模擬信號采集裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供的模擬信號采集裝置，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和處理器，其特征在于，模擬量采集裝置還包括多路開關(guān)和數(shù)字增益可調(diào)儀表放大器，數(shù)字增益可調(diào)儀表放大器設(shè)置于模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊與多路開關(guān)之間，處理器通過光電耦合器與多路開關(guān)連接，處理器通過光電耦合器與數(shù)字增益可調(diào)儀表放大器連接；處理器用于設(shè)置模擬信號采集裝置采集的模擬信號的類型；多路開關(guān)接通設(shè)置的模擬信號的類型對應(yīng)的采樣電路，以輸入模擬信號；數(shù)字增益可調(diào)儀表放大器以模擬信號的類型對應(yīng)的放大倍數(shù)，對模擬信號進行放大，以保證模擬信號采集的精度。
【專利說明】模擬信號采集裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型涉及一種數(shù)據(jù)采集裝置，尤其涉及一種模擬信號采集裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，模擬信號采集和觀察，廣泛應(yīng)用于煉油、化工、制藥、造紙、冶金、采礦、電力、 食品加工等傳統(tǒng)流程工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)過程，具有操作方便，可視性好，靈活性高等特點。智 能數(shù)據(jù)采集裝置可以與分布式控制系統(tǒng)（DCS)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，完善DCS的控制功能，滿足企 業(yè)的各種高級的復(fù)雜控制的需求，保證生產(chǎn)過程安全穩(wěn)定運行，為企業(yè)創(chuàng)造最大的經(jīng)濟效 益和社會效益。
[0003] 模擬信號采集主要包括0-5V電壓信號、4_20mA電流信號、熱電阻RTD信號以及熱 電偶TC信號，其中熱電阻RTD信號分為鉬電阻PT100、銅電阻Cu50、Cul00、熱電阻BA1、BA2、 G53等不同系列的信號，TC信號分為熱電偶K信號（TC-K)、熱電偶E信號（TC-E)、熱電偶S 信號（TC-S)、熱電偶T信號等（TC-T)。
[0004] 采集電壓、電流以及熱電偶TC信號采用2線制接法，即接線端包括高電平和低電 平；熱電阻RTD信號采用3線制接法，即接線端包括高電平、低電平和地。由于不同信號的 接線方法不同，信號量程不同，難以在一個固定的通道上接入不同類型的模擬信號，因此模 擬信號采集模塊提供的通道通常固定設(shè)置為采集不同類型的模擬信號。
[0005] 在實際使用中，由于現(xiàn)場情況千差萬別，需要采集的模擬信號的類型也各不相同， 很可能出現(xiàn)某些類型的采集通道不夠用而另一些類型的采集通道空置的情況，在這種情況 下，只能增加模擬信號采集模塊，從而增加了系統(tǒng)配置的成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對上述問題，本實用新型提供一種模擬信號采集裝置，使得一個固定的通道，通 過不同的參數(shù)設(shè)置，實現(xiàn)對電壓、電流、熱電阻RTD以及熱電偶TC信號的采集，不必因為信 號類型的改變而更換通道，而且保證模擬信號采集的精度。
[0007] 本實用新型提供一種模擬信號采集裝置，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和處理器，其特征在 于，模擬量采集裝置還包括多路開關(guān)和數(shù)字增益可調(diào)儀表放大器，數(shù)字增益可調(diào)儀表放大 器設(shè)置于模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊與多路開關(guān)之間，處理器通過光電耦合器與多路開關(guān)連接，處理器 通過光電耦合器與數(shù)字增益可調(diào)儀表放大器連接；
