CN212378921U - 一种热电偶信号采集装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种热电偶信号采集装置,包括:多个热电偶模块,每个所述热电偶模块与一个滤波处理模块连接;多个所述滤波处理模块,与一个选择模拟开关模块的信号接收端连接;多个所述选择模拟开关模块,与所述ADC模块连接,用于选通所述滤波后的热电偶模拟信号;所述ADC模块,与隔离模块连接,用于采集所述滤波后的热电偶模拟并转换成热电偶数字信号,输出所述热电偶数字信号至所述隔离模块到微处理器;所述微处理器,通过SPI协议总线与所述隔离模块和所述ADC模块连接,控制选通经过所述滤波处理模块的热电偶模拟信号和采集所述热电偶数字信号。实现高精度、低功耗、高效率、抗干扰能力强和便于操作的采集热电偶信号。
Description
技术领域
本实用新型涉及热电偶信号采集技术领域,尤指一种热电偶信号采集装置。
背景技术
随着科技的迅速发展,技术发展日新月异,行业需求不断提高。特别是在高温、超高温、低温、超低温等非常态实验及工程应用越来越多,结构越来越复杂。另一方面,武器型号、重大装备及精密制造技术的发展也对温度测量的要求越来越高。
对于热电偶信号的采集,一般通过4通道或8通道进行采集,因此通道较少,所采集的仪表有限,而且具有以下缺陷:采集的精度不高、效率低、抗干扰能力低、高功耗、结构复杂不便操作等。
因此需要一种高精度、低功耗、高效率、抗干扰能力强和便于操作的热电偶信号采集装置。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种热电偶信号采集装置,可以实现高精度、低功耗、高效率、抗干扰能力强和便于操作的采集热电偶信号。
本实用新型提供的技术方案如下:
本实用新型提供一种热电偶信号采集装置,包括:
多个热电偶模块,每个所述热电偶模块与一个滤波处理模块连接,用于将热电偶模拟信号输入至所述滤波处理模块。
多个所述滤波处理模块,与一个选择模拟开关模块的信号接收端连接,用于将滤波后的热电偶模拟信号传输至所述选择模拟开关模块。
多个所述选择模拟开关模块,与所述ADC模块连接,通过所述选择模拟开关模块的公共使能输入控制端控制所述选择模拟开关模块选择传输至ADC模块的所述滤波后的热电偶模拟信号,用于选通所述滤波后的热电偶模拟信号。
所述ADC模块,与隔离模块连接,用于采集所述滤波后的热电偶模拟并转换成热电偶数字信号,输出所述热电偶数字信号至所述隔离模块到微处理器。
所述微处理器,通过SPI协议总线与所述隔离模块和所述ADC模块连接,控制选通经过所述滤波处理模块的热电偶模拟信号和采集所述热电偶数字信号。
进一步,所述选择模拟开关模块包括四个双路四选一模拟开关。
所述双路四选一模拟开关的两路四输入的信号输入端,其中两个信号输入端接地,六个信号输入端与所述滤波模块连接,用于接收所述滤波后的热电偶模拟信号。
所述双路四选一模拟开关的两路单输出的信号输出端,与ADC模块连接,用于输出所述滤波后的热电偶模拟信号。
所述双路四选一模拟开关的公共使能控制位,与所述隔离模块连接,用于控制所述滤波后的热电偶模拟信号的选择。
进一步,所述滤波处理模块设置四个,每个所述滤波处理模块包括:
三个滤波单元,所述滤波单元的信号输入端连接一个热电偶单元,用于接收所述热电偶模拟信号,所述滤波单元的信号输出端连接所述双路四选一模拟开关的输入端,用于传输过滤后的热电偶模拟信号。
进一步,所述热电偶模块设置四个,每个所述热电偶模块包括:
三个热电偶单元,所述热电偶单元分别与对应的所述滤波单元连接,用于输入所述热电偶模拟信号。
进一步,所述ADC模块还包括:
ADC芯片,用于将所述热电偶模拟信号转换成所述热电偶数字信号,所述ADC芯片内置低噪声可编程增益仪表放大器,用于放大所述热电偶模拟信号,所述ADC芯片内置带隙基准电压源,用于提供基准电压。
冷端补偿电路,与所述ADC芯片的模拟输入端和内部激励电流源的输出端连接,用于冷端补偿。
冷端测量的基准电压电路,与所述冷端补偿电路串联,用于比例式测量所述热电偶模拟信号。
