一种高压交变信号采集系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及信号采集系统，尤其设及一种高压交变信号采集系统。
【背景技术】
[0002] 现有高压交变信号采集系统包括降压电路、整流电路、直流信号调理电路和AD采 集电路原理框图。降压电路：将高压信号变换成AD采集电路输入端所能承受的低压信号； 整流电路：将交变信号整理成直流信号；直流信号调理电路：将AC-DC变换后的直流信号做 滤波等调理;AD采集电路：将模拟量信号转化成数字量信号输出。前述现有技术存在W下 缺点：
[0003] 1、采集精度低，且整流电路中的器件受溫度影响较大；
[0004] 2、高压信号采集模块在采集端电压上电期间，会产生一个很高的高压浪涌。极难 抑制此高压浪涌，极易对AD采集电路造成不可恢复的损坏；
[0005] 3、利用现有技术的产品只能完成一种频率的高压信号采集，当需要同时采集多种 频率的电压信号时，就需要多个品种的采集电路才能实现，使得产品的应用有很大的局限 性；
[0006] 4、采用软件算法实现，速度有局限性，对于外界干扰不易滤除，适应性差。
【发明内容】
[0007] 本发明是为了解决上述不足，提供了一种高压交变信号采集系统。
[0008] 本发明的上述目的通过W下的技术方案来实现：一种高压交变信号采集系统，其 特征在于：由分压电路、高速信号采集电路、隔离电路、单片机的数据处理电路W及串行数 据总线组成；所述单片机的数据处理电路通过数据拟合算法和加权处理，将高速信号采集 电路采集的高压变频信号进行解算，并通过串行数据总线向外发送，从而实现高压（36V~ 1000V)交变频率（0化~440Hz)信号的实时采集和发送。
[0009] 所述分压电路是将高压交变信号变换为低压交变信号；为达到有效抑制高压浪涌 对后端电路的损坏，前端分压电路将高压信号降至80mV左右的低压信号，高压浪涌也随之 减小；并且此技术减少了使用元器件种类和数量。
[0010] 所述高速信号采集电路采用24位高速AD转换忍片，提高了采集精度，且AD转换 后的数字量信号通过串行端口输出；通过串行端口通信，大大降低了对后端电路损伤的可 能。
[0011] 所述隔离电路包括两部分，第一部分是高速信号采集电路将转换后的数字量信号 经过隔离输出至单片机；第二部分是单片机的数据处理电路将数据处理后经过隔离输出至 RS232/RS422端口，再由RS232/RS422端口上报给上位机；RS232/RS422端口采用ESD技术， 有效防止静电的损坏。
[0012] 所述单片机的数据处理电路作为整个高压交变信号采集系统的MCU，即控制着整 个系统的工作流程又处理所有由信号采集电路传送的数据，最后完成于上位机的数据交 换。
[0013] 所述电源输入采用了滤波、过流、过压相关技术，且对反向直流电源输入有保护装 置；采用此技术有效的提高了产品的可靠性、安全性。
[0014] 所述串行数据总线通过RS232或RS422两种端口与上位机进行数据交换，通信协 议分为3层：
[0015] 1、物理层：电气连接采用RS232/RS422标准协议；
[0016] 2、传输层协议：通信协议约定上位机发送数据帖的长度为6字节，高压交变信号 采集系统程序发送数据帖的长度为29字节，1个起始位，8个数据位，无校验位，1个停止位； 波特率为9600bps，通信方式为单工通信方式；数据帖的频率为4Hz;
[0017] 3、应用层协议：数据通信W帖为单位进行。
[0018] 表1数据通信帖格式
[0019]
[0020] 本发明与现有技术相比的优点是：
[002U 1、本发明采用的是24位的高速AD转换忍片，且在数据处理方面做到了实时更新 和对数据进行了加权处理。运样既解决了原有技术产品采集精度低、抗干扰能力弱的问题， 又解决了原有技术产品只能完成一种频率的高压信号采集的问题；
[0022] 2、现有技术中需使用半导体器件将交变信号转换成直流信号，半导体器件（特别 是整流器）对溫度比较敏感，特别是在低溫条件下采集误差达到±10%。本发明有效的避 开此技术缺陷，不进行整流直接采集交变信号。使系统工作溫度满足更高的要求；
[0023] 3、为了有效的抑制高压浪涌，本系统将高压信号降的非常低，同时高压浪涌也得 到降低。同时，选用的AD转换忍片可W承受交变信号的高压浪涌；
[0024] 4、纯硬件滤波、硬件算法，速度高，适应性强；
[00巧]5、本发明的使用直接通过串行通信端口与主机通信，不需采用总线折展架构，既 减少了AD采集扩展板驱动的编写、调试，又减小了设备的复杂程度，提高了设备的可靠性。 [00%] 本发明由于采取上述设计，实现了宽电压、大范围交变信号的实时采集和发送，简 化了产品硬件设计，提高了产品的可靠性，具有采集精度高、环境适应性强、抗干扰能力好、 结构合理、自动化程度高、性能稳定等优点。
【附图说明】
[0027]图1是本发明高压交变信号采集系统组成框图。 阳02引图2是本发明中分压电路的原理图。
[0029] 图3是本发明中高速数据采集电路的原理图。
[0030] 图4是本发明中单片机的数据处理电路原理图。
[0031] 图5是本发明中串行数据总线的电路原理图。
【具体实施方式】
[0032] 下面结合附图对本发明进一步详述。
