一种自适应数据采集系统的制作方法

本发明涉及数据采集技术领域,具体地说是一种自适应数据采集系统。

背景技术：

数据采集系统是从数据源收集、识别和选取数据的过程，在智能控制中，数据采集系统作为测控系统不可缺少的部分,数据采集的性能特点直接影响到整个系统。在采集信号时，信号变化往往变化范围比较大，然而现有的采集系统的放大增益固定，造成小信号采样无法放大到合适区间的问题。

在现成应用中，供电端受外界电压波动、电源杂波、负载变化等因素，影响采样精度。

技术实现要素：

为克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种自适应数据采集系统，广泛应用于温度、压力、流量和湿度等前端传感器采集。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种自适应数据采集系统，其特征是：包括电源电路、CPU电路、校准电路、粗调放大电路、滤波电路、细调放大电路、AD转换电路、预测电路和通信电路，所述电源电路为系统供电，采集的数据信号依次经过校准电路、粗调放大电路、滤波电路、细调放大电路和AD转换电路，AD转换电路与CPU电路用SPI总线连接，所述细调放大电路同时将信号传给预测电路，预测电路连接CPU电路，CPU电路分别连接校准电路、粗调放大电路、细调放大电路和预测电路对信号进行反馈，控制校准电路、粗调放大电路、细调放大电路和预测电路相应支路的选通，重复调节，CPU电路将最终采集结果发送给通信电路。

优选地，所述电源电路提供+5V、-5V、+3.3V、+5V四路电压，所述校准电路包括电子开关，电子开关的通断受CPU电路控制，所述粗调放大电路包括对输入信号实现1、4、16、64、256倍的放大的四级独立放大电路，所述滤波电路包括无源二阶滤波电路和有源压控带通滤波电路，所述细调放大电路包括衰减倍数为1、2、4、8、16的电阻网络衰减电路，用以对信号进行细调，所述预测电路包括可电控变换运放电路、比较电路和门电路，所述AD转换电路采用16位高精度4通道AD芯片U20，U20的型号为AD7175，所述CPU电路采用单片机U4，型号为STM32，所述通信电路包括收发器U6，型号为SP485。

优选地，所述电源电路包括第一电压产生电路、第二电压产生电路、第三电压产生电路和第四电压产生电路；

所述第一电压产生电路包括第一滤波电路、耗能元件R2和稳压芯片U1，所述第一滤波电路包括滤波电容C3～C11、滤波电感L3和第一二阶LC滤波电路，第一二阶LC滤波电路包括电感线圈L1和L2、电容C1和C2，所述电容C9的一端接地，另一端分别连接电源、电阻R2、电感线圈L1，电感线圈L1的另一端分别连接电容C1和电感线圈L2，电感线圈L2的另一端连接电容C2、电容C10、电容C3和稳压芯片U1的IN管脚，电阻R2、电容C1、电容C2、电容C10、电容C3的另一端以及稳压芯片U1的GND管脚均接地，稳压芯片U1的OUT管脚分别连接电容C4和电感线圈L3，电感线圈L3的另一端分别连接电容C5～C8、电容C11的一端，电容C4～C8、电容C11的另一端均接地，所述电容C11的一端输出+5V控制电压；

所述第二电压产生电路包括稳压芯片U2、第二滤波电路和指示电路，所述第二滤波电路包括滤波电容C12～C14，所述指示电路包括耗能电阻R1和发光二极管D1，所述电感线圈L3的另一端还连接所述稳压芯片U2的Vin管脚，稳压芯片的GND管脚接地，Vout管脚分别连接电容C12～C14和电阻R1的一端，电容C12～C14的另一端均接地，电阻R1的另一端通过发光二极管D1接地，所述电容C14的一端输出3.3V控制电压；

所述第三电压产生电路包括电压可调的功率放大电路和第三滤波电路，所述第三滤波电路包括滤波电容C17～C20，所述电压可调的功率放大电路包括稳压芯片U5和电阻R7、R9,还包括肖特基二极管D5，所述肖特基二极管的一端连接8V输入电压，另一端分别连接电容C17、C18的一端以及稳压芯片U5的IN管脚，电容C17、C18的另一端均接地，稳压芯片U5的OUT管脚分别连接电容C19、C20、电阻R7的一端，ADJ管脚分别连接电阻R7的另一端、电阻R9的一端，电阻R9、电容C19、C20的另一端接地，所述电容C20的一端输出+5V控制电压；

所述第四电压产生电路包括负压产生电路、第四滤波电路、消谐电感L4、储能电感L8、二极管D7和放大扩流电路，所述负压产生电路包括负压产生芯片U8，电阻R14、R15和R12、电容C36，所述第四滤波电路包括滤波电容C22～C24和第二二阶LC滤波电路，第二二阶LC滤波电路包括电容C27、C28和电感线圈L5、L6，所述扩流放大电路包括第五滤波电路、稳压芯片U7和电阻R16、R17；所述第五滤波电路包括滤波电容C29～C35、电感线圈L7；所述芯片U8的第5管脚分别连接电阻R14、R15的一端，电阻R14、R15的另一端接地，负压产生芯片U8的第4管脚接地，第6管脚分别连接电阻R12、电容C22～C24、消谐电感L4的一端，电阻R12的另一端分别连接负压产生芯片U8的第1、7和8管脚，电容C22～C24的另一端接地，消谐电感L4的另一端接8V输入电源，负压产生芯片U8的第2管脚分别连接二极管D7和储能电感L8的一端，二极管D7和储能电感L8的另一端均接地，负压产生芯片U8的第3管脚通过电容C36接地，所述二极管D7的另一端还分别连接电感线圈L5和电容C27的一端，电感线圈L5的另一端分别连接电感线圈L6和电容C28的一端，电感线圈L6的另一端分别连接电容C29、C30、C34的一端和稳压芯片U7的IN管脚，电容C27～C30、C34的另一端均接地，稳压芯片U7的ADJ管脚分别连接电阻R16和R17的一端，OUT管脚分别连接电阻R16的另一端、电感线圈L7和电容C31的一端，电感线圈L7的另一端分别连接电容C32、C33和C35，电阻R17、电容C31～C33、C35的另一端均接地，所述电容C35的一端输出-5V的控制电压。

