CN217112493U - 一种电压信号采集系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电压信号采集系统，包括：N个电压信号采集芯片，FPGA，控制设备。N个电压信号采集芯片的输入端分别与N个待采集设备连接，其中，N为正整数。FPGA的各输入端分别与N个电压信号采集芯片的输出端连接，FPGA的控制端与控制设备连接，FPGA在接收到控制设备的控制信号后，将控制信号传输至N个电压信号采集芯片以采集N个待采集设备的电压信号。由此可见，本实用新型所提供的技术方案，通过FPGA实现同时采集N个待采集设备的电压信号，同时在FPGA和待采集设备间设置高精度的电压信号采集芯片提高电压信号的采集精度，进而实现高精度且批量采集电压信号的目的。

Description

一种电压信号采集系统

技术领域

本实用新型涉及电压采集领域，特别是涉及一种电压信号采集系统。

背景技术

在电压采集领域中，可以使用基于万用表采集系统对电压信号进行采集，采集时，通过切换通道对不同通道的电压进行顺序采集，从而实现多通道批量电压信号采集，最后将采集的电压信号传输至上位机进行保存。由于基于万用表采集系统是一个串行系统，因此该电压信号采集方式同一时刻只能采集一个电压信号，采集效率低。

此外，还可以采用基于数据采集卡采集系统对电压信号进行采集，基于数据采集卡采集系统是一个多通道并行采集的系统，因此，可以避免基于万用表采集系统同一时刻只能采集一个电压信号的低效率，但是由于数据采集卡的性质，导致采集的电压信号误差较大，即采集精度低。此外，数据采集卡的采集通道有限，通常只有16-32个采集通道，若要实现更多电压信号同时采集，则需要额外连接通道切换板，通过切换通道实现多信号采集，然而外接通道切换板系统复杂，且切换一次通道也只能采集有限个数电压信号。

由此可见，如何实现批量采集电压信号，并提高采集准确性，是本领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种电压信号采集系统，由FPGA根据实际需求虚拟出N个输入端口，N个输入端口分别与N个电压信号采集芯片的输出端连接，N个电压信号采集芯片的输入端分别与N个待采集设备连接，其中，N为正整数，由此实现同时采集多个高精度电压信号的目的。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种电压信号采集系统，包括：N个电压信号采集芯片，FPGA，控制设备；

N个所述电压信号采集芯片的输入端分别与N个待采集设备连接；其中，N为正整数；

所述FPGA的各输入端分别与N个所述电压信号采集芯片的输出端连接，所述FPGA的控制端与所述控制设备连接，用于在接收到所述控制设备的控制信号后，将所述控制信号传输至N个所述电压信号采集芯片以采集N个所述待采集设备的电压信号。

其中，所述FPGA的所述控制端通过USB接口电路与所述控制设备连接。

其中，还包括第一电平转换电路，所述第一电平转换电路连接于所述电压信号采集芯片和所述FPGA间。

其中，还包括第二电平转换电路，所述第二电平转换电路连接于所述FPGA和所述USB接口电路间。

其中，所述FPGA的各输入端分别通过SPI总线与N个所述电压信号采集芯片的输出端连接。

其中，所述电压信号采集芯片为MAX132芯片。

其中，所述待采集设备为压力传感器。

本实用新型所提供的电压信号采集系统，包括：N个电压信号采集芯片，FPGA，控制设备。N个电压信号采集芯片的输入端分别与N个待采集设备连接，其中，N为正整数。FPGA的各输入端分别与N个电压信号采集芯片的输出端连接，FPGA的控制端与控制设备连接，FPGA在接收到控制设备的控制信号后，将控制信号传输至N个电压信号采集芯片以采集N个待采集设备的电压信号。由此可见，本实用新型所提供的技术方案，通过FPGA实现同时采集N个待采集设备的电压信号，同时在FPGA和待采集设备间设置高精度的电压信号采集芯片提高电压信号的采集精度，进而实现高精度且批量采集电压信号的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，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。

图1为本申请实施例所提供的一种电压信号采集系统的结构图；

图2为本申请另一实施例所提供的电压信号采集系统的结构图；

附图标记如下：1为控制设备，2为FPGA，3为电压信号采集芯片，4为待采集设备。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护范围。

本实用新型的核心是提供一种电压信号采集系统，将现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)的各输入端分别与N个电压信号采集芯片的输出端连接，N个电压信号采集芯片的输入端分别与N个待采集设备连接，其中，N为正整数。由此，由电压信号采集芯片的性质提高采集精度，由FPGA虚拟出的N个输入端口实现同时采集多个电压信号的目的。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

在电压采集领域中，很多场景下需要采集很小的电压信号，通常可以使用基于万用表采集系统对电压信号进行采集，采集时，通过切换通道对不同通道的电压信号进行顺序采集，从而实现多通道批量电压信号采集，最后将采集的电压信号传输至上位机进行保存。由于基于万用表采集系统是一个串行系统，虽然可以通过切换通过实现多个电压信号的采集，但是每切换一次同一时刻只能采集一个电压信号，进而导致采集的效率很低。

