CN208092476U - 一种模拟信号采集和存储装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种模拟信号采集和存储装置，用于外部模拟信号的采集和储存，模拟信号采集和存储装置包括微控制器、模拟电压采集电路、限幅电路、滤波电路、选频电路、液晶显示模块、数据存储模块、电源模块和辅助电路，微控制器分别与液晶显示模块、电源模块、数据存储模块、模拟电压采集电路和辅助电路电性连接，以分别控制其工作，模拟电压采集模块和选频电路电性连接，滤波电路分别和选频电路、限幅电路电性连接。本实用新型的装置基于STM32单片机，可靠性好、功能简单、精度较高，相比于其他的信号采集装置，易与其他数据滤波算法相结合，实现数据的有效化处理，能应用于各种简单模拟信号采集的环境中。

Description

一种模拟信号采集和存储装置

技术领域

本实用新型涉及模拟信号采集技术领域，尤其涉及一种模拟信号采集和存储装置。

背景技术

目前，信号采集技术已经有了很大的发展，国内外的模拟信号采集电路也相对比较成熟。但是市场上的模拟信号采集装置的品牌较多，其中美国的NI的数据采集卡电路已经相当成熟，可靠性高，成熟品牌的信号采集卡价格昂贵，结构与功能相对复杂，相对于简单单一的模拟信号采集功能而言，性价比较低。而国内低端品牌的信号采集装置虽然价格低廉，但是存在可靠性差、精度较低的缺点。因此，针对现有技术的以上缺陷，确有必要设计一款性能更优的模拟信号采集装置。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种模拟信号采集和存储装置，所述模拟信号采集和存储装置基于STM32单片机，可靠性好、功能简单、精度较高，相比于其他的信号采集装置，易与其他数据滤波算法相结合，实现数据的有效化处理，能应用于各种简单模拟信号采集的环境中。

为实现上述目的，本实用新型采用了一种技术方案：一种模拟信号采集和存储装置，用于外部模拟信号的采集和储存，所述模拟信号采集和存储装置包括微控制器、模拟电压采集电路、限幅电路、滤波电路、选频电路、液晶显示模块、数据存储模块、电源模块和辅助电路；所述微控制器分别与所述液晶显示模块、所述电源模块、所述数据存储模块、所述模拟电压采集电路和所述辅助电路电性连接，以分别控制其工作，所述模拟电压采集模块和所述选频电路电性连接，所述滤波电路分别和所述选频电路、所述限幅电路电性连接；所述模拟信号首先通过所述限幅电路，对所述模拟信号的幅度进行限制；通过所述限幅电路的所述模拟信号继续通过所述滤波电路，将其中的高频信号进行滤波，留下其中的低频信号；所述模拟信号中留下的低频信号继续通过所述选频电路，将其中特定频率的信号筛选出来；将筛选出来的所述模拟信号继续通过所述模拟电压采集电路进行信号隔离和采集；最后将采集的所述模拟信号输入到所述微控制器中，可转化为数字信号。

进一步地，所述限幅电路由一个双向稳压管构成，所述双向稳压管的一端接入地线、另一端与所述限幅电路的信号输入端相连，所述限幅电路用来限制所述模拟信号的幅度，抑制电流浪涌。

进一步地，所述滤波电路由电阻和电容组成，所述电阻的一端与所述滤波电路的信号输入端相连、另一端与所述电容相连，所述电容的一端依次与所述选频电路的信号输入端和所述电阻相连、另一端与地线相连。

进一步地，所述选频电路由电感、可变电容、可变电阻组成，所述电感与所述可变电阻串联，串联的所述电感与所述可变电阻和所述可变电容并联，所述选频电路的输入端为所述电感和所述可变电容的相连的部分，所述选频电路的输出端为所述电阻和所述可变电容相连的部分。

进一步地，所述模拟电压采集电路由一个运算放大器构成，所述运算放大器的同向输入端为所述模拟电压采集电路的信号输入端，所述运算放大器的反向输入端与所述模拟电压采集电路的信号输出端相连，所述模拟电压采集电路的信号输出端与所述微控制器的ADC信号输入端相连。

