專(zhuān)利名稱(chēng)：一種數(shù)據(jù)采集傳輸儀模擬信號(hào)采集方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信號(hào)采集領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種數(shù)據(jù)采集傳輸儀模擬信號(hào)采集方法。
背景技術(shù)：
數(shù)據(jù)采集傳輸儀是一種可將模擬信號(hào)處理成數(shù)字量的儀器。在利用數(shù)據(jù)采集傳輸儀對(duì)各種模擬信號(hào)進(jìn)行采集的過(guò)程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)隨著環(huán)境的不同，數(shù)據(jù)采集傳輸儀需要采集的模擬量的量程不盡相同。針對(duì)上述情況，目前普遍采用的技術(shù)方案是針對(duì)某一種具體的模擬信號(hào)量程對(duì)數(shù)據(jù)采集傳輸儀的硬件電路進(jìn)行設(shè)計(jì)來(lái)達(dá)到效果。也就是說(shuō)，如原需要采集的模擬信號(hào)的量程范圍為0-10V的電壓信號(hào)，而現(xiàn)在需要采集量程范圍為0-5V的電壓信號(hào)時(shí)，為了達(dá)到同樣精度的測(cè)量，就不得不再針對(duì)新的需求重新設(shè)計(jì)硬件電路，同樣如果原來(lái)采集的量程范圍為0-5V的電壓信號(hào)，而現(xiàn)在需要采集量程范圍為0-10的電壓信號(hào)時(shí)，原有電路就不能繼續(xù)使用，只能重新設(shè)計(jì)硬件系統(tǒng)，否則會(huì)損壞系統(tǒng)，這樣不但增加了整個(gè)數(shù)據(jù)采集傳輸儀的設(shè)計(jì)復(fù)雜度和周期，而且也增加相關(guān)成本和使用的復(fù)雜度。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明目的在于提供一種數(shù)據(jù)采集傳輸儀模擬信號(hào)采集方法，以在不重新改變硬件設(shè)計(jì)的情況下，實(shí)現(xiàn)多量程模擬信號(hào)的輸入測(cè)量。一種數(shù)據(jù)采集傳輸儀模擬信號(hào)采集方法，基于數(shù)據(jù)采集傳輸儀，所述模擬信號(hào)為電壓信號(hào)或電流信號(hào)，所述數(shù)據(jù)采集傳輸儀包括模擬量輸入接口、電壓/電流信號(hào)選擇電路、前端信號(hào)處理電路、模擬量轉(zhuǎn)換電路以及模擬量參考電壓電路；其中，所述模擬量轉(zhuǎn)換電路包括模擬量轉(zhuǎn)換芯片，所述模擬量參考電壓電路包括電位器和電源芯片；所述方法包括調(diào)節(jié)所述電位器以改變所述電源芯片輸出給所述模擬量轉(zhuǎn)換電路的參考電壓
Uref ；利用所述模擬量輸入接口輸入所述模擬信號(hào)；利用所述電壓/電流信號(hào)選擇電路將所述模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)Un ；利用所述前端信號(hào)處理電路對(duì)所述電壓信號(hào)Uil進(jìn)行補(bǔ)償和穩(wěn)定，輸出電壓信號(hào) Ui2;利用所述模擬量轉(zhuǎn)換電路根據(jù)轉(zhuǎn)換公式Data = (Ui2/U,ef) *2X將所述Ui2轉(zhuǎn)換為數(shù)字量Data，其中χ為所述模擬量轉(zhuǎn)換芯片的轉(zhuǎn)換位數(shù)。優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)采集傳輸儀還包括處理器，所述方法還包括利用所述處理器采集所述數(shù)字量Data。優(yōu)選的，所述電壓/電流信號(hào)選擇電路包括開(kāi)關(guān)和電阻。優(yōu)選的，所述開(kāi)關(guān)的一端通過(guò)所述電阻接地，另一端分別與所述模擬量輸入接口的輸出端和前端信號(hào)處理電路的輸入端連接。優(yōu)選的，當(dāng)所述模擬信號(hào)為電流信號(hào)時(shí)，所述開(kāi)關(guān)處于閉合狀態(tài)。優(yōu)選的，當(dāng)所述模擬信號(hào)為電壓信號(hào)時(shí)，所述開(kāi)關(guān)處于打開(kāi)狀態(tài)。優(yōu)選的，所述電源芯片為反饋型高精度可調(diào)節(jié)電源芯片。優(yōu)選的，所述電源芯片包括陽(yáng)極，陰極以及參考極，所述陽(yáng)極通過(guò)保護(hù)電阻與電源的正極相連，所述陰極與電源的負(fù)極相連，所述參考極與所述電位器相連。優(yōu)選的，所述參考電壓Uref的電壓范圍為-Vss +Vss，其中-Vss為所述電源芯片所接電源負(fù)極的值，+Vss為所述電源芯片所接電源正極的值。從上述的技術(shù)方案可以看出，在本發(fā)明中，數(shù)據(jù)采集傳輸儀計(jì)算得到的數(shù)字量主要取決于參考電壓Uref和X這兩個(gè)因素。