一种高精度的电压测量装置的制作方法

本发明涉及一种自动检测领域，尤其涉及一种高精度的电压测量装置。

背景技术：

在电子电路设计中，经常需要放大微弱的直流信号或缓慢变化的信号。普通的集成运算放大器在放大信号的同时由于受温度变化、电源电压不稳等因素的影响，将出现电路输出端电压偏离原固定值而上下漂动的现象，即零点漂移，该现象随放大器的放大倍数的增大会增加明显。因此，提高放大倍数、降低零点漂移是工程实践中需要解决的主要矛盾。虽然运用斩波放大器可较好地改善以上问题，但现有技术中的解决方案在温度和噪声等方面仍然存在诸多缺陷与不足。

技术实现要素：

针对现有技术中的电压测量电路所存在的上述缺陷，本发明提供了一种高精度的电压测量装置，将高精度、低噪声与低成本融于一体，实现微弱电压信号的自动采集，为后台决策提供依据。

依据本发明的一个方面，提供了一种高精度的电压测量装置，包括：

程控放大器，用于接收和放大来自工业现场的第一模拟信号，并输出与所述第一模拟信号相对应的第二模拟信号；

模数转换模块，与所述程控放大器的输出端相耦接，用于将所述第二模拟信号转换为数字信号；

控制模块，与所述模数转换模块相耦接，用于对来自所述模数转换模块的数字信号进行处理，输出经处理的数字信号；以及

显示模块，与所述控制模块相连接，用于显示来自所述控制模块的所述数字信号，

其中，所述程控放大器还包括一通道选择单元，所述控制模块根据所述数字信号和对应的幅值范围之间的比对结果确认是否输出一量程切换信号，所述通道选择单元根据所述量程切换信号选择对应的量程档位，使得所述程控放大器根据所选择的量程档位对所述第一模拟信号进行放大。

在一具体实施例，所述电压测量装置上电复位时，所述通道选择单元选择的量程档位为最高档。

在一具体实施例，当所述数字信号对应的幅值范围与当前的量程档位匹配时，所述显示模块将所述数字信号进行显示并存储；当所述数字信号对应的幅值范围与当前的量程档位不匹配时，所述控制模块输出所述量程切换信号以便所述通道选择单元切换至新的量程档位。

在一具体实施例，所述控制模块为ARM芯片，所述ARM芯片具有SPI接口，藉由所述SPI接口读取来自所述模数转换模块的所述数字信号。

在一具体实施例，所述电压测量装置还包括电源模块，其具有两个TPS73XX系列的电源芯片，用于分别输出不同数值的供电电压。

在一具体实施例，所述电压测量模块还包括外部存储器，与所述控制模块相连接，用于存储所述数字信号以及所述电压测量装置的各种运行参数。

在一具体实施例，所述通道选择单元为四选一的模拟开关多路复用器。

在一具体实施例，所述电压测量装置还包括信号处理模块，设置于所述模数转换模块与所述控制模块之间，用于对所述数字信号进行滤波，并将滤波后的数字信号送入所述控制模块。

在一具体实施例，所述信号处理模块采用冒泡排序以及中位值平均对所述数字信号进行滤波。

在一具体实施例，所述电压测量装置还包括输入键盘，与所述控制模块相耦接，用于手动选择期望的量程档位或进行参数设置操作。

采用本发明的高精度的电压测量装置，其包括程控放大器、模数转换模块、控制模块和显示模块。程控放大器接收和放大来自工业现场的第一模拟信号并输出对应的第二模拟信号，模数转换模块将第二模拟信号转换为数字信号，控制模块对来自模数转换模块的数字信号进行处理，显示模块用于显示来自控制模块的数字信号。其中，程控放大器还包括一通道选择单元，控制模块根据数字信号和对应的幅值范围之间的比对结果确认是否输出一量程切换信号，然后通道选择单元根据量程切换信号选择对应的量程档位，使得程控放大器根据所选择的量程档位对第一模拟信号进行放大。相比于现有技术，本发明的通道选择单元可藉由多路选择开关对现场传送的模拟电压信号选择合适的量程档位进行放大，并利用模数转换模块将放大后的模拟信号转换为数字信号，从而提升整个装置的测量精度，提高信噪比并增强测量信号的抗干扰能力。此外，本发明的信号处理模块基于冒泡排序和中位值平均滤波的组合式算法，能够克服在实际工业现场领域由于某一偶然因素引起的脉冲性干扰，消除脉冲干扰所引起的采样偏差，从而取得较好的测量效果。

附图说明

读者在参照附图阅读了本发明的具体实施方式以后，将会更清楚地了解本发明的各个方面。其中，

图1示出依据本发明一实施方式的高精度的电压测量装置的结构示意图；以及

图2示出图1的电压测量装置中的程控放大器在不同量程档位之间进行切换时的状态示意图。

具体实施方式

为了使本申请所揭示的技术内容更加详尽与完备，可参照附图以及本发明的下述各种具体实施例，附图中相同的标记代表相同或相似的组件。然而，本领域的普通技术人员应当理解，下文中所提供的实施例并非用来限制本发明所涵盖的范围。此外，附图仅仅用于示意性地加以说明，并未依照其原尺寸进行绘制。