[0008] 處理器用于設(shè)置模擬信號采集裝置采集的模擬信號的類型；
[0009] 多路開關(guān)用于接通處理器設(shè)置的模擬信號的類型對應(yīng)的采樣電路，以輸入模擬信 號；
[0010] 數(shù)字增益可調(diào)儀表放大器用于以模擬信號的類型對應(yīng)的放大倍數(shù)，對模擬信號進 行放大，以保證模擬信號采集的精度。
[0011] 進一步地，模擬信號采集裝置為一個或多個通道，通道包括一個多路開關(guān)和一組 采樣電路，一組采樣電路包括電壓采樣電路和熱電阻RTD采樣電路。每個模擬信號采集 裝置只需一個模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和一個數(shù)字增益可調(diào)儀表放大器，即可完成多路模擬信號的采 集。
[0012] 進一步地，模擬信號的類型為0-5V電壓信號、4-20mA電流信號、熱電阻RTD信號或 熱電偶TC信號。本實用新型提供的模擬信號采集裝置，可以通過配置采集多種類型的模擬 信號，方便現(xiàn)場的使用。
[0013] 進一步地，當(dāng)設(shè)置的模擬信號的類型為0-5V電壓信號、4-20mA電流信號以及熱電 偶TC信號時，多路開關(guān)接通電壓采樣電路。
[0014] 進一步地，當(dāng)設(shè)置的模擬信號的類型為熱電阻RTD信號時，多路開關(guān)接通熱電阻 RTD采樣電路，熱電阻RTD采樣電路采用恒流源的方式轉(zhuǎn)換為電壓信號進行采集。
[0015] 進一步地，當(dāng)設(shè)置的模擬信號的類型為熱電阻RTD信號時，處理器還設(shè)置熱電阻 RTD的類型，數(shù)字增益可調(diào)儀表放大器的放大倍數(shù)為熱電阻RTD的型號對應(yīng)的放大倍數(shù)。通 過配置不同類型的熱電阻RTD，調(diào)整放大倍數(shù)，進一步提高采集熱電阻RTD信號的精度。
[0016] 進一步地，熱電阻RTD的類型為鉬電阻PT100、銅電阻Cu50、銅電阻Cu 100、BA 1、BA2 或G53。本實用新型提供的模擬信號采集裝置，能夠精確采集不同類型的熱電阻RTD信號。
[0017] 進一步地，當(dāng)設(shè)置的模擬信號的類型為熱電偶TC信號時，處理器還設(shè)置熱電偶TC 的類型，數(shù)字增益可調(diào)儀表放大器的放大倍數(shù)為熱電偶TC的型號對應(yīng)的放大倍數(shù)。通過配 置不同類型的熱電偶TC，調(diào)整放大倍數(shù)，進一步提高采集熱電偶TC信號的精度。
[0018] 進一步地，熱電偶TC的類型為熱電偶K、熱電偶E、熱電偶S或熱電偶T。本實用新 型提供的模擬信號采集裝置，能夠精確采集不同類型的熱電偶TC信號。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型提供的模擬信號采集裝置具有以下有益效果：
[0020] (1)通過多路開關(guān)接通不同的采樣電路，放大器以不同的放大倍數(shù)對采集的信號 進行放大，使得一個采集通道，實現(xiàn)對電壓、電流、熱電阻RTD以及熱電偶TC信號的采集，不 必因為信號類型的改變而更換通道，而且保證模擬信號采集的精度；
[0021] (2)通過配置不同類型的熱電阻RTD信號和熱電偶TC信號，調(diào)整放大器的放大倍 數(shù)，進一步提高采集熱電阻RTD信號和熱電偶TC信號的精度；
[0022] (3)充分利用模擬信號采集裝置的所有通道，避免部分類型的通道不足而增加新 的采集模塊，從而降低系統(tǒng)配置的成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 圖1是本實用新型的一個實施例中的模擬信號采集裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0024] 如圖1所示，本實用新型的一個實施例中的模擬信號采集裝置，包括處理器、模數(shù) 轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字增益可調(diào)儀表放大器；
