CN202547755U - 一种模拟量采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种模拟量采集装置，包括：交变调制单元，与称重传感器连接，用于调制出正负交替变换的供桥电压，并将所述供桥电压输入称重传感器；模数处理单元，与交变调制单元及称重传感器连接，用于调节所述供桥电压正负交替变换的频率，并对称重传感器传入的称重信号进行斩波采样后将其转换为数字信号输入中央处理器。与传统模拟量采集装置相比，本实用新型通过交变调制单元将直流供桥电压调制为正负交替变换的供桥电压，降低了瞬时干扰；通过模数处理单元直接接收称重信号，即毫伏级的电压信号，提高了采样精度。

Description

一种模拟量采集装置

技术领域

本实用新型涉及自控电路技术领域，尤其涉及一种模拟量采集装置。

背景技术

目前，国内固体物料的称量一般都采用的是动态称重仪表，用于计量物料的多少，控制下料速度，以实现自动控制、自动计量的目的。动态称重仪表按着给料方式分为皮带秤仪表、给料机仪表、失重称仪表、转子秤仪表等，称重仪表广泛应用于水泥、矿山、冶金、煤炭、建材、化工、陶瓷、粮食、轻工、电力等各行各业中。

无论是哪种动态称重仪表都有称重信号采集电路，其工作过程如下：(1)放大称重信号。因为现在的称重传感器输出的称重信号大多为毫伏级信号，所以需要将称重信号进行放大，然后送给单独的模数转换(A/D)电路或中央处理器(CPU)自带的模数转换电路进行模数转换。做的精度高一些的称重信号采集电路一般都采用两级放大对称重信号进行处理，前一级一般采用差动运放来采集信号，后一级采用滤波跟随器对称重信号进行调整。(2)模数转换。因为中央处理器不能对模拟信号进行分析处理，所以需要将放大后的称重信号转换为数字信号。根据对模数转换精度的要求，模数转换可以使用中央处理器(CPU)自带的模数转换电路，也可以设计单独的模数转换电路。就现有技术而言，中央处理器自带的模数转换(A/D)的电路的精度大多都是10位左右，这对于高精度的动态称重仪表是不够用的，因此需要在中央处理器的外部设计单独的模数转换电路，将称重信号转换为数字信号后，传入中央处理器进行数据计算。

但是，传统的称重信号采集电路存在如下不足：第一、毫伏级的称重信号经过运放的放大处理后，即使运放的精度再高也会有误差，并且已经将误差进行了放大。第二、称重传感器的称重信号不能直接转换为数字信号，在传输过程中不利于消除干扰。第三、称重信号采集电路是通过直流供桥电源激励完成称重信号的采集，抗干扰能力差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种模拟量采集装置，其解决了传统模拟量采集装置无法直接接收毫伏级的称重信号，采样精度低以及整个采集过程抗干扰能力差的问题。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种模拟量采集装置，所述装置包括：

交变调制单元，与称重传感器连接，用于调制出正负交替变换的供桥电压，并将所述供桥电压输入称重传感器；

模数处理单元，与交变调制单元及称重传感器连接，用于调节所述供桥电压正负交替变换的频率，并对称重传感器传入的称重信号进行斩波采样后将其转换为数字信号输入中央处理器。