进一步地，所述辅助电路包括晶振电路、复位电路以及旁路电容组。

进一步地，所述微控制器为STM32F103微制器。

进一步地，所述液晶显示模块与所述微控制器的IO口相连，用来实时显示采集的数据，方便工作人员进行实时读取和检测数据是否正常。

进一步地，所述电源模块包括电压转换电路、电源滤波电路和电源指示灯，所述电源模块用于输出稳定的电压，以供所述模拟信号采集和存储装置的驱动和防止外接电源反接。

进一步地，所述数据存储模块由SD卡以及存储电路构成，所述数据存储模块的SDIO接口与所述微控制器的SDIO接口相连，可以将获取的数据写入所述SD卡中。

本实用新型的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

1.基于STM32单片机的模拟信号采集装置，选用了意法半导体的STM32F106ZET6单片机作为主控，基于意法半导体独有的130nm制造工艺，为实现超低的泄漏电流特性，在工作和睡眠模式下，超低功耗技术可以最大限度提升能效；此外，该平台的内嵌闪存采用意法半导体独有的低功耗闪存技术，能够在任何设定时间以最低的功耗完成任务。

2.基于STM32单片机的模拟信号采集装置，相比于其他的信号采集装置，易与其他数据滤波算法相结合，实现数据的有效化处理。

3.基于STM32单片机的模拟信号采集装置，可靠性好，功能简单，精度较高，能应用于各种简单模拟信号采集的环境中。

附图说明

图1为本实用新型的模拟信号采集和存储装置结构示意图；

图2为本实用新型的模拟信号采集和存储装置的限幅电路的电路连接图；

图3为本实用新型的模拟信号采集和存储装置的滤波电路的电路连接图；

图4为本实用新型的模拟信号采集和存储装置的选频电路的电路连接图；

图5为本实用新型的模拟信号采集和存储装置的信号采集电路连接图；

图6为本实用新型的模拟信号采集和存储装置的液晶显示模块的电路连接图；

图7为本实用新型的模拟信号采集和存储装置的微控制器最小系统的组成示意图；

图8为本实用新型的模拟信号采集和存储装置的微控制器最小系统的电路连接图；

图9为本实用新型的模拟信号采集和存储装置的电源模块的组成示意图；

图10为本实用新型的模拟信号采集和存储装置的电源模块的电路连接图；

图11为本实用新型的模拟信号采集和存储装置的数据存储模块的组成示意图；

图12为本实用新型的模拟信号采集和存储装置的数据存储模块的电路连接图。

附图中标号：10-限幅电路，20-滤波电路，30-选频电路，40模拟电压采集电路，50-液晶显示模块，60-微控制器，70-辅助电路，71-晶振电路，72-复位电路，73-旁路电容组，80-电源模块，81-电压转换电路，82-电源滤波电路，83-电源指示灯，90-数据存储模块，91-SD卡，92-存储电路，100-微控制器最小系统，D-双向稳压管，R01-电阻，C01-电容，L001-电感，C001-可变电容，R001-可变电阻，LM324-运算放大器，IN0001-限幅电路的信号输入端，IN001-滤波电路的信号输入端，IN01-选频电路的信号输入端，IN1-模拟电压采集电路的信号输入端，ADC IN1-微控制器的ADC输入端，VCC3.3-微控制器的3.3V电压输入端，VCC5-微控制器的5V电压输入端，POWER-外界电源，GND-地线。

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，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地描述。

如图1所示，本实用新型的一种模拟信号采集和存储装置，用于外部模拟信号的采集和储存，所述模拟信号采集和存储装置包括限幅电路10、滤波电路20、选频电路30、模拟电压采集电路40、液晶显示模块50、微控制器60、辅助电路70、电源模块80和数据存储模块90。所述微控制器60分别与所述液晶显示模块50、所述电源模块80、所述数据存储模块90、所述模拟电压采集电路40和所述辅助电路70电性连接，以分别控制其工作。所述模拟电压采集模块40和所述选频电路30电性连接，所述滤波电路20分别和所述选频电路30、所述限幅电路10电性连接。

如图2所示，所述限幅电路10由一个双向稳压管D构成，所述双向稳压管D的一端D3接入地线、另一端D1与所述限幅电路10的信号输入端IN0001相连，所述限幅电路10用来限制所述模拟信号的幅度，抑制电流浪涌。

如图3所示，所述滤波电路20由电阻R01和电容C01组成，用来进行低通滤波。所述电阻R01的一端与所述滤波电路20的信号输入端IN001相连，所述电阻R01的另一端与所述电容C01相连，所述电容C01的一端依次与所述选频电路30的信号输入端IN01、所述电阻R01相连，所述电容C01另一端与地线相连。所述滤波电路20对输入的所述模拟信号进行简单低通滤波，将其中的高频噪声信号可以过滤，过滤的高频信号的范围取决于电容和电阻的大小以及两者的乘积，例如当电容为0.1uf、电阻为10k时，大于f＝1/(2πfc)＝1592Hz的频率将无法通过，因此可以将外部输出的所述模拟信号的频率限制在一定范围之内，以便后续的选频电路进行频率选择。

