一种检测范围自适应的模拟量检测电路及检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及模拟量检测技术领域，具体的说，是一种检测范围自适应的模拟量检 测电路及检测方法。
【背景技术】
[0002] 模拟量检测就是将模拟量转换为数字量（AD转换）后，供给数字信号处理单元进 行运算处理。模拟量检测的最小分辨量与模拟量检测范围和模数转换器（AD)位数有关，公 式为
％检测范围，η为AD的位数。在应用中最小分辨量越小，系统检 测的精度会越高。
[0003] 现有的模拟量检测方法一般是通过MCU+AD芯片的方式，只是现有技术的使用方 式是检测范围直接在初始化时设定了，不根据实际模拟量大小实时调节或者受限于A/D芯 片本身的特性不能进行调节。在使用此电路时必须在设定的检测范围内使用，且转换的精 度是确定的。这就会出现两种问题。问题一：当模拟量的变化范围超过设定的检测范围 时，我们只能获得一个A/D转换的最大或最小值；严重的情况可能导致电路损坏。问题二： 当模拟量的变化范围明显小于检测范围时，会使得检测精度不足。例如当设定的检测范围 为-IOV~+IOV电压范围的16bit A/D，在输入模拟量变化范围只有0~+5V电压时，其实 际的检测精度将只有14bit。
[0004] 现有技术中，对于既要满足0~5V模拟量检测，也要满足0~IOV模拟量检测的 场合，常用的兼容方案是设计AD范围为0~10V，这样根据最小分辨量公式，在应用于0~ 5V的场合时就会浪费一半的精度。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种检测范围自适应的模拟量检测电路及检测方法，通过 检测范围自适应的模拟量检测电路可实现检测范围自适应的模拟量检测，利用检测范围自 适应的模拟量检测方法，在AD的位数一定的情况下，通过算法自动识别当前模拟量，自适 应调节到使电路精度最高的检测范围，实现最优精度的模拟量检测。
[0006] 本发明通过下述技术方案实现：一种检测范围自适应的模拟量检测电路，包括依 次连接的前端处理电路、A/D转换芯片及MCU处理器；
[0007] 所述前端处理电路，接收输入模拟量，完成滤波操作，滤除不需要的杂波信号，并 将滤除杂波信号的模拟量信号输入到A/D转换芯片内；
[0008] 所述A/D转换芯片，接收来至前端处理电路的模拟量信号，并完成相应的AD转换， 同时受MCU处理器控制；
[0009] 所述MCU控制器，发送控制信号至A/D转换芯片内，根据实际模拟量实时调节改变 A/D转换芯片的检测范围。
[0010] 进一步的，为更好的实现本发明所述电路，所述A/D转换芯片为单通道A/D转换芯 片或多通道A/D转换芯片，所述多通道A/D转换芯片的通道数为N，且N为自然数。
[0011] 进一步的，为更好的实现本发明所述电路，所述MCU处理器为单片机或DSP器件或 FPGA器件或CPLD器件。
[0012] -种检测范围自适应的模拟量检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
[0013] 步骤A、设定A/D转换芯片的检测范围；
[0014] 步骤B、对输入到A/D转换芯片内的模拟量进行一次初检测；
[0015] 步骤C、通过MCU处理器判断所述步骤B的初检测值，确定一个适合该初检测值的 最小检测范围；
[0016] 步骤D，经步骤C后，再进行一次模拟量检测，输出转换结果；
[0017] 所述A/D转换芯片为单通道A/D转换芯片或多通道A/D转换芯片，所述多通道A/ D转换芯片的通道数为N，且N为自然数；
[0018] 所述MCU处理器为单片机或DSP器件或FPGA器件或CPLD器件。
[0019] 进一步的，为更好的实现本发明所述方法，所述步骤A中，针对单通道A/D转换芯 片，将检测范围设定为最大；针对多通道A/D转换芯片，将N个通道设置为不同的检测范围， 且将其中一个通道设置为最大检测范围。
[0020] 进一步的，为更好的实现本发明所述方法，在所述将其中一个通道设置为最大检 测范围的基础上进一步将设置为最大检测范围的通道的检测范围划分为N个小区间检测 范围。
[0021] 进一步的，为更好的实现本发明所述方法，在所述步骤B中，对单通道A/D转换芯 片内的模拟量进行一次初检测时，不输出该次的转换结果；对多通道A/D转换芯片内的模 拟量进行一次初检测包括仅对设置为最大检测范围的通道的模拟量进行一次初检测和对 所有通道的模拟量进行一次初检测。
[0022] 进一步的，为更好的实现本发明所述方法，所述步骤C包括以下具体方法：
[0023] 步骤C. 1、针对单通道A/D转换芯片，通过MCU处理器判断所述步骤B的初检测值， 确定一个适合该初检测值的最小检测范围并再次对单通道A/D转换芯片进行初始化设置；
[0024] 步骤C. 2、针对多通道A/D转换芯片，包括：