去偶电容电路,与所述ADC芯片的电源电压端和数字接口电源端连接,用于消除所述热电偶信模拟号中的噪声。
滤波电感电路,与所述ADC芯片的电源输入端连接,用于阻断数字地和模拟地之间的高频信号串扰。
进一步,所述ADC模块连接直流偏置电路,用于断线检测所述热电偶模拟信号。
进一步,所述隔离模块还包括隔离芯片,所述隔离芯片通过SPI协议总线与所述微处理器、所述ADC模块相连,用于增强所述热电偶数字信号的负载能力。
进一步,所述微处理器包括:STM32单片机,所述STM32单片机连接有外围电路,以供所述STM32单片机正常运行。
进一步,还包括:电源模块,提供DC 24V电压;降压型电源管理单片集成电路的开关电压调节器,与所述电源模块连接,用于将所述电源模块的DC 24V电压转换为DC 5V电压;正向低压降稳压器,与所述电源模块连接,用于将所述电源模块的DC 24V电压转换为DC3.3V电压。
进一步,还包括:USB通信模块和RS485通信模块,与所述微处理器连接,发送所述微处理器组帧后的所述热电偶数字信号。
本实用新型提供的一种热电偶信号采集装置,具有以下有益效果:
1)本实用新型提供的热电偶信号采集装置采用模块化的结构以及多路复用能够实现高精度、低功耗、高效率、抗干扰能力强和便于操作的采集热电偶信号。
2)本实用新型中的选择模拟开关选用74HC4052带有公共使能输入控制位的双路四选一模拟开关,每个模拟开关都有一路多输入直接接地,这样使得每次开始采样时都先将选择模拟开关切换到地,防止了通道之间的干扰,增强了装置的抗干扰性。
3)本实用新型采用电容进行滤波处理,并施加直流偏置电压提高抗干扰能力。
4)冷端补偿电路是通过热敏电阻实现冷端补偿,片内激励电流为该热敏电阻提供激励。此外冷端测量的基准电压来自一个与该热敏电阻串联的精密电阻,由此可以实现比例式测量,在此情况下,激励电流的波动不会对测量产生影响,提高了热电偶信号采集装置进行信号采集的稳定性和准确性。
5)由于输入通道具有缓冲功能,可将去偶电容置于前端,消除了可能出现在热电偶引脚上的噪声影响。
6)在所述ADC采样模块的前端引入了直流偏置,增加了实现断线检测的功能。
7)隔离设计采用ADI公司的ADUM5401和ADUM1400隔离芯片,其中ADUM5401集成isoPower的隔离式DC/DC转换器,具有3.3V或5.0V稳压输出,最高输出功率为500mW。两者最大传输速率可以高达25Mbps,提高了热电偶信号采集装置的传输速率,进而提高了采集效率。
附图说明
下面将以明确易懂的方式,结合附图说明优选实施方式,对一种热电偶信号采集装置的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1是本实用新型一种热电偶信号采集装置的一个实施例的电路原理图;
图2是本实用新型中滤波处理模块和选择模拟开关模块的一个实施例的电路原理图;
图3是本实用新型中ADC模块的一个实施例的电路原理图;
图4是本实用新型中隔离模块的一个实施例的电路原理图;
图5是本实用新型中微处理器的一个实施例的电路原理图;
图6是本实用新型中电源模块的一个实施例的电路原理图。
具体实施方式
以下描述中,为了说明而不是为了限定,提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节,以便透彻理解本申请实施例。然而,本领域的技术人员应当清楚,在没有这些具体细节的其他实施例中也可以实现本申请。在其他情况中,省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明,以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
应当理解,当在本说明书和所附权利要求书中使用时,术语“包括”指示所述描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在,但并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或集合的存在或添加。
