数据采集系统电路的制作方法

本实用新型涉及一种数据采集系统电路。

背景技术：

数据采集是指从传感器和其它待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集非电量或者电量信号,送到上位机中进行分析处理。数据采集系统是结合基于计算机或者其他专用测试平台的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。数据采集应用于各行业、各自动控制需要数据采集的领域。一般来说，数据采集的实现通过检测传感器、采集芯片及电路来实现，现有的一些数据采集系统电路普遍来说结构较为复杂，电源能源较高。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种结构简单、高精度、低电源消耗的数据采集系统电路。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种数据采集系统电路，包括与上位机通讯连接的微控制器、与所述微控制器电连接的数据采集单元，所述数据采集单元包括与所述微控制器电连接的检测电路以及与所述检测电路和微控制器均电连接的数据采集电路；所述微控制器采用型号为LPC1788的嵌入式控制芯片U2，所述控制芯片U2具有108个引脚，通过数据传输端子与所述上位机通讯连接，所述控制芯片U2通过P0_0及P0_1引脚与检测电路电连接；所述检测电路包括多个传感电路以及信号调理电路，所述信号调理电路具有与所述控制芯片U2电连接的第一传输端子，还具有与所述多个传感电路均电连接的第二传输端子，还具有与所述数据采集电路电连接的第三输送端子。

作为优化，所述信号调理电路包括采用MAX384型号的多通变换芯片U3，其具有18个引脚，该多通变换芯片U3的/WR引脚接地，该多通变换芯片U3的A0引脚与所述控制芯片U2的P0_1引脚连接，该多通变换芯片U3的A1引脚与所述控制芯片U2的P0_0引脚连接，该多通变换芯片U3的EN引脚通过一电容C46接地，与所述电容C46的节点还与+3.3V电源连接，该多通变换芯片U3的V-引脚接地，该多通变换芯片U3的NO1A引脚和NO1B引脚均与第一传感电路电连接，该多通变换芯片U3的NO2A引脚和NO2B引脚均与第二传感电路电连接，该多通变换芯片U3的COMA引脚和COMB引脚均与所述数据采集电路电连接，该多通变换芯片U3的V+引脚通过一电容C45接地，与所述电容C45的节点还与+3.3V电源连接，该多通变换芯片U3的V-和GND引脚均接地，该多通变换芯片U3的/RS引脚通过一电容C44接地，与所述电容C44的节点还+3.3V电源连接。

进一步的，所述第一传感电路包括第一传感芯片U6以及一高精度电压基准芯片U4，所述第一传感芯片U6及高精度电压基准芯片U4均具有8个引脚，所述第一传感芯片U6的-Singnal Out引脚与所述多通变换芯片U3的NO1B引脚连接，所述第一传感芯片U6的+Singnal Out引脚与所述多通变换芯片U3的NO1A引脚连接，所述第一传感芯片U6的-In引脚接地，第一传感芯片U6的+In引脚与所述高精度电压基准芯片U4的OUT引脚连接，还通过一电容C14接地，一电容C13与所述电容C14并联连接，所述第一传感芯片U6的其余4个引脚空置；所述高精度电压基准芯片U4的IN引脚通过一电容C12接地，一电容C11与所述电容C12并联连接，所述电容C11与电容C12之间的节点还接+15V电源，所述高精度电压基准芯片U4的GND引脚接地，所述高精度电压基准芯片U4其余引脚空置。

