一种信号处理装置、系统及方法与流程

本发明涉及计算机技术领域，特别涉及一种信号处理装置、系统及方法。

背景技术：

随着数字电子技术的快速发展，该技术在多种领域被广泛应用。与模拟电子技术相比，数字信号的可靠性高，且易于使用计算机进行分析、处理和存储。

目前，可以利用A/D(analog to digital，模/数)转换器，将采集到的模拟信号直接转换为相应的数字信号并输出。

但是，采集到的模拟信号通常范围宽泛，比如易采集到边缘模拟信号，故现有的实现方式使得模拟信号的处理准确率较低。

技术实现要素：

本发明提供了一种信号处理装置、系统及方法，能够提高模拟信号的处理准确率。

为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种信号处理装置，包括：

至少一个模拟通道、模数转换单元，

每一个所述模拟通道，均用于在接收到外部输入的第一模拟信号时，通过对所述第一模拟信号进行调理，以生成相应的第二模拟信号；将所述第二模拟信号发送给所述模数转换单元；

所述模数转换单元，用于将任一所述模拟通道发来的第二模拟信号转换为相应的数字信号。

进一步地，所述第一模拟信号为被测电路的电压信号；

每一个所述模拟通道，均包括：接口保护器、衰减器、放大器和滤波器；

所述接口保护器，用于在接收到外部输入的被测电路的电压信号时，判断所述电压信号是否位于预设电压范围内，若是，判断所述电压信号与预设第一阈值和预设第二阈值的大小关系，在判断出所述电压信号小于所述第一阈值时，将所述电压信号发送给所述放大器，在判断出所述电压信号大于所述第二阈值时，将所述电压信号发送给所述衰减器，在判断出所述电压信号不小于所述第一阈值且不大于所述第二阈值时，将所述电压信号发送给所述滤波器；

所述放大器，用于对所述接口保护器发来的电压信号进行数值放大处理，并将放大后的电压信号发送给所述滤波器；

所述衰减器，用于对所述接口保护器发来的电压信号进行数值衰减处理，并将衰减后的电压信号发送给所述滤波器；

所述滤波器，用于将接收到的电压信号进行高频杂波信号滤除处理，并将滤波后的电压信号发送给所述模数转换单元。

进一步地，所述模数转换单元，包括：多路复用器和模数转换器，其中，所述多路复用器包括有8个输入通道、输出通道和3个地址码；

基于外部FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)的设置信息，所述3个地址码对应有8个控制信号，且所述8个控制信号与所述8个输入通道一一对应；

每一个所述模拟通道均对应有一个所述输入通道；

每一个所述模拟通道，均具体用于将生成的第二模拟信号发送给自身对应的输入通道；

所述输出通道，用于根据预先确定的每一个所述输入通道对应的唯一时间间隔，依次采集每一个所述输入通道中的第二模拟信号，并将其发送给所述模数转换器；

所述模数转换器，用于将所述输出通道发来的第二模拟信号转换为相应的数字信号。

进一步地，该信号处理装置还包括：自校准单元；

所述自校准单元，用于预先确定校准模拟信号及所述校准模拟信号对应的校准数字信号；针对所述至少一个模拟通道中的每一个目标模拟通道，均执行：将所述校准模拟信号输出至所述目标模拟通道；获取所述模数转换单元输出的所述校准模拟信号对应的当前数字信号；确定所述校准数字信号与所述当前数字信号的差值为所述目标模拟通道的补偿值；

所述模数转换单元，在将所述目标模拟通道发来的第二模拟信号转换为相应的数字信号之后，还用于根据所述目标模拟通道的补偿值，对该数字信号执行补偿处理。

进一步地，该信号处理装置还包括：物理地址配置单元；

对于所述物理地址配置单元包括的8位拨码开关，每一位所述拨码开关的断开引脚加固定电压值的上拉电阻，且闭合引脚接地；

所述物理地址配置单元，用于基于外部FPGA的设置信息，控制每一位所述拨码开关的开关状态；根据每一位所述拨码开关的开关状态，配置所述信号处理装置的MAC(Media Access Control/Medium Access Control，媒体访问控制)地址。