[0025] 步骤C. 2. 1、当仅对设置为最大检测范围的通道的模拟量进行一次初检测时，通过 MCU处理器判断设置为最大检测范围的通道初检测值，确定一个适合设置为最大检测范围 的通道初检测值的最小检测范围及最小检测范围所对应的所述设置为最大检测范围的通 道；
[0026] 步骤C. 2. 2、当对所有通道的模拟量进行一次初检测时，通过MCU处理器判断N个 通道初检测值后，确定一个适合N个通道初检测值的最小检测范围及最小检测范围所对应 的通道N。
[0027] 进一步的，为更好的实现本发明所述方法，所述步骤D中，针对多通道A/D转换芯 片，包括对设置为最大检测范围的通道再进行一次模拟量检测或/和对通道N再进行一次 模拟量检测。
[0028] 本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
[0029] (1)本发明通过检测范围自适应的模拟量检测电路可实现检测范围自适应的模拟 量检测，利用检测范围自适应的模拟量检测方法，在AD的位数一定的情况下，通过算法自 动识别当前模拟量，自适应调节到使电路精度最高的检测范围，实现最优精度的模拟量检 测。
[0030] (2)本发明不会增加额外的硬件成本，与普通的技术方案硬件组成完全相同。
[0031] (3)本发明根据模拟量大小实时调节检测范围到精度最高的情况，在硬件保持不 变的情况下，使检测结果的精度更高。
[0032] (4)本发明的使用，在之前要求精度的硬件方案上，可以选用成本低一个等级的 AD芯片达到相同的精度，有效节省硬件成本。
【附图说明】
[0033] 图1本发明的电路结构框图。
[0034] 图2为本发明使用单通道A/D转换芯片进行模拟量检测的MCU控制器控制流程 图。
[0035] 图3为本发明使用多通道A/D转换芯片进行模拟量检测时仅对单一通道的模拟量 进行一次初检测的MCU控制器控制流程图。
[0036] 图4为本发明使用多通道A/D转换芯片进行模拟量检测时对所有通道的模拟量进 行一次初检测的MCU控制器控制流程图。
【具体实施方式】
[0037] 本申请人自认为技术领域内技术员结合现有公知技术，并根据本申请文件所公开 的内容即可实现本发明。
[0038] 下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
[0039] 最大检测范围，即A/D转换芯片所能检测的最大数值区间值。
[0040] 实施例1 :
[0041] 一种检测范围自适应的模拟量检测电路，如图1所示，包括依次连接的前端处理 电路、A/D转换芯片及MCU处理器；
[0042] 所述前端处理电路，接收输入模拟量，完成滤波操作，滤除不需要的杂波信号，并 将滤除杂波信号的模拟量信号输入到A/D转换芯片内；
[0043] 所述A/D转换芯片，接收来至前端处理电路的模拟量信号，并完成相应的AD转换， 同时受MCU处理器控制；
[0044] 所述MCU控制器，发送控制信号至A/D转换芯片内，根据实际模拟量实时调节改变 A/D转换芯片的检测范围。
[0045] 实施例2 :
[0046] 本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，进一步的，为更好的实现本发明 所述电路，所述A/D转换芯片为单通道A/D转换芯片或多通道A/D转换芯片，所述多通道A/ D转换芯片的通道数为N，且N为自然数。
[0047] 实施例3 :
[0048] 本实施例是在上述任一实施例的基础上进一步优化，进一步的，为更好的实现本 发明所述电路，所述MCU处理器为单片机或DSP器件或FPGA器件或CPLD器件。
[0049] 实施例4 :
[0050] -种检测范围自适应的模拟量检测方法，其特征在于：包括以下步骤：
[0051] 步骤A、设定A/D转换芯片的检测范围；
[0052] 步骤B、对输入到A/D转换芯片内的模拟量进行一次初检测；
[0053] 步骤C、通过MCU处理器判断所述步骤B的初检测值，确定一个适合该初检测值的 最小检测范围；
[0054] 步骤D，经步骤C后，再进行一次模拟量检测，输出转换结果；
[0055] 所述A/D转换芯片为单通道A/D转换芯片或多通道A/D转换芯片，所述多通道A/ D转换芯片的通道数为N，且N为自然数。
[0056] 实施例5 :
[0057] 本实施例是在上述实施例的基础上进一步优化，进一步的，为更好的实现本发明 所述方法，所述步骤A中，针对单通道A/D转换芯片，将检测范围设定为最大，即将检测范 围设置为-IOV~+IOV或对应的电流范围；针对多通道A/D转换芯片，将N个通道设置为 不同的检测范围，即将N个通道的检测范围分别设置为-IOV~+10V，-5V~+5V，-2. 5V~ +2. 5V，0~10V，0~5V等或对应的电流范围，在此不便穷举；且将其中一个通道设置为最 大检测范围，即将其中一个通道的最大检测范围设置为-IOV~+IOV或对应的电流范围。
[0058] 实施例6 :
[0059] 本实施例是在上述实施例的基础上进一