一种多通道压力采集系统的制作方法

本发明涉及一种多通道压力采集系统。

背景技术：

目前，国内现有技术中测量多通道的压力数据时多是将多个独立的压力传感器组装在一个机械结构上，组合成多通道的压力采集系统，每一个压力传感器在一套独立组件中，具有各自独立的采集电路，由此不可避免的造成硬件资源浪费，并导致采集装置体积大、重量大、成本高。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种多通道压力采集系统。

本发明通过以下技术方案得以实现。

本发明提供的一种多通道压力采集系统，包括主控电路、ad转换电路、通道切换电路、传感器电路；所述主控电路、ad转换电路、通道切换电路、传感器电路依次连接，主控电路还与通道切换电路连接；

所述主控电路、ad转换电路、通道切换电路之间的连接为信号源电路，传输传感器信号；所述主控电路、通道切换电路之间的电路为控制通信电路，主控电路通过控制通信电路对通道切换电路的信号源电路接口的通道切换进行控制；

所述通道切换电路内设有模拟开关阵列，传感器电路中对应模拟开关阵列设置有传感器阵列，传感器阵列中每一传感器以独立通道接至模拟开关阵列。

所述传感器电路由传感器阵列、恒流源电路组成，基准电压源和运算放大器构成恒流源电路为传感器阵列供电，传感器基于感应产生电信号，压力传感器的数量与通道数量一致。

所述通道切换电路由模拟开关阵列、译码器和放大器组成，控制通信电路接至译码器与模拟开关阵列，控制模拟开关阵列中模拟开关的通断，模拟开关阵列中模拟开关通路时对应的传感器阵列中传感器发送数据至放大器，放大器连接至ad转换电路。

所述ad转换电路由adc芯片和信号调理电路组成，信号调理电路连接至通道切换电路并完成信号调理，adc芯片输出连接至主控电路。

所述恒流源电路由基准电压源和运算放大器构成。

所述传感器阵列为压力传感器阵列。

所述主控电路由rs-422接口电路、电源变换电路、微处理器、ad控制接口电路和通道控制接口电路组成，电源变换电路接入外部电源并完成电平转换，rs-422接口电路接入至计算机并实现外部通信，ad控制接口电路连接所述ad转换电路，通道控制接口电路连接所述通道切换电路；rs-422接口电路、电源变换电路、ad控制接口电路和通道控制接口电路均连接至微处理器。

所述微处理器内包括解算模块、控制模块、ad读写模块、通道控制模块、串口收发模块、参数存储模块；ad读写模块连接所述ad控制接口电路，通道控制模块连接所述通道控制接口电路，串口收发模块连接所述rs-422接口电路，参数存储模块连接串口收发模块，结算模块连接ad读写模块，控制模块连接以上所有模块。

所述微处理器为tms320f28335系列芯片，通过spi总线与ad转换电路通信。

所述放大器为ad620，ad620的引脚1和引脚8之间并联一个电阻，使放大倍数固定为120倍；所述压力传感器阵列中压力传感器为npp-301a，npp-301a的引脚5和引脚8之间并联一个电阻，以减小温度变化引起的灵敏度误差。

本发明的有益效果在于：除传感器为每通道配一个外，其他数据处理电路共用一套电路，大大节约了硬件资源，具有体积小、重量轻，成本低的优点，并且整体还具有采集速率快、精度高的优点。

附图说明

图1是本发明的原理示意图；

图2是图1中微处理器的内部原理示意图；

图3是本发明使用时的流程示意图。

具体实施方式

下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。

如图1所示的一种多通道压力采集系统，包括：传感器电路、通道切换电路、a/d转换电路、主控电路、数据记录装置；所述通道切换电路分别与传感器电路、a/d转换电路电连接，所述主控电路分别与通道切换电路、a/d转换电路电连接；

所述传感器电路主要由压力传感器、基准电压源和运算放大器组成，基准电压源和运算放大器构成恒流源为压力传感器供电，压力传感器感应压力产生电压信号，压力传感器的数量与通道数量一致；

所述通道切换电路主要由模拟开关、译码器和仪表放大器组成，译码器与模拟开关共同构成压力测试通道的选择开关，某一时刻只输出一路压力信号，多通道的压力信号可以循环输出，由于压力传感器输出的信号电压很小，需要通过仪表放大器放大后再送入a/d转换电路；

所述a/d转换电路主要由运算放大器和模数转换器组成，运算放大器构成信号调理电路将输入的电压信号调理成满足模数转换器输入要求的信号，模数转换器再将输入信号转换成数字信号并送入主控电路；

所述主控电路主要由电源转换电路、微处理器、rs-422接口电路组成，电源转换电路用于对供电电源进行隔离和电压转换，微处理器控制压力测试通道的选择并对a/d转换电路提供的数字信号进行处理，rs-422接口电路将处理后的数据包传送给计算机的上位机软件进行显示、记录。

如图2所示，所述微处理器包括：

用于命令接收和数据发动的串口收发的模块；

用于每个通道传感器的初始参数、串口配置参数、a/d读取spi总线配置参数、a/d配置参数、定时器配置参数等存储的模块；

用于将a/d的采集结果转换成压力数据的解算模块；

用于程序的各模块调度、控制等处理的控制模块；

用于配置参数和读取数据的a/d读写模块；

用于每个传感器分时选择与a/d连通的通道控制模块。

作为优选，所述传感器电路由气压传感器npp-301a、基准电压adr445和四运算放大器lm124组成，气压传感器npp-301a的引脚5和8之间并联一个电阻，有助于减小温度变化引起的灵敏度误差，adr445和lm124组成恒流源电路为气压传感器供电。