下面参照附图，对本发明各个方面的具体实施方式作进一步的详细描述。

图1示出依据本发明一实施方式的高精度的电压测量装置的结构示意图，图2示出图1的电压测量装置中的程控放大器在不同量程档位之间进行切换时的状态示意图。

参照图1，在该实施方式中，本发明的电压测量装置主要包括程控放大器1、模数转换模块(A/D转换)2、控制模块3和显示模块4。

详细而言，程控放大器1用于接收和放大来自工业现场的第一模拟信号，并输出与第一模拟信号相对应的第二模拟信号。模数转换模块2与程控放大器1的输出端相耦接。模数转换模块2用于将第二模拟信号转换为数字信号。控制模块3与模数转换模块2相耦接，用于对来自模数转换模块2的数字信号进行处理，输出经处理的数字信号。显示模块4与控制模块3相连接，用于显示来自控制模块3的所述数字信号。并且，程控放大器1还包括一通道选择单元(图中未示)，控制模块3根据数字信号和对应的幅值范围之间的比对结果确认是否输出一量程切换信号，通道选择单元根据量程切换信号选择对应的量程档位，使得程控放大器1根据所选择的量程档位对第一模拟信号进行放大。

在一具体实施例，本发明的电压测量装置还包括信号处理模块5。信号处理模块5设置于模数转换模块2与控制模块3之间，用于对数字信号进行滤波，并将滤波后的数字信号送入控制模块3。较佳地，信号处理模块5采用组合式的数字滤波算法来实现对数字信号的滤波功能。例如，上述组合式滤波算法包括冒泡排序算法和中位值平均滤波算法。采用这样的组合式算法，能够克服在实际工业现场领域由于某一偶然因素引起的脉冲性干扰，消除由于脉冲干扰所引起的采样值偏差，达到较好的测量效果。

在一具体实施例，本发明的电压测量装置还包括输入键盘6，与控制模块3相耦接，用于手动选择期望的量程档位或进行参数设置操作，使得遭遇紧急情况时能够由用户自己控制系统的功能以完成相应的控制操作。

此外，控制模块3可为ARM芯片(诸如STM32F407系列芯片)，该ARM芯片具有SPI总线接口，藉由该SPI总线接口读取来自模数转换模块2的数字信号。并且，显示模块4通过ARM芯片的FSMC功能进行通信，从而实时显示整个装置的运行状态和当前的测量电压。另外，该电压测量装置还包括电源模块，其具有两个TPS73XX系列的电源芯片，用于分别输出不同数值的供电电压，满足不同的模块对电压的使用要求。再者，该电压测量模块还可包括外部存储器，与控制模块3相连接，用于存储数字信号及装置的各种运行参数，不仅满足工业生产过程中对于大数据量操作的要求，而且还可将测量的数据保存以备使用或检查。

参照图2和图1，例如，通道选择单元为四选一的模拟开关多路复用器，在输入的模拟电压信号被放大处理时进行合适的量程选择。控制模块3在执行控制操作时，若数字信号对应的幅值范围与当前的量程档位匹配，则不必输出量程切换信号，显示模块4将数字信号进行显示；若数字信号对应的幅值范围与当前的量程档位不匹配，则控制模块3输出量程切换信号以便通道选择单元切换至新的量程档位。此外，在系统上电复位后，量程的档位默认选择在最大档，这样可以避免因为测量信号的突变而对系统本身造成破坏。

为避免测量电压的扰动造成量程范围频繁切换，在系统工作时，量程切换信号采用电压滞后传输的方式。当输入信号由低升高时，系统对应于一个电路状态转换的输入电压值，当电压下降时，系统对应于另一个电路状态转换的输入电压值，这两个电压值并不相同。举例来说，若当前的量程档位处于0～1V，当电压升高并高于1.5V时，控制模块输出量程切换信号从而将通道选择单元切换至第二档1～10V。若之后的输入电压下降，当下降到1.5V的时候，当前的量程档位并不进行切换，而是等到电压继续下降到低于1V的时候，控制模块才输出量程切换信号从而将通道选择单元切换回到第一档0～1V。

采用本发明的高精度的电压测量装置，其包括程控放大器、模数转换模块、控制模块和显示模块。程控放大器接收和放大来自工业现场的第一模拟信号并输出对应的第二模拟信号，模数转换模块将第二模拟信号转换为数字信号，控制模块对来自模数转换模块的数字信号进行处理，显示模块用于显示来自控制模块的数字信号。其中，程控放大器还包括一通道选择单元，控制模块根据数字信号和对应的幅值范围之间的比对结果确认是否输出一量程切换信号，然后通道选择单元根据量程切换信号选择对应的量程档位，使得程控放大器根据所选择的量程档位对第一模拟信号进行放大。相比于现有技术，本发明的通道选择单元可藉由多路选择开关对现场传送的模拟电压信号选择合适的量程档位进行放大，并利用模数转换模块将放大后的模拟信号转换为数字信号，从而提升整个装置的测量精度，提高信噪比并增强测量信号的抗干扰能力。此外，本发明的信号处理模块基于冒泡排序和中位值平均滤波的组合式算法，能够克服在实际工业现场领域由于某一偶然因素引起的脉冲性干扰，消除脉冲干扰所引起的采样偏差，从而取得较好的测量效果。

上文中，参照附图描述了本发明的具体实施方式。但是，本领域中的普通技术人员能够理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，还可以对本发明的具体实施方式作各种变更和替换。这些变更和替换都落在本发明权利要求书所限定的范围内。