其中X由模擬量轉(zhuǎn)換芯片決定的，一旦選定了模擬量轉(zhuǎn)換芯片，χ的值將不會(huì)發(fā)生變化。至于另一因素Uref的大小，可通過(guò)模擬量參考電壓電路中的電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此，本發(fā)明在輸入模擬信號(hào)量程范圍改變的時(shí)候，不用重新設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件，只需要通過(guò)調(diào)節(jié)電位器改變參考電壓Uref的大小，使模擬量轉(zhuǎn)換的量程范圍和輸入模擬量信號(hào)的量程范圍對(duì)應(yīng)，就可以達(dá)到對(duì)不同量程范圍的模擬信號(hào)采集的目的。


為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的數(shù)據(jù)采集傳輸儀結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的模擬信號(hào)采集方法的流程圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的電壓/電流信號(hào)選擇電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的模擬信號(hào)參考電壓電路示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。本發(fā)明實(shí)施例提供了一種數(shù)據(jù)采集傳輸儀模擬信號(hào)采集方法，以在不重新改變硬件設(shè)計(jì)的情況下，實(shí)現(xiàn)多量程的模擬信號(hào)(電壓信號(hào)或電流信號(hào))輸入測(cè)量。上述方法基于數(shù)據(jù)采集傳輸儀，圖1示出了數(shù)據(jù)采集傳輸儀的一種結(jié)構(gòu)，其包括 模擬量輸入接口 U1、電壓/電流信號(hào)選擇電路U2、前端信號(hào)處理電路U3、模擬量轉(zhuǎn)換電路 U4以及模擬量參考電壓電路TO ；其中，模擬量轉(zhuǎn)換電路U4主要包括模擬量轉(zhuǎn)換芯片，以及相關(guān)外圍電路。上述模擬量轉(zhuǎn)換芯片具體可為8位模擬量轉(zhuǎn)換芯片，其變化的范圍是28，即0 255。當(dāng)然，上述模擬量轉(zhuǎn)換芯片也可為12位模擬量轉(zhuǎn)換芯片，此時(shí)，其變化的范圍是212，即0 4095 ；模擬量參考電壓電路TO包括電位器TOl和電源芯片TO2。
參見(jiàn)圖2，上述方法至少包括如下步驟Sl 調(diào)節(jié)電位器TOl以改變電源芯片U52輸出給模擬量轉(zhuǎn)換電路U4的參考電壓
Uref ；S2 利用模擬量輸入接口 Ul輸入所述模擬信號(hào)；S3 利用電壓/電流信號(hào)選擇電路U2將所述模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)Uil ；S4 利用前端信號(hào)處理電路U3對(duì)電壓信號(hào)Uil進(jìn)行補(bǔ)償和穩(wěn)定，輸出電壓信號(hào)Ui2 ；前端信號(hào)處理電路U3能夠防止干擾引起的信號(hào)波動(dòng)，保證進(jìn)入模擬量轉(zhuǎn)換電路 U4的信號(hào)質(zhì)量滿(mǎn)足要求。S5 利用模擬量轉(zhuǎn)換電路U4根據(jù)轉(zhuǎn)換公式Data = (Ui2/Uef) *2X將Ui2轉(zhuǎn)換為數(shù)字量Data，其中χ為模擬量轉(zhuǎn)換芯片的轉(zhuǎn)換位數(shù)，即上述8位或12位。在具體實(shí)施過(guò)程中，可以在利用模擬量輸入接口 Ul輸入上述模擬信號(hào)之前，或在利用模擬量輸入接口 Ul輸入上述模擬信號(hào)之后，調(diào)節(jié)上述電位器U51以改變上述電源芯片 U52輸出給上述模擬量轉(zhuǎn)換電路U4的參考電壓Uref，也即，上述步驟Sl和步驟S2的順序可以顛倒。本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行靈活選擇，在此不作贅述。下面將以具體的實(shí)例對(duì)上述模擬信號(hào)采集方法進(jìn)行介紹。假設(shè)，需要采集的模擬信號(hào)量程的范圍是0 5V。則調(diào)節(jié)電位器TO1，以改變上述電源芯片U52輸出給模擬量轉(zhuǎn)換電路U4的參考電壓
