一种模拟量采集系统及该系统的工作方法与流程

本发明属于机载模拟量采集技术领域，尤其涉及一种模拟量采集系统及该系统的工作方法。

背景技术：

飞机机电系统中包含大量温度、流量、压力、液位、速度等模拟量输入信号，不同模拟量输入信号输入电压范围不定，输入极性为单极性或双极性，输入信号类型为单端输入或差分输入，传统的电路很难同时满足上述要求。传统的设计，通过设置不同的电路参数满足不同模拟量输入范围，通过设计不同的电路形式，适应不同的输入类型，从而造成模拟量采集电路体积大、电路种类繁多，数量庞大，系统可靠性低、复杂度高、采集精度差。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题：提供一种增益可调、高精度、高可靠性的模拟量采集系统，同时说明该采集系统的各种工作模式下的工作方法。

本发明的技术方案：一种模拟量采集系统，所述的采集系统包括信号采集电路，所述的信号采集电路内包括比例放大器，模拟量信号经比例放大器处理后输出，其特征为：在比例放大器的正端和负端反馈电路中同时设置电阻网络，所述的电阻网络包括多选一开关矩阵和多个电阻，开关矩阵的每一个输入通道对应一路电阻，开关矩阵与内部总线交联，以实现模拟量输入信号的采集范围的可配置和自适应。

优选地，所述在比例放大器的正端和负端反馈电路中同时设置的电阻网络构型和控制逻辑相同，以简化逻辑设计。

优选地，在比例放大器的正负输入端分别设置有同构型的多选一开关，所述多选一开关的输入通道包括模拟量信号输入，还包括信号地，所述的多选一开关与内部总线交联，实现信号切换和误差校准。

优选地，所述的多选一开关的输入通道还包括基准电压，实现bit检测。

优选地，在比例放大器的正端设置有加法电路，实现输入信号的偏置，满足a/d转换模块电压范围。

一种模拟量采集系统采集方法，其特征为:根据放大比例要求，调节权利要求1中所述采集系统比例放大器正负端电阻网络内的多选一开关矩阵的输入通道，对输入模拟量信号进行处理。

优选地，在比例放大器的正负输入端分别设置有同构型的多选一开关，所述多选一开关包括连通输入信号的输入通道，还包括接地的输入通道，所述的多选一开关与内部总线交联；

根据模拟量输入信号的极性，分别调节正负输入端多选一开关的输入通道，当模拟量输入信号为单极性时，其中一个多选一开关选通接地通道；当模拟量输入信号为双极性时，两个多选一开关都选通输入信号。

一种模拟量采集系统自检测方法，其特征为：权利要求1所述采集系统在比例放大器的正负输入端分别设置有同构型的多选一开关，所述多选一开关包括连通基准电压的输入通道；

两个多选一开关一个选通接地通道一个选通基准电压通道，根据后端采集结果判断电路故障。

一种模拟量采集系统误差识别方法，其特征为：权利要求1所述采集系统在比例放大器的正负输入端分别设置有同构型的多选一开关，所述多选一开关包括连通接地的输入通道；

两个多选一开关同时选通接地输入通道，根据后端采集结构识别系统误差。

本发明的有益效果：系统通过在模拟量输入端设置四选一多选开关，选通模拟量输入、电压基准源或者模拟地，实现模拟量输入单端/差分模式配置或bit检测，通过在比例放大模块的输入“-”端和“+”端设置电阻网络，实现模拟量输入范围的增益配置，通过参考电压设置兼容模拟量信号单极性输入或双极性输入，本发明所述系统具备电路体积小、扩展性、可靠性高、适应范围宽等优点。本发明所述的方法，通过比例增益的配置和校正，误差修正，具备增益自适应和采集精度高的特点。本发明所述的一种增益自适应高精度模拟量采集系统及方法，对提升整个飞机模拟量采集系统采集精度及控制性能具备重要的意义，可广泛应用于飞机或者工业领域。

