CN204667117U - 一种基于通用a/d检测范围自适应的模拟量检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于通用A/D检测范围自适应的模拟量检测装置，包括依次连接的模拟量输入模块、运放及滤波电路模块、MUX多路选通器、A/D转换芯片和MCU处理器，所述MCU处理器与MUX多路选通器通过电信号连接。本实用新型通过模拟量输入模块输入模拟量，经过运放及滤波电路模块对模拟量进入放大或缩小，检测时首先控制MUX多路选通器选择最大输入范围获得模拟量的初值，从而确定初值适用的最佳输入范围及对应通道，并控制MUX多路器选通选择最佳通道，获得精确输入值。

Description

一种基于通用A/D检测范围自适应的模拟量检测装置

技术领域

本实用新型属于电力电子技术中的模拟量检测领域，具体是指一种基于通用A/D检测范围自适应的模拟量检测装置。

背景技术

目前，随着半导体技术的迅速发展，集成电路的使用已遍布各个领域，尤其是对信号的采集和检测，在工业生产管理中，常常需要测量温度、电流、电压、电阻等多种模拟量，并通过输入传送至控制器。传输过程中，模拟量信号可以是连续变化的电压、电流信号，其与数字量有本质上的区别，模拟量信号需要放大、滤波、线性化、信号转换等一系列电路的处理，把检测到的模拟量电压、电流信息转换为合适的电压信号，通过A/D转换芯片转成相应的数字量才能输入计算机处理。

其中，现有的对输入至模拟量输入模块模拟信号的检测，采用的检测装置系统功耗高，精度浪费大。如对于既要满足0~5v模拟量输入，也要满足-10v~+10v模拟量输入的场合，常用的模拟量检测方案是设计输入模拟量范围为-10v~+10v，根据最小分辨率公式，在应用于0~5v的场合就会浪费掉75%精度。

基于此设计缺陷，研究并设计了一种基于通用A/D检测范围自适应的模拟量检测装置。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于通用A/D检测范围自适应的模拟量检测装置，采用A/D转换芯片，通过算法自动识别模拟量输入模块输入当前模拟量，自适应调节到使系统精度最高的检测范围，实现最优精度的模拟量检测。

本实用新型通过下述技术方案实现：一种基于通用A/D检测范围自适应的模拟量检测装置，包括依次连接的模拟量输入模块、运放及滤波电路模块、MUX多路选通器、A/D转换芯片和MCU处理器，所述MCU处理器与MUX多路选通器通过电信号连接。

本实用新型中模拟量输入模块为将工业现场或其他场合的模拟量信号进行采集并转换为系统所需的数字量信号。系统可以为计算机或嵌入式系统，其中输入至模拟量输入模块的模拟量表示在一定范围内连续变化的任意取值，跟数字量是相对立的一个状态表示，模拟量用于采集和表示事物的电流电压或者频率等参数。

本实用新型中模拟量输入模块可以采集的模拟量，如电压、电流、热电偶、热电阻、温度等数值。

本实用新型中的运放及滤波模块的主要作用是对输入的模拟量进行放大或缩小的同时进行滤波，排除外界干扰。

本实用新型中的MUX多路选通器是在MCU处理器的控制作用下选择模拟量输入的最佳通道，从而获取精确的输入值。

本实用新型中A/D转换芯片的作用是将模拟信号转换为信息基本相同的数字信号，即模拟-数字转换，并将转换后的数字信号传输给MCU处理器。

本实用新型中MCU处理器为单片机或DSP器件或FPGA器件或CPLD器件等处理器。其主要作用是在检测时控制多路选通器选择最大输入范围，获得模拟量的初值，从而判定初值适用的最佳输入范围及对应的通道；控制多路选通器选择确定最佳通道，并获取更精确的输入值；同时接收A/D转换芯片传输过来的数字信号并进行处理。

 进一步地，为了更好的实现本实用新型，还具有以下技术特征，所述运放及滤波电路模块包括至少N个运放及滤波电路，其中N为自然数。这里对运放及滤波电路模块进行限定，运放及滤波电路模块可包括多个运放及滤波电路，即为多路运放及滤波电路，不同的运放及滤波电路对输入的模拟量进行不同的放大或缩小，通过A/D转换芯片将输入的模拟量转换为数字信号，并输送至MCU处理器。

