CN210745113U - 多通道模拟信号采集电路及电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例涉及传感器技术领域，公开了一种多通道模拟信号采集电路和电子设备，该电路包括：1:1模拟开关、传感器辅助电路、多选一模拟开关、模数转换器、微控制单元；1:1模拟开关在微控制单元的控制下闭合，当多个传感器采集到的多通道模拟信号稳定后，1:1模拟开关将多通道模拟信号输入多选一模拟开关；传感器辅助电路通过所述1：1模拟开关和多个传感器连接；当1:1模拟开关闭合时，传感器辅助电路给多个传感器供电；多选一模拟开关在微控制单元的控制下依次选通多通道模拟信号中的一个通道的模拟信号，并将模拟信号输入模数转换器进行模数转换。通过上述方式，本实用新型实施例实现了快速多通道模拟信号采集。

Description

多通道模拟信号采集电路及电子设备

技术领域

本实用新型实施例涉及传感器技术领域，具体涉及一种多通道模拟信号采集电路及电子设备。

背景技术

在医疗、工业、自动化等领域经常需要同时采集多个传感器的模拟信号。

现有技术中进行多个传感器的模拟信号采集方法主要有两种。第一种方法如图1所示，传感器辅助电路给多个传感器供电，通过包含多个模拟信号采集通道的模数转换器，每一个模拟采集通道采集一个传感器的模拟信号，依次进行多通道模拟信号的采集；另一种方法如图2所示，利用一个多选一模拟开关分时对多个传感器的模拟信号进行选通，传感器辅助电路给选通的传感器供电，从而对多个传感器的模拟信号进行采集。

第一种方法中模数转换器的采集通道随着传感器数量的增加而增加，成本较高；第二种方法相较于第一种方法减少了模数转换器的采集通道数，但是由于传感器在接入模数转换器时需要一定的稳定时间，分时对每一个传感器的模拟信号进行选通的方式导致模拟信号的采集时间长。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型实施例提供了一种多通道模拟信号采集电路和电子设备，克服了上述问题或者至少部分地解决了上述问题。

根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种多通道模拟信号采集电路，所述电路包括：

1:1模拟开关、传感器辅助电路、多选一模拟开关、模数转换器、微控制单元；

所述1:1模拟开关在所述微控制单元的控制下闭合，当多个传感器采集到的多通道模拟信号稳定后，所述1:1模拟开关将所述多通道模拟信号输入所述多选一模拟开关；

所述传感器辅助电路通过所述1：1模拟开关和多个传感器连接；当所述1:1模拟开关闭合时，所述传感器辅助电路给所述多个传感器供电；

所述多选一模拟开关在所述微控制单元的控制下依次选通所述多通道模拟信号中的一个模拟信号，并将所述模拟信号输入模数转换器进行模数转换；

所述模数转换器将转换完成的所述模拟信号输入所述微控制单元。

在一种可选的方式中，所述1:1模拟开关的数量为多个，多个所述1:1模拟开关在所述微控制单元的控制下交替闭合。

在一种可选的方式中，所述多选一模拟开关在所述微控制单元的控制下依次选通所述多通道模拟信号，包括：

在一种可选的方式中，所述多选一模拟开关在所述微控制单元的控制下依次选通闭合的所述1:1模拟开关的多通道模拟信号。

在一种可选的方式中，所述多个1:1模拟开关的通道数相同，所述多选一模拟开关的通道数与任意一个所述1:1模拟开关的通道数相同。

在一种可选的方式中，所述多个1:1模拟开关的通道数不同，所述多选一模拟开关的通道数与通道数最多的所述1:1模拟开关的通道数相同。

在一种可选的方式中，所述传感器辅助电路包括直流电源和上拉电阻，所述直流电源通过所述上拉电阻给所述多个传感器供电。

在一种可选的方式中，当所述1:1模拟开关的数量为多个时，所述上拉电阻的数量与所述传感器的数量相同。

在一种可选的方式中，所述传感器辅助电路还包括滤波电路，所述滤波电路用于对所述多通道模拟信号进行滤波。

在一种可选的方式中，所述滤波电路包括滤波电容，所述滤波电容的充放电时间与所述多通道模拟信号的稳定时间正相关。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括：上述的多通道模拟信号采集电路。

