过具有可扩展SPI接口器件个数的片选信号模块，并联接A/D采样模块、数据存取模块和开关量识别模块，所述A/D采样模块、数据存取模块和开关量识别模块通过SPI总线电连接数据处理模块，在数据处理过程前后产生的数据通过SPI总线写入到数据存取模块;数据处理模块中的微控制器通过SPI总线向A/D转换器发送控制命令实现模拟量到数字量的转换，数据存取模块基于微控制器的SPI串行接口对FRAM存储芯片的读写操作，完成实时参数及其数据保存，开关量识别模块通过微控制器的引脚输出转换时序，待转换完成后，从SPI总线读取微控制器的串行数据，最后通过SPI总线读取12位数据并对其进行处理。
[0029]在图2中，数据处理模块可以采用AVR单片机DlOl作为数据处理器，该数据处理器可以选用型号为AVR_MEGAI128功能系列的单片机。数据处理模块可以由单片机D101、接地并联电容C103、引脚并联晶振G101，晶振GlOl并联电容C101、C102、引脚并联C136和C137的外围元器件组成，用以识别来自外部的开关量信号、对8个模拟信号通道进行采样和将系统重要的数据，存入外部数据存储器以及从外部数据存储器中读取表格数据或者系统运行期间写入的数据;数据处理模块通过JPlOl组成JTAG接口，作用是外部设备可以通过JTAG接口对AVR单片机进行现场编程和模拟仿真。
[0030]控制多个具有SPI接口的外围器件，可以通过片选信号模块来实现。数据处理模块通过SPI总线读取来自外部开关量识别模块的开关量信号、8个外部模拟信号通道的采样数据通过A/D采样模块，以及外部数据存储器中的表格数据或者系统运行期间写入的数据;同时，数据处理模块通过SPI总线将系统重要的数据，写入外部数据存储器。
[0031]在图3中，片选信号模块可以选用型号为⑶74C137NS功能系列的芯片电路。该片选信号模块主要由片选信号电路D102和并联在电源引脚VCC与地线或O线公共端GND引脚之间的电容C104组成，由于AVR单片机只有一个SPI接口，为了能控制多个SPI接口外围器件，因此可以采用3-8译码器来实现，本实施例的最大可以支持扩展8个SPI接口的器件，若需要扩展更多的SPI接口的器件，则需更换译码器即可。
[0032]在图4中，开关量识别模块可以由电源引脚VCC并联电容CllO的8位移位寄存器D103构成的开关量识别电路组成。开关量识别模块作用是可以将8个引脚的状态转换为一个字节数据，等待数据处理模块读取，该开关量识别电路至多能识别8个开关量信号，若需要识别更多的开关量信号，则可以扩展多个移位寄存器即可。为对D103的输入输出信号进行隔离保护，可以通过图5所示的固态继电器DllO引脚输出线并联电阻R113、电容C113，模拟地AGND、输出CARRY引脚输出线并联电容Cl 14和并联接点电连接的电阻Rl 14，以及引脚输出线通过电阻R104并联电容C124，引脚输出线电连接的电阻R103组成隔离电路，其中R113，R114是上拉电阻，电容C113、C114、C124用于过滤杂波，而R103和R104为限流电阻。
[0033]在图6中，数据存取模块实质为带SPI总线接口的外接数据存储器，可将测量控制系统状态、实时参数等重要参数通过SPI总线写入到数据存取模块中，可通过SPI总线将数据读出用于分析。数据存取模块可以采用由铁电存储器D105和其电源引脚VCC与HOLD控制输出线并联接点上电连接的钽电容C128和C108构成的并联电路组成。数据处理模块处理后的数据可以通过SPI总线写入到铁电存储器中，也可通过SPI总线从存储器中读取相关数据参与运算。
[0034]在图7中，A/D采样模块可以采用由转换芯片D106及其引脚输出线与模拟地AGND串联钽电容Cl 30接点电连接且带有电容Cl 11模拟地AGND并联回路的基准源D108、并联REFADAD J输出线的电容C122、电源引脚VCC电连接钽电容C129、电容C109电容并联回路组成，其中(:111和钽电容(:130为4/0转换芯片0106提供基准电压，钽电容(:129、电容(:109和C122可以滤除电源杂波。数据处理模块通过SPI总线向A/D转换芯片写入相应的控制命令实现转换，并将结果通过SPI总线回送到数据处理模块进行处理。
[0035]在图8中，电源模块包括滤波电路、储能电路和DC-DC变换电路，电源滤波器N301滤除电源杂波，提高电磁兼容能力；电源滤波器N301通过并联线路上的大容量并联钽电容C402接点电连接的电阻R401与二极管V401构成的并联回路，在电源出现浪涌和瞬时掉电时，保护后端电路;电源模块N201进行DC-DC转换，为其他模块提供稳定的直流电源。
【主权项】