为使图面简洁,各图中只示意性地表示出了与本实用新型相关的部分,它们并不代表其作为产品的实际结构。另外,以使图面简洁便于理解,在有些图中具有相同结构或功能的部件,仅示意性地绘示了其中的一个,或仅标出了其中的一个。在本文中,“一个”不仅表示“仅此一个”,也可以表示“多于一个”的情形。
还应当进一步理解,在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合,并且包括这些组合。
另外,在本申请的描述中,术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案,下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图,并获得其他的实施方式。
本实用新型的一个实施例,一种热电偶信号采集装置,包括:
多个热电偶模块,每个所述热电偶模块与一个滤波处理模块连接,用于将热电偶模拟信号输入至所述滤波处理模块。
多个所述滤波处理模块,与一个选择模拟开关模块的信号接收端连接,用于将滤波后的热电偶模拟信号传输至所述选择模拟开关模块。
多个所述选择模拟开关模块,与所述ADC模块连接,通过所述选择模拟开关模块的公共使能输入控制端控制所述选择模拟开关模块选择传输至ADC模块的所述滤波后的热电偶模拟信号,用于选通所述滤波后的热电偶模拟信号。
具体的,所述滤波处理模块采用电容进行滤波处理,并施加直流偏置电压提高抗干扰能力。选择模拟开关模块选用74HC4052带有公共使能输入控制位的双路四选一模拟开关,每个选择模拟开关都有一路多输入直接接地,目的是每次开始采样都先将选择模拟开关切换到地,防止了通道之间的干扰。
示例性的,如图1所示,所述热电偶模块可以包括12个热电偶,即热电偶1`12,每个热电偶连接一个滤波处理(滤波处理模块),三个滤波处理(滤波处理模块)连接一个模拟开关,四个模拟开关与ADC(模块)连接,ADC(模块)与隔离(模块)连接,隔离模块与微处理器连接,微处理器可以通过USB和RS485进行通信和数据传输,整个电源系统相当于电源模块为热电偶信号采集装置供电。
所述ADC模块,与隔离模块连接,用于采集所述滤波后的热电偶模拟并转换成热电偶数字信号,输出所述热电偶数字信号至所述隔离模块到微处理器。
优选的,所述选择模拟开关模块包括四个双路四选一模拟开关。
所述双路四选一模拟开关的两路四输入的信号输入端,其中两个信号输入端接地,六个信号输入端与所述滤波模块连接,用于接收所述滤波后的热电偶模拟信号。
所述双路四选一模拟开关的两路单输出的信号输出端,与ADC模块连接,用于输出所述滤波后的热电偶模拟信号。
所述双路四选一模拟开关的公共使能控制位,与所述隔离模块连接,用于控制所述滤波后的热电偶模拟信号的选择。
优选的,所述滤波处理模块设置四个,每个所述滤波处理模块包括:
三个滤波单元,所述滤波单元的信号输入端连接一个热电偶单元,用于接收所述热电偶模拟信号,所述滤波单元的信号输出端连接所述双路四选一模拟开关的输入端,用于传输过滤后的热电偶模拟信号。
示例性的,如图2所示,由多个电容组成的滤波处理模块和双路四选一模拟开关,所述滤波处理模块中的正电容连接正电源,负电容连接负电源所述双路四选一模拟开关包括A、B两路输入,其中信号输入端Y3B和Y3A(4、11引脚)直接接地,不进行滤波处理。所述双路四选一模拟开关的两路单输出的信号输出端ZB(3引脚)和ZA(13引脚)与所述ADC模块的信号输入端连接,两个信号输入端Y3A和Y3B接地,六个信号输入端Y0B~Y2B、Y0A~Y2A与所述滤波处理模块的信号输出端一一对应连接,例如所述双路四选一模拟开关上标识的VIN3-连接与之对应的电容。所述双路四选一模拟开关的(7、16)引脚分别通过一个电容接地,引脚8直接接地。
