CN204229198U - 一种多通道复用的ad采集装置 - Google Patents

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王明博
安亚武
查坤
谢贵兔
喻伟
黄振
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Abstract

本实用新型公开了一种多通道复用的AD采集装置，包括可编程逻辑器件FPGA、AD转换器、模拟开关、精密电阻网络、CAN总线控制器、CAN总线驱动器，由精密电阻网络作为AD采集输入端，各路精密电阻网络连接模拟开关的输入端，模拟开关的输出端通过I2C总线连接运算放大器，运算放大器依次通过A/D转换器、电平转换芯片连接到可编程逻辑器件FPGA，可编程逻辑器件FPGA的控制端通过各自的光藕器件连接不同电压的每个模拟开关，可编程逻辑器件FPGA与CAN总线控制器连接，CAN总线控制器与CAN总线驱动器连接。所述的模拟开关采用8个，每个模拟开关连接8个精密电阻网络。本实用新型采用模块化设计，可扩展性强、采样精度高、数字化传输，适用于恶劣环境下的模拟信号采样。

Description

一种多通道复用的AD采集装置
技术领域
本实用新型属于自动控制领域，具体涉及一种多通道复用的AD采集装置，用于采集各类模拟信号。 
背景技术
目前的AD采集装置一种是每一个采样回路自带模数转换电路，虽然也能实现多回路采样，但回路数一般不能做的很多；另一种是几个采样回路共用一个模数转换电路，几个回路之间通过继电器切换，但需要额外增加驱动电路，控制复杂而且由于继电器的固有特性，切换速率一般为ms级，无法实现高速采样。 
发明内容
本实用新型的目的是提了一种多通道复用的AD采集装置，用于采集各类传感器输出的多路模拟信号。 
本实用新型的技术方案：本实用新型的多通道复用的AD采集装置包括可编程逻辑器件FPGA、AD转换器、模拟开关、精密电阻网络、CAN总线控制器、CAN总线驱动器，由精密电阻网络作为AD采集输入端，各路精密电阻网络连接模拟开关的输入端，模拟开关的输出端通过I2C总线连接运算放大器，运算放大器依次通过A/D转换器、电平转换芯片连接到可编程逻辑器件FPGA，可编程逻辑器件FPGA的控制端通过各自的光藕器件连接不同电压的每个模拟开关，可编程逻辑器件FPGA与CAN总线控制器连接，CAN总线控制器与CAN总线驱动器连接。 
每个模拟开关连接8个精密电阻网络。 
所述的精密电阻网络是电阻分压网络，由两个分压电阻R5208、R5209串联分压，一个滤波电容C5108连接在分压点与地之间组成。 
所述的模拟开关采用8个。 
本实用新型的技术效果体现在：本实用新型的AD采集装置采用模块化、通用化设计，64路采样回路相互完全隔离，64路采样回路完全独立受 控采样，各回路适应性强，时时性高、采样精度和采样频率高。本实用新型的AD采集装置集成度高、体积小、可靠性高、抗干扰能力和环境适应性强，可方便地应用于各类工作场合。 
本实用新型可解决现有此类采集装置中可靠性和抗干扰性差、空间占用大、采样回路自适应性差等问题。本实用新型适用于多通道、分时和恶劣环境下的高精度采样，具有较好的应用价值和推广前景。 
附图说明
图1为本实用新型的总原理框图； 
图2为本实用新型的电阻采样网络； 
图3为本实用新型的模拟开关网络。 
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。 
图1～图3为本实用新型的一个实施例。 
如图1所示，本实用新型包括可编程逻辑器件FPGA、AD转换器、模拟开关、精密电阻网络、CAN总线控制器、CAN总线驱动器，由精密电阻网络作为AD采集输入端，各路精密电阻网络连接的模拟开关的输入端，模拟开关的输出端通过I2C总线连接运算放大器，运算放大器依次通过A/D转换器、电平转换芯片连接到可编程逻辑器件FPGA，可编程逻辑器件FPGA的控制端通过各自的光藕器件连接不同电压的每个模拟开关，可编程逻辑器件FPGA与CAN总线控制器连接，CAN总线控制器与CAN总线驱动器连接。电源模块对整个电路供电。 
本实施例可编程逻辑器件FPGA控制8个模拟开关的控制端，每个模拟开关连接8个精密电阻网络，实现对64路采样回路的分时采样，依次实现全部64路采样只需3.2us。本实用新型的采样回路由于使用了模拟开关实现了各通道之间的高速切换，只需一个模数转换通路即实现了64路模拟信号的高速采样，省去了63个模数转换通路，节省了大量硬件成本，体积也缩小为其它64路采样装置的四十分之一左右，同时也实现了64路的独立可控。 
精密电阻网络是电阻分压网络，如图2所示，由两个分压电阻R5208、R5209和一个滤波电容C5108组成。实际采样时可通过更改分压电阻的阻值实现任意电平模拟信号的采样，将其信号幅度降至4V～4.5V之间。 
模拟开关如图3所示，可编程逻辑器件FPGA控制模拟开关CD4051的控制端A0、A1、A2和INH，实现PAD1～PAD8八路中那一路输出给IO+，IO+模拟开关的输出根据可编程逻辑器件FPGA的指令使62路模拟信号中的一路输出给AD转换器，AD转换器将其转化成12位数字信号输入给可编程逻辑器件FPGA，经运算放大器、隔离运放和AD转换器变成数字信号，通过CAN总线控制器和CAN总线驱动器，以CAN总线的形式输出采样结果。每一个模拟开关外接8个精密电阻网络，实现对8个采样通道的采样，8个通道之间的切换频率高达20MHz，控制方式如表1所示。 
表1模拟开关控制方式 
INH A0 A1 A2 IO+
0 0 0 0 IO+＝PAD1
0 0 0 1 IO+＝PAD2
0 0 1 0 IO+＝PAD3
0 0 1 1 IO+＝PAD4
0 1 0 0 IO+＝PAD5
0 1 0 1 IO+＝PAD6
0 1 1 0 IO+＝PAD7
0 1 1 1 IO+＝PAD8
1 × × × NONE
光藕隔离网络实现可编程逻辑器件FPGA与模拟开关CD4051之间控制信号的隔离，同时实现模拟开关CD4051的初始化。 
本采集装置可根据接收的外部指令将其中某一路或某几路或全部模拟信号按一定规律采样后以CAN总线输出，也可根据预设的规律依次将64路模拟信号采样后以CAN总线输出。 

Claims (4)

1.一种多通道复用的AD采集装置，包括可编程逻辑器件FPGA、AD转换器、模拟开关、精密电阻网络、CAN总线控制器、CAN总线驱动器，其特征在于：由精密电阻网络作为AD采集输入端，各路精密电阻网络连接模拟开关的输入端，模拟开关的输出端通过I2C总线连接运算放大器，运算放大器依次通过A/D转换器、电平转换芯片连接到可编程逻辑器件FPGA，可编程逻辑器件FPGA的控制端通过各自的光藕器件连接不同电压的每个模拟开关，可编程逻辑器件FPGA与CAN总线控制器连接，CAN总线控制器与CAN总线驱动器连接。
2.根据权利要求1所述的多通道复用的AD采集装置，其特征在于：每个模拟开关连接8个精密电阻网络。
3.根据权利要求1或2所述的多通道复用的AD采集装置，其特征在于：精密电阻网络是电阻分压网络，由两个分压电阻R5208、R5209串联分压，一个滤波电容C5108连接在分压点与地之间组成。
4.根据权利要求1或2所述的多通道复用的AD采集装置，其特征在于：模拟开关采用8个。
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