CN201302717Y - 高精度的传感器信号采集仪 - Google Patents
高精度的传感器信号采集仪 Download PDFInfo
- Publication number
- CN201302717Y CN201302717Y CNU2008202141856U CN200820214185U CN201302717Y CN 201302717 Y CN201302717 Y CN 201302717Y CN U2008202141856 U CNU2008202141856 U CN U2008202141856U CN 200820214185 U CN200820214185 U CN 200820214185U CN 201302717 Y CN201302717 Y CN 201302717Y
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- module
- signal
- resistance
- input
- reference voltage
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 33
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims description 15
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims description 5
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims description 5
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000013480 data collection Methods 0.000 abstract 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 235000015429 Mirabilis expansa Nutrition 0.000 description 1
- 244000294411 Mirabilis expansa Species 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 235000013536 miso Nutrition 0.000 description 1
- 230000008450 motivation Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
本实用新型所充分公开的是一种高精度的传感器信号采集仪。包括信号采集模块、模/数转换模块和单片机处理模块；所述的信号采集模块的采集信号输入端接传感器的输出端，其信号输出端接所述的模/数转换模块的模拟输入端，其数字输出端接所述的单片机处理模块的数据输入端；所述的模/数转换模块外置模块。由于采用了外置的A/D转换器，可以做到比单片机内置的A/D转换器转换位多，且转换时不用耗费单片机的时间，因此可以获得较高的数据采集精度和较快采集速度。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种信号采集设备，特别涉及一种采集传感器测量出来的模拟信号并将该模拟信号数字化的设备。
背景技术
随着汽车智能化水平越来越高，在汽车上使用传感器也越来越多，当前在汽车上使用的传感器有速度传感器、位置传感器、加速度传感器等汽车内发动机、电机等的运动状态传感器，还有温度传感器、电流传感器等。这些传感器将检测到的信号传送到汽车的控制中心，由控制中心根据设定确定汽车的当前工作状态，并进一步的推算下一步的工作。现在大多数传感器都输出模拟信号，在控制中心对该数据进行处理之间需要进行数/模转换。现在采集这些模拟信号的方法和设备都是采用单片机上的模数转换模块对采集到的模拟信号进行数字转换，同时还使用32k的SPI波特率传输，实现高速实时传输，但是由于单片机模数转换精度多为8位或10位，所以其缺陷是数据采集的精度不够高。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种高精度的传感器信号采集仪。解决数据采集的精度不够高的问题。
本实用新型解决其技术问题的方案为：一种高精度的传感器信号采集仪，包括信号采集模块、模/数转换模块和单片机处理模块；所述的信号采集模块的采集信号输入端接传感器的输出端，其信号输出端接所述的模/数转换模块的模拟输入端，其数字输出端接所述的单片机处理模块的数据输入端；所述的单片机处理模块通过通信模块与上位机连接；所述的模/数转换模块外置模块。