第二方面，本发明提供了一种信号处理系统，包括：上述任一所述的信号处理装置、处理器；

不同信号处理装置的MAC地址不同；

所述处理器通过CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)总线与每一个所述信号处理装置相连。

第三方面，本发明提供了一种信号处理方法，包括：

针对至少一个模拟通道中的每一个目标模拟通道均执行：所述目标模拟通道接收到外部输入的第一模拟信号时，通过对所述第一模拟信号进行调理，以生成相应的第二模拟信号；

将所述第二模拟信号转换为相应的数字信号。

进一步地，所述第一模拟信号为被测电路的电压信号；

所述通过对所述第一模拟信号进行调理，以生成相应的第二模拟信号，包括：判断所述电压信号是否位于预设电压范围内，若是，判断所述电压信号与预设第一阈值和预设第二阈值的大小关系，在判断出所述电压信号小于所述第一阈值时，对所述电压信号进行数值放大处理以得到放大后的电压信号，以及对该放大后的电压信号进行高频杂波信号滤除处理以得到滤波后的电压信号，在判断出所述电压信号大于所述第二阈值时，对所述电压信号进行数值衰减处理以得到衰减后的电压信号，以及对该衰减后的电压信号进行高频杂波信号滤除处理以得到滤波后的电压信号，在判断出所述电压信号不小于所述第一阈值且不大于所述第二阈值时，对所述电压信号进行高频杂波信号滤除处理以得到滤波后的电压信号。

进一步地，对于预先确定的8个输入通道，每一个所述模拟通道均对应有其中的一个输入通道；

所述将所述第二模拟信号转换为相应的数字信号，包括：将所述第二模拟信号发送给所述目标模拟通道对应的输入通道；利用统一的输出通道，根据预先确定的每一个所述输入通道对应的唯一时间间隔，依次采集每一个所述输入通道中的第二模拟信号；将所述输出通道发来的第二模拟信号转换为相应的数字信号。

进一步地，在所述将所述第二模拟信号转换为相应的数字信号之前，还包括：预先确定校准模拟信号及所述校准模拟信号对应的校准数字信号；针对所述每一个目标模拟通道，均执行：将所述校准模拟信号输出至所述目标模拟通道；获取所述校准模拟信号对应的当前数字信号；确定所述校准数字信号与所述当前数字信号的差值为所述目标模拟通道的补偿值；

在所述将所述第二模拟信号转换为相应的数字信号之后，还包括：根据所述目标模拟通道的补偿值，对该数字信号执行补偿处理。

本发明提供了一种信号处理装置、系统及方法，该信号处理装置包括至少一个模拟通道和模数转换单元；每一个模拟通道均用于在接收到外部输入的第一模拟信号时，通过对第一模拟信号进行调理，以生成相应的第二模拟信号，并将其发送给模数转换单元；模数转换单元用于将任一模拟通道发来的第二模拟信号转换为相应的数字信号。通过对外部输入的模拟信号进行调理，使得调理后的模拟信号易被模数转换单元所处理。因此，本发明能够提高模拟信号的处理准确率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一实施例提供的一种信号处理装置的示意图；

图2是本发明一实施例提供的另一种信号处理装置的示意图；

图3是本发明一实施例提供的又一种信号处理装置的示意图；

图4是本发明一实施例提供的一种信号处理系统的示意图；

图5是本发明一实施例提供的一种信号处理方法的流程图；

图6是本发明一实施例提供的另一种信号处理方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明一个实施例提供了一种信号处理装置，包括：

至少一个模拟通道101、模数转换单元102，

每一个所述模拟通道101，均用于在接收到外部输入的第一模拟信号时，通过对所述第一模拟信号进行调理，以生成相应的第二模拟信号；将所述第二模拟信号发送给所述模数转换单元102；

所述模数转换单元102，用于将任一所述模拟通道101发来的第二模拟信号转换为相应的数字信号。

本发明实施例提供了一种信号处理装置，包括至少一个模拟通道和模数转换单元；每一个模拟通道均用于在接收到外部输入的第一模拟信号时，通过对第一模拟信号进行调理，以生成相应的第二模拟信号，并将其发送给模数转换单元；模数转换单元用于将任一模拟通道发来的第二模拟信号转换为相应的数字信号。通过对外部输入的模拟信号进行调理，使得调理后的模拟信号易被模数转换单元所处理。因此，本发明实施例能够提高模拟信号的处理准确率。

在本发明一个实施例中，请参考图2，所述第一模拟信号为被测电路的电压信号；

每一个所述模拟通道101，均包括：接口保护器1011、衰减器1012、放大器1013和滤波器1014；

所述接口保护器1011，用于在接收到外部输入的被测电路的电压信号时，判断所述电压信号是否位于预设电压范围内，若是，判断所述电压信号与预设第一阈值和预设第二阈值的大小关系，在判断出所述电压信号小于所述第一阈值时，将所述电压信号发送给所述放大器1013，在判断出所述电压信号大于所述第二阈值时，将所述电压信号发送给所述衰减器1012，在判断出所述电压信号不小于所述第一阈值且不大于所述第二阈值时，将所述电压信号发送给所述滤波器1014；

