CN214066924U - Ndir气体分析仪的多路信号采集及处理系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及气体分析技术领域，特别是涉及NDIR气体分析仪的多路信号采集及处理系统，包括滤波放大电路、信号ADC采集电路、MCU主控电路和网口通讯电路；滤波放大电路连接于传感器用于放大及过滤传感器输入的多路电压信号得到有效信号；ADC采集电路连接于滤波放大电路输出端用于采集有效信号；MCU主控电路连接于信号ADC采集电路输出端用于处理有效信号；网口通讯电路连接于MCU主控电路输出端用于与人机界面进行通讯。本实用新型采集系统模块化程度高，采样精度高。
Description
技术领域
本实用新型涉及气体分析技术领域，特别是涉及NDIR气体分析仪的多路信号采集及处理系统。
背景技术
非分散性红外线技术（NDIR，Non-Dispersive InfraRed）是一种基于气体吸收理论的方法。红外光源发出的红外辐射经过一定浓度待测的气体吸收之后，与气体浓度成正比的光谱强度会发生变化，因此求出光谱光强的变化量就可以反演出待测气体的浓度。
随着红外光源、传感器及电子技术的发展，NDIR红外气体传感器在国内外得到了迅速的发展。主要表现在无机械调制装置，采用新型红外传感器及电调制光源，在仪器电路上采用了低功耗嵌入式系统，使得仪器在体积、功耗、性能、价格上具有以往仪器无法比拟的优势。
当前NDIR红外气体传感器普遍使用具有多路信号输出的系列，随着信号路数的不断增加，如何采集及处理多路信号，成为仪表研发中的一个重点难点。因此设计一个可扩展的多路ADC采集及处理系统，成为仪表设计人员亟需解决的问题。
发明内容
本实用新型的目的是为了提供NDIR气体分析仪的多路信号采集及处理系统，用于解决当前NDIR技术应用中所面临的数据采集难题。
为解决以上技术问题，本实用新型的技术方案为：NDIR气体分析仪的多路信号采集及处理系统，包括滤波放大电路、信号ADC采集电路、MCU主控电路和网口通讯电路；
滤波放大电路，连接于传感器用于放大及过滤传感器输入的多路电压信号得到有效信号；
ADC采集电路，连接于滤波放大电路输出端用于采集有效信号；
MCU主控电路，连接于信号ADC采集电路输出端用于处理有效信号；
网口通讯电路，连接于MCU主控电路输出端用于与人机界面进行通讯。
按以上方案，所述滤波放大电路包括依次连接的跟随电路、六阶有源带通滤波器和放大器；所述跟随电路的信号输入端连接于传感器，所述放大器的输出端连接于ADC采集电路的信号输入端；跟随电路起缓冲、隔离、提高带载能力的作用。
按以上方案，跟随电路采用的是AD8675芯片，AD8675芯片的同相输入端连接于传感器，AD8675芯片的反相输入端连接于AD8675芯片的输出端；AD8675具有非常低的输入偏置电流和低输入电流噪声；反向输入端与输出端相连配置成缓冲器，输出端接到反向输入端为负反馈接法，同相输入端电压与反向输入端电压相同，由于这种接法里，输出电压=反向输入端电压，反向电压=同相输入端电压；所以，输出电压=同相输入端电压， 即电压跟随；电压跟随的输入电压与输出电压大小和相位一样，输入阻抗很大，输出阻抗很小，可以看成是一个阻抗转换的电路，从而完成阻抗匹配和提高输出负载能力。
按以上方案，六阶有源带通滤波器包括三级ADA4075运放，第一级ADA4075运放的反向输入端连接于AD8675芯片的输出端，第二级ADA4075运放的反向输入端连接于第一级ADA4075运放的输出端，第三级ADA4075运放的反向输入端连接于第二级ADA4075运放的输出端；将带外信号最大程度的滤除，以获取最佳的信号，其中运算放大器使用ADA4075低噪声运放，具有超低功耗、高性能的特点。
按以上方案，所述放大器的同相输入端连接于第三级ADA4075运放的输出端，所述放大器采用的是ADA4075芯片，尺寸小，速度快，功耗低。
按以上方案，ADC采集电路，采用AD7606系列16位高精度AD转换芯片，采样频率达200Ksps，最多可扩展至8路同时采集，可根据实际需求开启采集相应通道。
按以上方案，MCU主控电路采用ST公司的STMH7系列芯片，搭载CORTEX-M7内核，主频高达400MHz。
按以上方案，所述网口通讯电路采用以太网网络模块，以太网网络模块采用集成的W5500模块，该模块与单片机系统的通讯方式是SPI协议，支持10/100MBPS的传输速率。
本实用新型具有如下有益效果：本实用新型提出了NDIR气体分析仪的多路信号采集及处理系统，采用模块化设计，便于功能扩展以及后期检修替换；可扩展的16位高精度AD采集芯片，尤其适合该系统对多路信号同时采集的需求，STMH7系列芯片又极大程度的满足系统功能的多样化设计；该采集系统模块化程度高，采样精度高，成本低易使用，便于扩展。
附图说明
图1为本实用新型实施例系统电路结构示意图；
图2为本实施例中滤波放大电路中的单路信号电路原理图；
图3为本实施例中ADC采集电路原理图。
附图标记：1、滤波放大电路；101、跟随电路；102、六阶有源带通滤波器；103、放大器；2、ADC采集电路；3、MCU主控电路；4、网口通讯电路。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。
请参考图1至图3，本实用新型为NDIR气体分析仪的多路信号采集及处理系统，其包括滤波放大电路1、信号ADC采集电路2、MCU主控电路3和网口通讯电路4；滤波放大电路1连接于传感器用于放大及过滤传感器输入的多路电压信号得到有效信号；ADC采集电路2连接于滤波放大电路1输出端用于采集有效信号；MCU主控电路3连接于信号ADC采集电路2输出端用于处理有效信号；网口通讯电路4连接于MCU主控电路3输出端用于与人机界面进行通讯。传感器信号先经滤波放大电路1滤除带外噪声及放大，再进一步由ADC采集电路2进行多路16位AD同步采集、再进一步由MCU主控电路3对多路信号进行数据处理并计算，最后由网口通讯电路4传输至工控机界面。
