專利名稱：總線微弱信號(hào)檢測(cè)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及總線微弱信號(hào)檢測(cè)儀，屬于微弱信號(hào)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是現(xiàn)代自動(dòng)控制技術(shù)和信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是下一代自動(dòng)化設(shè)備的標(biāo)志性技術(shù)，是改造傳統(tǒng)工業(yè)的有力工具，同時(shí)也是信息化帶動(dòng)工業(yè)化的重點(diǎn)方向。目前，國(guó)際上有關(guān)的許多著名制造企業(yè)都注重現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在其主導(dǎo)產(chǎn)品中的應(yīng)用，國(guó)際上也涌現(xiàn)出多家著名現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)技術(shù)供應(yīng)商。國(guó)內(nèi)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的需求也日益增加，在石油、化工、冶金、電力、機(jī)械、交通、建材、樓宇管理、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域和許多新規(guī)劃建設(shè)的項(xiàng)目都需要現(xiàn)場(chǎng)總線與工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持。因此總線微弱信號(hào)檢測(cè)是現(xiàn)代自動(dòng)控制技術(shù)亟待解決的問題。微弱信號(hào)不僅信號(hào)的幅度很小而且淹沒在噪聲中的信號(hào)，微弱是相對(duì)于噪聲而言的，為了檢測(cè)微弱信號(hào)，人們進(jìn)行了長(zhǎng)期的研究工作，分析噪聲產(chǎn)生的原因和規(guī)律，研究被測(cè)信號(hào)的特點(diǎn)、相關(guān)性及統(tǒng)計(jì)特性，以尋求從背景噪聲中檢測(cè)出微弱信號(hào)的方法和技術(shù)。 在低信噪比條件下如何正確的提取微弱信號(hào)一直是雷達(dá)、聲納、語音和通信的等領(lǐng)域信號(hào)處理所關(guān)心的問題。微弱信號(hào)檢測(cè)方法的首要任務(wù)是提高信號(hào)的信噪比，這就要綜合運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)、制動(dòng)控制技術(shù)、通信技術(shù)、電子技術(shù)以及物理技術(shù)等相關(guān)技術(shù)，以便從強(qiáng)干擾噪聲中檢測(cè)出微弱信號(hào)，從而滿足科研和技術(shù)開發(fā)的需要；微弱信號(hào)檢測(cè)方法不同于一般的檢測(cè)技術(shù)，它注重的不是傳感器的物理模型和傳感原理、相應(yīng)的信號(hào)轉(zhuǎn)換電路和儀表實(shí)現(xiàn)方法，而是如何抑制噪聲和提高信噪比，微弱信號(hào)檢測(cè)方法是一門專門的檢測(cè)方法。對(duì)于各種總線微弱信號(hào)的檢測(cè)，如弱光、微流量、弱電壓等，一般都是通過相應(yīng)的傳感器將其轉(zhuǎn)換為微電流或低電壓，再經(jīng)放大器放大其幅度以期指示被測(cè)量的大小。但是， 由于被測(cè)信號(hào)微弱，傳感器的本身噪聲、放大電路及測(cè)量?jī)x器的固有噪聲以及外界的干擾噪聲會(huì)比有用微弱信號(hào)的幅度要大，放大微弱信號(hào)的同時(shí)噪聲信號(hào)的幅度也同時(shí)放大，例如放大器的內(nèi)部固有噪聲和外界各種干擾的影響單憑放大時(shí)不能把微弱信號(hào)檢測(cè)出來，只有在有效的抑制干擾信號(hào)的同時(shí)增大微弱信號(hào)幅度，這樣才能提取出有用信號(hào)。為了提取出微弱信號(hào)，科研工作者必須研究微弱信號(hào)的理論、方法、設(shè)備。
發(fā)明內(nèi)容為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的目的在于提供總線微弱信號(hào)檢測(cè)儀；本實(shí)用新型針對(duì)低頻微弱信號(hào)檢測(cè)困難、準(zhǔn)確度不高等問題綜合多種相關(guān)檢測(cè)與濾波技術(shù)，創(chuàng)造性的采用嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法以及精密儀器設(shè)計(jì)技術(shù)研制出微弱信號(hào)檢測(cè)裝置，實(shí)現(xiàn)了在強(qiáng)噪音和干擾條件下對(duì)低頻微弱電壓信號(hào)的精確測(cè)量裝置。