CN216927392U - 基于单片机的多路模拟量采集电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型揭示了一种基于单片机的多路模拟量采集电路，其包括依次耦合的模拟量开关、信号处理电路和单片机，其中的信号处理电路又包括依次耦合的前置处理电路、对称电路和模数转换电路，通过前置处理电路将模拟量进行滤波和放大，通过对称电路将双极模拟量转换为单极正向模拟量，通过模数转换电路将模拟量转换为数字量。本实用新型的基于单片机的多路模拟量采集电路的优势在于：电路结构设计合理，除可以采集多路模拟量外，还可以对采集到的模拟量进行信号调理，提高了信号的采集精度。
Description
技术领域
本实用新型的实施例涉及一种电路，具体而言，涉及一种基于单片机的多路模拟量采集电路。
背景技术
根据教科书解释，“数据采集”是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集信息的过程，被采集的数据是已被转换为电信号的各种物理量，如温度、水位、风速、压力等，可以是模拟量，也可以是数字量。
随着智能监控技术的进步，现场的数据采集显得越来越重要，许多被测参数，如温度、流量、压力、液位、速度等都是连续变化的模拟量，因此研发一款可以采集多路信号的采集卡是很有必要的。
申请号为2019111289075的发明专利申请公开一种单通道多路信号采集电路，信号选通电路提供多条信号通道，控制器感知到某一传感器接入后，控制信号选通电路内的相应的信号通道导通，使得相应的传感器接入进行信号的采集传输，从而实现不同传感器采集的不同类型信号的选择性接通。
上述技术方案通过单一通道实现了多个传感器所采集的多路不同类型信号的选择性采集，电路结构简单，但是存在的缺陷是：缺少信号调理，造成精度不足。
实用新型内容
本实用新型的目的在于针对现有技术中的上述缺陷，提供一种基于单片机的多路模拟量采集电路，采集精度高。
为实现上述实用新型目的，本实用新型采用了如下技术方案：一种基于单片机的多路模拟量采集电路，包括依次耦合的模拟量开关、信号处理电路和单片机，所述信号处理电路包括前置处理电路、对称电路和模数转换电路，其中，前置处理电路与模拟量开关耦接，输入模拟量并进行滤波和放大；对称电路包括反相器、限流电阻R6、限流电阻R7、二极管D1和二极管D2；其中，反相器与限流电阻R6相互串联，并耦接在前置处理电路和模数转换电路之间；限流电阻R7与反相器与限流电阻R6相互并联，并耦接在前置处理电路和模数转换电路之间；二极管D1的阴极与限流电阻R6和模数转换电路的连接点耦接，阳极接地；二极管D2的阴极与限流电阻R7和模数转换电路的连接点耦接，阳极接地；模数转换电路与单片机耦接，用于把模拟量转换为数字量并输出。
此外，本实用新型还提供如下附属技术方案：
前置处理电路为二阶有源带通滤波电路。所述前置处理电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C1、电容C2和放大器；其中，电阻R1和电容C2相互串联并耦接在模拟量开关和放大器的同相输入端之间；电阻R2的一端与电阻R1和电容C2的连接点耦接，另一端与放大器的输出端耦接；电容C1的一端与电阻R1和电容C2的连接点耦接，另一端接地；电阻R3的一端与电容C2和放大器的同相输入端的连接点耦接，另一端接地；电阻R4的一端与放大器的反相输入端耦接，另一端接地；电阻R5的一端与放大器的反相输入端耦接，另一端与放大器的输出端耦接；放大器的输出端还耦接对称电路。
模数转换电路包括AD1674型模数转换芯片。
模拟量开关为CD4051型单端8通道多路开关。
单片机为AT89C51型CMOS 8位单片机。
基于单片机的多路模拟量采集电路还包括CAN总线，该CAN总线耦接在单片机与上位机之间。所述CAN总线为SJA1000型CAN控制芯片。
相比于现有技术，本实用新型的基于单片机的多路模拟量采集电路设计了信号处理电路，其包括依次耦合的前置处理电路、对称电路和模数转换电路，通过前置处理电路将模拟量进行滤波和放大，通过对称电路将双极模拟量转换为单极正向模拟量，通过模数转换电路将模拟量转换为数字量。本实用新型的基于单片机的多路模拟量采集电路的优势在于：电路结构设计合理，除可以采集多路模拟量外，还可以对采集到的模拟量进行信号调理，提高了信号的采集精度。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本实用新型的一些实施例，并非对本实用新型的限制。
图1是基于单片机的多路模拟量采集电路的电路框图。
图2是前置处理电路的电路图。
图3是对称电路的电路图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型技术方案作进一步非限制性的详细描述。
见图1，本实施例的基于单片机的多路模拟量采集电路包括：模拟量开关1、信号处理电路2、单片机3和CAN总线4。其中，模拟量开关1选用CD4051型单端8通道多路开关，可以采集输入8路模拟量；信号处理电路2又包括前置处理电路2a、对称电路2b和模数转换电路2c，用于对输入的模拟量进行信号调理；单片机3选用AT89C51型CMOS 8位单片机，用于数据处理和转发；CAN总线4选用SJA1000型CAN控制芯片，连接外接的上位机，用于数据转发。
