一种可配置信号输入类型的模拟信号采集模块的制作方法

文档序号:26781062发布日期:2021-09-25 11:50阅读:96来源:国知局
一种可配置信号输入类型的模拟信号采集模块的制作方法

1.本实用新型涉及模拟信号采集技术领域,尤其涉及一种可配置信号输入类型的模拟信号采集模块。


背景技术:

2.目前市面上的模拟信号采集模块,绝大多数只能支持一种类型的输入信号,即,要么是0

5v电压信号、要么是0

10v电压信号、要么是4

20ma电流信号,支持的输入类型是由硬件决定的,选择好硬件后输入类型就不可再更改。当然也有的模拟量采集模块能支持多种输入信号类型,但是是用拨码开关的方式实现的,使用前需要进行手动切换,这就造成模拟信号采集模块的种类繁多,通用性较差,使用拨码开关也会增加硬件复杂性。实际使用时,当模拟信号采集模块设置的位置较为分散或者距离上位机较远时,采用硬件手动设置模拟模拟信号采集模块的信号输入类型就比较费事,不够灵活。


技术实现要素:

3.针对上述现有技术中的问题,本实用新型的目的在于提供可配置信号输入类型的模拟信号采集模块,模拟信号的输入类型能够通过软件配置,在同一个输入端实现对不同类型的模拟信号的采集。
4.本实用新型是通过如下技术方案实现的:一种可配置信号输入类型的模拟信号采集模块,包括cpu以及与cpu连接的模拟信号采集单元;
5.所述模拟信号采集单元包括模拟信号输入端in、电压采集单元以及电流采集单元,所述电压采集单元的输入端和所述电流采集单元的输入端均与所述模拟信号输入端in连接,所述电压采集单元的输出端和所述电流采集单元的输出端分别与所述cpu的不同的adc引脚连接;
6.所述模拟信号输入端in允许输入电压或电流模拟信号;所述电压采集单元将电压信号隔离并调整成能够被所述cpu所采集的电压信号范围,比如0~5v或0~10v电压信号;所述电流采集单元将所述电流信号转化为电压信号比如将4~20ma的电流信号转换为1