第一双路四选一模拟开关的(1、5、2、12、14、15)引脚与C160~C162和C144~C146对应连接,公共使能控制位A0,A1,E1连接在一起。第二双路四选一模拟开关的(1、5、2、12、14、15)引脚与C163~C165和C147~C149对应连接,公共使能控制位A0,A1,E2与隔离模块的A0,A1,E2一一对应连接。第三双路四选一模拟开关的(1、5、2、12、14、15)引脚与C166、C167、C152、C150、C151、C168对应连接,公共使能控制位A0,A1,E3与隔离模块的A0,A1,E3一一对应连接。第四双路四选一模拟开关的(1、5、2、12、14、15)引脚与C153~C155和C169~C170对应连接,公共使能控制位A0,A1,E4与隔离模块的A0,A1,E4一一对应连接。
优选的,所述热电偶模块设置四个,每个所述热电偶模块包括:
三个热电偶单元,所述热电偶单元分别与对应的所述滤波单元连接,用于输入所述热电偶模拟信号。
优选的,所述ADC模块还包括:
ADC芯片,用于将所述热电偶模拟信号转换成所述热电偶数字信号,所述ADC芯片内置低噪声可编程增益仪表放大器,用于放大所述热电偶模拟信号,所述ADC芯片内置带隙基准电压源,用于提供基准电压。
具体的,所述ADC芯片采用型号为AD7793的芯片,所述型号为AD7793的芯片具有最高23位有效分辨率,同时集成低噪声可编程增益仪表放大器,带隙基准电压源,典型温漂值为4ppm/℃,更新速率4.17HZ至470HZ。同时,由于来自热电偶模块的模拟信号很弱,AD7793芯片内置的低噪声可编程增益仪表放大器将放大该信号。
冷端补偿电路,与所述ADC芯片的模拟输入端和内部激励电流源的输出端连接,用于冷端补偿。
具体的,所述ADC模块通过热敏电阻能够实现冷端补偿,片内激励电流为该热敏电阻提供激励。
冷端测量的基准电压电路,与所述冷端补偿电路串联,用于比例式测量所述热电偶模拟信号。
具体的,冷端测量的基准电压来自一个与该热敏电阻串联的精密电阻,由此可以实现比例式测量,在此情况下,激励电流的波动不会对测量产生影响。
去偶电容电路,与所述ADC芯片的电源电压端和数字接口电源端连接,用于消除所述热电偶信模拟号中的噪声。
具体的,由于输入通道具有缓冲功能,可将去偶电容置于前端,以便消除可能出现在热电偶引脚上的噪声影响。
滤波电感电路,与所述ADC芯片的电源输入端连接,用于阻断数字地和模拟地之间的高频信号串扰。
所述微处理器,通过SPI协议总线与所述隔离模块和所述ADC模块连接,控制选通经过所述滤波处理模块的热电偶模拟信号和采集所述热电偶数字信号。
具体的,所述ADC模块与微处理器之间采用SPI通信方式进行采集控制和数据传输。
优选的,所述ADC模块连接直流偏置电路,用于断线检测所述热电偶模拟信号。
具体的,所述ADC模块的前端引入直流偏置,这样可以实现断线检测的功能。芯片供电采用隔离器件输出的5V供电。
示例性的,如图3所示,U60(AD7793)ADC芯片有最高23位有效分辨率,集成低噪声可编程增益仪表放大器,带隙基准电压源,典型温漂值为4ppm/℃,更新速率为4.17HZ至470HZ。
所述ADC芯片的13和14引脚连接去偶电容电路,所述去偶电容电路包括电容C1~C4,与所述ADC芯片的电源电压端和数字接口电源端连接,用于消除所述热电偶信模拟号中的噪声。所述滤波电感电路包括L1和L2两个电感,与所述ADC芯片的电源输入端连接,用于阻断数字地和模拟地之间的高频信号串扰。所述ADC芯片的SPI协议总线包括第一输入端AD_SCLK、第二输入端AD_MOSI、第三输入端AD_SS、第四输出端AD_MISO即时钟、主出从入、片选和主入从出。例如主入从出,因为从机(ADC芯片)输出信号,因此它在输入端。所述ADC芯片12引脚接地,(4、7、8、9)引脚连接冷端补偿电路,10引脚连接一个精密电阻R9以提供冷端测量的基准电压。
具体的,所述ADC模块采集了热电偶模拟信号后,此时的热电偶模拟信号只能称之为热电偶模拟小信号,经过ADC芯片内置的低噪声可编程增益仪表放大器将热电偶模拟小信号放大成热电偶模拟大信号,然后通过ADC模块将其转换成热电偶数字信号,才能被微处理器接收。
优选的,所述隔离模块还包括隔离芯片,所述隔离芯片通过SPI协议总线与所述微处理器、所述ADC模块相连,用于增强所述热电偶数字信号的负载能力。