如图2所示，滤波放大电路1中，滤波放大电路1包括依次连接的跟随电路101、六阶有源带通滤波器102和放大器103；跟随电路101的信号输入端连接于传感器，放大器103的输出端连接于ADC采集电路2的信号输入端；六阶有源带通滤波器102包括三级ADA4075运放，第一级ADA4075运放的反向输入端连接于AD8675芯片的输出端，第二级ADA4075运放的反向输入端连接于第一级ADA4075运放的输出端，第三级ADA4075运放的反向输入端连接于第二级ADA4075运放的输出端。传感器信号先经AD8675芯片组成的跟随电路101；再经过ADA4075低噪声运放组成的六阶有源带通滤波器102，将带外信号最大程度的滤除，以获取最佳的信号；再经过最后一级ADA4075的放大器103，最后输入ADC采集电路2。需要说明的是，图中所示阻容的数值是根据实际所需要的带通经计算得出，且阻容精度为1%。
如图3所示，ADC采集电路2，由滤波放大电路1处理后的信号，输入到通道V1、通道V2、通道V3、通道V4；由单片机输出的PWM波频率进入CONVST来决定采样频率；引脚RANGE的高低电平决定采集电压量程；由引脚OS0、引脚OS1及引脚OS2高低电平信号组合决定采样方式；引脚BUSY决定何时开始ADC转换；再通过单片机的FMC总线进行数据传输。需要说明的是，本实例选用的是该系列4通道芯片，引脚CONVSTA与引脚CONVSTB并联可使得四通道同时进行采集。
MCU主控电路3采用ST公司的STMH7系列芯片，搭载CORTEX-M7内核，主频高达400MHz。网口通讯电路4采用以太网网络模块，以太网网络模块采用集成的W5500模块，该模块与单片机系统的通讯方式是SPI协议，支持10/100MBPS的传输速率。
本实用新型未涉及部分均与现有技术相同或采用现有技术加以实现。
以上内容是结合具体的实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.NDIR气体分析仪的多路信号采集及处理系统，其特征在于：包括滤波放大电路、信号ADC采集电路、MCU主控电路和网口通讯电路；
滤波放大电路，连接于传感器用于放大及过滤传感器输入的多路电压信号得到有效信号；
ADC采集电路，连接于滤波放大电路输出端用于采集有效信号；
MCU主控电路，连接于信号ADC采集电路输出端用于处理有效信号；
网口通讯电路，连接于MCU主控电路输出端用于与人机界面进行通讯。
2.根据权利要求1所述的多路信号采集及处理系统，其特征在于：所述滤波放大电路包括依次连接的跟随电路、六阶有源带通滤波器和放大器；所述跟随电路的信号输入端连接于传感器，所述放大器的输出端连接于ADC采集电路的信号输入端。
3.根据权利要求2所述的多路信号采集及处理系统，其特征在于：跟随电路采用的是AD8675芯片，AD8675芯片的同相输入端连接于传感器，AD8675芯片的反相输入端连接于AD8675芯片的输出端。
4.根据权利要求2所述的多路信号采集及处理系统，其特征在于：六阶有源带通滤波器包括三级ADA4075运放，第一级ADA4075运放的反向输入端连接于AD8675芯片的输出端，第二级ADA4075运放的反向输入端连接于第一级ADA4075运放的输出端，第三级ADA4075运放的反向输入端连接于第二级ADA4075运放的输出端。
5.根据权利要求4所述的多路信号采集及处理系统，其特征在于：所述放大器的同相输入端连接于第三级ADA4075运放的输出端，所述放大器采用的是ADA4075芯片。
6.根据权利要求1所述的多路信号采集及处理系统，其特征在于：ADC采集电路，采用AD7606系列16位AD转换芯片。
7.根据权利要求1所述的多路信号采集及处理系统，其特征在于：MCU主控电路采用ST公司的STMH7系列芯片，搭载CORTEX-M7内核。
8.根据权利要求1所述的多路信号采集及处理系统，其特征在于：所述网口通讯电路采用以太网网络模块。
9.根据权利要求8所述的多路信号采集及处理系统，其特征在于：以太网网络模块采用集成的W5500模块。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202023037429.8U CN214066924U (zh) | 2020-12-16 | 2020-12-16 | Ndir气体分析仪的多路信号采集及处理系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202023037429.8U CN214066924U (zh) | 2020-12-16 | 2020-12-16 | Ndir气体分析仪的多路信号采集及处理系统 |
Publications (1)
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| CN214066924U true CN214066924U (zh) | 2021-08-27 |
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ID=77410402
Family Applications (1)
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| CN202023037429.8U Active CN214066924U (zh) | 2020-12-16 | 2020-12-16 | Ndir气体分析仪的多路信号采集及处理系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN214066924U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114978325A (zh) * | 2022-05-31 | 2022-08-30 | 天津市山石机器人有限责任公司 | 自由空间的高频红外光通讯装置 |
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2020
- 2020-12-16 CN CN202023037429.8U patent/CN214066924U/zh active Active
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN114978325A (zh) * | 2022-05-31 | 2022-08-30 | 天津市山石机器人有限责任公司 | 自由空间的高频红外光通讯装置 |
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