5v电压信号;
7.所述电流采集单元与所述cpu形成控制回路,控制所述模拟信号输入端in能够采集的信号输入类型。根据模拟信号输入类型,所述cpu通过控制回路能够选择是否连通所述电流采集单元,并选择相应的adc引脚采集模拟信号。
8.进一步,所述电流采集单元包括可控开关组件,所述可控开关组件的负载端的输入端作为所述电流采集单元的输入端,所述可控开关组件的负载端的输出端作为所述电流采集单元的输出端;所述可控开关组件的负载端的输出端还连接有采样电阻r,所述采样电阻r的另一端接地;所述可控开关组件的控制端与所述cpu的i/o引脚连接。所述cpu通过控制i/o引脚的高低电平能够控制所述可控开关组件的负载端的开关状态;当所述可控开关组件的负载端闭合时,所述cpu能够通过所述电流采集单元采集电流信号;当所述可控开关
组件的负载端断开时,所述cpu能够通过所述电压采集单元采集电压信号。
9.进一步,所述电压采集单元包括电压跟随器,所述电压跟随器的输入端作为所述电压采集单元的输入端,所述电压跟随器的输出端连接有电阻分压电路,所述电阻分压电路的输出端作为所述电压采集单元的输出端。模拟电压信号经过电压跟随器隔离后,再经过分压输入至所述cpu相应的adc采集通道。采样电阻和分压电阻的取值,应保证输入的的电压满足所述cpu可采集的电压范围之内。
10.进一步,所述电压跟随器包括运算放大器,所述运算放大器的输入正极为所述电压跟随器的输入端,所述运算放大器的输入负极与所述运算放大器的输出极连接,所述运算放大器的输出极作为所述电压跟随器的输出端。
11.进一步,所述电阻分压电路设置为两路,两路所述电阻分压电路将所述电压跟随器的输出端的电压分别转换为0~5v电压范围以及0~10v电压范围,两路所述电阻分压电路的输出端分别连接至所述cpu的不同的adc引脚。
12.进一步,还包括通信单元,所述cpu通过所述通信单元与上位机形成数据通路。所述通信单元能够与上位机进行通信,使得所述cpu能够接收所述上位机的指令及上传数据至上位机;根据要采集的模拟信号类型,上位机能够向所述cpu传输要采集的模拟信号类型,所述cpu根据从所述上位机获取的信息,来控制所述可控开关组件的通断状态来匹配所述模拟信号输入端in的输入信号为电压信号或电流信号,并选择将相应的所述cpu的adc引脚采集到的模拟信号通过所述通信单元传输至上位机。
13.进一步,所述通信单元设为ttl转rs485通信模块,通过ttl电平方式与所述cpu通信,通过rs485串口方式与上位机进行通信。通过rs485总线,能够满足多台本装置与上位机通信,进而实现多通道信号采集的效果。
14.进一步,所述模拟信号采集单元设有若干组,分别连接至所述cpu的不同的adc引脚。 在所述adc引脚允许的情况下,扩展所述模拟信号采集单元的设置数量,能够提高本装置的使用效率,所述cpu能够采集到的信号数量与所述模拟信号采集单元的数量。
15.进一步,所述可控开关组件设为光耦开关或继电器。
16.进一步,与所述电压采集单元的输出端以及所述电流采集单元的输出端连接的所述cpu的引脚均连接有滤波电容c,所述滤波电容c的另一端接地。
17.进一步,为了保护所述cpu,防止电压信号过大而击穿所述cpu,所述cpu的adc引脚与地之间还设有与输入通道的采集电压相匹配的tvs瞬态抑制二极管。
18.进一步,所述cpu设为集成有adc采集通道的单片机。
19.本实用新型的有益效果为:能够配置本模块的信号输入类型,在同一个模拟信号输入端实现对不同类型的模拟信号采集,提高了模拟信号采集模块的通用性;本装置通过配置rs485通讯总线,还能够实现远程配置,且电路结构简单,高效可靠。
附图说明
20.图1为本实用新型整体电路框图。
21.图2为本实用新型整体电路图。
22.图3为电压采集单元电路图。
23.图4为电流采集单元电路图。
具体实施方式
24.为能清楚说明本方案的技术特点,下面通过具体实施方式,对本方案进行阐述。
25.参见图1

图4,本实用新型是通过如下技术方案实现的:一种可配置信号输入类型的模拟信号采集模块,包括cpu以及与cpu连接的模拟信号采集单元;
26.模拟信号采集单元包括模拟信号输入端in、电压采集单元以及电流采集单元,电压采集单元的输入端和电流采集单元的输入端均与模拟信号输入端in连接,电压采集单元的输出端和电流采集单元的输出端分别与cpu的不同的adc引脚连接;
27.模拟信号输入端in允许输入电压或电流模拟信号;电压采集单元将电压信号隔离并调整成能够被cpu所采集的电压信号范围,比如0~5v或0~10v电压信号;电流采集单元将电流信号转化为电压信号比如将4~20ma的电流信号转换为1