优选地，所述校准电路包括三个电子开关U11A、U12C和U12D，还包括自恢复保险丝RP3和滤波电容C41，自恢复保险丝RP3的一端连接输入信号，另一端连接电子开关U11A的2管脚，电子开关U11A的1管脚分别连接电子开关U12C的4管脚、电子开关U12D的8管脚、电容C41的一端，电子开关U11A的13管脚、电子开关U12C的5管脚、电子开关U12D的6管脚分别连接单片机U4的34～36管脚，电子开关U12C的3管脚接地，U12D的6管脚接基准电压，电容C41的另一端接地。

优选地，所述粗调放大电路包括第一控制芯片U15，受第一控制芯片控制的五个电子开关U11B、U11C、U11D、U12A和U12B，还包括四个级联的放大电路，每个放大电路包括放大倍数为4的放大单元和级间滤波电容，所述放大单元包括放大器、电源滤波电容和阻抗匹配电阻，所述级间滤波电容包括电容C41～C46，所述放大器包括U9A、U9B、U10A和U10B，所述电源滤波电容包括电容C37～C40，所述阻抗匹配电阻包括电阻R18～R29，所述第一控制芯片U15的15管脚连接电子开关U11B的12管脚，1管脚连接电子开关U11C的5管脚，2号管脚连接电子开关U11C的6管脚，3管脚连接电子开关U12A的13管脚，4管脚连接电子开关U12B的12管脚，13管脚接地，10管脚接+5V电源，11、12和14管脚分别连接单片机U4的40、51和39管脚；

电容C41的一端分别连接电子开关U12D的8管脚、电阻R26的一端，另一端接地，电阻R26的另一端分别连接电子开关U11B的10管脚和放大器U9A的3管脚，U9A的2管脚分别连接电阻R18和R22的一端，电阻R22的另一端接地，放大器U9A的1管脚分别连接电阻R18的另一端，电容C42、电阻R27的一端和电子开关U11C的3管脚，电容C42的另一端接地，U9A的4管脚接-5V电压，8管脚接+5V电压，电容C37的两端分别接U9A的8管脚和地；

电阻R27的另一端连接放大器U9B的5管脚，U9B的6管脚分别连接电阻R19和R23的一端，电阻R23的另一端接地，放大器U9B的7管脚分别连接电阻R19的另一端，电容C43、C44，电阻R28的一端，电容C43、C44的另一端接地，U9B的4管脚接-5V电压，8管脚接+5V电压，电容C38的两端分别接U9B的8管脚和地；

电阻R28的另一端分别连接电子开关U11D的9管脚和放大器U10A的3管脚，U10A的2管脚分别连接电阻R20和R24的一端，电阻R24的另一端接地，放大器U10A的1管脚分别连接电阻R20的另一端，电容C45、电阻R29的一端和电子开关U12A的2管脚，电容C45的另一端接地，U10A的4管脚接-5V电压，8管脚接+5V电压，电容C39的两端分别接U10A的8管脚和地；

电阻R29的另一端连接放大器U10B的5管脚，U10B的6管脚分别连接电阻R21和R25的一端，电阻R25的另一端接地，放大器U10B的7管脚分别连接电阻R21的另一端、电容C46的一端和电子开关U12B的10管脚，电容C46的另一端接地，U10B的4管脚接-5V电压，8管脚接+5V电压，电容C40的两端分别接U10B的8管脚和地。

优选地，所述无源二阶滤波电路包括无源RC滤波电路和交流隔离滤波电路，无源RC滤波电路包括电阻R60和电容C53，交流隔离滤波电路包括电容C50和电阻R61，所述有源压控带通滤波电路包括带通频率频带选择网络和滤波信号放大电路，所述带通频率频带选择网络包括电阻R55、R63和电容C52、C54，所述滤波信号放大电路包括放大器U19A、电阻R54、电阻R57、输入滤波电容C55、输出滤波电容C52和电源滤波电容C49，所述滤波电路还包括电压跟随器*2D；

所述电阻R60的一端分别连接电子开关U11B的11管脚、电子开关U11C的4管脚、U11D的8管脚、U12A的1管脚和U12B的11管脚，另一端分别连接电容C53和C50的一端，电容C53的另一端接地，电容C50的另一端连接电阻R61一端，电阻R61的另一端分别连接电容C54、C51和电阻R55的一端，电容R51的另一端分别连接电阻R63、电容C55的一端和放大器U19A的3管脚，电容C54、C55和电阻R63的另一端均接地，放大器U19A的2管脚分别连接电阻R57和R53的一端，R57的另一端接地，放大器U19A的管脚分别连接电阻R55、R53的另一端，电容C52的一端和电压跟随器*2D的13管脚，电容C52的另一端接地，放大器U19A的4管脚接-5V电压，8管脚接+5V电压，电容C49的两端分别接U19A的8管脚和地，电压跟随器*2D的12和14管脚连接并输出信号。