[003引如图1所示，一种高压交变信号采集系统，由分压电路、高速信号采集电路、隔离 电路、单片机的数据处理电路W及串行数据总线组成；所述单片机的数据处理电路通过数 据拟合算法和加权处理，将高速信号采集电路采集的高压变频信号进行解算，并通过串行 数据总线向外发送，从而实现高压（36V~1000V)交变频率（0化~440Hz)信号的实时采 集和发送。
[0034] 如图2所示，将高压交变信号转变成低压交变信号，采用的是电阻分压。避免了传 统变压器降压后干扰严重的问题，同时使用电阻分压又节约了硬件成本。
[0035] 如图3所示，高速信号采集电路通过控制CS-管脚可W实现定时采集交变信号，并 可通过控制RS-/TX-管脚将转换后的数字量通过内部总线SPI传输出去。克服了现有技术 的整流、滤波等繁琐信号调理手段。本发明中运用了SPI隔离忍片，有效的防止了前段的非 正常操作对MCU的损坏。
[0036] 如图1、图4所示，高速信号采集电路通过SPI总线将采集的数据传输给基于 C8051F04系列的数据处理单元，在该数据处理单元内，由特定的数据拟合算法和加权处理 对所接收数据进行实时解算，并得出高压交变信号的实际值和有效值，然后通过串行数据 总线将最终计算结果发送出去。MCU与上位机数据交换的方式分为两种：一种是上位机向 MCU发送数据请求，MCU接到请求后发送处理完的采集数据。另一种是MCU上电自动发送处 理完的最新数据，无需上位机发送任何指令。
[0037] 如图5所示，本发明采用的是通过RS232或RS422串行通信方式与上位机进行数 据交换，方便与上位机连接，只需上位机有串行通信端口即可。另外还可W根据需要更换其 他通信方式巧S485)。
[0038] W上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发 明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技 术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【主权项】
1. 一种高压交变信号采集系统，其特征在于：由分压电路、高速信号采集电路、隔离电 路、单片机的数据处理电路以及串行数据总线组成；所述单片机的数据处理电路通过数据 拟合算法和加权处理，将高速信号采集电路采集的高压变频信号进行解算，并通过串行数 据总线向外发送，从而实现高压（36V~1000V)交变频率（OHz~440Hz)信号的实时采集 和发送。2. 根据权利要求1所述的一种高压交变信号采集系统，其特征在于：所述分压电路是 将高压交变信号变换为低压交变信号；为达到有效抑制高压浪涌对后端电路的损坏，前端 分压电路将高压信号降至SOmV左右的低压信号，高压浪涌也随之减小；并且减少了使用元 器件种类和数量。3. 根据权利要求1所述的一种高压交变信号采集系统，其特征在于：所述高速信号采 集电路采用24位高速AD转换芯片，提高了采集精度，且AD转换后的数字量信号通过串行 端口输出；通过串行端口通信，大大降低了对后端电路损伤的可能。4. 根据权利要求1所述的一种高压交变信号采集系统，其特征在于：所述隔离电路包 括两部分，第一部分是高速信号采集电路将转换后的数字量信号经过隔离输出至单片机； 第二部分是单片机的数据处理电路将数据处理后经过隔离输出至RS232/RS422端口，再由 RS232/RS422端口上报给上位机；RS232/RS422端口采用ESD技术，有效防止静电的损坏。5. 根据权利要求1所述的一种高压交变信号采集系统，其特征在于：所述单片机的数 据处理电路作为整个高压交变信号采集系统的MCU，即控制着整个系统的工作流程又处理 所有由信号采集电路传送的数据，最后完成于上位机的数据交换。6. 根据权利要求1所述的一种高压交变信号采集系统，其特征在于：所述电源输入采 用了滤波、过流、过压技术，且对反向直流电源输入有保护装置。7. 根据权利要求1所述的一种高压交变信号采集系统，其特征在于：所述串行数据总 线通过RS232或RS422两种端口与上位机进行数据交换，通信协议分为3层： (1) 物理层：电气连接采用RS232/RS422标准协议； (2) 传输层协议：通信协议约定上位机发送数据帧的长度为6字节，高压交变信号采集 系统程序发送数据帧的长度为29字节，1个起始位，8个数据位，无校验位，1个停止位；波 特率为9600bps，通信方式为单工通信方式；数据帧的频率为4Hz; (3) 应用层协议：数据通信以帧为单位进行。
【专利摘要】本发明公开了一种高压交变信号采集系统，由分压电路、高速信号采集电路、隔离电路、单片机的数据处理电路以及串行数据总线组成；所述单片机的数据处理电路通过数据拟合算法和加权处理，将高速信号采集电路采集的高压变频信号进行解算，并通过串行数据总线向外发送，从而实现高压交变频率信号的实时采集和发送。本发明与现有技术相比的优点是：本发明由于采取上述设计，实现了宽电压、大范围交变信号的实时采集和发送，简化了产品硬件设计，提高了产品的可靠性，具有采集精度高、环境适应性强、抗干扰能力好、结构合理、自动化程度高、性能稳定等优点。
【IPC分类】G05B19/042
【公开号】CN105182856
【申请号】CN201510615763
【发明人】朱震宇, 吴永忠, 金志坤, 明先军
【申请人】北京雷博曼科技有限公司
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年9月24日