專利名稱：一種多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，尤其涉及一種多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前在諸如輕觸開關(guān)壓力、多目標溫度、電力等多通道的模擬量采集 中，通常的架構(gòu)設(shè)計為在每一通道的橋式、單端傳感器后使用一路由單片 或兩片高線性、高精度、低漂移的高端運算放大器作信號放大，其后再使
用一個多路復(fù)用器加單通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)或直接選用多路輸入的 ADC,時序控制另用一個中央處理器(MCU\DSP)。此種硬件架構(gòu)中，每通 道都使用單獨的放大電路，這使電路的布局走線(特別是地線的安排)有 相當?shù)膹?fù)雜性，每通道的一致性亦無法達成，而且成本方面高端的運算放 大器的價格是極高的。 發(fā)明內(nèi)容
本實用新型就是為了克服以上的不足，提出了一種結(jié)構(gòu)簡單、低成本 的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
本實用新型的技術(shù)問題通過以下的技術(shù)方案予以解決
一種多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括選擇器、放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和中央 處理器，所述放大器連接在選擇器和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊之間，所述中央處理器 與放大器相連；所述選擇器接收傳感器的多路輸出信號并在中央處理器的 控制下分時將多路信號送至放大器進行放大，所述放大器將放大后的多路 信號送至模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。
所述選擇器為多路復(fù)用器。
所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊集成在中央處理器內(nèi)。
所述傳感器為壓力傳感器。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)對比的有益效果是本實用新型僅需一個放大 器可對多路小信號進行高一致性的放大，這使本實用新型在這使電路的布 局上不用考慮多個地線及參考點，布線結(jié)構(gòu)簡單、 一致性強，而且可以很大程度上降低多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的成本。而且，本實用新型的模數(shù)轉(zhuǎn)換模 塊集成在中央處理器內(nèi)，可實現(xiàn)系統(tǒng)軟件無縫集成且通信部分非常簡單可 靠、不存在使用專用模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的邏輯控制及數(shù)據(jù)錯碼的問題。

圖1是本實用新型具體實施方式
的電路原理框圖； 圖2是本實用新型具體實施方式
的選擇器的電路結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本實用新型具體實施方式
的放大器的電路結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本實用新型具體實施方式
的具體電路結(jié)構(gòu)示意圖；具體實施方式
下面通過具體的實施方式并結(jié)合附圖對本實用新型做進一步詳細說明。
如圖1所示， 一種多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括選擇器、放大器、模數(shù)轉(zhuǎn) 換模塊和中央處理器。所述放大器連接在選擇器和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊之間，所 述中央處理器與放大器相連。所述選擇器接收傳感器的多路輸出信號并在 中央處理器的控制下分時將多路信號送至放大器進行放大，所述放大器將 放大后的多路信號送至模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊可 以集成在中央處理器內(nèi)。
如圖2所示，所述選擇器為多路復(fù)用器。所述多路復(fù)用器可以為低電 壓、單電源供電、低內(nèi)阻的高速多路復(fù)用器。在本具體實施方式
中，選用 美國模擬器件公司(Analog Devices)的型號為ADG706的芯片作為選擇 器；選用美國模擬器件公司(Analog Devices)的型號為AD623的儀用放 大器作為放大器；選用意法半導體的型號STM32F10x的芯片作為中央處 理器，該中央處理器內(nèi)部集成有高速模數(shù)轉(zhuǎn)換(Analog/Digital Converter, 簡稱ADC)。中央處理器在AD方面只需完成對多路復(fù)用器進行通道切換 的工作，占用處理器資源極少。
下面用一個更具體的實例，對本實用新型做進一步說明。在這個實例 中傳感器采用壓力傳感器，具體而言，傳感器為日本NMB傳感器公司生 產(chǎn)的LSM-1K系列的橋式壓力傳感器，共16通道。在本實例中，由兩片 ADG706構(gòu)成雙路單選式選擇器。因橋式傳感器存在一定的零點漂移的現(xiàn) 象，如在壓力傳感應(yīng)用中，當傳感器上無任何壓力(即壓力為0)的時候， 輸出端應(yīng)輸出為0的，但實際上都會有較小的正向或是負向的輸出值。因 此在單電源供電時，壓力信號放大器的基準電壓(REF)不可以電源電壓或是0電壓，而應(yīng)將之設(shè)在被測值的擺幅內(nèi)，否則會丟失壓力值。在圖2 中，AD623的REF接至了 2.5V的基準源，且采用的是反向放大方式，如 此在壓力最大時輸出的負向幅值為最大，即放大器AD623輸出的直流電壓 為最低，在壓力最小為0時輸出的幅值為最小，亦即放大器AD623輸出的 直流電壓為最高，整個壓力傳感器的擺幅均在中央處理器STM32F10x的 轉(zhuǎn)換范圍內(nèi)。在本實例中，壓力傳感器、選擇器ADG706、放大器AD623 均為單5V供電；中央處理器STM32F10x為單3.3V供電。電壓的精度越 高ADC的值越精確。
