根据数据采集传感器输出信号的类型来控制功能切换电路使能电压采样电路或电流采样电路。
Description
技术领域
本公开属于信号采样领域，尤其涉及一种自适应直流信号采样电路及采样装置。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
传感器的通用标准输出信号常用的有4-20mA和1-5V两种，发明人发现，目前的直流信号采样电路设计时，一般只能采集一种类型的传感器信号，适应性不强；而且目前的直流信号采样电路存在反应速度慢，使用寿命短，故障率高的问题。
发明内容
为了解决上述问题，本公开的第一个方面提供一种自适应直流信号采样电路，其能够自动适应不同输出信号的采样，提高采样效率。
为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：
一种自适应直流信号采样电路，包括电压采样电路、电流采样电路、功能切换电路和主控制器；所述电压采样电路和电流采样电路并联连接，所述电压采样电路和电流采样电路两端均与数据采集传感器相连；
所述主控制器被配置为：接收数据采集传感器分别经电压采样电路和电流采样电路输出的信号并判断数据采集传感器输出信号的类型；根据数据采集传感器输出信号的类型来控制功能切换电路使能电压采样电路或电流采样电路。
作为一种实施方式，所述自适应直流信号采样电路还包括前置保护电路，所述前置保护电路设置在电压采样电路和电流采样电路的输入端，用于当输入信号电压超过预设值时，将当输入信号电压钳位在一固定值。
作为一种实施方式，所述前置保护电路包括：前置保护电阻和稳压管，所述稳压管与电压采样电路和电流采样电路并联连接，前置保护电阻一端与数据采集传感器的输出端相连前置，另一端与稳压管和电压采样电路和电流采样电路的连接点相连。
作为一种实施方式，所述电压采样电路包括串联连接的第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和第二电阻之间还串接有变阻器，所述变阻器的可变输出端串接有电压采样输出电阻，所述电压采样输出电阻与主控制器相连。
作为一种实施方式，所述电流采样电路包括电流采样电阻，所述电流采样 电阻的两端分别经一个电阻传送至主控制器。
作为一种实施方式，所述功能切换电路包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管和第二开关管分别与电压采样电路和电流采样电路对应相连，所述第一开关管依次通过第一反相器和第二反相器与主控制器相连；所述第二开关管通过第二反相器与主控制器相连；
当主控制器给第二反相器加高电平时，电压采样电路工作，电流采样电路不工作；当主控制器给第二反相器加低电平时，电压采样电路不工作，电流采样电路工作。
作为一种实施方式，在所述主控制器中，判断数据采集传感器输出信号的类型的过程为：
对电压采样电路获取的多组数据通过平均滤波算法得到测量电压a；
对电流采样电路获取的多组数据通过平均滤波算法得到测量电压b；
定义前置保护电路中稳压管的稳压值为稳压电压c；
若测量电压a与稳压电压c相差不超过稳压电压c的第一预设百分比值，且测量电压b除以 电流采样电阻得到的电流值在4-20mA之间，则输入信号为 4-20mA电流信号；
若测量电压a大于等于测量电压b，且测量电压a与稳压电压c相差超过稳压电压c的第二预设百分比值，且测量电压a通过电压取样比例算出来的输入电压值在1-5V之间，则输入信号为1-5V电压信号；
其他情况为接入无效信号。
为了解决上述问题，本公开的第二个方面提供一种自适应直流信号采样装置，其能够自动适应不同输出信号的采样，提高采样效率。
为了实现上述目的，本公开采用如下技术方案：
一种自适应直流信号采样装置，其包括上述所述的自适应直流信号采样电路。
本公开的有益效果是：
本公开根据主控制器接收数据采集传感器分别经电压采样电路和电流采样电路输出的信号并判断数据采集传感器输出信号的类型；根据数据采集传感器输出信号的类型来控制功能切换电路使能电压采样电路或电流采样电路，能够自动适应不同输出信号的采样，提高采样效率；而且电路除电阻电容外全部采用半导体器件，具有反应速度快，使用寿命长，故障率低的优点。