所述放大器1013，用于对所述接口保护器1011发来的电压信号进行数值放大处理，并将放大后的电压信号发送给所述滤波器1014；

所述衰减器1012，用于对所述接口保护器1011发来的电压信号进行数值衰减处理，并将衰减后的电压信号发送给所述滤波器1014；

所述滤波器1014，用于将接收到的电压信号进行高频杂波信号滤除处理，并将滤波后的电压信号发送给所述模数转换单元102。

通常情况下，被测电路的电压信号的电压范围较宽，而模数转换单元可处理的电压信号的电压范围相对较窄。如此，为了能够对外部输入的电压信号进行准确处理，可以对外部输入的各电压信号进行相应调理处理。

详细地，基于预设的电压范围，只有外部输入的电压信号介于该电压范围内时才可被调理，以首先滤除无效异常信号。如此，接口保护器可以将被测信号的电压调理到模数转换单元可以接受的范围内。

默认地，本发明实施例中的第一阈值不大于第二阈值。根据电压信号与该两个阈值的大小对比，可以确定各电压信号需要如何调理。

详细地，不同的大小对比结果，对应于不同的调理途径。如上所述，调理途径可以为：对电压信号先进行数值放大处理再进行滤波、对电压信号先进行数值衰减处理再进行滤波、或直接进行滤波。

在本发明一个实施例中，请参考图2，所述模数转换单元102，包括：多路复用器1021和模数转换器1022，其中，所述多路复用器1021包括有8个输入通道10211、输出通道10212和3个地址码10213；

基于外部FPGA的设置信息，所述3个地址码10213对应有8个控制信号，且所述8个控制信号与所述8个输入通道10211一一对应；

每一个所述模拟通道101均对应有一个所述输入通道10211；

每一个所述模拟通道101，均具体用于将生成的第二模拟信号发送给自身对应的输入通道；

所述输出通道10212，用于根据预先确定的每一个所述输入通道10211对应的唯一时间间隔，依次采集每一个所述输入通道10211中的第二模拟信号，并将其发送给所述模数转换器1022；

所述模数转换器1022，用于将所述输出通道10212发来的第二模拟信号转换为相应的数字信号。

本发明实施例中，通过综合考虑性能、成本和应用环境的因素，可以采用8个输入通道来采集信号，且输入通道的信号采集可以基于时分多路复用技术。基于统一的输出通道，通过对输入通道的通道数量进行扩展，可以将有限的采集资源进行合理分配。

详细地，基于外部FPGA的设置信息，3个地址码对应的8个控制信号可以分别为：0 0 0、0 0 1、0 1 0、1 0 0、0 1 1、1 1 0、1 0 1、1 1 1。如此，不同输入通道对应的控制信号可以不同。

详细地，模拟通道的数量与输入通道的数量可以相等，也可以不相等，但每一个模拟通道均可以对应于一个输入通道。

对于每一个输入通道，可以按照不同的时间间隔，利用统一的输出通道对各输入通道中的第二模拟信号进行采集。详细地，在电路上，每一时刻只有一路信号被采集。如此，通过在时间上交叉采集每一路第二模拟信号，可以实现一路模数转换器对多路信号进行采集。

详细地，模数转换器和多路复用器的控制可以均由FPGA来完成。

在本发明一个实施例中，请参考图3，该信号处理装置还可以包括：自校准单元201；

所述自校准单元201，用于预先确定校准模拟信号及所述校准模拟信号对应的校准数字信号；针对所述至少一个模拟通道101中的每一个目标模拟通道，均执行：将所述校准模拟信号输出至所述目标模拟通道；获取所述模数转换单元102输出的所述校准模拟信号对应的当前数字信号；确定所述校准数字信号与所述当前数字信号的差值为所述目标模拟通道的补偿值；

所述模数转换单元102，在将所述目标模拟通道发来的第二模拟信号转换为相应的数字信号之后，还用于根据所述目标模拟通道的补偿值，对该数字信号执行补偿处理。

由上述内容可知，可以通过每一个模拟通道，以对外部输入的模拟信号进行调理。本发明实施例中，在此基础之上，为进一步提高信号调理的准确性，可以基于预先确定的自校准方案，计算每一个模拟通道的补偿值。如此，对于任一模拟信号，当其通过一个模拟通道进行调理，并经模数转换单元而转换为相应的数字信号之后，可以基于该模拟通道的补偿值，对得到的该数字信号进行补偿。