此外，还可以采用基于数据采集卡采集系统对电压信号进行采集，基于数据采集卡采集系统是一个多通道并行采集的系统，一次可以采集多个电压信号，由此可以避免基于万用表采集系统同一时刻只能采集一个电压信号的低效率，但是由于数据采集卡的性质，采集的电压信号误差较大，即采集精度低。此外，数据采集卡的采集通道有限，通常只有16-32个采集通道，若要实现更多电压信号同时采集，则需要额外连接通道切换板，通过切换通道实现多信号采集，然而外接通道切换板系统复杂，且切换一次通道也只能采集有限个数电压信号。

为了实现批量采集多个电压信号，并提高采集精度，本实用新型提供了一种电压信号采集系统，通过虚拟N个FPGA的输入端口，且各输入端与N个电压信号采集芯片的输出端连接，N个电压信号采集芯片的输入端与N个待采集设备连接，由此实现同时采集多个高精度电压信号的目的。

图1为本申请实施例所提供的一种电压信号采集系统的结构图，如图1所示，该系统包括：N个电压信号采集芯片3，FPGA2和控制设备1，N个电压信号采集芯片3的输入端分别与N个待采集设备4连接，其中，N为正整数。FPGA2的各输入端分别与N个电压信号采集芯片3的输出端连接，FPGA2的控制端与控制设备1连接，FPGA2在接收到控制设备1的控制信号后，将控制信号传输至各电压信号采集芯片3，以便于各电压信号采集芯片3采集各待采集设备4的电压信号。

如图1所示，N个待采集设备4组成一个待采集整列，每个待采集设备4均与一个电压信号采集芯片3连接，且各电压信号采集芯片3与FPGA2连接。在具体实施中，待采集设备4可以是微机电系统(Micro Electro Mechanical System，简称MEMS)压力传感器，当然也可以是其他元器件，需要说明的是，本实用新型所提供的电压信号采集系统适用于采集小电压的场景，例如，采集100毫伏的电压信号。因此，本申请对待采集设备4不做限定，任意需要采集小电压信号的设备均可。

还需说明的是，电压信号采集芯片3可以是市面上的任意一款高精度电压信号采集芯片3，例如MAX132芯片，对此本申请不作限定。

可以理解的是，FPGA2具有并行运行，IO资源丰富的特点，能根据实际业务需求虚拟N个端口，FPGA2的控制端口与控制设备1连接，从而由FPGA2控制N个电压信号采集芯片3采集N个待采集设备4的电压信号。其中，控制设备1可以是笔记本电脑、手机和平板等设备，对此本申请不作限定。

本实用新型提供的电压信号采集系统，可依据实际业务需求选择对应型号的FPGA2，实现同时采集多个高精度电压信号的目的，例如，以Cyclone系列的EP4CE10F17C8为例，该款FPGA2可支持160个端口的并行电压采集，Xilinx Spartan-6系列的XC6SLX100T可支持多达480端口的并行电压采集，由此，选择具有不同数量IO端口的FPGA2实现批量采集电压信号。采集电压时，FPGA2经过换算和滤波处理后，将采集的各电压信号传输至控制设备1进行存储。

本申请实施例所提供的电压信号采集系统，包括：N个电压信号采集芯片，FPGA，控制设备。N个电压信号采集芯片的输入端分别与N个待采集设备连接，其中，N为正整数。FPGA的各输入端分别与N个电压信号采集芯片的输出端连接，FPGA的控制端与控制设备连接，FPGA在接收到控制设备的控制信号后，将控制信号传输至N个电压信号采集芯片以采集N个待采集设备的电压信号。由此可见，本实用新型所提供的技术方案，通过FPGA实现同时采集N个待采集设备的电压信号，同时在FPGA和待采集设备间设置高精度的电压信号采集芯片提高电压信号的采集精度，进而实现高精度且批量采集电压信号的目的。

图2为本申请另一实施例所提供的电压信号采集系统的结构图，如图2所示，在具体实施中，考虑到设计简单，电路板的面积大小，便携和实用等因素，FPGA2和控制设备1通过USB接口电路进行连接。当然，FPGA2的控制端与控制设备1的连接还可以采用别的接口进行连接，对此本申请不作限定。

本申请实施例所提供的电压信号采集系统，在FPGA和控制设备通过USB接口电路进行连接，由此，控制设备只要是拥有USB接口的设备即可连接，并对电压信号的采集进行控制，无需再设计新的接口，可见增加设置USB接口电路不仅设计简单，电路板的面积小，且便携实用。