进一步的，所述第二传感电路包括第二传感芯片U7、第一运算放大器U8、第二运算放大器U9，所述第一运算放大器U8的NC引脚空置，所述第一运算放大器U8的+IN端依次通过一电阻R2、一电阻R1与第一传感芯片U6的+IN端连接，所述电阻R2与电阻R1之间的节点通过一可调电阻VR1接地，所述第一运算放大器U8的-IN引脚依次通过一电阻R3、一电容C47接地，所述第一运算放大器U8的+VS引脚与+15V电源连接，还通过一电容C18接地，所述第一运算放大器U8的VOUT引脚与所述第二运算放大器U9的+IN引脚连接，还与所述电容C47和电阻R3之间的节点连接；所述第二运算放大器U9的NC引脚空置，所述第二运算放大器U9的-IN引脚直接与所述第二传感芯片U7的-IN引脚连接，还通过一电阻R4与所述第二传感芯片U7的Rset引脚连接，所述第二运算放大器U9的+VS引脚与+15V电源连接，还通过一电容C20接地，所述第二运算放大器U9的VOUT引脚与所述第二传感芯片U7的+IN引脚连接；所述第二传感芯片U7的+OUT引脚与所述多通变换芯片U3的NO2A引脚连接，所述第二传感芯片U7的-OUT引脚与所述多通变换芯片U3的NO2B引脚连接。

进一步的，所述数据采集电路包括数据采集芯片U1，所述数据采集芯片U1具有24个引脚，其SCLK引脚与所述控制芯片U2的P1_20引脚连接，所述数据采集芯片U1的MCLK IN引脚通过一电容C1接地，该MCLK IN引脚与所述电容C1的节点与晶振Y1的第一端连接，所述数据采集芯片U1的MCLK OUT引脚通过一电容C2接地，所述数据采集芯片U1的MCLK OUT引脚与所述电容C2的节点与所述晶振Y1的第二端连接，所述数据采集芯片U1的POL引脚接地，所述数据采集芯片U1的/SYNC引脚通过一电容C3接地，并且与该电容C3的节点还接+3.3V电源，所述数据采集芯片U1的/RESET与所述控制芯片U2的RESET引脚连接，所述数据采集芯片U1的AIN1引脚和AIN2引脚分别与一电容C42的两端连接，所述电容C42与所述AIN1引脚之间的节点通过一电阻R13与所述多通变换芯片U3的COMA引脚连接，所述电阻R13与所述电容C42之间的节点还通过一电容C43接地，所述电容C42与所述AIN2引脚之间的节点通过一电阻R12与所述多通变换芯片U3的COMB引脚连接，还依次通过所述电阻R12及一接口P4与所述数据采集芯片U1的REF IN(+)引脚连接，所述电阻R12与所述电容C42之间的节点还通过一电容C41接地；

所述数据采集芯片U1的AIN3引脚和AIN4引脚分别与一电容C36的两端连接，所述电容C36与所述AIN3引脚之间的节点依次通过一电阻R15以及一第一接口与所述控制芯片U2连接，所述电阻R15与所述电容C36之间的节点还通过一电容C37接地，所述电容C36与所述AIN2引脚之间的节点依次通过一电阻R14以及一第二接口与所述控制芯片U2连接，还依次通过所述电阻R14和一接口P2与所述数据采集芯片U1的REF IN(+)引脚连接，所述电阻R14与所述电容C36之间的节点还通过一电容C35接地；

所述数据采集芯片U1的AIN5引脚和AIN6引脚分别与一电容C39的两端连接，所述电容C39与所述AIN5引脚之间的节点依次通过一电阻R17以及一第三接口与所述控制芯片U2连接，所述电阻R17与所述电容C39之间的节点还通过一电容C40接地，所述电容C39与所述AIN2引脚之间的节点依次通过一电阻R16及一第四接口与所述控制芯片U2连接，还依次通过所述电阻R16与一接口P2与所述数据采集芯片U1的REF IN(+)引脚连接，所述电阻R16与所述电容C39之间的节点还通过一电容C38接地；

所述数据采集芯片U1的/STANDBY引脚与所述控制芯片U2的P2_14引脚连接，所述数据采集芯片U1的AVDD通过一电容C14接地，所述数据采集芯片U1的DGND接地，所述数据采集芯片U1的DVDD与+3.3V电源连接，所述数据采集芯片U1的DIN引脚与所述控制芯片U2的P1_24引脚连接，所述数据采集芯片U1的DOUT引脚与所述控制芯片U2的P1_23引脚连接，所述数据采集芯片U1的/DRDY引脚与所述控制芯片U2的P0_14引脚连接，所述数据采集芯片U1的/CS引脚与所述控制芯片U2的P1_21引脚连接，所述数据采集芯片U1的AGND引脚接地，所述数据采集芯片U1的REF IN(+)与一可调电阻VR2的滑动端连接，所述可调电阻VR2的第二端接地，第一端与一基准电压源芯片U5的+V引脚连接，所述可调电阻VR2的第一端还通过一电阻R28接+5V电源，所述基准电压源芯片U5的-V引脚接地，所述基准电压源芯片U5的其他引脚空置。