本方案由于采用了外置的A/D转换器，可以做到比单片机内置的A/D转换器转换位多，且转换时不用耗费单片机的时间，因此可以获得较高的数据采集精度和较快采集速度。
以下将结合附图和实施例，对本实用新型作进一步的说明。
附图说明
图1本实用新型高精度信号采集仪的电路框图。
图2本实用新型实施例中信号采集电路原理图。
图3本实用新型实施例所用采集芯片ADA4941内部电路图。
图4本实用新型实施例所用信号采集电路图。
图5本实用新型信号采集流程图。
具体实施方式
实施例，如图1所示，高精度传感器信号采集仪，包括信号采集模块、模/数转换模块和单片机处理模块。所述的信号采集模块的采集信号输入端接传感器外部电路。信号采集模块的采集信号输入端接传感器的输出端，其信号输出端接所述的模/数转换模块的模拟输入端，所述的模/数转换模块数字输出端接所述的单片机处理模块的数据输入端。所述的模/数转换模块为外置模块。本实施例中所述的模/数转换模块的转换位数为采用24位的，选用的型号为AD7767。本实施例中，采集到的信号在单片机里处理后，通过通信传到上位机。一般上位机是笔记本电脑或其它能与其通信的计算机。
如图2所示，上述信号采集模块包括比较放大器A1、反向放大器A2、第一参考电压模块VREF、第二参考电压模块VG、偏置电阻RG、放大电阻RF、输入电阻RIN以及第二偏置电阻R1、第二放大电阻R2和第二输入电阻R3。本实施例中，第一参考电压模块VREF为2.5V的高精度的电源芯片，选用型号为的ADR421。第二参考电压模块VG为0V。这种电源芯片的精度都非常高，可达到0.04％到0.12％之间。偏置电阻RG和放大电阻RF为可调电阻，输入电阻RIN的大小为偏置电阻RG和放大电阻RF的并联值。
比较放大器A1的输出端OUT+通过第二偏置电阻R1接反向放大器A2的反向输入端，比较放大器A1的正向输入端IN通过输入电阻RIN接所述传感器的模拟信号输出端，反向输入端FB通过偏置电阻RG接第二参考电压模块VG的正极，比较放大器A1的输出端通过放大电阻RF与其反向输入端FB相连；反向放大器A2的输入端通过第二输入电阻R3连接所述的第一参考电压模块VREF的正极，反向放大器A2的输出端VON-通过第二放大电阻R2接其反向输入端。比较放大器A1的输出端OUT+和反向放大器A2的输出端OUT-分别为采集电路的正负输出端VOP、VON。其对地电压分别为：
VOP＝VIN(1+RF/RG)-VG(RF/RG)
VON＝-VIN(1+RF/RG)+VG(RF/RG)+2(VREF)
通过上式可求出VOP和VON的差分和共模信号：VOdm和VOcm
VOdm＝VOP-VON＝2VIN(1+RF/RG)-VG(RF/RG)-2(VREF)
VOcm＝(VOP+VON)/2＝VREF
当RF为0，RG为无穷大时，VOdm＝2(VIN)-2(VREF)。
由此可见，该电路可以根据实际情况，如输入信号的大小，需要得到的差分信号而进行电阻和电压的配置，使应用更方便。
本实施例中采用集成电路ADA4941代替上述采样电路，该芯片内部电路图如图3所示，可见与图2所示的电路图一致。图4为本实施例中利用集成电路ADA4941做采集电路的电路图。比较图4和图2可知：RF＝0，VG＝0，RIN＝0，RG断开，为无穷大，那是因为在本电路中输入信号不需要做任何处理，可满足后续电路要求，由前面的公式：
VOP＝VIN(1+RF/RG)-VG(RF/RG)＝VIN
VON＝-VIN(1+RF/RG)+VG(RF/RG)+2(VREF)＝5-VIN
通过上式可求出VOP和VON的差分和共模信号：VOdm和VOcm
VOdm＝VOP-VON＝2VIN(1+RF/RG)-VG(RF/RG)-2(VREF)＝2VIN-5
VOcm＝(VOP+VON)/2＝VREF＝2.5V
在电路图上保持这些位置的目的是为了根据不同的输入信号，比如某些小信号，需要做放大处理时配置电阻。
C201是用于消除输入信号的高频干扰，经验计算式为C＝1/F；即消除100MHz左右的干扰信号；R203、R204和C202是为了稳定差分信号。5V是工作电源，VREF_2.5是产生的高精度的2.5V参考电压。传感器的模拟输出信号从电路板的IN引脚输入后，通过C201交流接地后，通过1000欧姆的输入电阻输入到集成电路ADA4941的输入端，在集成电路ADA4941内处理后通过OUT+和OUT-输出采集的信号。
本实施例中，数据采集模块、模/数转换模块和单片机处理模块之间采用同步串行通信方式，具体采用SPI(Serial Peripheral Interface)接口。前数据采集模块的OUT+和OUT-输出差分后得到差分信号VOdm，在得到差分信号后，用专用芯片AD7767进行A/D转换，转换的结果通过SPI传输。该芯片特点是转换精度高，转换的结果为24位；传输频率高，主频达到1MHZ，数据传输频率根据芯片不同可为32KHz、64KHz和128KHz；另外，为保证得到的是有效的24位数据，该芯片通过DRDY位的下降沿来提示一次转换结束，24位数据已准备好。
