专利名称：基于a/d转换的多路脉冲数据采集器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种多路数据采集装置，广泛用于脉冲式电表、水表、气表及热表的数据采集领域。
技术背景目前，大多数脉冲数据采集器都是通过直接对输入脉冲信号计数的方法实现数据采集，将计数脉冲量经过数据处理成为实际量。然而该方法存在抗干扰性较差的弊端，即使信号输入端有硬件滤波电路，也难以达到令人满意的效果。
发明内容
为了解决一般脉冲数据采集器抗干扰性差的缺陷，本实用新型提供一种基于A/D转换的脉冲数据采集器，不仅能有效避免干扰，而且还可对信号输入端的开路及短路故障进行检测，实现故障状态输出。
本实用新型技术方案包括采集电路和交直流供电电源电路，一、采集电路包括1.输入限幅电路，用于防止外部输入过高电压或负电压；2.多路切换开关，用于对多路输入信号的轮流采样；3.A/D转换器，用于从多路输入信号中采出正常脉冲信号、开路状态信号和短路状态信号；上述电路顺序连接后再接入主机微处理器；4.主机微处理器用于各通道数据的处理、存储、通道的切换及故障状态输出；因此主机微处理器上还连接以下电路5.外扩展RAM存储器，用于补充微处理器的内存量；6.外扩展EEPROM存储器，用于存储需长期保存的数据；7.晶振，用于提供时序脉冲；8.故障输出电路，用于故障状态的触发报警。
二、交直流供电电源电路包括1.直流电池，用于交流停电期间后备电池供电；2.充电控制电路，用于直流电池的充电及停充状态的控制；3.电压检测电路，用于检测直流电池电压和交流供电情况，向电源微处理器提供信号；上述电路连接到电源微处理器；
4.电源微处理器根据电压检测电路提供的信号，控制直流电池的充电过程和交、直流供电状态的切换；5.电源微处理器连接到电子切换开关，电子切换开关上有交流、变压、整流、滤波、稳压后的直流输入口VCC1、直流电池直流的后备输入口VCC2和电源微处理器控制后的直流输出口VCC，经输出口向采集电路系统供电。
三、为防止干扰信号进入采集器，采用软件滤波的方式，因此主机微处理器执行以下步骤1.单片机初始化；2.各通道采样一次，直到每个通道采完N次(N根据需要设立的采样次数)；3.上述N次采样中有下降沿，对应通道内存数据加1，再继续进行步骤2；4.上述N次采样中若没有下降沿，判断是否开路；5.若是开路则故障输出，输出后再继续进行步骤2；6.若不是开路则判断是否短路；7.是短路则故障输出，输出后再继续进行步骤2；8.不是短路则继续进行步骤2；经上述软件滤波、采集的各通道数据为真实数据。
四、为保证交流电停电期间的电源切换，电源微处理器执行以下步骤1.微处理器上电，初始化，置交流供电状态，置电池等待充电状态(清F0标志)，并为定时器初始化(用于控制直流供电时间)；2.如交流掉电，切断交流，开直流，关闭VCC1口，同时启动定时器，由VCC2口向VCC供电；3.当交流恢复时，切断直流，开交流，关闭VCC2口，由VCC1向VCC供电，同时关闭定时器；4.判断电池电压是否低于下限；5.当电池端电压低于下限电压时，清掉F0标志，打开充电回路向电池充电；6.当电池电压达到上限值时，关闭充电回路，禁止电池等待充电状态(置F0标志)。
本装置的有益效果是1.用A/D转换器将脉冲信号的有效电平状态作为模拟电压信号采集，实现了有效地将正常脉冲信号与开路、短路等故障信号分开，使采集的数据为正常数据；2.在信号输入端增加限幅电路，防止外加电压过高过低对系统内部电路的破坏；3.采用由主机微处理器软件滤波的方法，使采集纪录的电平数据为有效数据；
4.采用电源微处理器来控制直流电池的充-停电状态和交直流切换，保证了电源的正常供电，实现采集数据的完整与准确。