[0025] 本實施例中處理器為ATMEL公司的32位ARM AT91SAM7S64B，采用C語言編程，實 現(xiàn)多個通道之間的切換、通道配置及通訊等功能；模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊采用TI公司的ADS8321E， 實現(xiàn)模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；數(shù)字增益可調(diào)儀表放大器采用TI公司的PGA280AIPWR，實 現(xiàn)模擬信號放大倍數(shù)可調(diào)，根據(jù)輸入的模擬信號的類型，調(diào)整放大倍數(shù)，以提高模擬信號采 集的精度。
[0026] 本實施例中包括兩個采集通道，每個采集通道包括一個多路開關(guān)和一組采樣電 路，一組采樣電路包括電壓采樣電路和熱電阻RTD采樣電路，電壓采樣電路有兩個輸入端， 熱電阻RTD采樣電路有三個輸入端。
[0027] 本實施例中的模擬信號采集裝置，采用了多路開關(guān)的方式，將電流、電壓、TC信號 輸入到電壓采樣電路，放大采集，而將熱電阻RTD信號輸入到熱電阻RTD采樣電路，使用恒 流源的方式轉(zhuǎn)換成電壓信號實現(xiàn)采集。
[0028] 電壓信號為0-5V，而TC信號一般在50mV毫伏以內(nèi)，因此需要米用不同的放大倍數(shù) 以保證模擬信號采集的精度。
[0029] 本實施例中的模擬信號采集裝置可以精確采集0-5V電壓信號、4_20mA電流信號、 熱電阻RTD信號或熱電偶TC信號；
[0030] 熱電阻RTD信號的類型可設(shè)置為鉬電阻PT100、銅電阻Cu50、銅電阻CulOO、BA1、 BA2或G53,但并不限于這些類型熱電阻RTD，通過調(diào)整熱電阻RTD相應(yīng)的放大倍數(shù)，可以用 于其它類型熱電阻RTD。
[0031] 熱電偶TC信號的類型可設(shè)置為熱電偶K、熱電偶E、熱電偶S或熱電偶T，但并不限 于這些類型的熱電偶TC，通過調(diào)整熱電偶TC相應(yīng)的放大倍數(shù)，可以用于其它類型的熱電偶 TC〇
[0032] 本實施例中的模擬信號采集裝置工作過程如下：
[0033] 首先通過處理器配置通道，如配置通道1采集0-5V電壓信號，通道2采集熱電阻 RTD信號，類型為銅電阻Cu50,將0-5V電壓信號連接到通道1的電壓采集模塊的輸入端，將 類型為銅電阻Cu50的熱電阻RTD信號連接到通道2的熱電阻RTD采樣電路的輸入端；
[0034] 由處理器控制對兩個通道輪流采集，當(dāng)采集通道1時，處理器根據(jù)配置發(fā)出控制 指令，使通道1的多路開關(guān)接通電壓采樣電路，處理器控制數(shù)字增益可調(diào)儀表放大器以 0-5V電壓信號對應(yīng)的倍數(shù)放大后，輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，經(jīng)光電耦合器傳送 到處理器；
[0035] 當(dāng)采集通道2時，處理器根據(jù)配置發(fā)出控制指令，使通道2的多路開關(guān)接通熱電阻 RTD采樣電路，處理器控制數(shù)字增益可調(diào)儀表放大器以類型為銅電阻Cu50的熱電阻RTD信 號對應(yīng)的倍數(shù)放大后，輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，經(jīng)光電耦合器傳送到處理器；
[0036] 處理器控制再次采集通道1的模擬信號，然后再次采集通道2的模擬信號，如此循 環(huán)。
