数据处理电路、设备及作业机械的制作方法

1.本实用新型涉及数据处理技术领域，尤其涉及一种数据处理电路、设备及作业机械。


背景技术：

2.在数据处理领域，尤其是通过传感器采集模拟信号转换为数字信号然后再进行处理的过程中，处理器处理的信号的干扰直接影响了数据处理的结果。例如，混凝土搅拌站的物料称量精度容易受到设备物理特性、设备间动态因素、物料特性、称量数据动态变化等因素的干扰，加上生产操作过程的多样性和生产流程切换的高速性，使得称量数据处在动态变化之中，且在称量过程中，存在机械振动、电磁干扰以及外界环境噪声等因素的影响，称重信号难以达到平稳状态，从而严重影响称量准确性及稳定性。为了解决动态称量信号中各种干扰问题，目前多为通过rc滤波电路进行滤波来消除信号干扰，从而提高物料称量的准确度。
3.但是，仅通过rc滤波电路消除干扰的方式，最终的称量结果准确性相对较低。


技术实现要素：

4.本实用新型提供一种数据处理电路、设备及作业机械，用以解决现有技术中数据处理准确度低的缺陷，通过滤波和隔离的方式实现去除干扰信号和噪声信号的影响，提高了数据处理的准确度。
5.本实用新型提供一种数据处理电路，包括：滤波模块、模数转换模块和隔离模块；
6.所述滤波模块的输入端与数据采集组件相连，所述滤波模块的输出端与所述模数转换模块的一端相连；所述模数转换模块的另一端与所述隔离模块的一端相连，所述隔离模块的另一端与处理器相连；
7.所述滤波模块用于滤除所述数据采集组件采集到的模拟信号中的干扰信号，所述模数转换模块用于将滤除所述干扰信号后的所述模拟信号转化为数字信号，所述隔离模块用于去除所述数字信号携带的所述模数转换模块的噪声干扰，以使所述处理器根据去除噪声干扰后的数字信号得到数据处理结果。
8.根据本实用新型提供的一种数据处理电路，还包括：电压监测模块；
9.所述电压监测模块与所述处理器相连，所述电压监测模块用于在所述数据处理电路电压异常时，复位所述处理器，以使所述数据处理电路电压正常时恢复工作状态。
10.根据本实用新型提供的一种数据处理电路，所述滤波模块包括：共模扼流圈和滤波单元；
11.所述共模扼流圈一端与所述数据采集组件相连，所述共模扼流圈的另一端与所述滤波单元的一端相连，所述滤波单元的另一端与所述模数转换模块相连；
12.所述共模扼流圈用于滤除所述模拟信号中的共模干扰信号，所述滤波单元用于滤除所述模拟信号中的高频干扰信号。
13.根据本实用新型提供的一种数据处理电路，所述滤波单元包括：rc滤波子单元；所述rc滤波子单元包括第一电阻与第一滤波电容构成的第一rc滤波子单元、第二电阻与第二滤波电容构成的第二rc滤波子单元和第一电阻与第三滤波电容构成的第三rc滤波子单元；
14.所述第一电阻的第一端与所述共模扼流圈的第四端相连，所述第一电阻的第二端与所述第一滤波电容的第一端相连，所述第一滤波电容的第二端接地，所述第二电阻的第一端与所述共模扼流圈的第三端相连，所述第二电阻的第二端与所述第二滤波电容的第一端相连，所述第二滤波电容的第二端接地，所述第三滤波电容的第一端与所述第一电阻的第二端相连，所述第三滤波电容的第二端与所述第二电阻的第二端相连；
15.所述rc滤波子单元用于滤除所述模拟信号中的高频干扰信号。
16.根据本实用新型提供的一种数据处理电路，所述滤波单元还包括：抗静电子单元，
17.所述抗静电子单元的一端连接所述rc滤波子单元和所述模数转换模块，所述抗静电子单元的另一端接地；
18.所述抗静电子单元用于吸收所述模拟信号中的静电干扰。
19.根据本实用新型提供的一种数据处理电路，所述隔离模块包括：隔离单元、π型滤波单元和高频滤波单元；
20.所述隔离单元的输入端与所述模数转换模块相连，所述隔离单元的输出端与所述处理器相连，所述π型滤波单元的一端与所述隔离单元相连，所述π型滤波单元的另一端与电源相连，所述高频滤波单元一端与所述隔离单元相连，所述高频滤波单元的另一端接地；
21.所述π型滤波单元用于保持电源供电稳定，所述高频滤波单元用于滤除所述数字信号携带的高频信号，所述隔离单元用于实现通信隔离。
22.根据本实用新型提供的一种数据处理电路，所述电压监测模块包括：运算放大单元和保护单元；
23.所述保护单元的一端与外部电源相连，所述保护单元的另一端与所述运算放大单元相连，所述运算放大单元还与所述处理器相连；