5v电压信号;
28.电流采集单元与cpu形成控制回路,控制模拟信号输入端in能够采集的信号输入类型。根据模拟信号输入类型,cpu通过控制回路能够选择是否连通电流采集单元,并选择相应的adc引脚采集模拟信号。
29.参见图3,电流采集单元包括可控开关组件,可控开关组件的负载端的输入端作为电流采集单元的输入端,可控开关组件的负载端的输出端作为电流采集单元的输出端;可控开关组件的负载端的输出端还连接有采样电阻r,采样电阻r的另一端接地;可控开关组件的控制端与cpu的i/o引脚连接。cpu通过控制i/o引脚的高低电平能够控制可控开关组件的负载端的开关状态;当可控开关组件的负载端闭合时,cpu能够通过电流采集单元采集电流信号;当可控开关组件的负载端断开时,cpu能够通过电压采集单元采集电压信号。
30.参见图4,电压采集单元包括电压跟随器,电压跟随器的输入端作为电压采集单元的输入端,电压跟随器的输出端连接有电阻分压电路,电阻分压电路的输出端作为电压采集单元的输出端。模拟电压信号经过电压跟随器隔离后,再经过分压输入至cpu相应的adc采集通道。采样电阻和分压电阻的取值,应保证输入的的电压满足cpu可采集的电压范围之内。
31.电压跟随器包括运算放大器,运算放大器的输入正极为电压跟随器的输入端,运算放大器的输入负极与运算放大器的输出极连接,运算放大器的输出极作为电压跟随器的输出端。
32.电阻分压电路设置为两路,两路电阻分压电路将电压跟随器的输出端的电压分别转换为0~5v电压范围以及0~10v电压范围,两路电阻分压电路的输出端分别连接至cpu的不同的adc引脚。
33.还包括通信单元,cpu通过通信单元与上位机形成数据通路。通信单元能够与上位机进行通信,使得cpu能够接收上位机的指令及上传数据至上位机;根据要采集的模拟信号类型,上位机能够向cpu传输要采集的模拟信号类型,cpu根据从上位机获取的信息,来控制可控开关组件的通断状态来匹配模拟信号输入端in的输入信号为电压信号或电流信号,并选择将相应的cpu的adc引脚采集到的模拟信号通过通信单元传输至上位机。
34.通信单元设为ttl转rs485通信模块,通过ttl电平方式与cpu通信,通过rs485串口方式与上位机进行通信。通过rs485总线,能够满足多台本模块与上位机通信,进而实现多通道信号采集的效果,通过上位机还能够对所有挂载在rs485总线上的本模块配置信号输入类型。
35.模拟信号采集单元设有若干组,分别连接至cpu的不同的adc引脚。 在adc引脚允许的情况下,扩展模拟信号采集单元的设置数量,能够提高本装置的使用效率,cpu能够采集到的信号数量与模拟信号采集单元的数量。
36.可控开关组件设为光耦开关,可控开关组件的控制端的一端连接电源,另一端串联限流电阻后与cpu的i/o引脚连接。
37.可控开关组件还可以采用微型继电器。
38.与电压采集单元的输出端以及电流采集单元的输出端连接的cpu的引脚均连接有滤波电容c,滤波电容c的另一端接地。
39.cpu上与电流采集单元的输出端及电压采集单元的输出端连接的adc引脚与地之间均设有tvs瞬态抑制二极管,tvs瞬态抑制二极管的规格应与相应的采集通道的电压范围最高值相匹配,防止采集到的电压信号过大,导致输入至adc引脚的电压过大而损坏cpu。
40.cpu设为集成有adc采集通道的单片机,根据所需采集的模拟信号的数量及精度等要求选择相应的cpu型号。
41.本实用新型使用时,当需要采集的信号为模拟电压信号时,控制可控开关组件的负载端关断,模拟电压信号会经过电压跟随器隔离,并经过分压电阻进行分压,转换为0~5v或0~10v的电压信号并输入至cpu的adc采集通道;当需要采集的信号为模拟电流信号时,比如4~20ma电流信号,则控制可控开关组件的负载端闭合,则电流信号会流经采样电阻r,并在采样电阻r上形成电压,例如取采样电阻r的电阻值为250欧姆时,4~20ma电流信号会转换为1~5v的电压信号并输入至cpu的adc采集通道;cpu会根据输入信号类型将相应的adc通道采集到的信号数据通过通信单元传输至上位机;另外考虑一个现场情况,当现场有多个模拟信号需要采集,则可以在每个模拟信号位置均设置一个本模块,并通过rs485总线的方式进行组网,上位机上可以通过软件向各个模块下发配置信号输入类型的指令,即使配置错误,也能够随时更改,安全高效。
42.在本实用新型创造的描述中,术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型创造的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
43.在本实用新型创造的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型创造中的具体含义。
44.本实用新型未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现,在此不再赘述,当然,上述说明并非是对本实用新型的限制,本实用新型也并不仅限于上述举例,本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换,也应属于本实用新型的保护范围。
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