以下结合附图对本方案作进一步说明。
图1是脉冲采集器系统原理图；图2是脉冲采集器电源框图；图3是脉冲采集器电源一个实施例电路图；图4是脉冲采集器软件流程图；图5是电源系统软件流程图。
图例中1-输入限幅电路，2-多路切换开关，3-A/D转换器，4-主机微处理器，5-数据存储器RAM，6-看门狗EEPROM，7-晶振，8-故障输出报警电路，9-直流电池，10-充电控制电路，11-电压检测电路，12-电源微处理器，13-电子切换开关。
工作原理和具体实施方式
在图1中，脉冲采集器系统是由输入限幅电路1的各路输出端(根据需要确定通道的路数)连接到多路切换开关2，限幅电路每路由一对正反二极管组成，多路切换开关2采用CD4051(8选1)模拟开关或CD4067(16选1)模拟开关，模拟开关输出端连接到A/D转换器3，A/D转换器3采用AD40809或AD574芯片，A/D转换器3对各路输入信号进行采样，采出的正常脉冲信号、开路信号和短路信号输送到主机微处理器4，主机微处理器4采用AT89C52芯片，根据输入程序设定的执行步骤对数据进行处理，将每个通道的正常脉冲储存到储存器。主机微处理器4上外扩展有RAM存储器5作为内存量的补充，还有看门狗X5045电路6，内置有EEPROM存储器，用于存储需长期保存的数据和系统的复位；主机微处理4上还连接有晶振和故障输出报警电路8，将采集的开路或短路信号用声或光显示。
在图2中，脉冲采集器的电源电路是电源微处理器12连接充电控制电路10、直流电池9和电池电压检测电路11，电源微处理器12根据电池电压检测电路11检测到电池电压高低，通过充电控制电路10向直流电池9充电或停充，保证直流电池9有足够的储存电量，还根据检测电路检测到的交流停、供电信号，切换交直流供电电源；微处理器12上连接有电子切换开关13，交流电经变压、整流、稳压后的直流电压经VCC1接口输入，直流电池直流电压直接经VCC2接口输入，由电源微处理器12控制的直流电压由VCC接口输出后连接到采集器主系统。
在图3所示的实施例电路图中，比较器M1、M2和M3为主构成检测电路11，三极管G1、G2二极管D1为主构成充电控制电路10，三极管G3和G4为主构成电子开关13。微处理器12由AT89C1051单片机构成。微处理器12的P3.5口接到电阻R14、R17、R18、R19和三极管G1、G2二极管D1构成的充电控制电路上，控制电池BAT的充电状态。微处理器的P3.0口接到R1-R4和比较器M1(由LM324逻辑电路构成)构成的交流检测电路上，检测交流供电情况；微处理器的P3.1口接到R5-R8和比较器M2构成的电池低压检测电路上，P3.2口接到R9-R12和比较器M3构成的高压检测电路上，分别检检测电池的低压和高压；微处理器的P1.4口接到R15和三极管G3构成的交流供电开关；P3.3口接到R16和三极管G4构成的直流供电开关；G3的射极为交流变压整流后的+5V直流输入口VCC1；G4的射极为电池的+5V直流输入口VCC2；G3与G4的集电极连接后为采集器主系统供电的+5V输出口VCC。
图3所示的电源实施例的工作原理是当交流掉电后，由其提供的+9V丢失，比较器M1输出为低电平，AT89C1051检测到该低电平后，控制P3.3口输出低电平，由VCC2向VCC供电，P1.4口输出高电平，关闭VCC1供电，同时启动定时器T0，当定时时间到后将AT89C1051转入掉电工作方式；当交流回复时，比较器M1输出高电平，AT89C1051检测到该高电平后，P3.3输出高电平，关闭VCC2供电，P1.4口输出低电平，由VCC1向VCC供电，同时关闭定时器T0，清掉定时单元内容。