24.所述保护单元用于控制所述运算放大单元的电压和/或电流。
25.根据本实用新型提供的一种数据处理电路，所述保护单元包括第一分压电阻、第二分压电阻、限流电阻和第一电容；
26.所述第一分压电阻的第一端与所述外部电源相连，所述第一分压电阻的第二端与所述第二分压电阻的第一端相连，所述第二分压电阻的第二端接地；
27.所述第二分压电阻的第一端与所述限流电阻的第一端连接，所述限流电阻的第二端与所述运算放大单元相连，所述第一电容的第一端接地，所述第一电容的第二端与所述限流电阻的第二端相连。
28.本实用新型还提供一种数据处理设备，包括如上述任一项所述的数据处理电路。
29.本实用新型还提供一种作业机械，所述作业机械包括上述所述的数据处理设备。
30.本实用新型提供的一种数据处理电路、设备及作业机械，包括：滤波模块、模数转换模块和隔离模块；所述滤波模块的输入端与数据采集组件相连，所述滤波模块的输出端与所述模数转换模块的一端相连；所述模数转换模块的另一端与所述隔离模块的一端相连，所述隔离模块的另一端与处理器相连；所述滤波模块用于滤除所述数据采集组件采集到的模拟信号中的干扰信号，所述模数转换模块用于将滤除干扰信号后的模拟信号转化为
数字信号，所述隔离模块用于去除所述数字信号携带的所述模数转换模块的噪声干扰，以使所述处理器根据去除噪声干扰后的数字信号得到数据处理结果，通过滤波去除干扰信号，再通过隔离模块去除噪声的干扰，能够有效地提高数据处理的准确度。
附图说明
31.为了更清楚地说明本实用新型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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，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。
32.图1是本实用新型提供的数据处理电路的原理示意图；
33.图2是本实用新型实施例提供的滤波模块的电路原理图；
34.图3是本实用新型实施例提供的隔离模块的电路原理图；
35.图4是本实用新型实施例提供的电压监测模块的电路原理图。
具体实施方式
36.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型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作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。
37.下面结合图1-图4描述本实用新型的一种数据处理电路、设备及作业机械。
38.图1是本实用新型提供的数据处理电路的原理示意图。
39.如图1所示，本实施例提供的一种数据处理电路，包括：滤波模块2、模数转换模块3和隔离模块4；其中，滤波模块2的输入端与数据采集组件1相连，滤波模块2的输出端与模数转换模块3的一端相连；模数转换模块3的另一端与隔离模块4的一端相连，隔离模块4的另一端与处理器5相连；滤波模块2用于滤除数据采集组件1采集到的模拟信号中的干扰信号，模数转换模块3用于将滤除干扰信号后的模拟信号转化为数字信号，隔离模块4用于去除数字信号携带的模数转换模块3的噪声干扰，以使处理器5根据去除噪声干扰后的数字信号得到数据处理结果。
40.在一个具体的实现过程中，以混凝土搅拌站的物料称量设备为例进行说明。整体过程为通过称重传感器将采集到的物料重量信号转化为模拟信号，然后通过滤波模块2滤除称重模拟信号中的干扰信号，然后模数转换模块3再将滤除了干扰信号后的模拟信号转化为数字信号，由于模数转换模块3自身会携带噪声干扰，因此，在模数转换模块3与处理器5之间增加隔离模块4，隔离模块4滤除数字信号中携带的模数转换模块3的噪声干扰，从而使得输出处理器5的数字信号更加真实，有效地滤除了各种的干扰，保证了信号的质量。处理器5还可以利用常规的滑动平均滤波算法及卡尔曼滤波进一步滤波，消除干扰，获得准确的数据。经在搅拌站实测静态精度可达到0.001％，抖动情况下准确度达到0.005％。
41.当然，需说明的是，本实施例中以混凝土搅拌站物料称量设备为例进行说明，通过精确地称量得出沙子和水泥的重量，从而准确地掌握其配比，能够得到高质量的混凝土。具