Uref，使 Uref 為 5V ；利用模擬量輸入接口 Ul輸入模擬信號(hào)；利用電壓/電流信號(hào)選擇電路U2將上述模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)Uil ；利用前端信號(hào)處理電路U3對(duì)電壓信號(hào)Un進(jìn)行補(bǔ)償和穩(wěn)定，輸出電壓信號(hào)Ui2 ；利用模擬量轉(zhuǎn)換電路U4根據(jù)轉(zhuǎn)換公式Data = (Ui2/Uref) *2X將Ui2轉(zhuǎn)換為數(shù)字量 Data0這樣就實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬信號(hào)在0 5V的量程范圍進(jìn)行采集。同理，當(dāng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)輸入的模擬信號(hào)量程范圍變?yōu)? IOV時(shí)，可調(diào)節(jié)電位器TOl令 Uref為10V，然后經(jīng)過(guò)一系列步驟，最終實(shí)現(xiàn)在0 IOV的量程范圍對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采集。需要強(qiáng)調(diào)的是，在選擇模擬量轉(zhuǎn)換電路U4中的模擬量轉(zhuǎn)換芯片時(shí)，一定要選取模擬信號(hào)輸入引腳支持大范圍的芯片，并且，該模擬量轉(zhuǎn)換芯片應(yīng)為帶過(guò)電壓保護(hù)類(lèi)型的芯片。從上述的技術(shù)方案可以看出，在本發(fā)明實(shí)施例中，上述數(shù)據(jù)采集傳輸儀計(jì)算得到的數(shù)字量主要取決于參考電壓Uref和χ這兩個(gè)因素。其中χ由模擬量轉(zhuǎn)換芯片決定的，一旦選定了模擬量轉(zhuǎn)換芯片，χ的值將不會(huì)發(fā)生變化。至于另一因素Uref的大小，可通過(guò)模擬量參考電壓電路中的電位器進(jìn)行調(diào)節(jié)。因此，本發(fā)明實(shí)施例在輸入模擬信號(hào)量程范圍改變的時(shí)候，不用重新設(shè)計(jì)系統(tǒng)的硬件，只需要通過(guò)調(diào)節(jié)電位器改變參考電壓Uref的大小，使模擬量轉(zhuǎn)換的量程范圍和輸入模擬量信號(hào)的量程范圍對(duì)應(yīng)，就可以達(dá)到對(duì)不同量程范圍的模擬信號(hào)采集的目的。綜上所述，本發(fā)明使模擬信號(hào)采集系統(tǒng)變得非常靈活，在不重新改變硬件設(shè)計(jì)的情況下，可以實(shí)現(xiàn)多量程模擬信號(hào)的輸入測(cè)量，使得模擬信號(hào)采集在需求改變的同時(shí)，非常靈活的改變模擬信號(hào)測(cè)量的量程，達(dá)到模擬信號(hào)采集的目的。
為了進(jìn)一步優(yōu)化上述技術(shù)效果，上述數(shù)據(jù)采集傳輸儀還可以包括處理器，利用上述處理器采集上述數(shù)字量Data。在本發(fā)明其他實(shí)施例中，上述所有實(shí)施例中的電壓/電流信號(hào)選擇電路U2可包括開(kāi)關(guān)和電阻。圖3示出了上述包括開(kāi)關(guān)和電阻的電壓/電流信號(hào)選擇電路U2的一種結(jié)構(gòu)開(kāi)關(guān)K1的一端通過(guò)電阻R1接地，開(kāi)關(guān)K1的另一端分別與模擬量輸入接口 Ul的輸出端和前端信號(hào)處理電路U3的輸入端連接。圖3所示結(jié)構(gòu)的工作原理如下當(dāng)模擬信號(hào)為電流信號(hào)I時(shí)，開(kāi)關(guān)K1處于閉合狀態(tài)，電流信號(hào)I經(jīng)過(guò)電阻隊(duì)后變?yōu)殡妷盒盘?hào)。當(dāng)模擬信號(hào)為電壓信號(hào)U時(shí)，開(kāi)關(guān)K1處于打開(kāi)狀態(tài)，電壓信號(hào)U不變。由上可知，無(wú)論模擬信號(hào)為電流信號(hào)還是電壓信號(hào)，在經(jīng)過(guò)電壓/電流信號(hào)選擇電路U2后，均轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。此外，在本發(fā)明所提供的模擬信號(hào)采集方法中，模擬量參考電壓電路TO是改變 Uref的關(guān)鍵。下面將以一個(gè)具體的實(shí)施例，對(duì)模擬量參考電壓電路TO進(jìn)行詳細(xì)的介紹。如圖4所示電源芯片U52包括陽(yáng)極A，陰極K以及參考極R，陽(yáng)極A與電源的負(fù)極相連，陰極K 通過(guò)保護(hù)電阻&與電源的正極相連，參考極R與電位器U51相連。上述參考電壓Uref的電壓范圍為-Vss +Vss，其中-Vss為電源芯片U52所接電源負(fù)極的值，+Vss為電源芯片U52所接電源正極的值。通過(guò)調(diào)節(jié)電位器U51可以改變電源芯片U52輸出給模擬量轉(zhuǎn)換電路U4