本实用新型的数据采集系统电路，首先微控制器先发出控制信号至信号调理电路，需要采集哪一个传感数据，信号调理电路再据此选择采集通道，然后通过对应的采集通道输出信号至数据采集电路进行ADC采集/转换后传输至微控制器，微控制器通过与上位机的通讯来发送对应的信号。上述数据采集系统的电路的结构简单、具有多个可选通道，制造成本较低，适用范围广。

附图说明

图1是本实用新型数据采集系统电路的采集流程图。

图2a和图2b是本实用新型数据采集系统电路的控制芯片的示意图。

图3是本实用新型数据采集系统电路中信号调理电路的电路原理图。

图4是本实用新型数据采集系统电路中第一传感电路的电路原理图。

图5是本实用新型数据采集系统电路中第二传感电路的电路原理图。

图6至图9是本实用新型数据采集系统电路中数据采集电路的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参见图1至图9，本实用新型的数据采集系统电路，包括与上位机通讯连接的微控制器(本实施例采用RS232与上位机通讯)、与所述微控制器电连接的数据采集单元，所述数据采集单元包括与所述微控制器电连接的检测电路以及与所述检测电路和微控制器均电连接的数据采集电路；所述微控制器采用型号为LPC1788的嵌入式控制芯片U2(附图中通过U2A和U2B标示)，所述控制芯片U2具有108个引脚，通过数据传输端子与所述上位机通讯连接，所述控制芯片U2通过P0_0及P0_1引脚与检测电路电连接；所述检测电路包括多个传感电路以及信号调理电路，所述信号调理电路具有与所述控制芯片U2电连接的第一传输端子，还具有与所述多个传感电路均电连接的第二传输端子，还具有与所述数据采集电路电连接的第三输送端子。

具体地，请参见图3，所述信号调理电路包括采用MAX384型号的多通变换芯片U3，其具有18个引脚，该多通变换芯片U3的/WR引脚接地，该多通变换芯片U3的A0引脚与所述控制芯片U2的P0_1引脚连接，该多通变换芯片U3的A1引脚与所述控制芯片U2的P0_0引脚连接，该多通变换芯片U3的EN引脚通过一电容C46接地，与所述电容C46的节点还与+3.3V电源连接，该多通变换芯片U3的V-引脚接地，该多通变换芯片U3的NO1A引脚和NO1B引脚均与第一传感电路电连接，该多通变换芯片U3的NO2A引脚和NO2B引脚均与第二传感电路电连接，该多通变换芯片U3的COMA引脚和COMB引脚均与所述数据采集电路电连接，该多通变换芯片U3的V+引脚通过一电容C45接地，与所述电容C45的节点还与+3.3V电源连接，该多通变换芯片U3的V-和GND引脚均接地，该多通变换芯片U3的/RS引脚通过一电容C44接地，与所述电容C44的节点还+3.3V电源连接。

具体地，请参见图4，所述第一传感电路包括第一传感芯片U6以及一高精度电压基准芯片U4，所述第一传感芯片U6的型号为SM5652-001，所述高精度电压基准芯片U4的型号为MAX6176。所述第一传感芯片U6及高精度电压基准芯片U4均具有8个引脚，所述第一传感芯片U6的-Singnal Out引脚与所述多通变换芯片U3的NO1B引脚连接，所述第一传感芯片U6的+Singnal Out引脚与所述多通变换芯片U3的NO1A引脚连接，所述第一传感芯片U6的-In引脚接地，第一传感芯片U6的+In引脚与所述高精度电压基准芯片U4的OUT引脚连接，还通过一电容C14接地，一电容C13与所述电容C14并联连接，所述第一传感芯片U6的其余4个引脚空置；所述高精度电压基准芯片U4的IN引脚通过一电容C12接地，一电容C11与所述电容C12并联连接，所述电容C11与电容C12之间的节点还接+15V电源，所述高精度电压基准芯片U4的GND引脚接地，所述高精度电压基准芯片U4其余引脚空置。

