一种高精度模拟信号采集处理电路的制作方法

本发明属于数据采集技术领域，具体涉及一种高精度模拟信号采集处理电路。

背景技术：

在工业测量、自动控制应用等场合，因为现场与控制室或控制器之间的距离较远，连接电线的电阻较大时，如果用电压源信号远传，由于电线电阻与接收仪表输入电阻的分压，将产生较大的误差，而用恒电流源信号作为远传，电流信号抗干扰的能力相比电压信号更强，只要传送回路不出现分支，回路中的电流就不会随电线长短而改变，从而保证了传送的精度。

在环保领域，工业现场大量使用4～20ma的电流信号，控制器需要对这些电流信号进行转换和采集。通常的设计方法是将电流转换成电压信号，然后通过adc芯片对电压信号进行采集、计算。根据环保设备相关国家标准，模拟量信号采集精度要达到0.1％，这需要高分辨率的adc芯片，从而带来高额的成本，而低成本低分辨率的adc芯片又很难达到设计要求。

技术实现要素：

发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种高精度模拟信号采集处理电路，通过模拟信号输入电路、通道选择控制电路、信号处理电路和模拟信号计算电路相结合，采集精度可达到千分之一，且性能稳定，体积小，成本低。

技术方案：本发明所述的一种高精度模拟信号采集处理电路，包括模拟信号输入电路、通道选择控制电路、信号处理电路和模拟信号计算电路，所述模拟信号输入电路的输入端连接待监测的模拟信号，所述模拟信号输入电路的输出端与通道选择控制电路的输入端连接，所述通道选择控制电路的输出端与信号处理电路的输入端连接，所述信号处理电路的输出端与模拟信号计算电路的输入端连接，所述模拟信号计算电路的输出端与主控制器连接。

进一步的，所述模拟信号输入电路包括连接器，所述连接器的一端连接待监测的模拟信号，另一端各单元通过输入信号处理单元电路与通道选择控制电路中的芯片连接。

进一步的，所述输入信号处理单元电路包括保险丝、电阻、tvs二极管和跳线，所述保险丝型号为0zcj0005ff2e，tvs二极管型号为smbj6.5ca。

进一步的，所述通道选择控制电路包括cmos模拟多路复用器芯片dg408dy，芯片dg408dy的各输入通道分别与模拟信号输入电路的输出端连接，芯片dg408dy的输出端与信号处理电路的输入端连接。

进一步的，所述信号处理电路采用差分放大器电路。

进一步的，所述信号处理电路包括多个运算放大器芯片op07cs、电阻和电容。

进一步的，所述模拟信号计算电路包括集成电路芯片cs5460a、电阻和电容。

进一步的，所述集成电路芯片cs5460a采用光电隔离通信。

进一步的，还包括隔离电源电路，所述的隔离电源电路包括电源隔离模块芯片a0512s-1wr2、三端稳压器78l05和电容。

进一步的，所述主控制器采用stm32f407vet6单片机。

有益效果：本发明的高精度模拟信号采集处理电路，采用模拟信号输入电路、通道选择控制电路、信号处理电路和模拟信号计算电路相结合，可以采集电压或电流信号，采集精度可达到千分之一，且性能稳定，体积小，成本低，可适用于各种领域使用。

附图说明

图1为本发明的模拟信号采集电路原理框图；

图2为本发明一个实施例的模拟信号输入电路电路原理图；

图3为本发明模拟信号输入电路中的连接器j1结构示意图；

图4为本发明一个实施例的通道选择控制电路电路原理图；

图5为本发明一个实施例的信号处理电路电路原理图；

图6为本发明一个实施例的模拟信号计算电路电路原理图；

图7为本发明一个实施例的隔离电源电路电路原理图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。

如1所示，发明所述的一种高精度模拟信号采集处理电路，包括模拟信号输入电路、通道选择控制电路、信号处理电路和模拟信号计算电路，所述模拟信号输入电路的输入端连接待监测的模拟信号，所述模拟信号输入电路的输出端与通道选择控制电路的输入端连接，所述通道选择控制电路的输出端与信号处理电路的输入端连接，所述信号处理电路的输出端与模拟信号计算电路的输入端连接，所述模拟信号计算电路的输出端与主控制器连接。

下面针对一个实施例，对本发明的高精度模拟信号采集处理电路的各个电路组成做一个详细说明：

如图2所示，为一个实施例的模拟信号输入电路原理图。该模拟信号输入电路包括3.81mm的连接器j1(如图3所示)，所述连接器j1的一端连接待监测的模拟信号，另一端各单元(8组输入单元in0-in7)通过输入信号处理单元电路与通道选择控制电路中的模拟多路复用器芯片连接。

如图2所示以输入单元in0为例，输入信号处理单元电路包括了ptc自恢复保险丝f1，电阻r4、r5和r8，tvs二极管tvs1和跳线j3，其中险丝型号为0zcj0005ff2e，tvs二极管型号为smbj6.5ca。其中ptc自恢复保险丝f1的一端接连接器j1的in0+端，ptc自恢复保险丝f1的另一端分别连接有电阻r5、电阻r4以及tvs二极管tvs1的一端，电阻r5的另一端接跳线j3的一端，跳线j3的另一端分别接连接器j1的in0-端、tvs二极管tvs1的另一端以及电阻r8的一端，电阻r4的另一端接通道选择控制电路中芯片u6的脚4(s1)，电阻r8的另一端通道选择控制电路中芯片u8的脚4(s1)。