特别的，所述模拟量采集装置还包括：

参考电压输入单元，与称重传感器及模数处理单元连接，用于将称重传感器输入的参考电压进行分压，生成模拟参考电压，并将所述模拟参考电压输入模数处理单元。

特别的，所述模数处理单元包括：

交变频率控制单元，与交变调制单元连接，用于根据中央处理器传入的频率调节信号，控制交变调制单元调制出正负交替变换的供桥电压的正负交替变换频率；

斩波单元，与称重传感器连接，用于对输入的称重信号进行斩波采样，获得采样信号，并将所述采样信号输入模数转换单元；

模数转换单元，与斩波单元和参考电压输入单元连接，用于根据参考电压输入单元输入的模拟参考电压，将采样信号转换为数字信号。

特别的，所述模拟量采集装置还包括：

波形调整单元，与模数处理单元连接，用于调整中央处理器向交变频率控制单元输出的频率调节号的波形。

特别的，所述模拟量采集装置还包括：

滤波单元，与称重传感器及模数处理单元连接，用于将称重传感器传入的称重信号进行滤波后输入斩波单元。

特别的，所述模拟量采集装置还包括：

隔离单元，与模数处理单元及中央处理器连接，用于通过光耦完成模数处理单元与中央处理器之间的数据传输。

特别的，所述模拟量采集装置还包括：

电源单元，与交变调制单元、模数处理单元以及隔离单元连接，用于向交变调制单元输出供桥电压，并向模数处理单元和隔离单元输出其各自所需的供电电压。

特别的，所述交变调制单元包括：第一反相器、第二反相器以及第一至第四晶体管；

其中，第一晶体管的源极与电源单元的供桥电压输出端和第二晶体管的源极连接，漏极与称重传感器的第一输入端和第四晶体管的漏极连接；第二晶体管的漏极与称重传感器的第二输入端和第三晶体管的漏极连接；第三晶体管的源极与第四晶体管的源极连接后接地；第一反相器的输出端与第一晶体管的栅极连接，输入端与交变频率控制单元和第三晶体管的栅极连接；第二反相器的输出端与第二晶体管的栅极连接，输入端与交变频率控制单元和第四晶体管的栅极连接。

本实用新型通过交变调制单元将直流供桥电压调制为正负交替变换的供桥电压，降低了瞬时干扰；通过模数处理单元直接接收称重信号，即毫伏级的电压信号，提高了采样精度；通过隔离单元将数字信号输入中央处理器，增强了抗干扰能力。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的模拟量采集装置的结构图；

图2为本实用新型实施例提供的电源单元的电路结构图；

图3为本实用新型实施例提供模拟量采集装置的主电路结构图；

图4为本实用新型实施例提供的波形调整单元和隔离单元的电路连接图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，图1为本实用新型实施例提供的模拟量采集装置的结构图。

本实施例中模拟量采集装置包括：电源单元、交变调制单元、模数处理单元、参考电压输入单元、滤波单元、波形调整单元以及隔离单元。所述模数处理单元包括：交变频率控制单元、斩波单元以及模数转换单元。

所述电源单元，与交变调制单元、模数处理单元以及隔离单元连接，用于向交变调制单元输出直流供桥电压，并向模数处理单元和隔离单元输出其各自所需的供电电压。

图2为本实用新型实施例提供的电源单元的电路结构图。系统电压输入端P-VCC输入的电压经第一稳压芯片VOL1进行稳压处理后输入由运算放大器IC20、三极管D4、电阻R13、电阻R31、电阻R32以及电容C8构成的基准电路进行调制，然后输入由三极管D4的发射极输入由电容C17以及电容C18构成的滤波电路进行滤波处理，获得所需的直流供桥电压。所述直流供桥电压一路从供桥电压输出端QY-VCC输入交变调制单元，另一路输入由第二稳压芯片VOL2、电容C19和电容C20构成的供电电压调制电路进行处理，调制出供电电压，然后将供电电压从供电电压输出端DEVDD输出，给模数处理单元和隔离单元供电。其中，所述运算放大器IC20同相输入端输入的基准电压由基准电压芯片提供。

所述交变频率控制单元，与中央处理器连接，用于根据中央处理器传入的频率调节信号，控制交变调制单元调制出的正负交替变换的供桥电压的正负交替变换频率。

所述交变调制单元，与交变频率控制单元连接，用于在交变频率控制单元的控制下，将电源单元输入的直流供桥电压调制为正负交替变换的供桥电压，并将其输入称重传感器。

所述滤波单元，与称重传感器连接，用于将称重传感器传入的称重信号进行滤波后输入斩波单元。

所述斩波单元，与滤波单元连接，用于对输入的称重信号进行斩波采样，获得采样信号，并将所述采样信号输入模数转换单元。

所述参考电压输入单元，与称重传感器连接，用于将称重传感器输入的参考电压进行分压，生成模拟参考电压，并将所述模拟参考电压输入模数转换单元。

所述模数转换单元，与斩波单元和参考电压输入单元连接，用于根据参考电压输入单元传入的模拟参考电压，将斩波单元传入的采样信号转换为数字信号，然后输入隔离单元。

图3为本实用新型实施例提供的模拟量采集装置主电路的结构图。本实施例中模数处理单元选用型号为AD7730的模数转换器U1。交变调制单元包括：第一反相器IC3A、第二反相器IC3F、第三反相器IC3B、第四反相器IC3C、第五反相器IC3E、第六反相器IC3D、电容C1、电容C6以及第一至第四晶体管。第一至第四晶体管均为金属-氧化物-半导体场效应晶体管，即MOS管。

