CN201589810U - 一种单通道分时复用采样电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型所公开的一种单通道分时复用采样电路，依次由模拟开关、可编程放大电路、抗混叠滤波电路、带A/D的单片机连接组成，带A/D的单片机控制模拟开关和可编程放大电路。模拟开关各通道开关在带A/D的单片机的控制下有序导通，一次只采集同相电流电压信号，原始信号变为单通道信号，单通道信号经过放大电路放大信号，然后由抗混叠滤波电路滤除高频信号，送至带A/D的单片机采样。本实用新型克服了现有采样方法的多通道化，巧妙地采用单通道代替多通道，使得多个原始信号共用一套放大电路和抗混叠滤波电路，大大简化了电路，利用软件编程提高采样的精确度，从而提高了采样信号的实时性、精确性、可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种单通道分时复用采样电路，尤其是指应用于三相交流系统的交流采样电路。
背景技术
目前，在工业控制领域普遍使用的集散系统一般分为三级：过程级、监控级和管理信息级。集散系统是将分散于现场的以微机为基础的过程监测单元、过程控制单元、图文操作站及主机(上位机)集成在一起的系统。它采用了局域网技术，将多个过程监控、操作站和上位机互连在一起，使通信功能增强，信息传输速度加快，吞吐量加大，为信息的综合管理提供了基础。在监控级中，现场输入/输出设备产生的信号通过控制网传送至主控设备，主控设备安装预定的算法处理，向输入/输出设备发出控制命令。管理信息级位于上层，通过系统网与现场控制站通信，交换信息。
交流采样装置位于输入/输出设备这一层，而在三相四线电力输送电网中，公知的采样装置由三相采样电阻、放大器、采样保持电路、波形变换电路、A/D变换电路和单片机组成。采样时，需要采样的综合电参数的原始信号有7个：Ua、Ub、Uc、Ia、Ib、Ic、I0，据此可计算出多个电参数，其中常见的如功率(P/Q/S)、电能(Wh/varh)、功率因数(cos)、线电压(Vab/Vbc/Vca)等，这些参数均为关联信号，需要两个或两个以上的信号进行关联采样。
现有的交流采样技术(多通道)存在以下缺点：第一，原始信号有7个，就需要7个通道，每个通道都需要与之相应的放大电路和抗混叠滤波电路，这样会造成输入电路复杂；第二，通道间存在难以消除的离散性以及测量多路关联信号时异步采样所导致的测量结果不精确都会给交流采样带来一定的影响；第三，输入信号多，元器件的工作状态往往发生较大变化，会发生一系列漂移，不可避免的产生难以修正的误差，造成仪表无法继续正常使用；第四，可以实现信号多级放大，如果多通道要实现这样的功能，就需要每个通道都加多级放大电路，使硬件电路更加复杂。
实用新型内容
本实用新型目的在于克服现有技术的不足，提供一种采样电路来保证采样的信号实时、精确度高、可靠性强，设计趋于简单化。
本实用新型解决现有技术的技术方案是：一种单通道分时复用采样电路，采用单通道的方法，克服了现有技术多通道电路复杂化问题，简化了电路。
本实用新型的电路依次由模拟开关U1、可编程放大电路、抗混叠滤波电路、带A/D的单片机U5连接组成，带A/D的单片机U5控制模拟开关U1和可编程放大电路。多路电流电压强电信号由互感器转化成弱电信号进入模拟开关U1，模拟开关U1的二进制输入端A、B、C在带A/D的单片机U5控制下，使得原始信号Ua、Ub、Uc、Ia、Ib、Ic、I0在模拟开关U1的各通道有序导通，一次只采集同相电流电压信号，原始信号变为单通道信号送至可编程放大电路输入端口。可编程放大电路由正常信号放大电流及弱信号放大电路顺次连接而成，正常信号放大电路包括运算放大器U3及由电阻组成的外围电路，弱信号放大电路包括运算放大器U4、模拟开关U2及由电阻组成的外围电路。多路弱信号进入可编程放大电路后，带A/D的单片机U5根据上次采样值控制模拟开关U2选择放大倍数，实现小信号分级别放大，而干扰源并没有得到放大，提高了小信号的采样精度。经过分级放大的信号输出端与抗混叠滤波电路相接，滤除高频信号。抗混叠滤波电路由电阻R7、电容C5组成。滤除高频的信号后送至单片机U5的A/D端口进行采样。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：第一，将原有技术的多通道电路改为单通道电路，分时复用，大大简化了电路；第二，多通道改为单通道后，避免了通道间的离散型，减少了由于测量多路关联信号时异步采样所导致的不精确；第三，分时采集数据程序、计算电流电压有效值并根据电流电压值选择放大倍数、计算功率、功率因数、频率等参数程序，提高了测量的精确度。
附图说明
图1是本实用新型原理框图；
图2是本实用新型电路原理图。
具体实施方式
本实用新型的设计方案在于克服现有技术的不足，提供一种单通道分时复用采样电路来代替现有技术的多通道采样电路，以保证采样的信号实时、精确度高、可靠性强，使设计趋于简单化。下面结合实施例参照附图进行详细说明，以便对本实用新型的技术特征及优点进行更深入的诠释。
本实用新型的原理框图如图1所示，电路依次由模拟开关U1、可编程放大电路、抗混叠滤波电路、带A/D的单片机U5连接组成，带A/D的单片机U5控制模拟开关U1和可编程放大电路。带A/D的单片机U5控制模拟开关U1和可编程放大电路，模拟开关U1的各通道开关在带A/D的单片机U5的控制下有序导通，一次只采集同相电流电压信号，改原始信号为单通道信号，单通道信号进入可编程放大电路放大信号，然后由抗混叠滤波电路滤除高频信号，送至带A/D的单片机U5采样，完成对信号的采样。