见图2，本实施例的前置处理电路为二阶有源带通滤波电路，主要用于对输入的模拟量进行滤波和放大。前置处理电路包括：电阻R1(阻值10K)、电阻R2(阻值10K)、电阻R3(阻值10K)、电阻R4(阻值10K)、电阻R5(阻值10K)、电容C1(容值0.1μF)、电容C2(容值0.1μF)、放大器U1(型号AD620)。连接关系为：电阻R1和电容C2相互串联并耦接在模拟量开关和放大器的同相输入端之间；电阻R2的一端与电阻R1和电容C2的连接点耦接，另一端与放大器的输出端耦接；电容C1的一端与电阻R1和电容C2的连接点耦接，另一端接地；电阻R3的一端与电容C2和放大器的同相输入端的连接点耦接，另一端接地；电阻R4的一端与放大器的反相输入端耦接，另一端接地；电阻R5的一端与放大器的反相输入端耦接，另一端与放大器的输出端耦接；放大器的输出端还耦接对称电路。前置处理电路输入原始模拟量V1，输出调理模拟量V2。
见图3，本实施例的对称电路主要用于对输入的双极模拟量转换为单极正向模拟量。对称电路包括：反相器U2(型号74LS04)、限流电阻R6(阻值2K)、限流电阻R7(阻值2K)、二极管D1(型号1N4007)和二极管D2(型号1N4007)。连接关系为：反相器与限流电阻R6相互串联，并耦接在放大器U1和模数转换电路之间,输入模拟量V2；限流电阻R7与反相器与限流电阻R6相互并联，并耦接在放大器U1和模数转换电路之间，输入模拟量V2；二极管D1的阴极与限流电阻R6和模数转换电路的连接点耦接，阳极接地；二极管D2的阴极与限流电阻R7和模数转换电路的连接点耦接，阳极接地。
当输入的模拟量为正值时，则二极管D2截止，模拟量无损失地从AD0口输入，同时正模拟量经反相器反相后变成负模拟量，二极管D1导通，所以AD1口接收到的信号为二极管D1的正向导通压降的负值，只要这个负值电压的幅度小于模数转换电路输入的允许值，则AD1采集的模拟量就为0，此时模数转换电路输入值为AD0口的输入值。当输入的模拟量为负值时，二极管D2导通，AD0口接收的数据为0，而经反相器反相后的信号为正，二极管D1截止，AD1口接收数据，此时模数转换电路输入值为AD1口的输入值。因此，模数转换电路可接收的数据由原来的0～X扩展为-X～+X。
模数转换电路为AD1674型模数转换芯片。
综上所述，本实施例的基于单片机的多路模拟量采集电路除可以采集多路模拟量外，还可以对采集到的模拟量进行信号调理，提高了信号的采集精度和范围。
需要指出的是，上述较佳实施例仅为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于单片机的多路模拟量采集电路，包括依次耦合的模拟量开关、信号处理电路和单片机，其特征在于，所述信号处理电路包括前置处理电路、对称电路和模数转换电路，其中，
所述前置处理电路与模拟量开关耦接，输入模拟量并进行滤波和放大；
所述对称电路包括反相器、限流电阻R6、限流电阻R7、二极管D1和二极管D2；其中，反相器与限流电阻R6相互串联，并耦接在前置处理电路和模数转换电路之间；限流电阻R7与反相器与限流电阻R6相互并联，并耦接在前置处理电路和模数转换电路之间；二极管D1的阴极与限流电阻R6和模数转换电路的连接点耦接，阳极接地；二极管D2的阴极与限流电阻R7和模数转换电路的连接点耦接，阳极接地；
所述模数转换电路与单片机耦接，用于把模拟量转换为数字量并输出。
2.根据权利要求1所述的基于单片机的多路模拟量采集电路，其特征在于：所述前置处理电路为二阶有源带通滤波电路。
3.根据权利要求2所述的基于单片机的多路模拟量采集电路，其特征在于：所述前置处理电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C1、电容C2和放大器；其中，电阻R1和电容C2相互串联并耦接在模拟量开关和放大器的同相输入端之间；电阻R2的一端与电阻R1和电容C2的连接点耦接，另一端与放大器的输出端耦接；电容C1的一端与电阻R1和电容C2的连接点耦接，另一端接地；电阻R3的一端与电容C2和放大器的同相输入端的连接点耦接，另一端接地；电阻R4的一端与放大器的反相输入端耦接，另一端接地；电阻R5的一端与放大器的反相输入端耦接，另一端与放大器的输出端耦接；放大器的输出端还耦接对称电路。
4.根据权利要求1所述的基于单片机的多路模拟量采集电路，其特征在于：所述模数转换电路包括AD1674型模数转换芯片。
5.根据权利要求1所述的基于单片机的多路模拟量采集电路，其特征在于：所述模拟量开关为CD4051型单端8通道多路开关。
6.根据权利要求1所述的基于单片机的多路模拟量采集电路，其特征在于：所述单片机为AT89C51型CMOS 8位单片机。
7.根据权利要求1所述的基于单片机的多路模拟量采集电路，其特征在于：还包括CAN总线，该CAN总线耦接在单片机与上位机之间。
8.根据权利要求7所述的基于单片机的多路模拟量采集电路，其特征在于：所述CAN总线为SJA1000型CAN控制芯片。
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