具体地，请参见图5，所述第二传感电路包括第二传感芯片U7、第一运算放大器U8、第二运算放大器U9，所述第一运算放大器U8的NC引脚空置，所述第一运算放大器U8的+IN端依次通过一电阻R2、一电阻R1与第一传感芯片U6的+IN端连接，所述电阻R2与电阻R1之间的节点通过一可调电阻VR1接地，所述第一运算放大器U8的-IN引脚依次通过一电阻R3、一电容C47接地，所述第一运算放大器U8的+VS引脚与+15V电源连接，还通过一电容C18接地，所述第一运算放大器U8的-VS引脚通过一电容C19接地，还直接与电源-15V电源连接，所述第一运算放大器U8的VOUT引脚与所述第二运算放大器U9的+IN引脚连接，还与所述电容C47和电阻R3之间的节点连接；所述第二运算放大器U9的NC引脚空置，所述第二运算放大器U9的-IN引脚直接与所述第二传感芯片U7的-IN引脚连接，还通过一电阻与所述第二传感芯片U7的Rset引脚连接，所述第二运算放大器U9的+VS引脚与+15V电源连接，还通过一电容C20接地，所述第二运算放大器U9的-VS引脚通过一电容C21接地，还直接与电源-15V电源连接，所述第二运算放大器U9的VOUT引脚与所述第二传感芯片U7的+IN引脚连接；所述第二传感芯片U7的型号为NPC-1220-015A3S，的+OUT引脚与所述多通变换芯片U3的NO2A引脚连接，所述第二传感芯片U7的-OUT引脚与所述多通变换芯片U3的NO2B引脚连接。

具体地，请参见图6至图9，所述数据采集电路包括数据采集芯片U1，所述数据采集芯片U1的型号为AD7714-3，所述数据采集芯片U1具有24个引脚，其SCLK引脚与所述控制芯片U2的P1_20引脚连接，所述数据采集芯片U1的MCLK IN引脚通过一电容C1接地，该MCLK IN引脚与所述电容C1的节点与晶振Y1的第一端连接，所述数据采集芯片U1的MCLK OUT引脚通过一电容C2接地，所述数据采集芯片U1的MCLK OUT引脚与所述电容C2的节点与所述晶振Y1的第二端连接，所述数据采集芯片U1的POL引脚接地，所述数据采集芯片U1的/SYNC引脚通过一电容C3接地，并且与该电容C3的节点还接+3.3V电源，所述数据采集芯片U1的/RESET与所述控制芯片U2的RESET引脚连接，所述数据采集芯片U1的AIN1引脚和AIN2引脚分别与一电容C42的两端连接，所述电容C42与所述AIN1引脚之间的节点通过一电阻R13与所述多通变换芯片U3的COMA引脚连接，所述电阻R13与所述电容C42之间的节点还通过一电容C43接地，所述电容C42与所述AIN2引脚之间的节点通过一电阻R12与所述多通变换芯片U3的COMB引脚连接，还依次通过所述电阻R12及一接口P4与所述数据采集芯片U1的REF IN(+)引脚连接，所述电阻R12与所述电容C42之间的节点还通过一电容C41接地。

所述数据采集芯片U1的AIN3引脚和AIN4引脚分别与一电容C36的两端连接，所述电容C36与所述AIN3引脚之间的节点依次通过一电阻R15以及一第一接口与所述控制芯片U2连接，所述电阻R15与所述电容C36之间的节点还通过一电容C37接地，所述电容C36与所述AIN2引脚之间的节点依次通过一电阻R14以及一第二接口与所述控制芯片U2连接，还依次通过所述电阻R14和一接口P2与所述数据采集芯片U1的REF IN(+)引脚连接，所述电阻R14与所述电容C36之间的节点还通过一电容C35接地。