优选地，所述细调放大电路包括信号衰减电路，电子开关U16B、U16D、U18A、U18B和U18C，信号放大单元，控制芯片U17，电阻R41、R49、电容C47、C48组成的滤波电路，所述信号衰减电路包括电阻R45、R51、R58、R64和R65，信号放大单元包括放大器*1C和电阻R37、R38；

电阻R45的一端分别连接电压跟随器*2D的12、14管脚和电子开关U16B的10管脚，电阻R45的另一端分别连接电阻R51的一端、电子开关U16D的9管脚，电阻R51的另一端分别连接电阻R58的一端和电子开关U18A的2管脚，电阻R58的另一端分别连接电阻R564的一端和电子开关U18B的10管脚，电阻R64的另一端分别连接电阻R65的一端和电子开关U18C的3管脚，电阻R65的另一端接地；电子开关U16B11管脚通过电阻R44、电子开关U16D的8管脚、电子开关U18A的1管脚、电子开关U18B的11管脚、电子开关U18C的4管脚通过电阻R66均连接放大器*1C的10管脚，放大器*1C的9管脚分别连接电阻R37、R38的一端，电阻R37的另一端接地，放大器*1C的8管脚分别连接电阻R38的另一端和R41的一端，电阻R41的另一端分别连接电容C47的一端和所述预测电路和电阻R49的一端，电阻R49的另一端分别连接所述AD转换电路和电容C48的一端，电容C48的另一端接地；控制芯片U17的1～4、15管脚分别对应连接电子开关U18B的12管脚、电子开关U18A的13管脚、电子开关U16D的6管脚、电子开关U16B的12管脚和电子开关U18C的5管脚，控制芯片U17的13管脚接地，10管脚接5V电压，11、12、14管脚分别连接单片机U4的2、53和3管脚。

优选地，所述预测电路的可变换运放电路包括电子开关U16A、U16C和放大器*1D、*2A，所述比较电路包括放大器*1A、*1B、*2B和*2C，所述预测电路还包括电阻网络R30～R36、R39、R40、R42、R43、R47、R48、R50、R52、R54、R56、R59和R62，反相器U13A、U13B和门电路U14A、U14B；

所述电阻R32的一端连接所述细调放大电路，电阻R32的另一端分别连接电阻R31、R39、R50和R56的一端以及放大器*2A的1管脚，电阻R36的一端连接所述信号细调放大电路，另一端连接电子开关U16A的2管脚，电子开关U16A的1管脚分别连接电阻R23、R35、R48和R54的一端，放大器*1D的14管脚和电子开关U16C的3管脚，放大器*1D的13管脚连接电阻R42的一端，12管脚通过电阻R46接地，电阻R42的另一端连接细调放大电路，电子开关U16C的4管脚连接放大器*2A的2管脚，放大器*2A的1、3管脚均分别连接电阻R31、R39、R50和R56的一端，电阻R34、R52的一端均连接+5V电压，电阻R40、R59的一端均连接-5V电压，放大器*1A的3管脚分别连接电阻R31、R33和R34的另一端和电阻R30的一端，2管脚与放大器*1B的6管脚连接，放大器*1A的1管脚分别连接电阻R30的另一端和反相器U13A的1管脚，放大器*1B的5管脚分别连接电阻R35、R39和R40的另一端以及电阻R43的一段，电阻R43的另一端分别连接放大器*1B的7管脚和门电路U14A的2管脚，门电路U14A的1管脚连接放大器*1A的2管脚，放大器*2B的5管脚分别连接电阻R48、R50和R52的另一端以及电阻R47的一端，6管脚连接放大器*2C的9管脚，放大器*2B的7管脚分别连接电阻R47的另一端和门电路U14B的4管脚，放大器*2C的10管脚分别连接电阻R54、R56、R59的另一端以及电阻R62的一端，8管脚分别连接电阻R62的另一端和反相器U13B的3管脚，U13B的4管脚连接门电路U14B的5管脚，电子开关U16A的13管脚、U16C的5管脚、门电路U14A的3管脚和门电路U14B的6管脚分别连接单片机U4的9、10、11和24管脚。

优选地，所述AD转换电路还包括电阻R67、R68和电容C56、C57组成的对输入信号的滤波电路和对地信号的滤波电路，所述对地信号滤波电路包括电阻R70、R69和电容C60、C62，所述AD转换电路还包括滤波电容C58、C59、C61、C63～C66；

所述电容C57的一端连接所述细调放大电路，另一端分别连接电阻R67和R68的一端，电阻R67的另一端接地，电阻R68的另一端分别连接电容C56的一端和AD芯片U20的AINO管脚，电容C56的另一端接地，AD芯片U20的AINI管脚分别连接电阻R69和电容C62的一端，电容C62的另一端接地，电阻R69的另一端分别连接电容C60和电阻R70的一端，电阻R70的另一端接2.5V基准电压，电容C60的另一端接地，AD芯片U20的REFOUT管脚分别连接2.5V基准电压和电容C65的一端，REF+管脚连接电容C66的一端，REF-管脚接地，电容C65、C66的另一端均接地，AD芯片U20的IOVDD管脚分别连接电容C58、C59、C61的一端和3.3V电压，GND管脚和电容C58、C59、C61的另一端均接地，ADVV1管脚、AVDD2管脚和VSS管脚均接3.3V电源，REGPD管脚接电容C63的一端，电容C63的另一端接地，REGPA管脚接电容C64的一端，电容C64的另一端接地，AD芯片的SYNC、CS、DIN和DOUT管脚分别连接单片机U4的20～23管脚。