本实用新型实施例通过1:1模拟开关同时将多个传感器接入传感器辅助电路，传感器辅助电路同时给多个传感器供电，当多个传感器采集到的多通道模拟信号稳定后，多选一模拟开关依次选通多个通道的模拟信号，从而实现对多个通道的模拟信号的采集。通过本实用新型实施例，1:1模拟开关同时将多个传感器与传感器辅助电路接通，从而实现对多个传感器供电，多个传感器采集到的多通道模拟信号可以同时进行信号稳定，从而缩短了多通道模拟信号的稳定时间，提高了多通道模拟信号的采集效率；此外，当1：1模拟开关为多个时，多个1：1模拟开关接入的多通道模拟信号可以通过一个多选一模拟开关进行模数转换，从而减降低了多通道模拟信号的采集成本。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了现有技术中一种多通道模拟信号采集的电路图；

图2示出了现有技术中另一种多通道模拟信号采集的电路图；

图3示出了本实用新型实施例的一种多通道模拟信号采集电路的电路图；

图4示出了本实用新型另一实施例的一种多通道模拟信号采集电路的电路图；

图5示出了本实用新型实施例的一种多通道模拟信号采集电路中传感器辅助电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

本实用新型实施例的应用场景是使用多个传感器进行多通道模拟信号采集。传感器在开始通电工作时，由于传感器供电电压还未达到稳定等原因，造成传感器开始采集到的模拟信号不稳定。例如，由于传感器自身的电容，使传感器接收到的电压无法立刻达到传感器的正常工作电压，从而造成传感器采集到的模拟信号不稳定。在将传感器采集到的模拟信号进行模拟转换之前，需要等待传感器采集到的模拟信号稳定。应理解，在电路设计完成之后，传感器信号的稳定时间是确定的，因此，可以通过微处理器控制传感器信号进行模数转换的时间。传感器模拟信号的稳定时间越短，多通道模拟信号采集的效率就越高。通过本实用新型实施例，可以缩短传感器模拟信号的采集时间，提高多通道模拟信号的采集效率。下面对本实用新型的各具体实施例进行说明。

请参阅图3，图3示出了本实用新型实施例的一种多通道模拟信号采集电路的电路图，该电路包括：1:1模拟开关10、传感器辅助电路20、多选一模拟开关30、模数转换器40和微控制单元50。1:1模拟开关10在微控制单元的控制下闭合，当多个传感器采集到的多通道模拟信号稳定后，1:1模拟开关10将多通道模拟信号输入多选一模拟开关30。传感器辅助电路通过1：1模拟开关10和多个传感器连接；当1:1模拟开关闭合时，传感器辅助电路20通过1:1模拟开关10给多个传感器供电。多选一模拟开关30在微控制单元50的控制下依次选通多通道模拟信号中的一个模拟信号，并将该模拟信号输入模数转换器40进行模数转换。模数转换器40将转换完成的模拟信号输入微控制单元50。

其中，1:1模拟开关10的多个输入端连接多个传感器，一个输入端连接一个传感器；1:1模拟开关10的多个输出端同时连接传感器辅助电路20以及多选一模拟开关30的输入端，1:1模拟开关10的一个输出端连接多选一模拟开关30的一个输入端；1:1模拟开关10的控制端与微控制单元50连接，用于控制1:1模拟开关的打开或闭合。当1:1模拟开关10闭合后，传感器辅助电路20通过1:1模拟开关10对1:1模拟开关10所连接的多个传感器同时进行供电，多个传感器的信号可以同时进行稳定，从而缩短了信号稳定的时间。假设传感器的个数为n，每一个传感器进行信号稳定的时间相同，则所有传感器信号的信号稳定时间为每一个传感器依次进行信号稳定总时间的1/n。1:1模拟开关10的通道数与所使用的传感器的数量有关。例如，所使用的传感器的数量为16个，则使用16通道的1:1模拟开关10。其中，1:1模拟开关10可以是现有的任何型号的1:1模拟开关10。例如，对于16通道的1:1模拟开关10，可以选择TI公司生产的型号为SN74CBT16244DLR的1:1模拟开关。