具体的,所述隔离模块的隔离设计采用ADI公司的ADUM5401和ADUM1400隔离芯片。其中ADUM5401集成isoPower的隔离式DC/DC转换器,具有3.3V或5.0V稳压输出,输出功率最高为500mW,两者最大传输速率可以高达25Mbps。
示例性的,如图4所示,所述隔离模块可以包括:两个ADUM5401隔离芯片和一个ADUM1400隔离芯片。
U4第一ADUM5401隔离芯片的逻辑输入端A(VIA)、逻辑输入端B(VIB)和逻辑输入端C(VIC)、逻辑输出端D(VOD)即(3、4、5、6、7)引脚与所述微处理器的IO端连接(AD_SCLK、AD_SDI、AD_CS、AD_SDO)。所述第一ADUM5401隔离芯片的逻辑输出端A、逻辑输出端B、逻辑输出端C和逻辑输出端D(11、12、13、14)引脚与所述ADC采样模块连接;所述第一ADUM5401隔离芯片的的电源端通过去耦电容与电源电压连接。
U7为第二ADUM5401隔离芯片,逻辑输入端VIA,VIB(3,4)引脚与微处理器的SHE3,SHE4端连接,逻辑输出端VOA,VOB(13,14)引脚与选择模拟开关的E3,E4端一一对应连接。
其中,U8为ADUM1400隔离芯片,其逻辑输入端VIA,VIB,VIC,VID(3、4、5、6)引脚与微处理器的SHEA0,SHEA1,SHE1,SHE2端一一对应连接,逻辑输出端A0,A1,E1,E2(14,13,12,11)引脚与选择模拟开关的A0,A1,E1,E2端一一对应连接。
每个隔离芯片均通过一个去耦电容电路与电源电压连接。所述隔离模块主要用于增强信号负载能力、减小输出级负担,以及增强信号的驱动能力。
优选的,所述微处理器包括:STM32单片机,所述STM32单片机连接有外围电路,以供所述STM32单片机正常运行。
具体的,微处理器选用ST的STM32F429VIT6单片机,具有高性能,实时性强,低功耗,便于低电压操作等优点,同时还易于开发。
示例性的,如图5所示,所述微处理器可以包括一些外围电路,当所述微处理器需要哪些功能时,可以在引脚连接对应的电路。例如,具体可以包括晶振电路(STM32F429VIT6),与所述STM32单片机连接,用于产生时钟信号保证所述微处理器按一定时序进行工作。
由SW-DIP-SIDE和一个上拉电阻R17组成的按键电路,与所述STM32单片机连接,用于检测按键输入,所述上拉电阻R17在按下按键时产生低电平使得按键电路不至于电路。
启动电路,与所述STM32单片机连接,用于选择所述微处理器启动模式,上拉电阻R15和R42下方的NC为空接,表示不存在,这种画法是为了PCB布局。其中下拉电阻R16和R43为0欧姆,短路到地,只是作为插针针槽的连接线。
所述STM32单片机的引脚14连接有系统复位电路,用于使所述微处理器恢复到起始状态;去耦电容C11~C18组成的电路,与所述STM32单片机连接,用于滤波和增强电源稳定性;上拉电阻,与所述STM32单片机连接,用于避免按键按下后造成短路。
所述微处理器,通过SPI协议总线与所述隔离模块和所述ADC模块连接,控制选通经过所述滤波处理模块的热电偶模拟信号和采集所述热电偶数字信号。
具体的,所述微处理器通过SPI协议总线与所述隔离模块的隔离芯片相连,所述隔离芯片再通过SPI协议总线与所述ADC模块相连,其中所述隔离芯片起到增强信号驱动能力的作用。即所述微处理器为主机,所述ADC模块作为从机,通过SPI协议总线由所述隔离芯片进行中继,进而增强信号驱动能力。
优选的,还包括:电源模块,提供DC 24V电压;降压型电源管理单片集成电路的开关电压调节器,与所述电源模块连接,用于将所述电源模块的DC 24V电压转换为DC 5V电压;正向低压降稳压器,与所述电源模块连接,用于将所述电源模块的DC 24V电压转换为DC3.3V电压。