优选地，所述单片机U4的5、6管脚连接晶振电路，60、7管脚连接电阻R11、R13和电感C26组成的滤波电路,1、32、48、64、19和13管脚均接3.3V电压，28管脚通过电阻R3接地，所述晶振电路包括电阻R8，晶振Y1和电容C21、C25，电容C21的一端接地，另一端分别连接晶振Y1、电阻R8的一端和单片机U4的5管脚，电容C25的一端接地，另一端分别连接晶振Y1、电阻R8的另一端和单片机U4的6管脚，电阻R11的一端连接3.3V电压，另一端分别连接电阻R13的一端和单片机U4的60管脚，单片机U4的7管脚通过电容C26接地，电阻R13的另一端接地，31、47、63、18和12管脚均接地；

所述通信电路包括信号指示电路、方向控制电路、保护电路和电容C15、C16组成的电源滤波电路，所述指示电路包括门电路IC1A、IC1C，电阻R4、R10和发光二极管D4、D6，方向控制电路包括门电路IC1B，所述保护电路包括TVS管D2、D3，自恢复保险丝RP1、RP2和电阻R5、R6；所述收发器U6的5管脚接地，6管脚分别连接电阻R5的一端和自恢复保险丝RP1的一端，自恢复保险丝RP1的另一端分别接TVS管D3的一端和输出信号A，电阻R6的另一端、TVS管D3的另一端均接地，7管脚分别连接电阻R6的一端和自恢复保险丝RP2的一端，自恢复保险丝RP2的另一端分别接TVS管D2的一端和输出信号B，电阻R6的另一端、TVS管D2的另一端均接地，收发器U6的4管脚分别连接门电路IC1A的1管脚、IC1B的3管脚和单片机42管脚，门电路IC1A的2管脚依次连接电阻R4、发光二极管D4和地，收发器U6的2、3管脚均连接门电路IC1B的4管脚，1管脚分别连接单片机U4的43管脚和门电路IC1C的5管脚，门电路IC1C的6管脚依次连接电阻R10、发光二极管D6和地。

本发明的有益效果是：与现有技术相比，本发明所述采样系统可适用范围广，广泛适用于温度、压力、流量、湿度等前端传感器采集；电源电路产生稳定的四路电压，电压之间无干扰；多处LC滤波结构，消除电源的干扰，增强滤波效果，使输出电压更加稳定；放大扩流电路形成高精度的稳压放大电路，产生小温漂的稳定电源；校准电路能够实现真实信号，校准零点信号，满度信号的可控选择进行校准控制信号采集；粗调放大电路采用四级独立的放大电路，对输入信号实现1、4、16、64、256倍的放大；每级放大电路可通过电子开关控制导通，从而实现了输入信号的增益可调；滤波电路能够及时的针对不同频带信号带来的干扰进行滤波，有效抑制频带外的噪声干扰；细调放大电路采用电阻网络衰减电路，对输入信号实现1,2,4，8,16倍衰减，且衰减倍数可调，保证信号的线性放大。预测电路通过四级比较电路将输入信号的范围与预设窗口进行比较，将结果发送给CPU电路进行预测判断，CPU电路通过对比较结果的预测判断，调整前级的信号调节放大电路等，优先为系统进行预测增益调节，及时达到良好的效果；AD转换电路的对地信号滤波电路，模拟差分采样，减少电源的差模干扰和信号的差模干扰，提高采样速度和精度。

附图说明

图1是本发明的结构图；

图2是本发明所述电源电路的电路图；

图3是本发明所述校准电路的电路图；

图4是本发明所述粗调放大电路的电路图；

图5是本发明所述滤波电路的电路图；

图6是本发明所述细调放大电路的电路图；

图7是本发明所述预测电路的电路图；

图8是本发明所述AD转换电路的电路图；

图9是本发明所述CPU电路和通信电路的电路图；

具体实施方式

如图1所示，本发明包括电源电路、CPU电路、校准电路、粗调放大电路、滤波电路、细调放大电路、AD转换电路、预测电路和通信电路，所述电源电路为系统供电，采集的数据信号依次经过校准电路、粗调放大电路、滤波电路、细调放大电路和AD转换电路，AD转换电路与CPU电路用SPI总线连接，所述细调放大电路同时将信号传给预测电路，预测电路连接CPU电路，CPU电路分别连接校准电路、粗调放大电路、细调放大电路和预测电路对信号进行反馈，控制校准电路、粗调放大电路、细调放大电路和预测电路相应支路的选通，重复调节，CPU电路将最终采集结果发送给通信电路。

如图2所示，所述电源电路包括第一路电压产生电路、第二路电压产生电路、第三路电压产生电路和第四一路电压产生电路，所述第一路电压产生电路包括第一滤波电路、耗能元件R2和稳压芯片U1，第一滤波电路对信号进行滤波并消除共模干扰，耗能元件R2在系统断电时，及时消耗储能元件的电能，防止震荡，稳压芯片U1产生5V电压，所述第二路电压产生电路包括稳压芯片U2、第二滤波电路和指示电路，稳压芯片U2产生3.3V电压，所述第三路电压产生电路包括电压可调的功率放大电路和第三滤波电路，所述电压可调的功率放大电路包括稳压芯片U5，产生5V控制电压，所述第四路电压产生电路包括负压产生电路、第四滤波电路、消谐电感L4、储能电感L8、二极管D7和放大扩流电路，所述负压产生电路包括负压产生芯片U8，产生-5V电压。