所述通道切换电路由译码器74hc237、复选器dg409和放大器ad620组成，译码器的输出控制复选器的使能端，主控电路控制译码器的使能端和复选器的通道，放大器ad620的引脚1和8之间并联一个电阻，使放大倍数固定为120倍。

所述a/d转换电路的核心器件是ad7176，使用基准电压adr445作为其5v基准源。

所述主控电路是控制各个电路正常工作的核心电路，其核心器件是dsptms320f28335，dsp与a/d转换电路通过spi总线通信，dsp与数据记录装置通过rs422总线通信。

本发明选用高精度的压力传感器npp-301a和高分辨率、转换速率高的adc采集压力，利用工作频率高的dsp实现多通道压力值的采集控制和数据处理，并通过计算机显示屏将数值直观的显示出来，具有采集速率快、精度高的优点；本发明的多通道压力采集系统除压力传感器为每通道配一个外，其他数据处理电路共用一套电路，大大节约了硬件资源，具有体积小、重量轻，成本低的优点。

具体而言，其中：

(1)主控电路部分

所述主控电路负责对输入电压信号进行隔离和电压变换、对输入和输出数据进行计算处理和存储，以及对a/d转换电路和通道切换的控制操作。如图1所示，主控电路包括rs-422接口电路、电源转换电路、a/d控制接口电路、通道控制接口电路和微处理器电路；其中，所述rs-422接口电路为全双工异步接口，负责与上位计算机机之间的信号交互，传输速率一般为800kbps至4mbps之间，通过该电路上位机可读取压力数据；电源转换电路负责对输入的供电信号进行隔离和电压变换，例如将输入的27v直流电压进行隔离并转换为5v、3.3v和1.9v直流电压；a/d控制接口电路负责对adc芯片进行读写控制，该电路可以是多路并行的spi串行总线，以实现多个adc芯片同时转换，提高采集速率；通道控制接口电路负责将通道选择信号转换成模拟开关及译码器能够接受的电平信号，如将3.3v的电平信号转换为5v信号；微处理器运行相应程序，所述程序实现数据采集、数据发送、参数初始化、通道控制扫描等各部分功能，包含串口收发模块模块、参数存储模块、控制模块、解算模块、a/d读写模块和通道控制模块等，对整个主控电路的功能逻辑进行控制运算，并对接收的数据进行计算处理。

(2)a/d转换电路部分

a/d转换电路负责对输入的电压信号进行信号调理后转换为数字量信号。如图1所示，a/d转换电路包含信号调理电路和模数转换器(adc芯片)。其中，信号调理电路负责将输入的电压信号调理成满足模数转换器输入要求的信号；模数转换器选用高速adc，负责将模拟信号转换成数字信号，当采集通道数较多、采集速率要求较高时，可使用两片或多片adc同时转换。

(3)通道切换电路部分

通道切换电路负责接收主控电路部分发来的通道选择指令，并选通相应的通道输出信号。如图1所示，通道切换电路包含放大器、译码器和模拟开关阵列。其中，译码器与模拟开关共同构成压力测试通道的选择开关，主控电路发来的通道选择指令包含译码器输入信号、译码器使能控制位和模拟开关通道控制位，译码器的输入信号和使能控制位分别控制译码器的输出和使能端，模拟开关的通道控制位控制模拟开关的通道选通，译码器输出的每一位分别控制一个模拟开关的使能端，同一时刻只有一个译码器、一个模拟开关及模拟开关的一个通道在工作，只输出一路压力信号，通过切换译码器、模拟开关及模拟开关通道的开关状态，使多通道的压力信号可以循环输出，当所述通道切换电路设有2个n位输出译码器、n个m通道模拟开关时，可采集的最大通道数为2×n×m个；放大器负责将压力传感器输出的微小信号放大，以满足a/d转换电路的输入要求。

(4)传感器电路部分

传感器电路负责将所测的各个通道的压力转换成电压信号，传感器电路包含压力传感器阵列和恒流源电路，其中，压力传感器感应压力产生电压信号，每个通道需要一个压力传感器；恒流源电路负责为压力传感器供电，为保证压力传感器输出稳定，每个压力传感器有单独的恒流源供电。

如图3所示，应用本发明对多通道的压力数据进行采集的程序主流程，包括如下步骤：

多通道压力采集系统上电后，

步骤(1)：微处理器从参数存储模块读取每个通道传感器的初始参数、串口配置参数、a/d读取spi总线配置参数、a/d配置参数、定时器配置参数等；

步骤(2)：控制模块将读取到的各项参数对压力传感器、串口、a/d、spi、定时器进行初始化配置；

步骤(3)：控制模块对定时器进行清零和启动计时，并开始控制通道0进行a/d转换和采集，解算模块根据通道0传感器的参数和解算算法得到通道0传感器的压力数据，控制模块临时存储通道0传感器的压力数据；

步骤(4)：控制模块进行通道切换并控制启动下一个通道进行a/d采集、解算和临时存储等处理，直至完成最后一个通道的a/d采集、解算和临时存储等处理，完成一次全通道的扫描采集；

步骤(5)：控制模块读取定时器计数值，并判定计数值是否大于等于设定值t，若计数值大于等于设定值t，则将所有的压力数据通过串口发送给上位计算机；若计数值小于设定值t，则判断串口是否收到上位计算机发送的新命令，命令主要包括参数更新存储和固化、传感器自校准等。

程序从步骤(5)返回步骤(3)循环执行，持续执行压力数据的采集。