一種檢測(cè)范圍自適應(yīng)的模擬量檢測(cè)電路及檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及模擬量檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，是一種檢測(cè)范圍自適應(yīng)的模擬量檢 測(cè)電路及檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 模擬量檢測(cè)就是將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量（AD轉(zhuǎn)換）后，供給數(shù)字信號(hào)處理單元進(jìn) 行運(yùn)算處理。模擬量檢測(cè)的最小分辨量與模擬量檢測(cè)范圍和模數(shù)轉(zhuǎn)換器（AD)位數(shù)有關(guān)，公 式為
％檢測(cè)范圍，η為AD的位數(shù)。在應(yīng)用中最小分辨量越小，系統(tǒng)檢 測(cè)的精度會(huì)越高。
[0003] 現(xiàn)有的模擬量檢測(cè)方法一般是通過MCU+AD芯片的方式，只是現(xiàn)有技術(shù)的使用方 式是檢測(cè)范圍直接在初始化時(shí)設(shè)定了，不根據(jù)實(shí)際模擬量大小實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)或者受限于A/D芯 片本身的特性不能進(jìn)行調(diào)節(jié)。在使用此電路時(shí)必須在設(shè)定的檢測(cè)范圍內(nèi)使用，且轉(zhuǎn)換的精 度是確定的。這就會(huì)出現(xiàn)兩種問題。問題一：當(dāng)模擬量的變化范圍超過設(shè)定的檢測(cè)范圍 時(shí)，我們只能獲得一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換的最大或最小值；嚴(yán)重的情況可能導(dǎo)致電路損壞。問題二： 當(dāng)模擬量的變化范圍明顯小于檢測(cè)范圍時(shí)，會(huì)使得檢測(cè)精度不足。例如當(dāng)設(shè)定的檢測(cè)范圍 為-IOV~+IOV電壓范圍的16bit A/D，在輸入模擬量變化范圍只有0~+5V電壓時(shí)，其實(shí) 際的檢測(cè)精度將只有14bit。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)于既要滿足0~5V模擬量檢測(cè)，也要滿足0~IOV模擬量檢測(cè)的 場合，常用的兼容方案是設(shè)計(jì)AD范圍為0~10V，這樣根據(jù)最小分辨量公式，在應(yīng)用于0~ 5V的場合時(shí)就會(huì)浪費(fèi)一半的精度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種檢測(cè)范圍自適應(yīng)的模擬量檢測(cè)電路及檢測(cè)方法，通過 檢測(cè)范圍自適應(yīng)的模擬量檢測(cè)電路可實(shí)現(xiàn)檢測(cè)范圍自適應(yīng)的模擬量檢測(cè)，利用檢測(cè)范圍自 適應(yīng)的模擬量檢測(cè)方法，在AD的位數(shù)一定的情況下，通過算法自動(dòng)識(shí)別當(dāng)前模擬量，自適 應(yīng)調(diào)節(jié)到使電路精度最高的檢測(cè)范圍，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)精度的模擬量檢測(cè)。
[0006] 本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：一種檢測(cè)范圍自適應(yīng)的模擬量檢測(cè)電路，包括依 次連接的前端處理電路、A/D轉(zhuǎn)換芯片及MCU處理器；
[0007] 所述前端處理電路，接收輸入模擬量，完成濾波操作，濾除不需要的雜波信號(hào)，并 將濾除雜波信號(hào)的模擬量信號(hào)輸入到A/D轉(zhuǎn)換芯片內(nèi)；
[0008] 所述A/D轉(zhuǎn)換芯片，接收來至前端處理電路的模擬量信號(hào)，并完成相應(yīng)的AD轉(zhuǎn)換， 同時(shí)受MCU處理器控制；
[0009] 所述MCU控制器，發(fā)送控制信號(hào)至A/D轉(zhuǎn)換芯片內(nèi)，根據(jù)實(shí)際模擬量實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)改變 A/D轉(zhuǎn)換芯片的檢測(cè)范圍。
[0010] 進(jìn)一步的，為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所述電路，所述A/D轉(zhuǎn)換芯片為單通道A/D轉(zhuǎn)換芯 片或多通道A/D轉(zhuǎn)換芯片，所述多通道A/D轉(zhuǎn)換芯片的通道數(shù)為N，且N為自然數(shù)。
[0011] 進(jìn)一步的，為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所述電路，所述MCU處理器為單片機(jī)或DSP器件或 FPGA器件或CPLD器件。
[0012] -種檢測(cè)范圍自適應(yīng)的模擬量檢測(cè)方法，其特征在于：包括以下步驟：
[0013] 步驟A、設(shè)定A/D轉(zhuǎn)換芯片的檢測(cè)范圍；
[0014] 步驟B、對(duì)輸入到A/D轉(zhuǎn)換芯片內(nèi)的模擬量進(jìn)行一次初檢測(cè)；
[0015] 步驟C、通過MCU處理器判斷所述步驟B的初檢測(cè)值，確定一個(gè)適合該初檢測(cè)值的 最小檢測(cè)范圍；