优选地，所述第一滤波电路包括滤波电容C3～C11、滤波电感L3和第一二阶LC滤波电路，第一二阶LC滤波电路包括电感线圈L1和L2、电容C1和C2，所述电容C9的一端接地，另一端分别连接电源、电阻R2、电感线圈L1，电感线圈L1的另一端分别连接电容C1和电感线圈L2，电感线圈L2的另一端连接电容C2、电容C10、电容C3和稳压芯片U1的IN管脚，电阻R2、电容C1、电容C2、电容C10、电容C3的另一端以及稳压芯片U1的GND管脚均接地，稳压芯片U1的OUT管脚分别连接电容C4和电感线圈L3，电感线圈L3的另一端分别连接电容C5～C8、电容C11的一端，电容C4～C8、电容C11的另一端均接地，所述电容C11的一端输出+5V电压。其中外部电源输入首先经过电解电容C9对输入信号进行粗调滤波，电解电容C9的规格为470μF/16V，电阻R2的阻值为1kΩ,第一二阶LC滤波电路，消除共模干扰，且C1的电容值10μF，C2的电容值0.1μF，电感线圈L1，L2规格均为FB30R13A。电容C10、C3为滤波电容，将信号进一步滤波，C3的电容值10μF，C10的电容值100μF。U1为稳压芯片，型号为AZ1117D-5.0。C4为滤波电容，电容值10μF，L3为滤波电感，规格FB30R13A，电容C5～C8、C11进一步滤波，其中C5为10μF，C6μF，C7规格220μF/16V，C8规格10μF/16V,C11为100μF。

优选地，所述第二滤波电路包括滤波电容C12～C14，所述指示电路包括耗能电阻R1和发光二极管D1，所述电感线圈L3的另一端还连接所述稳压芯片U2的2、4管脚，稳压芯片的1管脚接地，3管脚分别连接电容C12～C14和电阻R1的一端，电容C12～C14的另一端均接地，电阻R1的另一端通过发光二极管D1接地，所述电容C14的一端输出3.3V控制电压。其中，稳压芯片U2和滤波电容C12～C14产生3.3V电压，稳压芯片U2的型号为HT7533，电容C12～C14的规格均为10μF/16V。电阻R1和发光二极管D1指示系统是否有电，R1为330Ω。

优选地，所述第三滤波电路包括滤波电容C17～C20，所述电压可调的功率放大电路包括稳压芯片U5和电阻R7、R9,还包括肖特基二极管D5，所述肖特基二极管的一端连接8V输入电压，另一端分别连接电容C17、C18的一端以及第三稳压芯片U5的3管脚，电容C17、C18的另一端均接地，稳压芯片U5的2管脚分别连接电容C19、C20、电阻R7的一端，1管脚分别连接电阻R7的另一端、电阻R9的一端，电阻R9、电容C19、C20的另一端接地，所述电容C20的一端输出+5V控制电压。肖特基二极管D5利用小压降特性防止电源反接造成的影响，稳压芯片U5的型号为LM317，与U7共同构成电压可调功率放大电路的电阻R7、R9的阻值分别为390Ω、12KΩ,滤波电容C17～C20的电容值分别为10μF、0.01μF.10μF和0.1μF。

优选地，所述负压产生电路还包括电阻R14、R15和R12、电容C36，所述第四滤波电路包括滤波电容C22～C24和第二二阶LC滤波电路，第二二阶LC滤波电路包括电容C27、C28和电感线圈L5、L6，所述扩流放大电路包括第五滤波电路、稳压芯片U7和电阻R16、R17；所述第五滤波电路包括滤波电容C29～C35、电感线圈L7；所述芯片U8的第5管脚分别连接电阻R14、R15的一端，电阻R14、R15的另一端接地，U8的第4管脚接地，U8的第6管脚分别连接电阻R12、电容C22～C24、消谐电感L4的一端，电阻R12的另一端分别连接U8的第1、7和8管脚，电容C22～C24的另一端接地，消谐电感的另一端接8V输入电源，U8的第2管脚分别连接二极管D7和储能电感L8的一端，二极管D7和储能电感L8的另一端均接地，U8的第3管脚通过电容C36接地，所述二极管D7的另一端还分别连接电感线圈L5和电容C27的一端，电感线圈L5的另一端分别连接电感线圈L6和电容C28的一端，电感线圈L6的另一端分别连接电容C29、C30、C34的一端和稳压芯片U7的2管脚，电容C27～C30、C34的另一端均接地，稳压芯片U7的1管脚分别连接电阻R16和R17的一端，3管脚分别连接电阻R16的另一端、电感线圈L7和电容C31的一端，电感线圈L7的另一端分别连接电容C32、C33和C35，电阻R17、电容C31～C33、C35的另一端均接地，所述电容C35的一端输出-5V的控制电压。其中L4为消谐电感，规格为FB30R13A，电容C22～C24为电源滤波，电容值分别为100μF.10μF和0.1μF，负压产生芯片U8的型号为MC34063，U8与电阻R12、R14和R15组成负压产生电路，电阻R12、R14和R15的阻值分别为0.18Ω、12KΩ和6.8KΩ，电容C36为390PF，电感L8为储能电感，值为100μH，第二二阶LC滤波电路，消除共模干扰，电容L5，L6均为FB30R13A，电容C27、C28均为10μF，滤波电容C29～C35的电容值分别为0.1μF、10μF、10μF、10μF、0.1μF、100μF、100μF，电感L7为FB30R13A，电阻R16、R17的阻值分别为390Ω、12KΩ。本发明所述的电容有电解电容C7～C14、C17～C20、C22、C34和C35，非电解电容C1～C6、C27～C33、C23、C24和C36，这样设计是为了得到更好的滤波效果，使产生的电压更加稳定。