[0037] 當(dāng)需要在通道1采集4-20mA電流信號時，通過處理器將通道1配置為采集4-20mA 電流信號，使需采集的電流信號流過250歐姆的電阻，將電阻兩端連接到通道1的電壓采集 模塊的輸入端，即可進行采集；處理器控制數(shù)字增益可調(diào)儀表放大器以4-20mA電流信號對 應(yīng)的倍數(shù)放大后，輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，經(jīng)光電耦合器傳送到處理器。
[0038] 當(dāng)需要在通道1采集熱電偶TC信號時，通過處理器將通道1配置為采集熱電偶TC 信號，使需采集的熱電偶TC兩端連接到通道1的電壓采集模塊的輸入端，即可進行采集；處 理器控制數(shù)字增益可調(diào)儀表放大器以熱電偶TC信號（如熱電偶K信號）對應(yīng)的倍數(shù)放大 后，輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，經(jīng)光電耦合器傳送到處理器。
[0039] 對于0-5V電壓信號、4_20mA電流信號：
[0040] 放大倍數(shù)=1/4*1. 375 = 0· 35 ;
[0041] 對于熱電阻信號：
[0042] 放大倍數(shù)=4 ;
[0043] 對于熱電偶信號：
[0044] 放大倍數(shù)=32*1. 375 = 44 ;
[0045] 產(chǎn)生這個倍數(shù)的原因是AD的參考電壓為2. 5V，首先需要確保留有10%的余量，其 次由于〇點時候容易出現(xiàn)飄動以及斷線檢測，所以要有一個電壓偏置，所以實際測量時，無 論是電壓信號，還是熱電阻、熱電偶信號，都需通過倍數(shù)放大調(diào)整到2V左右，從而既滿足精 度要求又滿足測量需要。
[0046] 1. 375這個比例是由數(shù)字增益可調(diào)儀表放大器的特性決定的，數(shù)字增益可調(diào)儀表 放大器有1倍和1. 375倍2種倍頻。
[0047] 本實施例中的模擬信號采集裝置，采用光電耦合器，實現(xiàn)了通道之間的隔離、通 道信號與處理器之間的隔離，避免通道上誤接入220V或380V電源信號而導(dǎo)致整個模擬信 號采集裝置的損壞。
[0048] 本實施例中的模擬信號采集裝置，還使用MODBUS協(xié)議，允許用戶通過該協(xié)議與遠 程的分布式控制系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。
[0049] 在另一個實施例中，模擬信號采集裝置包括20個可配置的模擬量輸入通道，用于 現(xiàn)場模擬量采集，模擬量輸入可單獨通過配置設(shè)置為0-5V電壓型信號、4-20mA電流信號、 熱電阻信號或者熱電偶信號；如果模擬信號是熱電阻RTD信號，設(shè)置熱電阻RTD的類型，包 括鉬電阻PT100、銅電阻Cu50、銅電阻Cul00、BAl、BA2或G53 ;如果模擬信號是熱電偶TC信 號，設(shè)置熱電偶TC的類型，包括熱電偶K、熱電偶E、熱電偶S或熱電偶T ;這樣的模擬信號 采集裝置適用于大多數(shù)現(xiàn)場模擬信號采集，避免部分類型的通道不足，增加新的采集模塊， 從而降低系統(tǒng)配置的成本。
[0050] 本實施例中的模擬信號采集裝置，也可以包括一個通道，即單通道，本實用新型對 此不做限制。
[0051] 本實用新型提供的模擬信號采集裝置，通過多路開關(guān)接通不同的采樣電路，放大 器以不同的放大倍數(shù)對采集的信號進行放大，使得一個采集通道，實現(xiàn)對電壓、電流、熱電 阻RTD以及熱電偶TC信號的采集，不必因為信號類型的改變而更換通道，而且保證模擬信 號采集的精度；通過配置不同類型的熱電阻RTD信號和熱電偶TC信號，調(diào)整放大器的放大 倍數(shù)，進一步提高采集熱電阻RTD信號和熱電偶TC信號的精度；充分利用模擬信號采集裝 置的所有通道，避免部分類型的通道不足，增加新的采集模塊，從而降低系統(tǒng)配置的成本。