其中，第三反相器IC3B与第四反相器IC3C串联连接，第四反相器IC3C的输入端与第一反相器IC3A的输入端连接，第四反相器IC3C的输出端与第三晶体管Q3的栅极连接；第五反相器IC3E与第六反相器IC3D串联连接，第五反相器IC3E的输入端与第二反相器IC3F的输入端连接，第六反相器IC3D的输出端与第四晶体管Q4的栅极连接。第一晶体管Q1的源极与电源单元的供桥电压输出端QY-VCC和第二晶体管Q2的源极连接，漏极与称重传感器的第一输入端X7:8和第四晶体管Q4的漏极连接；第二晶体管Q2的漏极与称重传感器的第二输入端X7:3和第三晶体管Q3的漏极连接；第三晶体管Q3的源极与第四晶体管Q4的源极连接后接地；第一反相器IC3A的输出端与第一晶体管Q1的栅极连接，输入端与交变频率控制单元和第三反相器IC3B的输入端连接；第二反相器IC3F的输出端与第二晶体管Q2的栅极连接，输入端与交变频率控制单元和第五反相器IC3E连接。电路图中的F1和F2均为保险丝。

所述交变频率控制单元用于分析中央处理器通过引脚A/D RST、引脚A/DSCLK、引脚A/D CS以及引脚A/D DIN输入的频率调节信号，并根据分析结果，通过引脚ACX和引脚

向交变调制单元输出交替变换的高电平和低电平，其中所述引脚A/D RST、引脚A/D SCLK、引脚A/D CS以及引脚A/D DIN分别为复位信号引脚、串行时钟信号引脚、片选信号引脚以及数据输入引脚。当引脚ACX输出高电平时，第一晶体管Q1和第二晶体管Q2断开，第二晶体管Q2和第三晶体管Q3接通，称重传感器的第二输入端X7:3输出正极性的供桥电压，当引脚

输出低电平时，第一晶体管Q1和第二晶体管Q2接通，第二晶体管Q2和第三晶体管Q3断开，称重传感器的第一输入端X7:8输出正极性的供桥电压，如此反复进行，交变调制单元调制出称重传感器所需的正负交替变换的供桥电压。

称重传感器从第一称重信号输出端X7:5和第二称重信号输出端X7:6将称重信号，即毫伏级的电压信号，输入由电容C3、电容C4、电感CZ5、电感CZ6、电容C9、电容C10、电阻R7以及电阻R8构成的滤波单元进行滤波处理，然后通过引脚AIN1+和引脚AIN1-将称重信号输入斩波单元进行斩波采样，获得采样信号。

同时，从称重传感器的第一参考电压输出端X7:4和第二参考电压输出端X7:7输入的参考电压，通过由电容C2、电感CZ3、电阻R1、电阻R2以及电容C11构成的参考电压输入单元进行分压，生成模拟参考电压，并将其从模数转换器U1的引脚REF-和引脚REF+输入模数转换单元。模数转换单元根据输入的模拟参考电压，将斩波单元输入的采样信号转换为数字信号，然后通过引脚A/DDOUT和引脚A/D RDY将所述数字信号输入隔离单元。

晶体振荡器JZ1由电源单元的供电电压输出端DEVDD输出的5V的供电电压供电，工作时将产生的时钟频率通过引脚MCLKI输入模数转换器U1，用以控制数字信号的正常输出。

图4为本实用新型实施例提供的波形调整单元和隔离单元的电路连接图。波形调整单元由反相器IC35A和反相器IC35B组成的第一调整单元和由反相器IC35D和反相器IC35E组成的第二调整单元构成。隔离单元由型号均为TLP281光耦IC23和光耦IC24、型号均为HCPL-2630的光耦IC25和光耦IC26组成。其中，光耦IC23、光耦IC24、光耦IC25以及光耦IC26均由电源单元输出的供电电压为其供电。