所述数据采集芯片U1的AIN5引脚和AIN6引脚分别与一电容C39的两端连接，所述电容C39与所述AIN5引脚之间的节点依次通过一电阻R17以及一第三接口与所述控制芯片U2连接，所述电阻R17与所述电容C39之间的节点还通过一电容C40接地，所述电容C39与所述AIN2引脚之间的节点依次通过一电阻R16及一第四接口与所述控制芯片U2连接，还依次通过所述电阻R16与一接口P2与所述数据采集芯片U1的REF IN(+)引脚连接，所述电阻R16与所述电容C39之间的节点还通过一电容C38接地。

所述数据采集芯片U1的/STANDBY引脚与所述控制芯片U2的P2_14引脚连接，所述数据采集芯片U1的AVDD通过一电容C14接地，所述数据采集芯片U1的DGND接地，所述数据采集芯片U1的DVDD与+3.3V电源连接，所述数据采集芯片U1的DIN引脚与所述控制芯片U2的P1_24引脚连接，所述数据采集芯片U1的DOUT引脚与所述控制芯片U2的P1_23引脚连接，所述数据采集芯片U1的/DRDY引脚与所述控制芯片U2的P0_14引脚连接，所述数据采集芯片U1的/CS引脚与所述控制芯片U2的P1_21引脚连接，所述数据采集芯片U1的AGND引脚接地，所述数据采集芯片U1的REF IN(+)与一可调电阻VR2的滑动端连接，所述可调电阻VR2的第二端接地，第一端与一基准电压源芯片U5的+V引脚连接，该基准电压源芯片采用的型号是AD5819JRZ，所述可调电阻VR2的第一端还通过一电阻R28接+5V电源，所述基准电压源芯片U5的-V引脚接地，所述基准电压源芯片U5的其他引脚空置。

本实施例中，所述数据采集电路还包括一电容C5以及电容C6，所述电容C5的一端与所述数据采集芯片U1的DVDD引脚连接，另一端接地，所述电容C6与所述电容C5并联连接，并且该电容C6与所述电容C5之间的节点还与+3.3V电源连接。

所述数据采集电路还包括一电容C7以及电容C8，所述电容C7的第一端与所述REF IN(+)引脚连接，第二端接地，所述电容C8与所述电容C7并联连接。

所述数据采集电路还包括一电容C9以及电容C10，所述电容C9的一端与+5V电源连接，另一端接地，所述电容C10与所述电容C9并联连接。

本实用新型的数据采集系统电路，从数据采集系统仪器的便携性和分析对象的特征考虑，设计了一套基于AD7714高精度ADC转换芯片和微控制器的、高精度、低电源消耗的便携式数据采集系统。由于仪器的结构简单，因此便携性能好，抗干扰能力强，适合于快速分析和较恶劣环境中使用。AD7714是适用于低频测量应用的完整模拟前端。器件直接从传感器接受低电压信号并输出串行数字。它使用和-差(sigma-delta)转换技术以实现高达24位的无误码性能。输入信号加至专有的基于模拟调制器、具有可编程增益的前端。调制器的输出由片内数字滤波器处理。通过片内控制寄存器可对此数字滤波器的第1个凹口编程，允许调整滤波器的截止频率和稳定时间。

本实施例的数据采集系统电路，上述虽然仅描述两个传感器来实现采集，但是，在其他的实施例中，根据需求可以采用两个以上的传感电路，例如除上述压力传感电路外，还可增加流量、速度和/或加速度传感电路，从而实现多种数据的采集。本实用新型实施例，首先微控制器先发出控制信号至信号调理电路，需要采集哪一个传感数据，信号调理电路再据此选择采集通道，然后通过对应的采集通道输出信号至数据采集电路进行ADC采集/转换后传输至微控制器，微控制器通过与上位机的通讯来发送对应的信号。上述数据采集系统的电路的结构简单、具有多个可选通道，制造成本较低，适用范围广。

以上仅为本实用新型的实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型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，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。