AT89C1051的P3.2口用来检测电池的端电压，当端电压低于下限电压时，比较器M2输出低电平，AT89C1051检测到该低电平，控制P3.5口输出高电平打开充电回路向电池充电，当P3.2口检测到电池端电压到达上限值时，控制P3.5口输出低电平关闭充电回路。
AT89C1051的P3.1口用来检测电池充满后的电压是否下降到下限值，充满以后AT89C1051不再继续检测P3.2口，否则会引起震荡，只有电池电压低于下限值时，接到P3.1口的比较器M2输出低电平，再重新开始检测P3.2口，保证电池的继续充电。
权利要求1.一种基于A/D转换的多路脉冲数据采集器，它包括采集电路和交直流供电电源电路，其特征是(1)采集电路包括①输入限幅电路，用于防止外部输入过高电压或负电压；②多路切换开关，用于对多路输入信号的轮流采样；③A/D转换器，用于从多路输入信号中采出正常脉冲信号、开路状态信号和短路状态信号；上述电路顺序连接后再接入主机微处理器；④主机微处理器用于各通道数据的处理、存储、通道的切换及故障状态输出，因此主机微处理器上还连接以下电路⑤外扩展RAM存储器，用于补充微处理器的内存量；⑥外扩展EEPROM存储器，用于存储需长期保存的数据；⑦晶振，用于提供时序脉冲；⑧故障输出电路，用于故障状态的触发报警；(2)交直流供电电源电路包括①直流电池，用于交流停电期间后备电池供电；②充电控制电路，用于直流电池的充电及停充状态的控制；③电压检测电路，用于检测直流电池电压和交流供电情况，向电源微处理器提供信号；上述电路连接到电源微处理器；④电源微处理器根据电压检测电路提供的信号，控制直流电池的充电过程和交、直流供电状态的切换；⑤电源微处理器连接到电子切换开关，电子切换开关上有交流电压经变压、整流、滤波、稳压后的直流输入口VCC1、直流电池的后备输入口VCC2和电源微处理器控制后的直流输出口VCC，经输出口向采集电路系统供电；(3)为防止干扰信号进入采集器，采用软件滤波的方式，因此主机微处理器执行以下步骤①单片机初始化；②各通道采样一次，直到每个通道采完N次；③上述N次采样中有下降沿，对应通道内存数据加1，再继续进行步骤②；④上述N次采样中若没有下降沿，判断是否开路；⑤若是开路则故障输出，输出后再继续进行步骤②；⑥若不是开路则判断是否短路；⑦是短路则故障输出，输出后再继续进行步骤②；⑧不是短路则继续进行步骤②；经上述软件滤波、采集的各通道数据为真实数据；(4)为保证交流电停电期间的电源切换，电源微处理器执行以下步骤①微处理器上电，初始化，置交流供电状态，置电池等待充电状态即清F0标志，并为定时器初始化；②如交流掉电，切断交流，开直流，关闭VCC1口，同时启动定时器，由VCC2口向VCC供电；③当交流恢复时，切断直流，开交流，关闭VCC2口，由VCC1向VCC供电，同时关闭定时器；④判断电池电压是否低于下限；⑤当电池端电压低于下限电压时，清掉F0标志，打开充电回路向电池充电；⑥当电池电压达到上限值时，关闭充电回路，禁止电池等待充电状态即置F0标志。
专利摘要一种基于A/D转换的多路脉冲数据采集器，适用于脉冲式电表、水表、气表及热表的数据采集，其特征是它包括输入限幅电路、多路切换开关、A/D转换器和主机微处理器，经A/D转换将采集的模拟信号转换为脉冲信号，并经微处理器软件滤波输出，另外采集器电源用电池和交流电两种方式供电，由电源微处理器控制电源的切换和电池的充电。由于供电电压精度高、滤波效果好、抗干扰性能好，采集的数据准确。
文档编号G06F17/40GK2689351SQ200420048068
公开日2005年3月30日 申请日期2004年4月9日 优先权日2004年4月9日
发明者吴清收, 任志舶, 马庆云, 郭晓东, 初振云 申请人:山东科技大学, 山东科技大学科技开发公司