具体的,如图6所示,整个电源系统采用电源模块进行DC 24V供电,通过降压型电源管理单片集成电路的开关电压调节器LM2596-5V得到DC 5V电压,再通过正向低压降稳压器AMS1117-3.3得到DC 3.3V电压,由此构成了整个电源系统。降压型电源管理单片集成电路的开关电压调节器LM2596-5V的输入端VIN(1)引脚接入DC 24V电压,通过调节在VCC端输出DC 5V电压,所述降压型电源管理单片集成电路的开关电压调节器LM2596-5V的VCC端与正向低压降稳压器AMS1117-3.3的VCC端连接,正向低压降稳压器AMS1117-3.3的输入端VIN(3)引脚输入DC 5V电压,通过正向低压降稳压器AMS1117-3.3将所述DV 5V电压转换成DC3.3V电压。
优选的,还包括:USB通信模块和RS485通信模块,与所述微处理器连接,发送所述微处理器组帧后的所述热电偶数字信号。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为了描述的方便和简洁,仅以上述各程序模块的划分进行举例说明,实际应用中,可以根据需要而将上述功能分配由不同的程序模块完成,即将所述装置的内部结构划分成不同的程序单元或模块,以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各程序模块可以集成在一个处理单元中,也可是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个处理单元中,上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件程序单元的形式实现。另外,各程序模块的具体名称也只是为了便于相互区分,并不用于限制本申请的保护范围。
在上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详细描述或记载的部分,可以参见其他实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元,能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
在本申请所提供的实施例中,应该理解到,所揭露的系统,可以通过其他的方式实现。示例性的,以上所描述的实施例仅仅是示意性的,示例性的,所述模块或单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,示例性的,多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口,装置或单元的间接耦合或通讯连接,可以是电性、机械或其他的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外,在本申请各个实施例中的各功能单元可能集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。
应当说明的是,上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (10)
1.一种热电偶信号采集装置,其特征在于,包括:
多个热电偶模块,每个所述热电偶模块与一个滤波处理模块连接,用于将热电偶模拟信号输入至所述滤波处理模块;
多个所述滤波处理模块,与一个选择模拟开关模块的信号接收端连接,用于将滤波后的热电偶模拟信号传输至所述选择模拟开关模块;
多个所述选择模拟开关模块,与ADC模块连接,通过所述选择模拟开关模块的公共使能输入控制端控制所述选择模拟开关模块选择传输至ADC模块的所述滤波后的热电偶模拟信号,用于选通所述滤波后的热电偶模拟信号;
所述ADC模块,与隔离模块连接,用于采集所述滤波后的热电偶模拟并转换成热电偶数字信号,输出所述热电偶数字信号至所述隔离模块到微处理器;
所述微处理器,通过SPI协议总线与所述隔离模块和所述ADC模块连接,控制选通经过所述滤波处理模块的热电偶模拟信号和采集所述热电偶数字信号。
2.根据权利要求1所述的热电偶信号采集装置,其特征在于,所述选择模拟开关模块包括四个双路四选一模拟开关;
所述双路四选一模拟开关的两路四输入的信号输入端,其中两个信号输入端接地,六个信号输入端与所述滤波处理模块连接,用于接收所述滤波后的热电偶模拟信号;
所述双路四选一模拟开关的两路单输出的信号输出端,与ADC模块连接,用于输出所述滤波后的热电偶模拟信号;