附图说明

图1为本发明实施例原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。图1是本发明提供的一种模拟量采集系统及该系统的工作方法功能框图。参照图1所示，采集系统包括信号采集电路，所述的信号采集电路内包括比例放大器，模拟量信号经比例放大器处理后输出，其特征为：在比例放大器的正端和负端反馈电路中同时设置电阻网络，所述的电阻网络包括多选一开关矩阵和多个电阻，开关矩阵的每一个输入通道对应一路电阻，开关矩阵与内部总线交联，以实现模拟量输入信号的采集范围的可配置和自适应。所述在比例放大器的正端和负端反馈电路中同时设置的电阻网络构型和控制逻辑相同，以简化逻辑设计。在比例放大器的正负输入端分别设置有同构型的多选一开关，所述多选一开关的输入通道包括模拟量信号输入，还包括信号地，所述的多选一开关与内部总线交联，实现信号切换和误差校准。所述的多选一开关的输入通道还包括基准电压，实现bit检测。在比例放大器的正端设置有加法电路，实现输入信号的偏置，满足a/d转换模块电压范围。

具体实施中，所述多选一开关为四选一开关，所述电阻网络包括四个组织不同的电阻和一个四选一开关，电阻r2-1，r2-2，r2-3，r2-4阻值分别为10kω，20kω，30kω，40kω，比例放大模块输入端串接的电阻r1-1和r1-2阻值相同，都为10kω，电阻r3-1和r3-2阻值相同，都为10kω，图1中比例放大模块、电压跟随模块、a/d转换模块采用单极性电压供电。图1中电压跟随模块的输入“+”端电压v′ref与所述参考电压vref的关系为：所述比例放大模块的输出电压vo与模拟量采集电压vi的关系为：其中k为放大倍数，数值大小为：设计vref＝5v，则vo＝2.5-kvi，，k＝1,2,3,4。

本发明所述的一种模拟量采集系统的工作方法，实施步骤如下：

步骤1，系统误差修正值采集

四选一开关1和四选一开关2的输入同时选通信号地，使图1中比例放大模块输入的“-”端和“+”端分别通过电阻r1-1和电阻r1-2连接至模拟地，比例放大模块的输出电压理论值为0，a/d转换模块采集实际电压为v采集，故采集系统误差为：δv修正＝v采集，记录该差值作为系统误差修正值。

步骤2，工作模式配置

cpu模块通过内部总线将工作模式配置数据发送至fpga模块，fpga模块经逻辑运算产生控制信号，控制四选一开关1和四选一开关2选通不同的管脚，实现工作模式配置，所述工作模式包括：单端电压采集模式、差分电压采集模式和bit工作模式。

步骤3，比例增益参数配置

fpga模块读取a/d转换模块结果，判断转换结果是否在a/d转换模块数据满量程的如果采集结果不在该范围内，通过配置电阻网络1和电阻网路2等效阻值r2，将转换结果调整至a/d转换模块数据满量程的重新采集结果，以提高系统采集精度。

步骤4，数据处理

cpu模块通过内部总线读取fpga模块a/d转换数据，对采集结果进行数据处理和误差修正。

所述的单端电压采集模式依据模拟量输入信号连接的管脚不同，配置方法如下：(1)当模拟量输入连接至四选一开关1输入的的2脚时，四选一开关1选通2脚作为输入，四选一开关2选通3脚或4脚与模拟地连接；(2)当模拟量输入连接至四选一开关2输入的的2脚时，四选一开关1选通3脚或4脚与模拟地连接，四选一开关2选通2脚作为输入。

所述的差分电压采集模式配置方法如下：四选一开关1选通2脚作为输入连接至模拟量输入的一端，四选一开关2选通2脚作为输入连接至模拟量输入的另一端。

所述的bit工作模式配置方法如下：(1)四选一开关1选通基准源，四选一开关2选通模拟地，cpu模块读取采集结果，判断电压基准采集是否在误差范围之内；(2)四选一开关1选通模拟地，四选一开关2选通基准源，cpu模块读取采集结果，判断电压基准采集是否在误差范围之内；(3)当(1)、(2)采集结果同时在误差范围之内，记录bit检测通过，否则记录bit故障。