[0009]本實(shí)用新型由硬件控制系統(tǒng)和軟件控制系統(tǒng)組成；硬件控制系統(tǒng)由測(cè)量電路系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成；軟件控制系統(tǒng)由D0S6. 22操作系統(tǒng)，C語言程序系統(tǒng)和編譯器組成?？潭缺P上有指針，指示燈連接開關(guān)燈，開關(guān)燈連接開關(guān)。本實(shí)用新型的硬件控制原理通過放大模塊把微弱信號(hào)放大，微弱信號(hào)放大后經(jīng)過濾波器和相關(guān)檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)整機(jī)通訊、鍵盤輸入、數(shù)據(jù)處理和結(jié)果顯示。硬件設(shè)計(jì)是基于DSP的嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)，基于CPLD的邏輯控制模塊，A/D轉(zhuǎn)換電路，開關(guān)量輸入測(cè)量電路，開關(guān)量輸出控制電路，信號(hào)調(diào)整電路，液晶平板顯示，功能控制鍵和復(fù)位鍵八大功能部分組成。邏輯控制模塊主要完成對(duì)DSP系統(tǒng)發(fā)出指令的譯碼，產(chǎn)生各種控制信號(hào)和片選信號(hào)，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)線，以及讀取開關(guān)量。A/D轉(zhuǎn)換部分完成對(duì)所需測(cè)量的電壓信號(hào)的信號(hào)調(diào)理，模/數(shù)轉(zhuǎn)換盒數(shù)據(jù)鎖存功能，供計(jì)算機(jī)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取。液晶平板顯示器完成數(shù)據(jù)，測(cè)試結(jié)果和各種狀態(tài)等的面板顯示。復(fù)位鍵實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的強(qiáng)制復(fù)位。嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)采用基于DSP和CPLD的嵌入式系統(tǒng)硬件平臺(tái)，3. 5寸液晶顯示屏和功能鍵盤和外圍設(shè)備一起構(gòu)成一套完整的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，用于整機(jī)自動(dòng)測(cè)量與控制、數(shù)據(jù)處理、程序與校準(zhǔn)因子的存儲(chǔ)，功能參數(shù)設(shè)置及測(cè)量結(jié)果的顯示，實(shí)現(xiàn)整個(gè)測(cè)量過程全制動(dòng)化。CPLD采用ALTERA公司的EM7160SLC84-15，該器件容量大、速度快、IO資源豐富、開發(fā)設(shè)計(jì)與分析仿真工具完備，可滿足系統(tǒng)功能的各項(xiàng)需求，以Max+plusII軟件為設(shè)計(jì)平臺(tái)， 采用VHDL語言實(shí)現(xiàn)邏輯控制模塊的整體設(shè)計(jì)。A/D轉(zhuǎn)換模塊采用2片24位A/D采樣芯片AD7711同步采樣。數(shù)字信號(hào)輸入/輸出控制模塊利用可編程器件的大容量和強(qiáng)大驅(qū)動(dòng)能力，將數(shù)字信號(hào)的輸入/輸出模塊直接在EPM7160S內(nèi)實(shí)現(xiàn)，由74M4b將外部的數(shù)據(jù)信號(hào)讀入數(shù)據(jù)總線，獲得外部輸入信號(hào)的數(shù)據(jù)Din [8···. 1]；由74373將輸出控制信號(hào)Dout [32··· 11]進(jìn)行鎖存，保持控制信號(hào)和設(shè)置狀態(tài)的穩(wěn)定，通過輸出相應(yīng)的數(shù)字電平信號(hào)來驅(qū)動(dòng)所需控制的模擬開關(guān)，其讀寫片選邏輯信號(hào)由前面介紹的邏輯控制模塊產(chǎn)生。本實(shí)用新型軟件方案軟件運(yùn)行環(huán)境選用D0SA6. 22操作系統(tǒng)，編譯系統(tǒng)為嵌入式 TurboC2. 0,使用C語言編寫程序，顯示輸出模式為圖形模式。

圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖；圖2是本實(shí)用新型的硬件控制系統(tǒng)原理框圖。圖中1、指針，2、刻度盤，3、指示燈，4、開關(guān)燈，5、開關(guān)。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型刻度盤2上有指針1，指示燈3連接開關(guān)燈4，開關(guān)燈4連接開關(guān)5。本實(shí)用新型的硬件控制機(jī)制數(shù)字電路和模擬電路采用各自獨(dú)立設(shè)計(jì)，兩部分用 25芯連接線連接；通過控制與采集模塊完成對(duì)程控放大器與濾波器、參考信號(hào)通道、信號(hào)處理通道、校準(zhǔn)信號(hào)源、數(shù)據(jù)采集卡、液晶顯示屏、功能控制鍵盤的制動(dòng)控制。為減少各部間內(nèi)部相互干擾和各部件之間的相互干擾，本儀器進(jìn)行了合理設(shè)計(jì)，對(duì)各組件進(jìn)行了嚴(yán)格的屏蔽，圖1是本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。儀器功能(1)電壓測(cè)量測(cè)量量程范圍內(nèi)的交流電壓。 (2)自動(dòng)控制儀器的各項(xiàng)功能與操作均能實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)內(nèi)部和外部控制，能夠與其它設(shè)備一起組成自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)。(3)校準(zhǔn)信號(hào)提供儀器本身所帶的高精度衰減器進(jìn)行衰減后分別輸給儀器和被檢測(cè)儀器，實(shí)現(xiàn)對(duì)儀表的計(jì)量校準(zhǔn)。(4)自校通過對(duì)校準(zhǔn)信號(hào)的校準(zhǔn)，對(duì)各量程自動(dòng)產(chǎn)生校準(zhǔn)因子，并按照實(shí)驗(yàn)所得數(shù)學(xué)模型對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行自動(dòng)修正。自動(dòng)測(cè)量的功能(1)兩路正交交流信號(hào)的高精度A/D轉(zhuǎn)換及測(cè)量被測(cè)微弱正弦波信號(hào)由相關(guān)檢測(cè)電路檢測(cè)出的同相分量和正交分量幅度范圍是一-5V—5V。(2) 32路開關(guān)控制輸出4路增益控制，1路放大器接入控制，4路高通濾波器控制，4路低通濾波器控制，5路時(shí)間常數(shù)控制，8路校準(zhǔn)信號(hào)幅度控制，1路校準(zhǔn)輸入控制，3路衰減器選擇控制。 (3)面板顯示測(cè)試數(shù)據(jù)，測(cè)試結(jié)果機(jī)工作狀態(tài)等?？傮w硬件設(shè)計(jì)根據(jù)整機(jī)設(shè)計(jì)要求以及本儀器對(duì)數(shù)據(jù)處理要求高、需要完成的功能多和控制關(guān)系復(fù)雜等特點(diǎn)，數(shù)字部分硬件設(shè)計(jì)方案原理完成對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行放大，衰減， 濾波及相關(guān)檢測(cè)功能的實(shí)現(xiàn)，數(shù)字與模擬電路的接口信號(hào)由左邊的輸出或輸入信號(hào)組成， 完成整機(jī)的通訊，鍵盤輸入，控制，數(shù)據(jù)處理和結(jié)果顯示功能。硬件設(shè)計(jì)是基于DSP的嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)，基于CPLD的邏輯控制模塊，A/D轉(zhuǎn)換電路，開關(guān)量輸入測(cè)量電路，開關(guān)量輸出控制電路，信號(hào)調(diào)整電路，液晶平板顯示，功能控制鍵和復(fù)位鍵八大功能部分組成。邏輯控制模塊主要完成對(duì)DSP系統(tǒng)發(fā)出指令的譯碼，產(chǎn)生各種控制信號(hào)和片選信號(hào)，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)線，以及讀取開關(guān)量。A/D轉(zhuǎn)換部分完成對(duì)所需測(cè)量的電壓信號(hào)的信號(hào)調(diào)理， 模/數(shù)轉(zhuǎn)換盒數(shù)據(jù)鎖存功能，供計(jì)算機(jī)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取。液晶平板顯示器完成數(shù)據(jù)， 測(cè)試結(jié)果和各種狀態(tài)等的面板顯示。嵌入式系統(tǒng)平臺(tái)采用基于DSP和CPLD的嵌入式系統(tǒng)硬件平臺(tái)，3. 5寸液晶顯示屏和功能鍵盤和外圍設(shè)備一起構(gòu)成一套完整的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)， 用于整機(jī)自動(dòng)測(cè)量與控制、數(shù)據(jù)處理、程序與校準(zhǔn)因子的存儲(chǔ)，功能參數(shù)設(shè)置及測(cè)量結(jié)果的顯示，實(shí)現(xiàn)整個(gè)測(cè)量過程全制動(dòng)化。CPLD采用ALTERA公司的EM7160SLC84-15，該器件容量大、速度快、IO資源豐富、開發(fā)設(shè)計(jì)與分析仿真工具完備，可滿足系統(tǒng)功能的各項(xiàng)需求，以 Max+plusH軟件為設(shè)計(jì)平臺(tái)，采用VHDL語言實(shí)現(xiàn)邏輯控制模塊的整體設(shè)計(jì)。