在上述实施例的基础上，考虑到通常情况下，FPGA2的工作电压小于电压采集芯片和USB接口电路的工作电压，为了保护FPGA2的各接口不被损坏，因此，如图2所示，在FPGA2和电压采集芯片间增加设置第一电平转换电路，在FPGA2和USB接口电路间增加设置第二电平转换电路。

在实施中，第一电平转换电路可以将电压采集芯片采集的高压信号转换为FPGA2对应的低压信号，并由控制端传输至第二电平转换电路转换为高压信号传输至控制设备1。同样的，在控制设备1发出高压控制信号时，先由第二电平转换电路转换为低压信号传输至第一电平转换电路，由第一电平转换电路将低压信号转换为高压信号传输至各电压信号采集芯片3，由此对各待采集设备4的电压信号进行采集。

可以理解的是，第一电平转换电路和第二电平转换电路均为双向转换电路。需要说明的是，第一电平转换电路和第二电平转换电路可以是由分立的晶体管或者场效应管自行搭建，也可以直接使用专用的接口芯片实现，例如SN74LVC4245ADWRG4芯片等，对此本申请不作限定。

本申请实施例所提供的电压信号采集系统，在FPGA和电压采集芯片间增加设置第一电平转换电路，在FPGA和USB接口电路间增加设置第二电平转换电路，避免了FPGA的各端口被损坏，提高电压信号采集系统的使用寿命。

如图2所示，为了进一步提高电压信号采集效率，电压信号采集芯片3和FPGA2间采用串行外设接口(Serial Peripheral Interface，简称SPI)进行连接，SPI是一种高速的，全双工，同步的通信总线，使用SPI可以加速电压信号的传输，进而提升采集效率。对应的，具体实施中，按照使用业务需求，对FPGA2虚拟对应数量的SPI端口与电压信号采集芯片3的SPI端口连接，由此实现电压信号的高速传输。

本申请实施例所提供的电压信号采集系统，电压信号采集芯片和FPGA间采用SPI接口进行连接，提高电压信号的传输速率，进而提升电压信号的采集效率。

为了使本领域的技术人员更好的理解本技术方案，下面将结合图2对本申请所提供的电压信号采集系统进行详细说明。

电压信号采集芯片3以MAX132芯片为例，待采集设备4以MEMS压力传感器为例进行说明。控制设备1通过USB接口电路与第二电平转换电路连接，第二电平转换电路的另一端与FPGA2连接，FPGA2根据实际业务需求虚拟N个SPI端口与第二电平转换电路连接，第二电平转换电路的另一端分别与N个MAX132芯片的SPI端口连接，而各MAX132芯片的输入端分别与N个MEMS压力传感器连接，其中，N为正整数。

当用户需要采集MEMS压力传感器的电压信号时，控制设备1通过USB接口电路将控制信号传输至第二电平转换电路，第二电平转换电路将高压控制信号转换为低压控制信号后传输至FPGA2，FPGA2将该低压控制信号通过SPI传输至第二电平转换电路再次将控制信号转换为高压控制信号后传输至各MAX132芯片，以便于MAX132芯片采集各MEMS压力传感器的电压。MAX132芯片采集到MEMS压力传感器的电压信号后原路传输至控制设备1，由控制设备1对采集的各电压信号进行存储。

本申请实施例所提供的电压信号采集系统，通过FPGA实现同时采集N个待采集设备的电压信号，同时在FPGA和待采集设备间设置高精度的电压信号采集芯片提高电压信号的采集精度，进而实现高精度且批量采集电压信号的目的。

以上对本实用新型所提供的一种电压信号采集系统进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。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，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (7)

1.一种电压信号采集系统，其特征在于，包括：N个电压信号采集芯片，FPGA，控制设备；

N个所述电压信号采集芯片的输入端分别与N个待采集设备连接；其中，N为正整数；

所述FPGA的各输入端分别与N个所述电压信号采集芯片的输出端连接，所述FPGA的控制端与所述控制设备连接，用于在接收到所述控制设备的控制信号后，将所述控制信号传输至N个所述电压信号采集芯片以采集N个所述待采集设备的电压信号。

2.根据权利要求1所述的电压信号采集系统，其特征在于，所述FPGA的所述控制端通过USB接口电路与所述控制设备连接。

3.根据权利要求2所述的电压信号采集系统，其特征在于，还包括第一电平转换电路，所述第一电平转换电路连接于所述电压信号采集芯片和所述FPGA间。

4.根据权利要求3所述的电压信号采集系统，其特征在于，还包括第二电平转换电路，所述第二电平转换电路连接于所述FPGA和所述USB接口电路间。

5.根据权利要求1所述的电压信号采集系统，其特征在于，所述FPGA的各输入端分别通过SPI总线与N个所述电压信号采集芯片的输出端连接。

6.根据权利要求1所述的电压信号采集系统，其特征在于，所述电压信号采集芯片为MAX132芯片。

7.根据权利要求1所述的电压信号采集系统，其特征在于，所述待采集设备为压力传感器。

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