 进一步地，为了更好的实现本实用新型，还具有以下技术特征，所述运放及滤波电路包括运放电路和滤波电路，滤波电路与运放电路为一体结构，即运放及滤波电路在对输入的模拟量进行放大或缩小的同时对输入的模拟量进行滤波处理，排除外界干扰。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，还具有以下技术特征，所述运放电路物精密运算放大电路。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，还具有以下技术特征，所述MCU处理器为cortex-m3内核的STM32F103VET6芯片。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，还具有以下技术特征，所述MUX多路选通器为多通道模拟开关，MUX多路选通器的型号可以为TS3A4751，此处对MUX多路选通器型号的作优选，表示MUX多路选通器可以选用的一种结构，并非对MUX多路选通器的类型作具体限定，任何能够达到在MCU处理器的控制作用下选择模拟量输入的最佳通道的结构或MUX多路选通器的其他同类型型号的结构均为本实用新型中MUX多路选通器的等效技术特征，均在本实用新型的保护范围内。MUX多路选通器的结构为所属领域的公知常识，如型号为TS3A4751，具有四路单刀双掷模拟开关，在使用时可以将COM端并联，并控制模拟开关将需要的通道选通即可。

进一步地，为了更好的实现本实用新型，还具有以下技术特征，所述MUX多路选通器为8通道数字控制模拟电子开关CD4051。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

   （1）本实用新型中运放及滤波电路模块包括至少一个运放及滤波电路，且运放及滤波电路包括一体结构的运放电路和滤波电路，运放及滤波电路模块的设置，可以实现对模拟量进行不同的放大或缩小，从而配合A/D转换芯片的输入范围形成不同的输入检测范围。

  （2）本实用新型中的MUX多路选通器，是在MUX处理器的控制作用下，选择确定最佳通道，从而获取精确的输入值。

  （3）本实用新型通过模拟量输入模块输入模拟量，经过运放及滤波电路对模拟量进入不同的放大或缩小，配合A/D转换芯片的输入范围形成不同的输入检测范围，在检测时首先控制MUX多路选通器选择最大输入范围，获得模拟量的初值，从而确定初值适用的最佳输入范围及对应通道，然后控制多路选通选择确定最佳通道，获得精确输入值，避免精度浪费。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意框图；

图2为本实用新型中MUX多路选通器结构原理框图。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例1：

如图1，一种基于通用A/D检测范围自适应的模拟量检测装置，包括依次连接的模拟量输入模块、运放及滤波电路模块、MUX多路选通器、A/D转换芯片和MCU处理器，所述MCU处理器与MUX多路选通器通过电信号连接。

本实用新型中模拟量输入模块为将工业现场或其他场合的模拟量信号进行采集并转换为系统所需的数字量信号。系统可以为计算机或嵌入式系统，其中输入值模拟量输入模块的模拟量表示在一定范围内连续变化的任意取值，跟数字量是相对立的一个状态表示，模拟量用于采集和表示事物的电流电压或者频率等参数。

本实用新型中模拟量输入模块可以采集模拟量，如电压、电流、热电偶、热电阻、温度等数值，并经转换为数字量供系统使用。

本实用新型中的运放及滤波模块的主要作用是对输入的模拟量进行放大或缩小的同时进行滤波，排除外界干扰。

本实用新型中的MUX多路选通器是在MCU处理器的控制作用下选择模拟量输入的最佳通道，获取精确的输入值。

本实用新型中A/D转换芯片的作用是将模拟信号转换为信息相同的数字信号，即模拟-数字转换，并将转换后的数字信号传输给MCU处理器。

本实用新型中MCU处理器为单片机或DSP器件或FPGA器件或CPLD器件等处理器。其主要作用是在检测时控制多路选通器选择最大输入范围，获得模拟量的初值，从而判定初值适用的最佳输入范围及对应的通道；控制多路选通器选择确定最佳通道，并获取更精确的输入值；同时接收A/D转换芯片传输过来的数字信号并进行处理。

本实用新型中涉及到MCU处理器、MUX多路选通器、运放及滤波电路模块、模拟量输入模块的具体结构及其原理为所属领域的公知常识，不再赘述。

实施例2：

本实施例在实施例1的基础上，为了更好的实现本实用新型，所述运放及滤波电路模块包括至少N个运放及滤波电路，其中N为自然数，这里对运放及滤波电路模块进行限定，运放及滤波电路模块可包括多个运放及滤波电路，及多路运放及滤波电路，不同的运放及滤波电路均可实现对输入的模拟量进行不同的放大或缩小，通过A/D转换芯片将放大或缩小后的模拟量转换为数字信号，输送至MCU处理器。本实施例的其他部分与实施例1相同，不再赘述。

实施例3：

本实施例在上述实施例的基础上，进一步限定所述运放及滤波电路包括运放电路和滤波电路，滤波电路与运放电路为一体结构，即运放及滤波电路在对输入的模拟量进行放大或缩小的同时对输入的模拟量进行滤波处理，排除外界干扰。在本实用新型中，运放电路为精密运算放大电路，本实施例的其他部分与上述实施例相同，不再赘述。