具體的工作過程如下在本實例中壓力傳感器在供電壓力為0 500gf 時可輸出0 2mV左右的差動電壓，當然由于橋式傳感器不可能在0壓力時 輸出0電壓，它也可能輸出一個較小的負電壓值。因壓力為線性參數(shù)，所 以我們在校正時應(yīng)對0點和500gf的壓力點進行核準，則單位gf的電壓值 為1 (gf) = (V500-V0) /500。放大器AD623的增益設(shè)為60dB，因放 大器AD623的REF接2.5V基準電壓且為反相放大形式，即放大器輸出電 壓約為2.5V 0.5,考慮傳感器漂移，最高電壓略高于2.5V但小于3.3V，所 以在中央處理器STM32F10x仍可得到線性的AD值，中央處理器 STM32F10x內(nèi)置2個12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器，lus轉(zhuǎn)換時間(16通道)，具有雙采 樣和保持功能，我們以2.5V、 3.3V、 2.5V 0.5理論值為設(shè)計參數(shù)(實際 值可由軟件自動修正)可得出最終的壓力算法，實測壓力值二實測AD值 x500/ (500gf的AD值一0gf的AD值)；選擇器ADG706的切換時間僅需 40ns，所以在進行16通道的壓力采集時我們?nèi)钥梢缘玫浇咏?MSPS的轉(zhuǎn) 換性能，也就是說對16通道的壓力值進行單次采集只需要約16us (實際 值通常短于這個值)，在1S的時間內(nèi)可以進行62500次所有通道的壓力轉(zhuǎn) 換，以第10次轉(zhuǎn)換作為一周期，再進行平均值處理，如此可以得到的壓力 分辨率為500/4096x(2/3.3)=0.2(gf)，考慮實際的誤差，我們能得到的測 量精度仍然優(yōu)于0.3gf，在絕大部分的壓力檢測中這都是一個非常優(yōu)秀的指 標。在實際測試中，對零點及500g量程值采用精度為O.lg的法碼進行校 準，實測的檢測精度優(yōu)于0.3g。
本實用新型所采用的元器件均為易購件，成本上有很大優(yōu)勢。而且在 中央處理器STM32F10x方面可以得到制造商全面的技術(shù)支持，在系統(tǒng)軟 件方面有成熟且完全可移植的函數(shù)庫。本實用新型實現(xiàn)了在較小的板件尺 寸上用較少的元件器實現(xiàn)高密度、高精度、高速且無須另外進行時序和數(shù)據(jù)通訊的可靠采集。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型有諸多優(yōu)勢，亦減少了 開發(fā)人員的工作量，在智能家居、工業(yè)控制、汽車自動控制領(lǐng)域有廣闊的 發(fā)展空間。
以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實施方式對本實用新型所作的進一步詳細 說明，不能認定本實用新型的具體實施只局限于這些說明。對于本實用新 型所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型構(gòu)思的前提下， 還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當視為屬于本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1. 一種多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括選擇器、放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和中央處理器，所述放大器連接在選擇器和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊之間，所述中央處理器與放大器相連；所述選擇器接收傳感器的多路輸出信號并在中央處理器的控制下分時將多路信號送至放大器進行放大，所述放大器將放大后的多路信號送至模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于所述選擇器為 多路復(fù)用器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于所述模數(shù) 轉(zhuǎn)換模塊集成在中央處理器內(nèi)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于所述傳感器為壓力傳感器。
專利摘要本實用新型公告了一種多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括選擇器、放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和中央處理器，所述放大器連接在選擇器和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊之間，所述中央處理器與放大器相連；所述選擇器接收傳感器的多路輸出信號并在中央處理器的控制下分時將多路信號送至放大器進行放大，所述放大器將放大后的多路信號送至模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。本實用新型僅需一個放大器可對多路小信號進行高一致性的放大，這使本實用新型在電路的布局上不用考慮多個地線及參考點，布線結(jié)構(gòu)簡單、一致性強，而且可以很大程度上降低多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的成本。
文檔編號G01L1/16GK201233288SQ20082009572
公開日2009年5月6日 申請日期2008年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月22日
發(fā)明者凱 劉, 陳培智 申請人:深圳市英唐智能控制股份有限公司