详细地，基于确定的校准模拟信号及其对应的校准数字信号，可以通过将校准模拟信号作为外部输入信号以分别输入每一个模拟通道，从而经信号调理处理和模数转换处理，以得到该校准模拟信号对应的数字信号。正常情况下，得到的数字信号可以与预先确定的校准数字信号相同，当然，若两者存在差异，可以基于两者差异，以计算各模拟通道的补偿值。

另一方面，还可以预先确定多个不同的校准模拟信号，及各校准模拟信号对应的校准数字信号。基于同样的自校准原理，对于任一模拟通道，计算出的补偿值则为多个，如此，可以将该多个补偿值的平均值作为该模拟通道的补偿值。

在本发明一个实施例中，请参考图3，该信号处理装置还可以包括：物理地址配置单元202；

对于所述物理地址配置单元202包括的8位拨码开关，每一位所述拨码开关的断开引脚加固定电压值的上拉电阻，且闭合引脚接地；

所述物理地址配置单元202，用于基于外部FPGA的设置信息，控制每一位所述拨码开关的开关状态；根据每一位所述拨码开关的开关状态，配置所述信号处理装置的MAC地址。

详细地，对于任一拨码开关，当拨码开关为闭合状态时，拨码开关的断开引脚为被拉低到地，故该拨码开关对应的物理地址配置I/O端电压约为0V，此时物理地址配置为“0”。对应地，当拨码开关为断开状态时，拨码开关的断开引脚约为上述固定电压值，故该拨码开关对应的物理地址配置I/O端电压约为上述固定电压值，此时物理地址配置为“1”。

如此，基于每一个拨码开关的开关状态，可以确定一个确定的物理地址，该确定的物理地址即可以为信号处理装置的MAC地址。

详细地，外部的FPGA可以与各物理地址配置I/O端相连。如此，可以基于外部FPGA的控制以确定各拨码开关的开关状态，进而确定信号处理装置的MAC地址。

详细地，不同信号处理装置的MAC地址通常不同。如此，当存在多个信号处理装置时，可以根据各信号处理装置的MAC地址，以对各信号处理装置的数字信号进行区分。

如图4所示，本发明实施例提供了一种信号处理系统，包括：上述任一所述的信号处理装置401、处理器402；

不同信号处理装置401的MAC地址不同；

所述处理器402通过CAN总线与每一个所述信号处理装置401相连。

详细地，不同信号处理装置的MAC地址不同，可以用于在同一信号处理系统中，有效区分硬件相同的信号处理装置。

处理器通过与各信号处理装置相连，可以统一获取各信号处理装置中的数字信号，并执行相应处理。

如图5所示，本发明实施例提供了一种信号处理方法，可以包括以下步骤：

步骤501：针对至少一个模拟通道中的每一个目标模拟通道均执行：所述目标模拟通道接收到外部输入的第一模拟信号时，通过对所述第一模拟信号进行调理，以生成相应的第二模拟信号。

步骤502：将所述第二模拟信号转换为相应的数字信号。

在本发明的一个实施例中，所述第一模拟信号为被测电路的电压信号；

所述通过对所述第一模拟信号进行调理，以生成相应的第二模拟信号，包括：判断所述电压信号是否位于预设电压范围内，若是，判断所述电压信号与预设第一阈值和预设第二阈值的大小关系，在判断出所述电压信号小于所述第一阈值时，对所述电压信号进行数值放大处理以得到放大后的电压信号，以及对该放大后的电压信号进行高频杂波信号滤除处理以得到滤波后的电压信号，在判断出所述电压信号大于所述第二阈值时，对所述电压信号进行数值衰减处理以得到衰减后的电压信号，以及对该衰减后的电压信号进行高频杂波信号滤除处理以得到滤波后的电压信号，在判断出所述电压信号不小于所述第一阈值且不大于所述第二阈值时，对所述电压信号进行高频杂波信号滤除处理以得到滤波后的电压信号。

在本发明的一个实施例中，对于预先确定的8个输入通道，每一个所述模拟通道均对应有其中的一个输入通道；

所述将所述第二模拟信号转换为相应的数字信号，包括：将所述第二模拟信号发送给所述目标模拟通道对应的输入通道；利用统一的输出通道，根据预先确定的每一个所述输入通道对应的唯一时间间隔，依次采集每一个所述输入通道中的第二模拟信号；将所述输出通道发来的第二模拟信号转换为相应的数字信号。