体应用中，也可以应用到其他的地方，便是将数据采集组件1与具体的应用场景相结合，重量测量便使用称重传感器，压力测量便可以使用压力传感器，温度测量便可以使用温度传感器或其他的数据测量结果，其中后续的滤波模块2和隔离模块4均为同样的原理，因此不再进行一一说明，只需将数据采集组件1对应的物料重量模拟信号转化为压力信号或者是温度信号即可。
42.传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的模拟电信号。例如，数据采集模块可以选择一款适合高精密测量应用的低噪声完整模拟前端，它集成一个低噪声、24位σ-δ型模数转换器，片内低噪声增益级意味着可直接输入小信号。例如，在采集数据前还可以先进行内部零点校准(内部短路自动与输入相连)，然后进行内部满量程校准，最大限度的减少了系统内部误差。当然，需指出的是，本实施例中指出的数据采集模块、校准过程等，并不构成任何的强制性限定，在实际应用过程中，可以根据实际需求进行调整，只要能够实现数据采集功能，实现校准的功能即可，均属于本实用新型的保护范围。
43.本实施例提供的一种基于硬件的数据处理电路，旨在消除搅拌站动态称重秤自身机械结构以及外界环境产生的振动干扰，提升动态称重秤的运行效率和称量准确度，且具有运算简单、计算速度快、鲁棒性能好等优点，有效地提升了动态称重秤的测量效率与称量结果准确性。
44.本实施例提供的一种数据处理电路，包括：滤波模块2、模数转换模块3和隔离模块4；滤波模块2的输入端与数据采集组件1相连，滤波模块2的输出端与模数转换模块3的一端相连；模数转换模块3的另一端与隔离模块4的一端相连，隔离模块4的另一端与处理器5相连；滤波模块2用于滤除数据采集组件1采集到的模拟信号中的干扰信号，模数转换模块3用于将滤除干扰信号后的模拟信号转化为数字信号，隔离模块4用于去除数字信号携带的模数转换模块3的噪声干扰，以使处理器5根据去除噪声干扰后的数字信号得到数据处理结果，通过滤波去除干扰信号，再通过隔离模块4去除噪声的干扰，能够有效地提高数据处理的准确度。
45.图2是本实用新型实施例提供的滤波模块的电路原理图。
46.进一步的，在上述实施例的基础上，如图2所示，本实施例中的滤波模块2可以包括：共模扼流圈l5和滤波单元；共模扼流圈l5一端与数据采集组件1相连，共模扼流圈l5的另一端与滤波单元的一端相连，滤波单元的另一端与模数转换模块3相连；共模扼流圈l5用于滤除模拟信号中的共模干扰信号，滤波单元用于滤除模拟信号中的共模干扰信号和吸收静电干扰，高频干扰信号包括160khz以上的高频共模干扰信号。
47.当然，对于高低频的定义不是绝对的，在不同的系统中，对应的高低频率范围也有所不同。在本实施例的系统中，对传感器信号而言，超过150khz左右就可以视为高频干扰信号。具体的高低频具体数值大小在本实施例中不进行明确限定，可以根据实际应用需求进行灵活调整设置。
48.具体的，滤波单元包括：rc滤波子单元；rc滤波子单元包括第一电阻r1与第一滤波电容c1构成的第一rc滤波子单元、第二电阻r2与第二滤波电容c2构成的第二rc滤波子单元和第一电阻r1与第三滤波电容c3构成的第三rc滤波子单元；第一电阻r1的第一端与共模扼流圈l1的第四端相连，第一电阻r1的第二端与第一滤波电容c1的第一端相连，第一滤波电
容c1的第二端接地，第二电阻r2的第一端与共模扼流圈l1的第三端相连，第二电阻r2的第二端与第二滤波电容c2的第一端相连，第二滤波电容c2的第二端接地，第三滤波电容c3的第一端与第一电阻r1的第二端相连，第三滤波电容c3的第二端与第二电阻r2的第二端相连。其中，第一rc滤波子单元和第二rc滤波子单元用于滤除160khz以上的高频共模干扰信号；第三rc滤波子单元滤除16khz以上的差模干扰信号。
49.进一步的，滤波单元还包括：抗静电子单元，抗静电子单元的一端连接rc滤波子单元和模数转换模块，抗静电子单元的另一端接地；抗静电子单元用于吸收模拟信号中的静电干扰。
50.具体的，差分信号输入端增加共模扼流圈l1，例如，共模扼流圈的参数可以为：电感量200uh，频率阻抗特征值为6kω@100mhz，可以有效滤除1mhz～1000mhz范围内的共模干扰信号。