下面结合电路原理图进一步说明，如图2。多路电压电流强电信号由互感器转化成弱电信号，带A/D的单片机U5控制的二进制输入端A、B、C，使得原始信号Ua、Ub、Uc、Ia、Ib、Ic、I0在模拟开关U1的各通道有序导通，一次只采集同相电流电压信号，同相电流电压信号分别采样64点，原始信号变为单通道信号送至可编程放大电路输入端口。单片机定时器T1每隔(电网周期/128)时间控制一次模拟开关U1，使该相电压、电流信号交替经过模拟开关U1进入可编程放大电路。
可编程放大电路由正常信号放大电流及弱信号放大电路顺次连接而成，正常信号放大电路包括运算放大器U3及由电阻组成的外围电路，弱信号放大电路包括运算放大器U4、模拟开关U2及由电阻组成的外围电路。多路弱信号进入可编程放大电路后，因为单片机A/D精度有限，测量小信号精度低，为了提高精度，单片机根据上次电压电流的有效值控制U2选择合适的放大倍数，实现小信号分级别放大，而干扰源并没有得到放大，提高了小信号的采样精度。
经过分级放大的信号输出端与抗混叠滤波电路相接，滤除高频信号。抗混叠滤波电路由电阻R7、电容C5组成。这个电路主要功能是滤除采样频率以上的高频信号，避免高频信号对有效测量信号影响。
电流电压信号滤除高频信号后送至单片机U5的A/D端口进行采样和计算电压电流的有效值。
Claims (5)
1.一种单通道分时复用采样电路，依次由模拟开关、可编程放大电路、抗混叠滤波电路、带A/D端口的单片机连接组成，其特征在于：带A/D的单片机U5控制模拟开关U1和可编程放大电路，模拟开关U1的各通道开关在带A/D的单片机U5的控制下有序导通，一次只采集同相电流电压信号，改原始信号为单通道信号，单通道信号进入可编程放大电路放大信号，然后由抗混叠滤波电路滤除高频信号，送至带A/D的单片机U5采样，完成对信号的采样。
2.根据权利要求1所述的一种单通道分时复用采样电路，其特征在于：模拟开关U1由芯片IC1组成，带A/D的单片机U5控制模拟开关U1的二进制输入端A、B、C，使得原始信号Ua、Ub、Uc、Ia、Ib、Ic、I0在模拟开关U1的各通道有序导通，一次只采集同相电流电压信号，原始信号变为单通道信号。
3.根据权利要求2所述的一种单通道分时复用采样电路，其特征在于：所述的单通道信号输出端接可编程放大电路实现分级放大，可编程放大电路由正常信号放大电流及弱信号放大电路顺次连接而成，正常信号放大电路包括运算放大器U3及由电阻组成的外围电路，弱信号放大电路包括运算放大器U4、模拟开关U2及由电阻组成的外围电路。
4.根据权利要求3所述的一种单通道分时复用采样电路，其特征在于：所述的经过分级放大的信号输出端与抗混叠滤波电路连接，滤除高频信号，抗混叠滤波信号电路由电阻R7、电容C5组成。
5.根据权利要求4所述的一种单通道分时复用采样电路，其特征在于：所述的经过滤波的信号输出端与带A/D单片机U5连接，实现对信号的采样和计算。
Priority Applications (1)
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| CN2010200266318U CN201589810U (zh) | 2010-01-12 | 2010-01-12 | 一种单通道分时复用采样电路 |
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Publications (1)
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| CN201589810U true CN201589810U (zh) | 2010-09-22 |
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| CN (1) | CN201589810U (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102809729A (zh) * | 2012-05-11 | 2012-12-05 | 武汉中原电子集团有限公司 | 一种动力电池电量计量装置 |
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| CN105388814A (zh) * | 2015-12-22 | 2016-03-09 | 佛山市科瑞德电气科技有限公司 | 一种馈线智能终端及单极性ad采样双极性信号的采样方法 |
| CN113405593A (zh) * | 2021-05-19 | 2021-09-17 | 蚌埠依爱消防电子有限责任公司 | 一种温度、漏电流检测通道分时复用及自适应的方法 |
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2010
- 2010-01-12 CN CN2010200266318U patent/CN201589810U/zh not_active Expired - Lifetime
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