在本发明的一个实施例中，在所述将所述第二模拟信号转换为相应的数字信号之前，进一步包括：预先确定校准模拟信号及所述校准模拟信号对应的校准数字信号；针对所述每一个目标模拟通道，均执行：将所述校准模拟信号输出至所述目标模拟通道；获取所述校准模拟信号对应的当前数字信号；确定所述校准数字信号与所述当前数字信号的差值为所述目标模拟通道的补偿值；

在所述将所述第二模拟信号转换为相应的数字信号之后，进一步包括：根据所述目标模拟通道的补偿值，对该数字信号执行补偿处理。

如图6所示，本发明一个实施例提供了另一种信号处理方法，具体包括以下步骤：

步骤601：确定每一个模拟通道的补偿值。

详细地，确定补偿值的可能实现方式可以如下所述：预先确定校准模拟信号及对应的校准数字信号；针对至少一个模拟通道中的每一个模拟通道均执行：将校准模拟信号输出至该模拟通道；获取校准模拟信号对应的数字信号；确定校准数字信号与获取到的数字信号的差值为该模拟通道的补偿值。如此循环，可以确定每一个模拟通道的补偿值。

详细地，校准模拟信号经模拟通道调理处理后，可以经模数转换单元以转换为数字信号。

步骤602：针对至少一个模拟通道中的每一个目标模拟通道均执行：目标模拟通道接收到外部输入的被测电路的电压信号时，判断该电压信号是否位于预设电压范围内，若是，执行步骤603，否则，结束当前流程。

详细地，基于预设电压范围，可以首先滤除掉部分无效的异常模拟信号，以提高信号处理精度。

详细地，外部输入的被测电路的电压信号通常为模拟信号。

步骤603：判断电压信号与预设第一阈值和预设第二阈值的大小关系，在判断出电压信号小于第一阈值时，执行步骤604，在判断出电压信号大于第二阈值时，执行步骤605，在判断出电压信号不小于第一阈值且不大于第二阈值时，执行步骤606。

步骤604：对电压信号进行数值放大处理以得到放大后的电压信号，以及对该放大后的电压信号进行高频杂波信号滤除处理以得到滤波后的电压信号，并执行步骤607。

步骤605：对电压信号进行数值衰减处理以得到衰减后的电压信号，以及对该衰减后的电压信号进行高频杂波信号滤除处理以得到滤波后的电压信号，并执行步骤607。

步骤606：在判断出电压信号不小于第一阈值且不大于第二阈值时，对电压信号进行高频杂波信号滤除处理以得到滤波后的电压信号，并执行步骤607。

步骤607：将滤波后的电压信号发送给目标模拟通道对应的输入通道。

详细地，可以预先确定8个输入通道，且每一个模拟通道均对应于其中的一个输入通道。

步骤608：利用统一的输出通道，根据预先确定的每一个输入通道对应的唯一时间间隔，依次采集每一个输入通道中的滤波后的电压信号。

详细地，可以利用统一的输出通道以采集多个输入通道中的信号。

步骤609：将输出通道发来的滤波后的电压信号转换为相应的数字信号。

步骤610：根据每一个模拟通道的补偿值，对转换后得到的数字信号执行相应补偿处理。

例如，对于模拟通道X所接收到的外部输入的被测电路的电压信号1，如上所述，该电压信号1经滤波处理后，可以得到滤波后的电压信号1，进而可以转换为数字信号1。如此，在本步骤中，可以根据模拟通道X的补偿值，对数字信号1执行补偿处理，以得到补偿后的数字信号1。

综上所述，本发明的各个实施例至少具有如下有益效果：

1、本发明实施例中，信号处理装置包括至少一个模拟通道和模数转换单元；每一个模拟通道均用于在接收到外部输入的第一模拟信号时，通过对第一模拟信号进行调理，以生成相应的第二模拟信号，并将其发送给模数转换单元；模数转换单元用于将任一模拟通道发来的第二模拟信号转换为相应的数字信号。通过对外部输入的模拟信号进行调理，使得调理后的模拟信号易被模数转换单元所处理。因此，本发明实施例能够提高模拟信号的处理准确率。

2、本发明实施例中，基于统一的输出通道，通过对输入通道的通道数量进行扩展，可以将有限的采集资源进行合理分配。

3、本发明实施例中，基于预先确定的自校准方案，可以计算每一个模拟通道的补偿值，其中，补偿值的存在可以进一步提高信号调理的准确性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个〃·····”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储在计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质中。

最后需要说明的是：以上所述仅为本发明的较佳实施例，仅用于说明本发明的技术方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。