51.具体的，例如，需要将频率在160khz以上的高频共模干扰信号和频率在16khz以上的差模干扰信号进行滤除。便可以通过公式(1)对滤波单元中的各个元器件的参数进行计算得出，具体为：r1为100欧，r2为100欧，c1为10nf，c2为10nf，c3为0.1μf。当然需说明的是，本实施例中具体元器件的参数值的大小会随着所要滤除信号的频率大小进行对应性调整，因此，本实施例中的参数进行示例性说明，不构成任何限制性作用。
52.例如，同样还可以在芯片接收端再增加抗静电子单元大小为5v-esd静电管d1和d2，同样静电管具体参数的大小也只是为了示例性说明，没有限制性作用。其中，第一静电管d1的第一端与第三滤波电容r3的一端相连，第一静电管d1的另一端与第二静电管d2的一端相连，第二静电管d2的另一端与第三滤波电容r3的另一端相连，第一静电管d1的另一端和第二静电管d2的一端均接地，也可理解为第一静电管d1与第二静电管d2串联后再与第三滤波电容进行并联，从而提高滤波模块的抗静电干扰能力，从而保护后端器件，整个滤波电路成本低廉，但对信号质量的提升非常大，可以满足实际应用需求。与单纯的rc滤波电路相比，既能够滤除共模干扰信号，还可以提高抗静电干扰能力。
[0053][0054]
其中，f表示频率，r表示rc滤波子单元的电阻值，c表示rc滤波子单元的电容值。
[0055]
图3是本实用新型实施例提供的隔离模块的电路原理图。
[0056]
进一步的，本实施例中的隔离模块4，如图3所示可以包括：隔离单元、π型滤波单元和高频滤波单元；隔离单元的输入端与模数转换模块3相连，隔离单元的输出端与处理器5相连，π型滤波单元的一端与隔离单元相连，π型滤波单元的另一端用于输入高电平，高频滤波单元一端与隔离单元相连，高频滤波单元的另一端接地；π型滤波单元用于保持电源供电稳定，高频滤波单元用于滤除数字信号携带的高频信号，隔离单元用于实现通信隔离。
[0057]
其中，高频滤波单元即滤波电容c6、c7、c8和c9所构成的单元。且需要说明的是，高频滤波单元可以设置于隔离单元之前，也可以设置于隔离单元之后，还可以两端均设置有高频滤波单元，具体不进行限定。
[0058]
具体的，隔离单元用于实现通信隔离，主要是用于滤除干扰信号和降低浪涌损坏。例如隔离单元可以spi通信隔离，spi是一种通信方式，是用来传递信息的，是一种全双工、高速的、同步的通信总线。其中隔离单元的核心部件为隔离器u1，u1的输入和输出两端分别为处理器5的主控制端和模拟数据采集端。u1的隔离方式为变压器耦合隔离，隔离电压可达
3kv，最大数据带宽可达到150mbps，信号线上的10pf电容c6、c7、c8、c9构成高频滤波单元，可以有效滤除高频信号，进一步提高了信号质量，由于本设计中spi通信速率为10mhz左右，因此10pf容值并不会干扰spi信号。l2、c4和l3、c5则分别构成两个π型滤波单元，第一磁珠l2的一端接高电平，第一磁珠l2的另一端与第四电容c4的一端相连，第四电容c4的另一端接地，第一磁珠l2的另一端和第四电容c4的一端均与u1的vcc1引脚相连。第二磁珠l3的一端接高电平，第二磁珠l3的另一端与第五电容c5的一端相连，第五电容c5的另一端接地，第二磁珠l3的另一端和第五电容c5的一端均与u1的vcc2引脚相连，以保证电源对u1供电的稳定性，例如，l2和l3的频率阻抗特征值可以均为120ω@100mhz。其中，u1的3、4、5和6引脚与模数转换模块相连，11、12、13和14引脚与处理器相连，滤波电容c6的一端与u1相连，另一端接地，滤波电容c7的一端与u1相连，另一端接地，滤波电容c8的一端与u1相连，另一端接地，滤波电容c9的一端与u1相连，另一端接地。通过该隔离电路设计，一方面降低了外界通过模数转换模块3引入的噪声对主系统造成的干扰，另外也可有效降低由于浪涌而对处理器5等主控制造成的损坏的风险。
[0059]
进一步的，在上述实施例的基础上，如图1所示，本实施例中提供的数据处理电路，还可以包括：电压监测模块6；电压监测模块6与处理器5相连，电压监测模块6用于在数据处理电路电压异常时，复位处理器5，以使数据处理电路电压正常时恢复工作状态。即只有在电压正常以后，处理器才会重启，电路恢复正常工作，保证电路安全。