如图3所示，所述校准电路包括三个电子开关U11A、U12C和U12D，还包括自恢复保险丝RP3和滤波电容C41，自恢复保险丝RP3的一端连接输入信号，另一端连接电子开关U11A的2管脚，电子开关U11A的1管脚分别连接电子开关U12C的4管脚、电子开关U12D的8管脚、电容C41的一端，电子开关U11A的13管脚、电子开关U12C的5管脚、电子开关U12D的6管脚分别连接单片机U4的34～36管脚，电子开关U12C的3管脚接地，U12D的6管脚接基准电压，电容C41的另一端接地。三电子开关U11A、U12C和U12D受单片机控制，分别连接单片机U4的34、35和36管脚，能够分别实现真实信号，校准零点信号，满度信号的可控选择。进行校准控制信号采集，其中电容C41的电容值为0.1μF。

如图4所示，所述粗调放大电路包括四个级联的放大电路，每个放大电路包括放大倍数为4的放大单元和级间滤波电容，对输入信号实现1、4、16、64和256倍的放大，还包括控制芯片U15和受控制芯片U15控制的五个电子开关U11B、U11C、U11D、U12A和U12B，五个电子开关构成调解网络，通过控制放大单元的导通实现对应放大倍数的选择，分别对应控制的放大倍数为1、4、16、64和256倍。本发明所述电子开关均为4066。

优选地，所述控制芯片U15为串并转换芯片74HC595。控制芯片U15的15管脚连接电子开关U11B的12管脚，1管脚连接电子开关U11C的5管脚，2号管脚连接电子开关U11C的6管脚，3管脚连接电子开关U12A的13管脚，4管脚连接电子开关U12B的12管脚，13管脚接地，10管脚接+5V电源，11、12和14管脚分别连接单片机U4的40、51和39管脚。所述放大单元包括放大器、电源滤波电容和阻抗匹配电阻，所述级间滤波电容包括电容C41～C46，所述放大器包括U9A、U9B、U10A和U10B，所述电源滤波电容包括电容C37～C40，所述阻抗匹配电阻包括电阻R18～R29。其中，所述放大器为LM6172，电容C37～C46的电容值均为0.1μF，电阻R18～R21的电阻值均为30KΩ，电阻R22～R25的电阻值均为10KΩ，电阻R26～R29的电阻值均为2KΩ。

优选地，电容C41的一端连接电子开关U12D的8管脚，另一端连接电阻R26的一端，电阻R26的另一端分别连接电子开关U11B的10管脚和放大器U9A的3管脚，U9A的2管脚分别连接电阻R18和R22的一端，电阻R22的另一端接地，放大器U9A的1管脚分别连接电阻R18的另一端，电容C42、电阻R27的一端和电子开关U11C的3管脚，电容C42的另一端接地，U9A的4管脚接-5V电压，8管脚接+5V电压，电容C37的两端分别接U9A的8管脚和地；电阻R27的另一端连接放大器U9B的5管脚，U9B的6管脚分别连接电阻R19和R23的一端，电阻R23的另一端接地，放大器U9B的7管脚分别连接电阻R19的另一端，电容C43、C44，电阻R28的一端，电容C43、C44的另一端接地，U9B的4管脚接-5V电压，8管脚接+5V电压，电容C38的两端分别接U9B的8管脚和地；电阻R28的另一端分别连接电子开关U11D的9管脚和放大器U10A的3管脚，U10A的2管脚分别连接电阻R20和R24的一端，电阻R24的另一端接地，放大器U10A的1管脚分别连接电阻R20的另一端，电容C45、电阻R29的一端和电子开关U12A的2管脚，电容C45的另一端接地，U10A的4管脚接-5V电压，8管脚接+5V电压，电容C39的两端分别接U10A的8管脚和地；电阻R29的另一端连接放大器U10B的5管脚，U10B的6管脚分别连接电阻R21和R25的一端，电阻R25的另一端接地，放大器U10B的7管脚分别连接电阻R21的另一端、电容C46的一端和电子开关U12B的10管脚，电容C46的另一端接地，U10B的4管脚接-5V电压，8管脚接+5V电压，电容C40的两端分别接U10B的8管脚和地。

如图5所示，滤波电路包括无源二阶滤波电路和有源压控带通滤波电路，所述无源二阶滤波电路包括无源RC滤波电路和RC交流隔离滤波电路，所述有源压控带通滤波电路包括频率频带选择网络和滤波信号放大电路，所述多阶滤波电路还包括电压跟随器*2D，所述电压跟随器*2D为LM324。

优选地，所述无源RC滤波电路包括电阻R60和电容C53，消除共模干扰，RC交流隔离滤波电路包括电容C50和电阻R61。所述带通频率频带选择网络包括电阻R55、R63和电容C51、C54，通过改变电阻R55、R63和电容C52、C54的参数，可调整中心频率。所述滤波信号放大电路包括放大器U19A和电阻R54、R57，对滤波后信号进行加强，还包括输入滤波电容C55，输出滤波电容C52和电源滤波电容C49，对信号进行进一步滤波，消除干扰，放大后的信号经过电压跟随器*2D隔离输出，同时增强了电路负载能力。所述放大器U19A为LM6172。电阻R53、R55、R57、R60、R61和R63的电阻值分别为68KΩ、10KΩ、20KΩ、1KΩ、10KΩ和10KΩ，电容C49、C50、C52～C55的电容值均为0.1μF，电容C51为470PF。

优选地，所述电阻R60的一端接入输入信号，另一端分别连接电容C53和C50的一端，电容C53的另一端接地，电容C50的另一端连接电阻R61一端，电阻R61的另一端分别连接电容C54、C51和电阻R55的一端，电容R51的另一端分别连接电阻R63、电容C55的一端和放大器U19A的3管脚，电容C54、C55和电阻R63的另一端均接地，放大器U19A的2管脚分别连接电阻R57和R53的一端，R57的另一端接地，放大器U19A的管脚分别连接电阻R55、R53的另一端，电容C52的一端和电压跟随器*2D的13管脚，电容C52的另一端接地，放大器U19A的4管脚接-5V电压，8管脚接+5V电压，电容C49的两端分别接U19A的8管脚和地，电压跟随器*2D的12、14管脚连接并输出信号。