的參考電壓Urrf。在本發(fā)明其他實(shí)施例中，上述所有實(shí)施例中的電源芯片U52具體可為反饋型高精度可調(diào)節(jié)電源芯片。對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。 對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)據(jù)采集傳輸儀模擬信號(hào)采集方法，基于數(shù)據(jù)采集傳輸儀，所述模擬信號(hào)為電壓信號(hào)或電流信號(hào)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集傳輸儀包括模擬量輸入接口、電壓/電流信號(hào)選擇電路、前端信號(hào)處理電路、模擬量轉(zhuǎn)換電路以及模擬量參考電壓電路；其中，所述模擬量轉(zhuǎn)換電路包括模擬量轉(zhuǎn)換芯片，所述模擬量參考電壓電路包括電位器和電源芯片；所述方法包括調(diào)節(jié)所述電位器以改變所述電源芯片輸出給所述模擬量轉(zhuǎn)換電路的參考電壓Uref ；利用所述模擬量輸入接口輸入所述模擬信號(hào)；利用所述電壓/電流信號(hào)選擇電路將所述模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)Uil ；利用所述前端信號(hào)處理電路對(duì)所述電壓信號(hào)Un進(jìn)行補(bǔ)償和穩(wěn)定，輸出電壓信號(hào)Ui2 ；利用所述模擬量轉(zhuǎn)換電路根據(jù)轉(zhuǎn)換公式Data = (Ui2/U,efh2x將所述Ui2轉(zhuǎn)換為數(shù)字量 Data，其中χ為所述模擬量轉(zhuǎn)換芯片的轉(zhuǎn)換位數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬信號(hào)采集方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集傳輸儀還包括處理器，所述方法還包括利用所述處理器采集所述數(shù)字量Data。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬信號(hào)采集方法，其特征在于，所述電壓/電流信號(hào)選擇電路包括開(kāi)關(guān)和電阻。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的模擬信號(hào)采集方法，其特征在于，所述開(kāi)關(guān)的一端通過(guò)所述電阻接地，另一端分別與所述模擬量輸入接口的輸出端和前端信號(hào)處理電路的輸入端連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的模擬信號(hào)采集方法，其特征在于，當(dāng)所述模擬信號(hào)為電流信號(hào)時(shí)，所述開(kāi)關(guān)處于閉合狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的開(kāi)關(guān)量信號(hào)采集方法，其特征在于，當(dāng)所述模擬信號(hào)為電壓信號(hào)時(shí)，所述開(kāi)關(guān)處于打開(kāi)狀態(tài)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6所述的模擬信號(hào)采集方法，其特征在于，所述電源芯片為反饋型高精度可調(diào)節(jié)電源芯片。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的模擬信號(hào)采集方法，其特征在于，所述電源芯片包括陽(yáng)極，陰極以及參考極，所述陽(yáng)極通過(guò)保護(hù)電阻與電源的正極相連，所述陰極與電源的負(fù)極相連，所述參考極與所述電位器相連。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的模擬信號(hào)采集方法，其特征在于，所述參考電壓Uref的電壓范圍為-Vss +Vss，其中-Vss為所述電源芯片所接電源負(fù)極的值，+Vss為所述電源芯片所接電源正極的值。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)了一種數(shù)據(jù)采集傳輸儀模擬信號(hào)采集方法，所述方法包括調(diào)節(jié)電位器以改變電源芯片輸出給模擬量轉(zhuǎn)換電路的參考電壓Uref；利用模擬量輸入接口輸入模擬信號(hào)；利用電壓/電流信號(hào)選擇電路將所述模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)Ui1；利用前端信號(hào)處理電路對(duì)電壓信號(hào)Ui1進(jìn)行補(bǔ)償和穩(wěn)定，輸出電壓信號(hào)Ui2；利用模擬量轉(zhuǎn)換電路根據(jù)轉(zhuǎn)換公式Data＝(Ui2/Uref)*2x將Ui2轉(zhuǎn)換為數(shù)字量Data，x為模擬量轉(zhuǎn)換電路中模擬量轉(zhuǎn)換芯片的轉(zhuǎn)換位數(shù)。本發(fā)明在不重新改變硬件設(shè)計(jì)的情況下，可以實(shí)現(xiàn)多量程模擬信號(hào)的輸入測(cè)量。
文檔編號(hào)H03M1/12GK102510285SQ20111030384
公開(kāi)日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月9日
發(fā)明者徐汪洋 申請(qǐng)人:北京雪迪龍科技股份有限公司