上述的SPI是一种同步串行外设接口，完成具有SPI接口的芯片之间的连接与通讯。该接口常用于信息量大，速度要求高的场合；异步通信则规定了标准的字符数据传输格式，即每一帧信息由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位组成。由于有冗余位，所以传送效率不高，常用于信息量不大，速度较低的场合。本实施例由于数据量大，通信速度快，所以采用同步通信。完整的SPI接口共有4条线：串行时钟线SCK、MISO、MOSI和从机选择线SS。采用SPI总线接口可以简化电路设计，节省I/O口线，提高设计的可靠性。并行通信是指将待发送数据的各位同时传送，串行通信则将数据一位一位地按顺序传送。并行通信虽然传输效率高，由于所需硬件设备复杂，不适于长距离通信，所以一般只适用于要求实时性强，传送速率较高的控制系统中，实用面较窄；相比之下，串行通信简单易实现，传输距离较长，所以已被广泛应用于各种工控系统中。
由于转换的结果精确度高，达到了24bit，不可能用24根数据线进行通信，占用过多的硬件资源，所以采用串行通信。
本实施例传感器信号采集方法很简单，流程图如图5所示。主要包括以下步骤：
A、利用采集电路采集传感器输出的模拟信号；
B、利用单片机控制外加模/数转换器对步骤A采集的信号进行模/数转换；
C、单片机将数字信号输送到数字用户。
Claims (9)
1、一种高精度的传感器信号采集仪，包括信号采集模块、模/数转换模块和单片机处理模块；所述的信号采集模块的采集信号输入端接传感器的输出端，其信号输出端接所述的模/数转换模块的模拟输入端；所述的模/数转换模块的数字输出端接所述的单片机处理模块的数据输入端；所述的单片机处理模块通过通信模块与上位机连接；其特征在于：所述的模/数转换模块为外置模块。
2、根据权利要求1所述的信号采集仪，其特征在于：所述的模/数转换模块的转换位数为24位，型号为AD7767。
3、根据权利要求1所述的信号采集仪，其特征在于：所述的信号采集模块包括比较放大器(A1)、反向放大器(A2)、第一参考电压模块(VREF)、第二参考电压模块(VG)、偏置电阻(RG)、反馈电阻(RF)、输入电阻(RIN)以及第二偏置电阻(R1)、第二反馈电阻(R2)和限流电阻(R3)；比较放大器(A1)的输出端(OUT+)通过第二偏置电阻(R1)接反向放大器(A2)的反向输入端，比较放大器(A1)的正向输入端(IN)通过输入电阻(RIN)接所述传感器的模拟信号输出端，反向输入端(FB)通过偏置电阻(RG)接第二参考电压模块(VG)的正极，比较放大器(A1)的输出端通过放大电阻(RF)与其反向输入端(FB)相连；反向放大器(A2)的输入端通过第二输入电阻(R3)连接所述的第一参考电压模块(VREF)的正极，反向放大器(A2)的输出端(VON-)通过第二放大电阻(R2)接其反向输入端。
4、根据权利要求3所述的信号采集仪，其特征在于：所述的输入电阻(RIN)的阻值为偏置电阻(RG)和放大电阻(RF)的并联值。
5、根据权利要求3所述的信号采集仪，其特征在于：所述的偏置电阻(RG)和放大电阻(RF)为可调节电阻。
6、根据权利要求3所述的信号采集仪，其特征在于：第二偏置电阻(R1)、第二放大电阻(R2)和第二输入电阻(R3)的阻值分别为：1000欧姆、1000欧姆和500欧姆。
7、根据权利要求3所述的信号采集仪，其特征在于：所述的第一参考电压模块(VREF)、第二参考电压模块(VG)分别为高精度的电源芯片。
8、根据权利要求7所述的信号采集仪，其特征在于：所述的第一参考电压模块(VREF)的型号为2.5V的ADR421、第二参考电压模块(VG)为0V。
9、根据权利要求1至8任一项所述的信号采集仪，其特征在于：所述的数据采集模块、模/数转换模块和单片机处理模块之间采用同步串行通信方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNU2008202141856U CN201302717Y (zh) | 2008-12-04 | 2008-12-04 | 高精度的传感器信号采集仪 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CNU2008202141856U CN201302717Y (zh) | 2008-12-04 | 2008-12-04 | 高精度的传感器信号采集仪 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN201302717Y true CN201302717Y (zh) | 2009-09-02 |
Family
ID=41086345