如图6所示，细调放大电路包括电阻网络衰减电路，衰减倍数为1,2,4，8,16，还包括控制芯片U17和受控制芯片U17控制的五个电子开关U16B、U16D、U18A、U18B和U18C，五个电子开关构成调解网络，通过控制所述电阻网络衰减电路的选通实现对应衰减倍数的选择，还包括信号放大电路，所述信号放大电路包括运算放大器*1C，对衰减信号进行二倍放大，控制芯片U17为串并转换芯片74LS959，运算放大器*1C为LM324。所述控制芯片U17的1～4、15管脚分别对应连接电子开关U18B的12管脚、电子开关U18A的13管脚、电子开关U16D的6管脚、电子开关U16B的12管脚和电子开关U18C的5管脚，控制芯片U17的13管脚接地，10管脚接5V电压，11、12、14管脚分别连接单片机U4的2、53和3管脚。所述电阻网络衰减电路包括电阻R45、R51、R58、R64和R65，信号放大单元包括放大器*1C和电阻R37、R38，所述信号细调控制电路还包括电阻R41和电容C47组成的滤波电路。其中电阻R45、R51、R58、R64和R65的阻值分别为2KΩ、1KΩ、500Ω、250Ω和50Ω，电阻R37、R38和R41的阻值均为1KΩ，电容C47的电容值为0.1μF。

优选地，所述电阻R45的一端分别连接输入信号和电子开关U16B的10管脚，电阻R45的另一端分别连接电阻R51的一端、电子开关U16D的9管脚，电阻R51的另一端分别连接电阻R58的一端和电子开关U18A的2管脚，电阻R58的另一端分别连接电电阻R564的一端和电子开关U18B的10管脚，电阻R64的另一端分别连接电阻R65的一端和电子开关U18C的3管脚，电阻R65的另一端接地；电子开关U16B11管脚通过电阻R44、电子开关U16D的8管脚、电子开关U18A的1管脚、电子开关U18B的11管脚、电子开关U18C的4管脚通过电阻R66均连接放大器*1C的10管脚，放大器*1C的9管脚分别连接电阻R37、R38的一端，电阻R37的另一端接地，放大器*1C的8管脚分别连接电阻R38的另一端和R41的一端，电阻R41的另一端分别连接电容C47的一端和所述预测电路和电阻R49的一端，电阻R49的另一端分别连接所述AD转换电路和电容C48的一端，电容C48的另一端接地。

输入信号首先通过电阻R45、R51、R58、R64和R65构成电阻网络衰减电路，电阻网络可通过电子开关U16B、U16D、U18A、U18B和U18构成的电子开关选择通断，衰减倍数依次为1，2，4，8，16倍，对信号进行细调节。调节完成后经*1C运放及电阻R37和R38构成的放大单元进行2倍放大，最后经R41和C47构成的RC滤波电路输出信号。

如图7所示，预测电路包括电控变换运放电路和四级比较电路，所述电控变换运放电路包括电子开关U16A和U16C，输入信号经过电控变换运放电路，通过电子开关的选通，将信号传送到对应的比较电路，比较电路将输入的信号与预设窗口进行比较，得出比较结果电平，将比较结果电平发送给CPU电路，CPU电路对结果进行预测判断，所述预设窗口为+5V和-5V的基准电压。

优选地，所述可变换运放电路还包括放大器*1D、*2A，所述比较电路包括放大器*1A、*1B、*2B和*2C，所述预测电路还包括电阻网络R30～R36、R39、R40、R42、R43、R46、R47、R48、R50、R52、R54、R56、R59和R62，反相器U13A、U13B和门电路U14A、U14B。所述电阻R30、R31、R33～R35、R39、R40、R42、R43、R47、R48、R50、R52、R54、R56、R59和R62的电阻值均为1.5Ω，电阻R32为750Ω，电阻R36为7.5KΩ，电阻R46为1KΩ。所述电控变换运放电路对信号进行分布处理，当U16A打开，U16C关闭时，实现2倍放大电路，当U16A关闭，U16C打开时，实现对信号变化率放大电路。所述放大器*1D、*2A、*1A、*1B、*2B和*2C均为LM324，所述反相器U13A、U13B为74F04，所述门电路U14A、U14B为74LS09。

预测电路采用四级不同比较关系电路，将信号与设窗口进行比较，得出相应的比较区间，输出相应电平给反相器U13A、U13B和门电路U14A、U14B，最终得出相应电平输入单片机U4，输入给单片机U4的电平有四种情况，分别为：MCU3端低电平，MCU4端低电平；MCU3端低电平，MCU4端高电平；MCU3端高电平，MCU4端低电平；MCU3端高电平，MCU4端高电平。