所述双路四选一模拟开关的公共使能控制位,与所述隔离模块连接,用于控制所述滤波后的热电偶模拟信号的选择。
3.根据权利要求2所述的热电偶信号采集装置,其特征在于,所述滤波处理模块设置四个,每个所述滤波处理模块包括:
三个滤波单元,所述滤波单元的信号输入端连接一个热电偶单元,用于接收所述热电偶模拟信号,所述滤波单元的信号输出端连接所述双路四选一模拟开关的输入端,用于传输过滤后的热电偶模拟信号。
4.根据权利要求3所述的热电偶信号采集装置,其特征在于,所述热电偶模块设置四个,每个所述热电偶模块包括:
三个热电偶单元,所述热电偶单元分别与对应的所述滤波单元连接,用于输入所述热电偶模拟信号。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的热电偶信号采集装置,其特征在于,所述ADC模块还包括:
ADC芯片,用于将所述热电偶模拟信号转换成所述热电偶数字信号,所述ADC芯片内置低噪声可编程增益仪表放大器,用于放大所述热电偶模拟信号,所述ADC芯片内置带隙基准电压源,用于提供基准电压;
冷端补偿电路,与所述ADC芯片的模拟输入端和内部激励电流源的输出端连接,用于冷端补偿;
冷端测量的基准电压电路,与所述冷端补偿电路串联,用于比例式测量所述热电偶模拟信号;
去偶电容电路,与所述ADC芯片的电源电压端和数字接口电源端连接,用于消除所述热电偶信模拟号中的噪声;
滤波电感电路,与所述ADC芯片的电源输入端连接,用于阻断数字地和模拟地之间的高频信号串扰。
6.根据权利要求1所述的热电偶信号采集装置,其特征在于,所述ADC模块连接直流偏置电路,用于断线检测所述热电偶模拟信号。
7.根据权利要求1所述的热电偶信号采集装置,其特征在于,所述隔离模块还包括隔离芯片,所述隔离芯片通过SPI协议总线与所述微处理器、所述ADC模块相连,用于增强所述热电偶数字信号的负载能力。
8.根据权利要求1所述的热电偶信号采集装置,其特征在于,所述微处理器包括:
STM32单片机,所述STM32单片机连接有外围电路,以供所述STM32单片机正常运行。
9.根据权利要求1所述的热电偶信号采集装置,其特征在于,还包括:
电源模块,提供DC 24V电压;
降压型电源管理单片集成电路的开关电压调节器,与所述电源模块连接,用于将所述电源模块的DC 24V电压转换为DC 5V电压;
正向低压降稳压器,与所述电源模块连接,用于将所述电源模块的DC 24V电压转换为DC 3.3V电压。
10.根据权利要求1所述的热电偶信号采集装置,其特征在于,还包括:USB通信模块和RS485通信模块,与所述微处理器连接,发送所述微处理器组帧后的所述热电偶数字信号。
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CN202020622457.7U CN212378921U (zh) | 2020-04-23 | 2020-04-23 | 一种热电偶信号采集装置 |
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CN113703369A (zh) * | 2021-08-31 | 2021-11-26 | 天津津航计算技术研究所 | 一种基于模拟开关的多路热电偶采集电路 |
CN115474914A (zh) * | 2022-08-11 | 2022-12-16 | 服务型制造研究院(杭州)有限公司 | 脉诊仪 |
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CN113703369A (zh) * | 2021-08-31 | 2021-11-26 | 天津津航计算技术研究所 | 一种基于模拟开关的多路热电偶采集电路 |
CN113703369B (zh) * | 2021-08-31 | 2024-04-05 | 天津津航计算技术研究所 | 一种基于模拟开关的多路热电偶采集电路 |
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