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CNU2008202141856U Expired - Fee Related CN201302717Y (zh) | 2008-12-04 | 2008-12-04 | 高精度的传感器信号采集仪 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN201302717Y (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103941638A (zh) * | 2014-04-23 | 2014-07-23 | 上海戴镁机电科技有限公司 | 一种控制滚边机器人进行精确滚边的系统及方法 |
| CN106546272A (zh) * | 2016-11-01 | 2017-03-29 | 浙江师范大学 | 一种阻抗式传感器信号采集系统 |
| CN111835353A (zh) * | 2019-04-19 | 2020-10-27 | 深圳市柯雷科技开发有限公司 | 一种单端/差分信号到各种差分信号的通用转换电路 |
-
2008
- 2008-12-04 CN CNU2008202141856U patent/CN201302717Y/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103941638A (zh) * | 2014-04-23 | 2014-07-23 | 上海戴镁机电科技有限公司 | 一种控制滚边机器人进行精确滚边的系统及方法 |
| CN106546272A (zh) * | 2016-11-01 | 2017-03-29 | 浙江师范大学 | 一种阻抗式传感器信号采集系统 |
| CN106546272B (zh) * | 2016-11-01 | 2018-11-23 | 浙江师范大学 | 一种阻抗式传感器信号采集系统 |
| CN111835353A (zh) * | 2019-04-19 | 2020-10-27 | 深圳市柯雷科技开发有限公司 | 一种单端/差分信号到各种差分信号的通用转换电路 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN201402520Y (zh) | 一种基于无线传感网络接口的桥梁应变采集仪 | |
| CN104569571A (zh) | 高速多通道电流电压复用采集单元及数据采集方法 | |
| CN102243801A (zh) | 多功能无线采集控制器 | |
| CN201302717Y (zh) | 高精度的传感器信号采集仪 | |
| CN206002882U (zh) | 一种基于ads7823的多路传感器信号采集电路 | |
| CN113703370A (zh) | 一种多通道高分辨率数据采集系统 | |
| CN104345176A (zh) | 一种自校准数字加速度传感器 | |
| CN201698207U (zh) | 基于fpga的模拟量采集模块 | |
| CN202092805U (zh) | 一种力传感器的信号获取电路 | |
| CN204831576U (zh) | 一种基于nrf905的低功耗多点无线温度采集系统 | |
| CN208012779U (zh) | 八通道输入温度采集器 | |
| CN115541961A (zh) | 一种多路正负脉冲电流同步采样电路 | |
| CN202940789U (zh) | 一种频率电流隔离转换模块 | |
| CN207817691U (zh) | 一种数据采集卡 | |
| CN202083554U (zh) | 多路温度压力在线监测系统 | |
| CN205958139U (zh) | 一种精确度高的温度变送器 | |
| CN208834135U (zh) | 一种智能称量数据采集装置 | |
| CN207366097U (zh) | 一种用于柴油机监控系统的pt1000温度测量模块 | |
| CN207132965U (zh) | 一种基于以太网的多功能电子秤 | |
| CN202110653U (zh) | 多功能无线采集控制器 | |
| CN201247285Y (zh) | 电子式三相有功电能表 | |
| CN202837903U (zh) | 具有多种通信接口的无线远程终端控制系统 | |
| CN210346935U (zh) | 一种多通道电池温度采集电路 | |
| CN205121266U (zh) | 工业用多参量数据采集器 | |
| CN215641569U (zh) | 一种放大器非线性失真测量装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20090902 Termination date: 20131204 |