1.一种低频缓变信号实时监测装置，包括电源模块、含有微处理器的数据处理模块、具有可扩展SPI接口器件个数的片选信号模块、A/D采样模块、数据存取模块和开关量识别模块，其特征在于:数据处理模块电连接片选信号模块，片选信号模块输出端并联接A/D采样模块、数据存取模块和开关量识别模块，A/D采样模块、数据存取模块和开关量识别模块通过数据处理模块，并联输出端连接数据处理模块，数据处理模块通过SPI总线，对同一时刻只能有一个片选信号有效来控制片选信号模块产生片选信号，向选中模块发送控制命令实现两者之间的数据传输，进而实现A/D采样、数据存取以及开关量识别功能;数据存取模块数据处理模块将测量控制系统状态、实时重要参数通过SPI总线写入到数据存取模块中，将数据读出用于分析;数据处理模块通过SPI总线向A/D转换器发送模拟量到数字量转换的控制命令，A/D采样模块将采样选信号模拟量转换为数字量，并将转换结果通过SPI总线回送到数据处理模块进行处理;开关量识别模块通过微控制器的引脚输出转换时序，从SPI总线读取微控制器串行输入/输出移位寄存器输出的串行数据，通过SPI总线读取微控制器串行输入/输出移位寄存器输出的串行数据，得到外部信号的输入状态，最后通过SPI总线读取12位数据并对其进行处理。2.如权利要求1所述的低频缓变信号实时监测装置，其特征在于:数据处理模块带有联合测试行为组织JTAG接口和通讯接口，该数据处理模块采用AVR单片机DlOl作为数据处理器。3.如权利要求2所述的低频缓变信号实时监测装置，其特征在于:数据处理器是型号为ATMEGA128的单片机。4.如权利要求1或2所述的低频缓变信号实时监测装置，其特征在于:数据处理模块由单片机D101、电源接地并联滤波电容C103、C136和C137、晶振G101，晶振GlOl负载电容C101、C102、以及用于程序下载的JTAG仿真插座构成的外围元器件组成，晶振GlOl为石英晶体振荡器。5.如权利要求1或2所述的低频缓变信号实时监测装置，其特征在于:数据处理模块通过SPI总线读取来自外部开关量识别模块的开关量信号、8个外部模拟信号通道的采样数据通过A/D采样模块，以及外部数据存储器中的表格数据或者系统运行期间写入的数据；同时，数据处理模块通过SPI总线将系统重要的数据，写入外部数据存储器。6.如权利要求1所述的低频缓变信号实时监测装置，其特征在于:片选信号模块由3-8译码器D102和电源滤波电容C104组成。7.如权利要求1所述的低频缓变信号实时监测装置，其特征在于:为了能控制多个具有SPI接口的外围器件，数据处理器采用3-8译码器来实现最大可以支持扩展8个具有SPI接口的器件，通过更换译码器或增加译码器扩展更多具有SPI接口的器件。8.如权利要求1所述的低频缓变信号实时监测装置，其特征在于:开关量识别模块由电源弓I脚VCC并联电容C110的8位移位寄存器D103构成的开关量识别电路组成;为对D103的输入输出信号进行隔离保护，由固态继电器DllO和外围器件组成。9.如权利要求1所述的低频缓变信号实时监测装置，其特征在于:为对D103的输入输出信号进行隔离保护，可以通过固态继电器DllO引脚输出线并联电阻R113、电容C113，模拟地AGND、输出CARRY引脚输出线并联电容C114和并联接点电连接的电阻R114，以及引脚输出线通过电阻R104并联电容C124，引脚输出线电连接的电阻R103组成隔离电路，其中R113，R114是上拉电阻，电容C113、C114、C124用于过滤杂波，而R103和R104为限流电阻。10.如权利要求1所述的低频缓变信号实时监测装置，其特征在于:A/D采样模块由电压参考源D108、A/D转换芯片D106及其C129、C109和C122组成的滤波电路组成，其中D108及其外围器件CllO和C130由转换芯片D106及其引脚输出线与模拟地AGND串联钽电容C130接点电连接且带有电容C111模拟地AGND并联回路的基准源D108、并联REFADADJ输出线的电容(:122、电源引脚￥(:(:电连接钽电容(:129、电容(:109电容并联回路组成，其中(:111和钽电容C130为A/D转换芯片D106提供+4.096V的基准电压，钽电容C129、电容C109和C122用于滤除电源杂波;数据处理模块通过SPI总线向A/D转换芯片写入相应的控制命令实现转换，并将结果通过SPI总线回送到数据处理模块进行处理。
【专利摘要】本实用新型公开的低频缓变信号实时监测装置，旨在提供一种电路简单、兼容性强、通用性好、可扩展性强、软件复用性好的实时监测装置。本实用新型通过下述技术方案予以实现：数据处理模块电连接片选信号模块，片选信号模块输出端并联接A/D采样模块、数据存取模块和开关量识别模块，A/D采样模块、数据存取模块和开关量识别模块，通过数据处理模块，并联输出端连接数据处理模块，数据处理模块向选中模块发送控制命令实现两者之间的数据传输，进而实现A/D采样、数据存取以及开关量识别功能；数据存取模块数据处理模块将测量控制系统状态、实时重要参数通过SPI总线写入到数据存取模块中；A/D采样模块将转换结果通过SPI总线回送到数据处理模块进行处理。
【IPC分类】G05B19/042
【公开号】CN205247119
【申请号】CN201520862823
【发明人】黎右翼
【申请人】四川泛华航空仪表电器有限公司
【公开日】2016年5月18日
【申请日】2015年11月1日