附图说明
构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。
图1是本公开实施例公开的一种自适应直流信号采样电路原理图。
图2是本公开实施例公开的一种自适应直流信号采样电路结构图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。
本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。
实施例1
如图1所示，本实施例的一种自适应直流信号采样电路，包括电压采样电路、电流采样电路、功能切换电路和主控制器；所述电压采样电路和电流采样电路并联连接，所述电压采样电路和电流采样电路两端均与数据采集传感器相连；
所述主控制器被配置为：接收数据采集传感器分别经电压采样电路和电流采样电路输出的信号并判断数据采集传感器输出信号的类型；根据数据采集传感器输出信号的类型来控制功能切换电路使能电压采样电路或电流采样电路。
作为一种实施方式，所述自适应直流信号采样电路还包括前置保护电路，所述前置保护电路设置在电压采样电路和电流采样电路的输入端，用于当输入信号电压超过预设值时，将当输入信号电压钳位在一固定值。
如图2所示，本实施例所述前置保护电路包括：前置保护电阻R9和稳压管 D1，所述稳压管D1与电压采样电路和电流采样电路并联连接，前置保护电阻 R9一端与数据采集传感器的输出端相连前置，另一端与稳压管和电压采样电路和电流采样电路的连接点相连。
在具体实施中，所述电压采样电路包括串联连接的第一电阻R1和第二电阻 R2，所述第一电阻R1和第二电阻R2之间还串接有变阻器RP1，所述变阻器RP1 的可变输出端串接有电压采样输出电阻R7，所述电压采样输出电阻R7与主控制器相连。
在具体实施中，所述电流采样电路包括电流采样电阻R4，所述电流采样 电阻R4的两端分别经电阻R5和电阻R6传送至主控制器。
在具体实施中，所述功能切换电路包括第一开关管U1A和第二开关管U1B，所述第一开关管U1A和第二开关管U1B分别与电压采样电路和电流采样电路对应相连，所述第一开关管U1A依次通过第一反相器U3B和第二反相器U3A与主控制器相连；所述第二开关管管U1B通过第二反相器U3A与主控制器相连；
当主控制器给第二反相器加高电平时，电压采样电路工作，电流采样电路不工作；当主控制器给第二反相器加低电平时，电压采样电路不工作，电流采样电路工作。
具体地，第一开关管U1A和第二开关管U1B可采用MOS管或场效应管来实现。
如图2所示，当第一开关管U1A和第二开关管U1B为MOS管时，第一开关管U1A和第二开关管U1B的栅极均接地，源极为输出端，且第一开关管U1A 的源极还通过电阻R3接地；第二开关管U1B的源极还通过电阻R8接地。
在本实施例中，电压采样电路，用于采集1-5V电压信号；
电流采样电路，用于采集4-20mA电流信号。
主控制器，用于判断传感器信号类型，根据传感器信号类型，控制功能切换电路，选择相应的采样电路工作，并采集处理后的传感器信号。
具体地，系统加电后，主控制器首先会快速多次分别用电压采样电路和电流采样电路采集传感器的输出信号的值，再根据上述获取的多组数据综合分析处理，来判断当前的传感器输入信号是4-20mA电流信号还是1-5V电压信号，然后控制相应的采样电路工作，完成输入信号类型自适应过程。
作为一种实施方式，在所述主控制器中，判断数据采集传感器输出信号的类型的过程为：
对电压采样电路获取的多组数据通过平均滤波算法得到测量电压a；
对电流采样电路获取的多组数据通过平均滤波算法得到测量电压b；
定义，前置保护电路中稳压管D1的稳压值为稳压电压c；其中：稳压管的稳压值是它的一个固定参数，只与稳压管型号有关；
若测量电压a与稳压电压c相差不超过稳压电压c的第一预设百分比值，且测量电压b除以 电流采样电阻得到的电流值在4-20mA之间，则输入信号为 4-20mA电流信号；