[0060]
具体的，电压监测模块6的主要作用是对外部电源的输入电压进行实时监测，通常情况下，在电压异常即电压超出安全电压范围之后，系统便会自动关机进行保护，从而停止运行。其中，电压超出安全电压范围包括电压过高和过低两种形式。而本实施例中的电压监测模块6通过实时监测外部电源的输入电压，在电压异常后，电压监测模块发送控制信号至处理器，以主动复位处理器5的主控芯片，保证系统的稳定性。
[0061]
图4是本实用新型实施例提供的电压监测模块的电路原理图。
[0062]
如图4所示，本实施例的电压监测模块6可以包括：运算放大单元和保护单元；保护单元的一端与外部电源相连，保护单元的另一端与运算放大单元相连，运算放大单元还与处理器5相连；保护单元用于控制运算放大单元的电压和/或电流。
[0063]
其中，保护单元包括第一分压电阻、第二分压电阻、限流电阻和第一电容；第一分压电阻的第一端与外部电源相连，第一分压电阻的第二端与第二分压电阻的第一端相连，第二分压电阻的第二端接地；第二分压电阻的第一端与限流电阻的第一端连接，限流电阻的第二端与运算放大单元相连，第一电容的第一端接地，第一电容的第二端与限流电阻的第二端相连。
[0064]
具体的，vin端连接的外部电源的电压输入范围9～36v，标称24v，如果输入电压低于9v或超过36v，系统将自动关机进行保护。r6为1mω精度为1％的第一分压电阻，r7为47kω精度1％的第二分压电阻，对24v的vin进行分压，可得r8两端电压值为1.08v，图4中的限流电阻r8不可省略，它可对信号进行限流，保护后端运算放大芯片不被损坏，也可以和第一电容c10组成低通滤波电路，降低采样信号的干扰，提高采样精度。由于运算放大器芯片的pin3脚输入端阻抗可达mω级，因此r8的100ω阻值对信号质量几乎无影响，而输出脚pin1的输出阻抗很低，一般为ω级，因此采样信号几乎可以按照1:1的比例输入到处理器中的模数转换电路，从而实现对电压输入的精准采样，实现对系统稳定性控制。电压监测模块中的
运算放大单元芯片的输出脚pin1通过电阻r9与后级模数转换电路相连，电阻r9的一端还与运算放大芯片的输出脚pin2和电阻r10的一端相连，电阻r10的另一端接地，电阻r9的另一端与电容c12的一端相连，电容c12的另一端接地。第三磁珠l4与电容c11构成滤波电路后与运算放大芯片的vcc引脚相连，用于为运算放大芯片提供稳定电源，l4的频率阻抗特征值为120ω@100mhz。另外电阻r9的主要作用是起到对电路的调试作用，r10的主要作用是固定运算放大芯片的pin2引脚的状态，电容c12的主要作用是滤波。
[0065]
本实用新型中，通过滤波模块2将称重传感器的采样信号通过硬件rc低通滤波电路进行滤波以消除干扰，提高信号质量，保证采样精度。通过电压监测模块6对电源输入进行实时监测，主动复位主控芯片，保证系统稳定性。通过隔离模块4，对每一路称量信号采用单独的通道进行采样，且模数转换模块3与处理器5通信部分进行隔离，处理器5再对隔离后去除噪声干扰的信号进行滤波处理，减小模拟电路部分对数字系统的干扰。
[0066]
进一步的，在上述实施例的基础上，本实施例中的数据处理电路，还包括：显示模块7；显示模块7与处理器5相连，显示模块7用于显示数据处理结果。
[0067]
具体的，在处理器5进行滤波处理保证信号的准确度以后，便可以通过显示模块7将最终的结果进行显示，以使操作人员可以直观地了解到当前物料的重量。
[0068]
基于同一总的实用新型构思，本实用新型还保护一种数据处理设备，包括如上述任一实施例的数据处理电路，例如数据处理设备包括信号变换器等。
[0069]
基于同一总的实用新型构思，本实用新型还保护一种作业机械，作业机械包括如上述实施例的数据处理设备，例如作业机械包括混凝土泵车等。
[0070]
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0071]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0072]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。