[0052] 以上詳細描述了本實用新型的較佳具體實施例。應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域的普通技術(shù)無 需創(chuàng)造性勞動就可以根據(jù)本實用新型的構(gòu)思做出諸多修改和變化。因此，凡本【技術(shù)領(lǐng)域】中 技術(shù)人員依本實用新型的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可 以得到的技術(shù)方案，皆應(yīng)在由權(quán)利要求書所確定的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種模擬信號采集裝置，包括模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和處理器，其特征在于，所述模擬量采集 裝置還包括多路開關(guān)和數(shù)字增益可調(diào)儀表放大器，所述數(shù)字增益可調(diào)儀表放大器設(shè)置于所 述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊與所述多路開關(guān)之間，所述處理器通過光電耦合器與所述多路開關(guān)連接， 所述處理器通過光電耦合器與所述數(shù)字增益可調(diào)儀表放大器連接； 所述處理器用于設(shè)置所述模擬信號采集裝置采集的模擬信號的類型； 所述多路開關(guān)用于接通所述處理器設(shè)置的所述模擬信號的類型對應(yīng)的采樣電路，以輸 入所述模擬信號； 所述數(shù)字增益可調(diào)儀表放大器用于以所述模擬信號的類型對應(yīng)的放大倍數(shù)，對所述模 擬信號進行放大，以保證所述模擬信號采集的精度。
2. 如權(quán)利要求1所述的模擬信號采集裝置，其特征在于，所述模擬信號采集裝置為一 個或多個通道，所述通道包括一個所述多路開關(guān)和一組采樣電路，所述一組采樣電路包括 電壓采樣電路和熱電阻RTD采樣電路。
3. 如權(quán)利要求2所述的模擬信號采集裝置，其特征在于，所述模擬信號的類型為0-5V 電壓信號、4_20mA電流信號、熱電阻RTD信號或熱電偶TC信號。
4. 如權(quán)利要求3所述的模擬信號采集裝置，其特征在于，當(dāng)設(shè)置的所述模擬信號的類 型為所述0-5V電壓信號、所述4-20mA電流信號以及所述熱電偶TC信號時，所述多路開關(guān) 接通所述電壓采樣電路。
5. 如權(quán)利要求3所述的模擬信號采集裝置，其特征在于，當(dāng)設(shè)置的所述模擬信號的類 型為所述熱電阻RTD信號時，所述多路開關(guān)接通所述熱電阻RTD采樣電路，所述熱電阻RTD 采樣電路采用恒流源的方式轉(zhuǎn)換為電壓信號進行采集。
6. 如權(quán)利要求4或5所述的模擬信號采集裝置，其特征在于，當(dāng)設(shè)置的所述模擬信號的 類型為熱電阻RTD信號時，所述處理器還設(shè)置熱電阻RTD的類型，所述數(shù)字增益可調(diào)儀表放 大器的放大倍數(shù)為所述熱電阻RTD的型號對應(yīng)的放大倍數(shù)。
7. 如權(quán)利要求6所述的模擬信號采集裝置，其特征在于，所述熱電阻RTD的類型為鉬電 阻 PT100、銅電阻 Cu50、銅電阻 Cu 100、BA 1、BA2 或 G53。
8. 如權(quán)利要求4或5所述的模擬信號采集裝置，其特征在于，當(dāng)設(shè)置的所述模擬信號的 類型為熱電偶TC信號時，所述處理器還設(shè)置熱電偶TC的類型，所述數(shù)字增益可調(diào)儀表放大 器的放大倍數(shù)為所述熱電偶TC的型號對應(yīng)的放大倍數(shù)。
9. 如權(quán)利要求8所述的模擬信號采集裝置，其特征在于，所述熱電偶TC的類型為熱電 偶K、熱電偶E、熱電偶S或熱電偶T。
【文檔編號】G05B19/042GK203849576SQ201320844326
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2013年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月19日
【發(fā)明者】傅晨曄, 蔣杰 申請人:上海新華控制技術(shù)集團科技有限公司