传感器辅助电路20可通过1:1模拟开关10与多个传感器连接。当1:1模拟开关10闭合后，传感器辅助电路20与多个传感器连通，传感器辅助电路20给传感器供电。每一个传感器与传感器辅助电路20形成一个单独的回路。本实用新型实施例并不限定传感器辅助电路20的具体形式。例如，在一种实施方式中，传感器辅助电路20包括多个独立的直流电源，直流电源的个数与传感器的个数相同。

多选一模拟开关30的多个输入端与1:1模拟开关10的多个输出端连接，多选一模拟开关30的一个输出端与模数转换器40的输入端连接。多选一模拟开关30的一个输入端与1:1模拟开关10的一个输出端连接。多选一模拟开关30的通道数大于或等于1:1模拟开关10的通道数。多选一模拟开关30可以选通任意一个与其连接的1:1模拟开关10的多通道模拟信号。本实用新型实施例并不限定多选一模拟开关30的具体型号。例如，对于八选一的模拟开关，可以使用TI公司生产的型号为TMUX1108PWR的模拟开关。

模数转换器40的输入端与多选一模拟开关30的输出端连接，模数转换器40的输出端与微控制单元50连接。模数转换器40模数转换器40的种类可以根据所需要的具体分辨率选择。例如，可以选择8位模数转换器、16位模数转换器等。模数转换器40的型号可以是任意一种，例如，对于16位模数转换器，可以选择ADC公司生产的型号为AD7715的模数转换器。

微控制单元50可以是任意型号的单片机，例如，51系列单片机。微控制单元50包括多个I/O口，I/O口可以配置为输出控制端口，用于向与该I/O口连接的外部装置发送控制信号。在本实施例中，一个控制端口用于控制一个1:1模拟开关10，多个控制端口组合控制多选一模拟开关30。微控制单元50与模数转换器40连接的I/O口数量与所使用的模数转换器40的分辨率有关。例如，所使用的模数转换器40是8位模数转换器，则需要连接的I/O口数量为3个，3个I/O口配合控制8位模数转换器进行模数转换。

本实用新型实施例通过1:1模拟开关同时接入多个传感器，传感器辅助电路同时给多个传感器供电，当多个传感器采集到的多通道模拟信号稳定后，多选一模拟开关依次选通多个通道的模拟信号，从而实现对多个通道的模拟信号的采集。通过本实用新型实施例，1:1模拟开关同时将多个传感器与传感器辅助电路接通，从而实现对多个传感器供电，多个传感器采集到的多通道模拟信号可以同时进行信号稳定，从而缩短了多通道模拟信号的稳定时间，提高了多通道模拟信号的采集效率。

在一些实施例中，如图4所示，使用多个1:1模拟开关10组合连接多个传感器。多个1:1模拟开关10的总通道数大于或等于传感器的总个数。多个1:1模拟开关10在微控制单元50的控制下依次闭合，用于接入与闭合的1:1模拟开关10相连的多个传感器。多个1:1模拟开关10的通道数可以相同，也可以不同，本实用新型实施例并不以此为限。例如，传感器的数量为16个，可以通过一个八通道的1:1模拟开关10和两个四通道的1:1模拟开关10组合，共同接入16个传感器；或通过两个8通道的1:1模拟开关10接入16个传感器。

当1:1模拟开关10的数量为多个时，多选一模拟开关30在微控制单元50的控制下选通处于闭合状态的1:1模拟开关10的多通道模拟信号。当多个1:1模拟开关10的通道数相同时，多选一模拟开关30的通道数与1:1模拟开关10的通道数相同。例如，存在两个通道数均为n的1:1模拟开关10，则多选一模拟开关30的通道数为n。当多个1:1模拟开关10的通道数不同时，多选一模拟开关30的通道数与通道数最多的1:1模拟开关10的通道数相同。例如，存在两个通道数分别为n和n-m的1:1模拟开关10，则与两个1:1模拟开关10连接的多选一模拟开关30的通道数为n。值得说明的是，当处于闭合状态的模拟开关为n-m个通道的1:1模拟开关10时，可以通过微处理器控制通道数为n的多选一模拟开关30中与该1:1模拟开关10连接的n-m个通道选通，从而避免选通没有信号的通道。

值得说明的是，当一个1：1模拟开关10所连接的传感器的模拟信号全部采集完成后，微处理器控制该1:1模拟开关10以及多选一模拟开关30断开，并在上述1:1模拟开关10以及多选一模拟开关30断开后，控制另一个1:1模拟开关10闭合。