实施例4：

本实施例在上述实施例的基础上，进一步限定所述MCU处理器为cortex-m3内核的STM32F103VET6芯片。此处对MCU处理器的限定仅为MCU处理器的其中一种类型，并非对MCU处理器作具体限定，任何与MCU处理器在本实用新型中的功能相同，均为本实用新型中MCU处理器的等效技术特征，均在本实用新型的保护范围之内。本实施例的其他部分与上述实施例相同，不再赘述。

实施例5：

本实施例在上述实施例的基础上，根据测试模拟量的不同选择的MUX多路选通器的类型不同，MUX多路选通器的型号为TS3A4751。其结构示意原理框图如图2所示，其中MUX多路选通器的结构为所属领域的公知常识，型号为TS3A4751的MUX多路选通器具有四路单刀双掷模拟开关，在使用时可以将COM端并联，并控制模拟开关将需要的通道选通即可。本实施例的其他部分与上述实施例相同，不再赘述。

实施例6：

本实施例在上述实施例的基础上，进一步限定所述MUX多路选通器为8通道数字控制模拟电子开关CD4051。此处是对MUX多路选通器的类型进行说明，可以根据测试模拟量的不同选择8通道数字控制模拟电子开关CD4051。本实施例的其他部分与上述实施例相同，不再赘述。

实施例7：

本实施例以一个输入的模拟量检测方案为例，详细说明检测方法，如满足—10v~+10v模拟量的输入检测，其检测精度为16bit，但当前使用的模拟范围只有0~+2.5v时，其检测的实际范围只有可检测范围的八分之一，实际检测精度只有13bit。

采用基于A/D检测范围自适应的模拟量检测装置进行检测，运放及滤波电路采用六路运放及滤波电路进行检测：

第一运放及滤波电路，做1：1放大滤波，检测范围-10v~+10v；

第二运放及滤波电路，做1：2放大滤波，检测范围-5v~+5v；

第三运放及滤波电路，做1：4放大滤波，检测范围-2.5v~+2.5v；

第四运放及滤波电路，加1：25v直流偏置，做1:8放大滤波，检测范围0~2.5v；

第五运放及滤波电路，加2.5v直流偏置，做1:4放大滤波，检测范围0~5v；

第六运放及滤波电路，加2.5v直流偏置，做1:2放大滤波，检测范围0~10v。

 第一种采用自整定检测方法，步骤如下：

1）首先将模拟量输入模块中的模拟量在最大范围内波动，控制MUX多路选通器导通第一运放及滤波电路，检测输入模拟量的最大值和最小值；

2）选择适合输入模拟量的最小范围，如输入的最小范围是0~2.5v，则选择第四运放及滤波电路，并选通；

3）确定选通的运放及滤波电路后，如第四运放及滤波电路，开始检测。

第二种采用实时调整检测方法，步骤如下：

1）控制MUX多路选通器选通第一运放及滤波电路，检测输入模拟量；

2）判定模拟量所属的最小检测范围以及对应的通道；

3）调整MUX多路选通器，选通步骤2）中所选择的最佳通道；

4）读取精确模拟量。

以上两种检测方法通过系统检测，判定，缩小可检测范围，从而实现检测范围的自适应调整，降低精度的浪费，并通过模数转换器获得最高精度的模拟量值。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于通用A/D检测范围自适应的模拟量检测装置，其特征在于：包括依次连接的模拟量输入模块、运放及滤波电路模块、MUX多路选通器、A/D转换芯片和MCU处理器，所述MCU处理器与MUX多路选通器通过电信号连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于通用A/D检测范围自适应的模拟量检测装置，其特征在于：所述运放及滤波电路模块包括至少N个运放及滤波电路，所述N为自然数。

3.根据权利要求2所述的一种基于通用A/D检测范围自适应的模拟量检测装置，其特征在于：所述运放及滤波电路模块包括运放电路和滤波电路，滤波电路与运放电路为一体结构。

4.根据权利要求3所述的一种基于通用A/D检测范围自适应的模拟量检测装置，其特征在于：所述运放电路为精密运算放大电路。

5.根据权利要求4所述的一种基于通用A/D检测范围自适应的模拟量检测装置，其特征在于：所述MCU处理器为cortex-m3内核的STM32F103VET6芯片。

6.根据权利要求5所述的一种基于通用A/D检测范围自适应的模拟量检测装置，其特征在于：所述MUX多路选通器型号为TS3A4751。

7.根据权利要求5所述的一种基于通用A/D检测范围自适应的模拟量检测装置，其特征在于：所述MUX多路选通器为8通道数字控制模拟电子开关CD4051。