从中央处理器的引脚CPU-A/D DIN输出的信号，其中包括与频率调节信号相关的信号，通过光耦IC23输入第一调整单元，第一调整单元对所述信号的波形进行调整后输入模数转换器U1。从中央处理器的引脚CPU-A/D RST输出的信号，其中包括与频率调节信号相关的信号，通过光耦IC24输入模数转换器U1。从中央处理器的引脚CPU-A/D CS和引脚CPU-A/D SCLK输出的信号，其中包括与频率调节信号相关的信号，通过光耦IC25输入第二调整单元，第二调整单元对所述信号的波形进行调整后输入模数转换器U1。从模数转换器U1的引脚A/DRDY和引脚A/D DOUT输出的由称重信号转换来的数字信号，通过光耦IC26输出，使数字信号与中央处理器的供电电源输出的模拟电压和模拟电分开，然后通过引脚CPU A/D RDY和引脚CPU A/D DOUT输入中央处理器。其中所述引脚CPU A/DRDY和引脚CPU A/D DOUT分别为数据就绪引脚和数据输出引脚。

采用本实用新型的技术方案，将直流供桥电压调制为正负交替变换的供桥电压，从而得到正负交替变换的称重信号，降低了瞬时干扰；不需要对称重传感器采集的称重信号，即毫伏级的电压信号，进行放大就能在斩波采样后直接进行模数转换，提高了采样精度；并且在模数转换器输出数字信号后通过隔离单元将数字信号输入中央处理器，增强了抗干扰能力。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本实用新型所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种模拟量采集装置，其特征在于，包括：

交变调制单元，与称重传感器连接，用于调制出正负交替变换的供桥电压，并将所述供桥电压输入称重传感器；

模数处理单元，与交变调制单元及称重传感器连接，用于调节所述供桥电压正负交替变换的频率，并对称重传感器传入的称重信号进行斩波采样后将其转换为数字信号输入中央处理器。

2.根据权利要求1所述的模拟量采集装置，其特征在于，还包括：

参考电压输入单元，与称重传感器及模数处理单元连接，用于将称重传感器输入的参考电压进行分压，生成模拟参考电压，并将所述模拟参考电压输入模数处理单元。

3.根据权利要求2所述的模拟量采集装置，其特征在于，所述模数处理单元包括：

交变频率控制单元，与交变调制单元连接，用于根据中央处理器传入的频率调节信号，控制交变调制单元调制出正负交替变换的供桥电压的正负交替变换频率；

斩波单元，与称重传感器连接，用于对输入的称重信号进行斩波采样，获得采样信号，并将所述采样信号输入模数转换单元；

模数转换单元，与斩波单元和参考电压输入单元连接，用于根据参考电压输入单元输入的模拟参考电压，将采样信号转换为数字信号。

4.根据权利要求3所述的模拟量采集装置，其特征在于，还包括：

波形调整单元，与模数处理单元连接，用于调整中央处理器向交变频率控制单元输出的频率调节号的波形。

5.根据权利要求3或4所述的模拟量采集装置，其特征在于，还包括：

滤波单元，与称重传感器及模数处理单元连接，用于将称重传感器传入的称重信号进行滤波后输入斩波单元。

6.根据权利要求5所述的模拟量采集装置，其特征在于，还包括：

隔离单元，与模数处理单元及中央处理器连接，用于通过光耦完成模数处理单元与中央处理器之间的数据传输。

7.根据权利要求6所述的模拟量采集装置，其特征在于，还包括：

电源单元，与交变调制单元、模数处理单元以及隔离单元连接，用于向交变调制单元输出供桥电压，并向模数处理单元和隔离单元输出其各自所需的供电电压。

8.根据权利要求7所述的模拟量采集装置，其特征在于，所述交变调制单元包括：第一反相器、第二反相器以及第一至第四晶体管；

其中，第一晶体管的源极与电源单元的供桥电压输出端和第二晶体管的源极连接，漏极与称重传感器的第一输入端和第四晶体管的漏极连接；第二晶体管的漏极与称重传感器的第二输入端和第三晶体管的漏极连接；第三晶体管的源极与第四晶体管的源极连接后接地；第一反相器的输出端与第一晶体管的栅极连接，输入端与交变频率控制单元和第三晶体管的栅极连接；第二反相器的输出端与第二晶体管的栅极连接，输入端与交变频率控制单元和第四晶体管的栅极连接。

Images