若测量电压a大于等于测量电压b，且测量电压a与稳压电压c相差超过稳压电压c的第二预设百分比值，且测量电压a通过电压取样比例算出来的输入电压值在1-5V之间，则输入信号为1-5V电压信号；
其他情况为接入无效信号。
例如：输入信号类型判断方法如下：
若测量电压a与稳压电压c相差不超过10％，且测量电压b除以 电流采样电阻R4得到的电流值在4-20mA之间，则输入信号为4-20mA电流信号；
若测量电压a大于等于测量电压b，且测量电压a与稳压电压c相差超过 50％，且测量电压a通过电压取样比例算出来的输入电压值在1-5V之间，则输入信号为1-5V电压信号。
其他情况为接入无效信号，此时，系统会重新开始输入信号类型自适应过程。
实施例2
本实施例提供了一种自适应直流信号采样装置，其能够自动适应不同输出信号的采样，提高采样效率。
本实施例的一种自适应直流信号采样装置，其包括如图1和图2所示的自适应直流信号采样电路。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种自适应直流信号采样电路，其特征在于，包括电压采样电路、电流采样电路、功能切换电路和主控制器；所述电压采样电路和电流采样电路并联连接，所述电压采样电路和电流采样电路两端均与数据采集传感器相连；
所述主控制器被配置为：接收数据采集传感器分别经电压采样电路和电流采样电路输出的信号并判断数据采集传感器输出信号的类型；根据数据采集传感器输出信号的类型来控制功能切换电路使能电压采样电路或电流采样电路；
在所述主控制器中，判断数据采集传感器输出信号的类型的过程为：
对电压采样电路获取的多组数据通过平均滤波算法得到测量电压a；
对电流采样电路获取的多组数据通过平均滤波算法得到测量电压b；
定义前置保护电路中稳压管的稳压值为稳压电压c；
若测量电压a与稳压电压c相差不超过稳压电压c的第一预设百分比值，且测量电压b除以电流采样电阻得到的电流值在4-20mA之间，则输入信号为4-20mA电流信号；
若测量电压a大于等于测量电压b，且测量电压a与稳压电压c相差超过稳压电压c的第二预设百分比值，且测量电压a通过电压取样比例算出来的输入电压值在1-5V之间，则输入信号为1-5V电压信号；
其他情况为接入无效信号。
2.如权利要求1所述的自适应直流信号采样电路，其特征在于，所述自适应直流信号采样电路还包括前置保护电路，所述前置保护电路设置在电压采样电路和电流采样电路的输入端，用于当输入信号电压超过预设值时，将当输入信号电压钳位在一固定值。
3.如权利要求2所述的自适应直流信号采样电路，其特征在于，所述前置保护电路包括：前置保护电阻和稳压管，所述稳压管与电压采样电路和电流采样电路并联连接，前置保护电阻一端与数据采集传感器的输出端相连前置，另一端与稳压管和电压采样电路和电流采样电路的连接点相连。
4.如权利要求1所述的自适应直流信号采样电路，其特征在于，所述电压采样电路包括串联连接的第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和第二电阻之间还串接有变阻器，所述变阻器的可变输出端串接有电压采样输出电阻，所述电压采样输出电阻与主控制器相连。
5.如权利要求1所述的自适应直流信号采样电路，其特征在于，所述电流采样电路包括电流采样电阻，所述电流采样 电阻的两端分别经一个电阻传送至主控制器。
6.如权利要求1所述的自适应直流信号采样电路，其特征在于，所述功能切换电路包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管和第二开关管分别与电压采样电路和电流采样电路对应相连，所述第一开关管依次通过第一反相器和第二反相器与主控制器相连；所述第二开关管通过第二反相器与主控制器相连；
当主控制器给第二反相器加高电平时，电压采样电路工作，电流采样电路不工作；当主控制器给第二反相器加低电平时，电压采样电路不工作，电流采样电路工作。
7.一种自适应直流信号采样装置，其特征在于，包括如权利要求1-6中任一项所述的自适应直流信号采样电路。
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