如图4所示，所述选频电路30由电感L001、可变电容C001、可变电阻R001组成，所述电感L001与所述可变电阻R001串联，串联的所述电感与所述可变电阻和所述可变电容并联，所述选频电路30的输入端IN01为所述电感L001和所述可变电容C001的相连的部分，所述选频电路30的输出端为所述电阻R001和所述可变电容C001相连的部分。所述选频电路30对输入的所述模拟信号进行频率筛选，提高信号的品质因数，获取特定频率范围的所述模拟信号。

如图5所示，所述模拟电压采集电路40由一个运算放大器LM324构成，所述运算放大器LM324的同向输入端即为所述模拟电压采集电路40的信号输入端IN1，所述运算放大器LM324的反向输入端与所述模拟电压采集电路40的信号输出端相连，所述模拟电压采集电路40的信号输出端与所述微控制器60的ADC信号输入端ADC IN1相连，所述运算放大器LM324是为了进行加大输入阻抗构成一个电压跟随器，使信号不会衰减。

所述液晶显示模块50与所述微控制器60的IO(Input/Output，输入/输出)口相连，用来实时显示采集的数据，方便工作人员进行实时读取和检测数据是否正常。优选的，所述液晶显示模块50为1602液晶显示屏。图6所示的是所述液晶显示模块50的电路图。

如图7所示，所述微控制器60和所述辅助电路70共同构成所述模拟信号采集和存储装置的微控制器最小系统100。优选的，所述微控制器60为STM32F103微制器。所述辅助电路70主要包括晶振电路71、复位电路72以及旁路电容组73。图8所示的是所述微控制器最小系统100的电路图。

如图9和10所示，所述电源模块80用于输出稳定的电压，以供所述模拟信号采集和存储装置的驱动和防止外接电源POWER反接。所述电源模块80包括电压转换电路81、电源滤波电路82和电源指示灯83；当开启所述模拟信号采集和存储装置时，所述外接电源POWER输入的电压通过所述电压转换电路81输出两个电压；同时输出的两个电压经所述电源滤波电路82后，形成稳定的输出电压供所述微控制器60驱动。例如，输入12V电压通过所述电压转换电路81输出相应电压。电压转化电路81包括两个部分，一个将12V电业转化为9V一个将12V电压转化为3.3V。所述电源指示灯83用来表示所述模拟信号采集和存储装置的关闭或开启，例如所述电源指示灯83亮起时，表示正在工作。

如图11所示，所述数据存储模块90由SD卡(Trans-flash Card)91以及存储电路92构成，所述数据存储模块90的SDIO(Secure Digital Input and Output，安全数字输入输出)接口与所述微控制器60的SDIO接口相连，可以将获取的数据写入所述SD卡91中。图12所示的是所述数据存储模块90的电路原理图。

本实用新型的实施方法为，所述模拟信号首先通过所述限幅电路10，所述限幅电路10用于限制所述模拟信号的幅度，抑制电流浪涌，将安全的所述模拟信号输出到下一级。所述模拟信号通过所述限幅电路10后继续通过所述滤波电路20，所述滤波电路20可以将所述模拟信号的大部分高频干扰信号进行滤波，留下低频信号继续输出到下一级。所述模拟信号中的低频信号继续通过所述选频电路30，所述选频电路30通过调整所述可变电容C001的大小，可以在留下的信号中选择信号的频率，通过调整可变电阻R001的大小选择带宽，可以将特定频率的信号筛选出来，将筛选出来的模拟信号继续输出到下一级。筛选的所述模拟信号继续通过所述模拟电压采集电路40，利用其输入阻抗较大的特点，起到信号隔离和采集的作用，将采集的所述模拟信号直接输入到所述微控制器60的ADC信号输入端。为方便理解，所述模拟信号电压可以在0到3V之间。采集的所述模拟信号在所述微控制器60中使用内部的12位精度的ADC进行数据采集，将所述模拟信号转化为数字信号，所述微控制器60利用数字滤波算法进行数字滤波，获取有效的数字信号，并将所述数字信号进行储存，例如存储在所述数据存储模块90中。