所述电阻R32的一端连接输入信号，电阻R32的另一端分别连接电阻R31、R39、R50和R56的一端以及放大器*2A的1管脚，电阻R36的一端连接输入信号，另一端连接电子开关U16A的2管脚，电子开关U16A的1管脚分别连接电阻R23、R35、R48和R54的一端，放大器*1D的14管脚和电子开关U16C的3管脚，放大器*1D的13管脚连接电阻R42的一端，12管脚通过电阻R46接地，电阻R42的另一端连接输入信号，电子开关U16C的4管脚连接放大器*2A的2管脚，放大器*2A的1、3管脚均分别连接电阻R31、R39、R50和R56的一端，电阻R34、R52的一端均连接+5V电压，电阻R40、R59的一端均连接-5V电压，放大器*1A的3管脚分别连接电阻R31、R33和R34的另一端和电阻R30的一端，2管脚与放大器*1B的6管脚连接，放大器*1A的1管脚分别连接电阻R30的另一端和反相器U13A的1管脚，放大器*1B的5管脚分别连接电阻R35、R39和R40的另一端以及电阻R43的一段，电阻R43的另一端分别连接放大器*1B的7管脚和门电路U14A的2管脚，门电路U14A的1管脚连接放大器*1A的2管脚，放大器*2B的5管脚分别连接电阻R48、R50和R52的另一端以及电阻R47的一端，6管脚连接放大器*2C的9管脚。放大器*2B的7管脚分别连接电阻R47的另一端和门电路U14B的4管脚，放大器*2C的10管脚分别连接电阻R54、R56、R59的另一端以及电阻R62的一端，8管脚分别连接电阻R62的另一端和反相器U13B的3管脚，U13B的4管脚连接门电路U14B的5管脚，电子开关U16A的13管脚、U16C的5管脚、门电路U14A的3管脚和门电路U14B的6管脚分别连接单片机U4的9、10、11和24管脚；

如图8所示，AD转换电路包括AD芯片U20和滤波电路，所述滤波电路包括对输入信号的滤波电路和对地信号的滤波电路，滤波电路与AD芯片U20连接。AD转换芯片为16位高精度4通道AD芯片AD7175，所述对输入信号的滤波电路连接AD芯片U20的AINO管脚，所述对地信号的滤波电路连接AD转换芯片的AINI管脚，在信号输入的情况下，通过模拟对地信号采样技术，模拟差分采样，再次减少电源的差模干扰和信号的差模干扰，提高信号稳定性。。

所述对输入信号的滤波电路包括电阻R67、R68和电容C56、C57，对输入信号进行滤波，所述对地信号的滤波电路包括电阻R70、R69和电容C60、C62，构成对地采集信号的二次滤波，滤波参数保持一致，消除输入信号和对地信号在同一频率的噪声。提高采样精度，所述高精度AD采集电路还包括滤波电容C58、C59、C61、C63～C66，减少电源干扰。

优选地，所述电容C57的一端连接输入信号，另一端分别连接电阻R67和R68的一端，电阻R67的另一端接地，电阻R68的另一端分别连接电容C56的一端和AD芯片U20的AINO管脚，电容C56的另一端接地，AD芯片U20的AINI管脚分别连接电阻R69和电容C62的一端，电容C62的另一端接地，电阻R69的另一端分别连接电容C60和电阻R70的一端，电阻R70的另一端接2.5V基准电压，电容C60的另一端接地，AD芯片U20的REFOUT管脚分别连接2.5V基准电压和电容C65的一端，REF+管脚连接电容C66的一端，REF-管脚接地，电容C65、C66的另一端均接地，AD芯片U20的IOVDD管脚分别连接电容C58、C59、C61的一端和3.3V电压，GND管脚和电容C58、C59、C61的另一端均接地，ADVV1管脚、AVDD2管脚和VSS管脚均接3.3V电源，REGPD管脚接电容C63的一端，电容C63的另一端接地，REGPA管脚接电容C64的一端，电容C64的另一端接地，AD芯片的SYNC、CS、DIN和DOUT管脚分别连接单片机U4的20～23管脚。

如图9所示，所述单片机U4的5、6管脚连接晶振电路，60、7管脚连接电阻R11、R13和电感C26组成的滤波电路,1、32、48、64、19和13管脚均接3.3V电压，所述晶振电路包括电阻R8，晶振Y1和电容C21、C25，电容C21的一端接地，另一端分别连接晶振Y1、电阻R8的一端和单片机U4的5管脚，电容C25的一端接地，另一端分别连接晶振Y1、电阻R8的另一端和单片机U4的6管脚，电阻R11的一端连接3.3V电压，另一端分别连接电阻R13的一端和单片机U4的60管脚，单片机U4的7管脚通过电容C26接地，电阻R13的另一端接地，31、47、63、18和12管脚均接地，28管脚通过电阻R3接地。其中电阻R3、R8、R11和R13的阻值分别为10KΩ、1MΩ、10KΩ和10Ω，电容C21、C25和C26分别为20PF、20PF和100nF,晶振Y1为8MHz。

所述通信电路包括信号指示电路、方向控制电路、保护电路和电容C15、C16组成的电源滤波电路，所述指示电路包括门电路IC1A、IC1C，电阻R4、R10和发光二极管D4、D6，方向控制电路包括门电路IC1B，所述保护电路包括TVS管D2、D3，自恢复保险丝RP1、RP2和电阻R5、R6；所述收发器U6的5管脚接地，6管脚分别连接电阻R5的一端和自恢复保险丝RP1的一端，自恢复保险丝RP1的另一端分别接TVS管D3的一端和输出信号A，电阻R6的另一端、TVS管D3的另一端均接地，7管脚分别连接电阻R6的一端和自恢复保险丝RP2的一端，自恢复保险丝RP2的另一端分别接TVS管D2的一端和输出信号B，电阻R6的另一端、TVS管D2的另一端均接地，收发器U6的4管脚分别连接门电路IC1A的1管脚、IC1B的3管脚和单片机42管脚。其中电阻R5、R6的阻值均为3.3KΩ，电阻R4、R10的阻值均为330Ω，电容C15、C16的值均为100nF,收发器U6为SP3485，门电路IC1A、IC1B和IC1C为7414。