通过本实用新型实施例，当1：1模拟开关为多个时，多个1：1模拟开关接入的多通道模拟信号可以通过一个多选一模拟开关进行模数转换，从而降低了多通道模拟信号的采集成本；此外，传感器辅助电路10仅给闭合的1:1模拟开关所连接的多个传感器供电，不需要给电路中所有的传感器进行供电，从而节省了电量消耗。

在一些实施例中，传感器辅助电路20的具体电路结构如图5所示。传感器辅助电路20包括直流电源VCC和上拉电阻R1。直流电源VCC通过上拉电阻R1给传感器进行供电。

在一些实施例中，通过一个直流电源VCC给多个传感器进行供电，每一个传感器与直流电源VCC之间均连接一个上拉电阻R1。多个上拉电阻R1的阻值可以相同，也可以不同，本实用新型实施例并不以此为限。外界环境的变化可以通过传感器的信号值反映。以电阻型传感器为例，例如，光电传感器，当电阻型传感器采集到的信号发生变化时，电阻型传感器与上拉电阻R1之间的分压值发生变化。根据该分压值可以确定该电阻型传感器所采集信号的变化。由于每一个传感器均通过一个上拉电阻R1与直流电源VCC连接，从而可以对每一个传感器的信号进行区分。

在一些实施例中，请继续参阅图5，传感器辅助电路20还包括滤波电路21。滤波电路21用于滤除多通道模拟信号中的噪声干扰。在一种实施例中，滤波电路21包括滤波电容C2和滤波电阻R2。滤波电容C2和滤波电阻R2组成RC滤波电路，用于对多通道模拟信号进行滤波。在本实施例中，滤波电容C2的充放电时间会影响多通道模拟信号的稳定，滤波电容C2的充放电时间与多通道模拟信号稳定时间正相关。

本实用新型实施例还提供了一种电子设备，该电子设备包括上述多通道模拟信号采集电路。

需要注意的是，除非另有说明，本实用新型实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型实施例所属领域技术人员所理解的通常意义。

在本实施新型实施例的描述中，技术术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型实施例的限制。

此外，技术术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本实用新型实施例的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实施新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。

在本实施新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求和说明书的范围当中。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种多通道模拟信号采集电路，其特征在于，所述电路包括：

1:1模拟开关、传感器辅助电路、多选一模拟开关、模数转换器、微控制单元；

所述1:1模拟开关在所述微控制单元的控制下闭合，当多个传感器采集到的多通道模拟信号稳定后，所述1:1模拟开关将所述多通道模拟信号输入所述多选一模拟开关；

所述传感器辅助电路通过所述1：1模拟开关和多个传感器连接；当所述1:1模拟开关闭合时，所述传感器辅助电路给所述多个传感器供电；

所述多选一模拟开关在所述微控制单元的控制下依次选通所述多通道模拟信号中的一个模拟信号，并将所述模拟信号输入模数转换器进行模数转换；

所述模数转换器将转换完成的所述模拟信号输入所述微控制单元。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述1:1模拟开关的数量为多个，多个所述1:1模拟开关在所述微控制单元的控制下依次闭合。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述多选一模拟开关在所述微控制单元的控制下依次选通所述多通道模拟信号，包括：

所述多选一模拟开关在所述微控制单元的控制下依次选通闭合的所述1:1模拟开关的多通道模拟信号。

4.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述多个1:1模拟开关的通道数相同，所述多选一模拟开关的通道数与任意一个所述1:1模拟开关的通道数相同。

5.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述多个1:1模拟开关的通道数不同，所述多选一模拟开关的通道数与通道数最多的所述1:1模拟开关的通道数相同。

6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述传感器辅助电路包括直流电源和上拉电阻，所述直流电源通过所述上拉电阻给所述多个传感器供电。

7.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，所述上拉电阻的数量与所述传感器的数量相同。

8.根据权利要求6所述的电路，其特征在于，所述传感器辅助电路还包括滤波电路，所述滤波电路用于对所述多通道模拟信号进行滤波。

9.根据权利要求8所述的电路，其特征在于，所述滤波电路包括滤波电容，所述滤波电容的充放电时间与所述多通道模拟信号的稳定时间正相关。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：如权利要求1-9中任意一项所述的多通道模拟信号采集电路。

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