A/D轉(zhuǎn)換模塊采用2片M位A/D采樣芯片AD7711同步采樣。數(shù)字信號(hào)輸入/輸出控制模塊利用可編程器件的大容量和強(qiáng)大驅(qū)動(dòng)能力，將數(shù)字信號(hào)的輸入/輸出模塊直接在EPM7160S內(nèi)實(shí)現(xiàn)，由74M4b將外部的數(shù)據(jù)信號(hào)讀入數(shù)據(jù)總線，獲得外部輸入信號(hào)的數(shù)據(jù)Din [8…· 1]；由74373將輸出控制信號(hào)Dout [32··· 11]進(jìn)行鎖存，保持控制信號(hào)和設(shè)置狀態(tài)的穩(wěn)定，通過輸出相應(yīng)的數(shù)字電平信號(hào)來驅(qū)動(dòng)所需控制的模擬開關(guān)，其讀寫片選邏輯信號(hào)由前面介紹的邏輯控制模塊產(chǎn)生。輸出隔離模塊為了防止后級(jí)電路對(duì)數(shù)字部分干擾， 所有控制信號(hào)經(jīng)過光電隔離及必要的電流驅(qū)動(dòng)，以驅(qū)動(dòng)后續(xù)的控制執(zhí)行電路。輸入信號(hào)電壓轉(zhuǎn)換電路輸入的信號(hào)/空(地)信號(hào)的輸出形式不同，且由于其負(fù)載能力等問題，必須進(jìn)行一定的信號(hào)處理后才能送到光電隔離電路進(jìn)行信號(hào)變換，為此在電路中對(duì)所有的信號(hào)全部通過輸入緩沖電路，主要目的是提高其輸入阻抗，同時(shí)達(dá)到信號(hào)電平變換目的。經(jīng)過信號(hào)調(diào)理后的電路送入光電隔離電路進(jìn)行信號(hào)電平變換，將模擬電平變換為TTL電平信號(hào)。軟件設(shè)計(jì)軟件運(yùn)行環(huán)境選用D0SA6. 22操作系統(tǒng)，編譯系統(tǒng)為嵌入式TurboC2. 0，使用C語言編寫程序，顯示輸出模式為圖形模式。本實(shí)用新型采用嵌入式系統(tǒng)軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)、儀器自校準(zhǔn)設(shè)計(jì)和超低音前置放大設(shè)計(jì)，大幅度提高了抗過載能力和測(cè)量靈敏度，通過優(yōu)選和精確定制電子元器件、基于DSP的高性能數(shù)據(jù)采集與處理、幅頻曲線擬合、誤差補(bǔ)償以及量程自動(dòng)校準(zhǔn)等方法，提高了測(cè)量精度和穩(wěn)定性，擴(kuò)展了工作頻率。本實(shí)用新型采用兩級(jí)分壓、 優(yōu)化設(shè)計(jì)、合理屏蔽接地等技術(shù)解決了納伏級(jí)低頻微弱電壓信號(hào)產(chǎn)生的難題，使裝置具備校準(zhǔn)微弱電壓信號(hào)源和測(cè)量?jī)x表的能力。該標(biāo)準(zhǔn)裝置解決了總線微弱電壓信號(hào)測(cè)量?jī)x表的量值溯源缺乏標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備的問題，實(shí)現(xiàn)了總線交流小電壓計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)量程和頻段向低端大幅延伸，該裝置可用于低頻微弱電壓測(cè)量?jī)x器的檢定或校準(zhǔn)。該裝置能夠取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益并具有廣闊的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求1.總線微弱信號(hào)檢測(cè)儀，由硬件控制系統(tǒng)和軟件控制系統(tǒng)組成，其特征在于刻度盤 (2)上有指針(1)，指示燈(3)連接開關(guān)燈(4)，開關(guān)燈(4)連接開關(guān)(5)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及總線微弱信號(hào)檢測(cè)儀，屬于微弱信號(hào)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域?？偩€微弱信號(hào)檢測(cè)儀，由硬件控制系統(tǒng)和軟件控制系統(tǒng)組成，其特征在于刻度盤(2)上有指針(1)，指示燈(3)連接開關(guān)燈(4)，開關(guān)燈(4)連接開關(guān)(5)。
文檔編號(hào)G01R19/25GK202331431SQ20112009712
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年4月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月6日
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