本实用新型的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

1.基于STM32单片机的模拟信号采集装置，选用了意法半导体的STM32F106ZET6单片机作为主控，基于意法半导体独有的130nm制造工艺，为实现超低的泄漏电流特性，在工作和睡眠模式下，超低功耗技术可以最大限度提升能效；此外，该平台的内嵌闪存采用意法半导体独有的低功耗闪存技术，能够在任何设定时间以最低的功耗完成任务。

2.基于STM32单片机的模拟信号采集装置，相比于其他的信号采集装置，易与其他数据滤波算法相结合，实现数据的有效化处理。

3.基于STM32单片机的模拟信号采集装置，可靠性好，功能简单，精度较高，能应用于各种简单模拟信号采集的环境中。

值得说明的是：在本实用新型的所有电路连接图中，图中的所有元器件(例如接地线、二极管、电阻、电容等)和单元电路等的图形和文字符号均采用的是国家标准电路图符号。

在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种模拟信号采集和存储装置，用于外部模拟信号的采集和储存，其特征在于：所述模拟信号采集和存储装置包括微控制器、模拟电压采集电路、限幅电路、滤波电路、选频电路、液晶显示模块、数据存储模块、电源模块和辅助电路；所述微控制器分别与所述液晶显示模块、所述电源模块、所述数据存储模块、所述模拟电压采集电路和所述辅助电路电性连接，以分别控制其工作，所述模拟电压采集模块和所述选频电路电性连接，所述滤波电路分别和所述选频电路、所述限幅电路电性连接；所述模拟信号首先通过所述限幅电路，对所述模拟信号的幅度进行限制；通过所述限幅电路的所述模拟信号继续通过所述滤波电路，将其中的高频信号进行滤波，留下其中的低频信号；所述模拟信号中留下的低频信号继续通过所述选频电路，将其中特定频率的信号筛选出来；将筛选出来的所述模拟信号继续通过所述模拟电压采集电路进行信号隔离和采集；最后将采集的所述模拟信号输入到所述微控制器中，可转化为数字信号。

2.如权利要求1所述的一种模拟信号采集和存储装置，其特征在于：所述限幅电路由一个双向稳压管构成，所述双向稳压管的一端接入地线、另一端与所述限幅电路的信号输入端相连，所述限幅电路用来限制所述模拟信号的幅度，抑制电流浪涌。

3.如权利要求1所述的一种模拟信号采集和存储装置，其特征在于：所述滤波电路由电阻和电容组成，所述电阻的一端与所述滤波电路的信号输入端相连、另一端与所述电容相连，所述电容的一端依次与所述选频电路的信号输入端和所述电阻相连、另一端与地线相连。

4.如权利要求1所述的一种模拟信号采集和存储装置，其特征在于：所述选频电路由电感、可变电容、可变电阻组成，所述电感与所述可变电阻串联，串联的所述电感与所述可变电阻和所述可变电容并联，所述选频电路的输入端为所述电感和所述可变电容的相连的部分，所述选频电路的输出端为所述电阻和所述可变电容相连的部分。

5.如权利要求1所述的一种模拟信号采集和存储装置，其特征在于：所述模拟电压采集电路由一个运算放大器构成，所述运算放大器的同向输入端为所述模拟电压采集电路的信号输入端，所述运算放大器的反向输入端与所述模拟电压采集电路的信号输出端相连，所述模拟电压采集电路的信号输出端与所述微控制器的ADC信号输入端相连。

6.如权利要求1所述的一种模拟信号采集和存储装置，其特征在于：所述辅助电路包括晶振电路、复位电路以及旁路电容组。

7.如权利要求1所述的一种模拟信号采集和存储装置，其特征在于：所述微控制器为STM32F103微制器。

8.如权利要求1所述的一种模拟信号采集和存储装置，其特征在于：所述液晶显示模块与所述微控制器的IO口相连，用来实时显示采集的数据，方便工作人员进行实时读取和检测数据是否正常。

9.如权利要求1所述的一种模拟信号采集和存储装置，其特征在于：所述电源模块包括电压转换电路、电源滤波电路和电源指示灯，所述电源模块用于输出稳定的电压，以供所述模拟信号采集和存储装置的驱动和防止外接电源反接。

10.如权利要求1所述的一种模拟信号采集和存储装置，其特征在于：所述数据存储模块由SD卡以及存储电路构成，所述数据存储模块的SDIO接口与所述微控制器的SDIO接口相连，可以将获取的数据写入所述SD卡中。