同样的，以输入单元in1为例，输入信号处理单元电路包括了ptc自恢复保险丝f2，电阻r10、r12和r14，tvs二极管tvs2和跳线j4，其中险丝型号为0zcj0005ff2e，tvs二极管型号为smbj6.5ca。其中ptc自恢复保险丝f2的一端接连接器j1的in1+端，ptc自恢复保险丝f2的另一端分别连接有电阻r10、电阻r12以及tvs二极管tvs2的一端，电阻r12的另一端接跳线j4的一端，跳线j4的另一端分别接连接器j1的in1-端、tvs二极管tvs2的另一端以及电阻r14的一端，电阻r10的另一端接通道选择控制电路中芯片u6的脚5(s2)，电阻r14的另一端通道选择控制电路中芯片u8的脚5(s2)。

本实施例中，输入单元in2-in7的电路结构与in0和in1的电路结构相同，具体如图2所示，此处不再一一进行详细说明。

如图4所示为通道选择控制电路电路图，通道选择控制电路包括两个cmos模拟多路复用器芯片dg408dy，分别为u6和u8。芯片u6和u8的脚4到脚7以及脚9到脚12为输入通道，分别与各输入信号处理单元电路的输出端连接。具体的，芯片u6的脚4与in0端的电阻r4的另一端连接，芯片u6的脚5与in1端的电阻r10的另一端连接，芯片u6的脚6与in2端的电阻r16的另一端连接，芯片u6的脚7与in3端的电阻r20的另一端连接，芯片u6的脚9与in7端的电阻r45的另一端连接，芯片u6的脚10与in6端的电阻r37的另一端连接，芯片u6的脚11与in5端的电阻r33的另一端连接，芯片u6的脚12与in4端的电阻r28的另一端连接。

另外，芯片u8的脚4与in0端的电阻r8的另一端连接，芯片u8的脚5与in1端的电阻r14的另一端连接，芯片u8的脚6与in2端的电阻r18的另一端连接，芯片u8的脚7与in3端的电阻r25的另一端连接，芯片u8的脚9与in7端的电阻r47的另一端连接，芯片u8的脚10与in6端的电阻r40的另一端连接，芯片u8的脚11与in5端的电阻r35的另一端连接，芯片u8的脚12与in4端的电阻r30的另一端连接。

芯片u6的脚8(d)端输出连接电阻r42的一端，芯片u8的脚8(d)端输出连接电阻r24的端，电阻r42、电阻r24的另一端与信号处理电路相连接。

如图5所示，为信号处理电路电路图。信号处理电路是一种差分放大器电路，包括了三个运算放大器芯片u7、u9和u10，运算放大器芯片型号为op07cs。其中芯片u7的脚3分别连接有电容c30、电阻r15、电容c31的一端以及电阻r24的另一端，电容c30的另一端分别连接有电阻r42的另一端以及电阻r19、电容c32的一端和芯片u10的脚3，电阻r15、电阻r19、电容c31和电容c32的另一端接地。芯片u7的脚2分别连接有电阻r26和电阻r27的一端，电阻r26的另一端分别连接有芯片u7的脚6以及电阻r21的一端，电阻r21的另一端分别连接有芯片u9的脚2和电阻r22的一端，电阻r22的另一端接芯片u9的脚6即输出电压信号，该输出电压信号与模拟信号计算电路的输入端连接；电阻r27的另一端分别连接芯片u10的脚2和电阻r39的一端，电阻r39的另一端接芯片u10的脚6和电阻r41的一端，电阻r41的另一端分别连接芯片u9的脚3和电阻r43的一端，电阻r43的另一端接地。而芯片u7、u9和u10的脚7端接vee电源并通过电容接地。

如图6所示，模拟信号计算电路原理图。该模拟信号计算电路主要采用cs5460a芯片u12，该集成电路芯片cs5460a采用光电隔离通信，芯片cs5460a具有超过1000:1动态范围。芯片u12的脚1和脚24分别连接有电容c19、c20和晶振y1，芯片u12的脚3接电源，脚4接地，且脚3余脚4之间连接有电容c21，芯片u12的脚8到脚10并联连接有电容c22和c23的一端，电容c22和c23的另一端共同连接有芯片u12的脚11和脚12。芯片u12的脚17通过电阻r9接电源，芯片u12的脚16并联连接有电阻r54和电阻r57的一端，电阻r57的另一端接地，电阻r54的另一端接电阻r22的另一端以及芯片u9的脚6。芯片u12的脚5到脚7，脚19，脚20和脚23均与主控制器的对应管脚相连接。

为了防止信号干扰，本实施例中优选采用了隔离电源电路。如图7所示，该隔离电源电路包括电源隔离模块芯片a0512s-1wr2(芯片u1)、三端稳压器78l05和若干电容。其中芯片u1的脚1通过电容c3接地，脚2直接接地，脚4分别接-vee端以及电容c9和电容c8(钽电容)的一端，电容c9和电容c8(钽电容)的另一端分别接地且连接连接芯片u1的脚5、电容c10(钽电容)和电容c11的一端，电容c10(钽电容)和电容c11的另一端接芯片u1的脚6以及+vee端、三端稳压器78l05的脚3、电容c5和电容c6的一端，电容c5和电容c6的另一端接地。三端稳压器78l05的脚2接地，三端稳压器78l05的脚1分别连接电容c4(钽电容)和电容c7的一端以及vcc端，电容c4和电容c7的另一端接地。

本发明的高精度模拟信号采集处理电路，采用模拟信号输入电路、通道选择控制电路、信号处理电路和模拟信号计算电路相结合，采集精度可达到千分之一，且性能稳定，体积小，成本低，可适用于各种领域使用。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。