[0016] 步驟D，經(jīng)步驟C后，再進(jìn)行一次模擬量檢測(cè)，輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果；
[0017] 所述A/D轉(zhuǎn)換芯片為單通道A/D轉(zhuǎn)換芯片或多通道A/D轉(zhuǎn)換芯片，所述多通道A/ D轉(zhuǎn)換芯片的通道數(shù)為N，且N為自然數(shù)；
[0018] 所述MCU處理器為單片機(jī)或DSP器件或FPGA器件或CPLD器件。
[0019] 進(jìn)一步的，為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所述方法，所述步驟A中，針對(duì)單通道A/D轉(zhuǎn)換芯 片，將檢測(cè)范圍設(shè)定為最大；針對(duì)多通道A/D轉(zhuǎn)換芯片，將N個(gè)通道設(shè)置為不同的檢測(cè)范圍， 且將其中一個(gè)通道設(shè)置為最大檢測(cè)范圍。
[0020] 進(jìn)一步的，為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所述方法，在所述將其中一個(gè)通道設(shè)置為最大檢 測(cè)范圍的基礎(chǔ)上進(jìn)一步將設(shè)置為最大檢測(cè)范圍的通道的檢測(cè)范圍劃分為N個(gè)小區(qū)間檢測(cè) 范圍。
[0021] 進(jìn)一步的，為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所述方法，在所述步驟B中，對(duì)單通道A/D轉(zhuǎn)換芯 片內(nèi)的模擬量進(jìn)行一次初檢測(cè)時(shí)，不輸出該次的轉(zhuǎn)換結(jié)果；對(duì)多通道A/D轉(zhuǎn)換芯片內(nèi)的模 擬量進(jìn)行一次初檢測(cè)包括僅對(duì)設(shè)置為最大檢測(cè)范圍的通道的模擬量進(jìn)行一次初檢測(cè)和對(duì) 所有通道的模擬量進(jìn)行一次初檢測(cè)。
[0022] 進(jìn)一步的，為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所述方法，所述步驟C包括以下具體方法：
[0023] 步驟C. 1、針對(duì)單通道A/D轉(zhuǎn)換芯片，通過MCU處理器判斷所述步驟B的初檢測(cè)值， 確定一個(gè)適合該初檢測(cè)值的最小檢測(cè)范圍并再次對(duì)單通道A/D轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行初始化設(shè)置；
[0024] 步驟C. 2、針對(duì)多通道A/D轉(zhuǎn)換芯片，包括：
[0025] 步驟C. 2. 1、當(dāng)僅對(duì)設(shè)置為最大檢測(cè)范圍的通道的模擬量進(jìn)行一次初檢測(cè)時(shí)，通過 MCU處理器判斷設(shè)置為最大檢測(cè)范圍的通道初檢測(cè)值，確定一個(gè)適合設(shè)置為最大檢測(cè)范圍 的通道初檢測(cè)值的最小檢測(cè)范圍及最小檢測(cè)范圍所對(duì)應(yīng)的所述設(shè)置為最大檢測(cè)范圍的通 道；
[0026] 步驟C. 2. 2、當(dāng)對(duì)所有通道的模擬量進(jìn)行一次初檢測(cè)時(shí)，通過MCU處理器判斷N個(gè) 通道初檢測(cè)值后，確定一個(gè)適合N個(gè)通道初檢測(cè)值的最小檢測(cè)范圍及最小檢測(cè)范圍所對(duì)應(yīng) 的通道N。
[0027] 進(jìn)一步的，為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所述方法，所述步驟D中，針對(duì)多通道A/D轉(zhuǎn)換芯 片，包括對(duì)設(shè)置為最大檢測(cè)范圍的通道再進(jìn)行一次模擬量檢測(cè)或/和對(duì)通道N再進(jìn)行一次 模擬量檢測(cè)。
[0028] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：
[0029] (1)本發(fā)明通過檢測(cè)范圍自適應(yīng)的模擬量檢測(cè)電路可實(shí)現(xiàn)檢測(cè)范圍自適應(yīng)的模擬 量檢測(cè)，利用檢測(cè)范圍自適應(yīng)的模擬量檢測(cè)方法，在AD的位數(shù)一定的情況下，通過算法自 動(dòng)識(shí)別當(dāng)前模擬量，自適應(yīng)調(diào)節(jié)到使電路精度最高的檢測(cè)范圍，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)精度的模擬量檢 測(cè)。
[0030] (2)本發(fā)明不會(huì)增加額外的硬件成本，與普通的技術(shù)方案硬件組成完全相同。
[0031] (3)本發(fā)明根據(jù)模擬量大小實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)檢測(cè)范圍到精度最高的情況，在硬件保持不 變的情況下，使檢測(cè)結(jié)果的精度更高。
[0032] (4)本發(fā)明的使用，在之前要求精度的硬件方案上，可以選用成本低一個(gè)等級(jí)的 AD芯片達(dá)到相同的精度，有效節(jié)省硬件成本。
【附圖說明】
[0033] 圖1本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)框圖。
[0034] 圖2為本發(fā)明使用單通道A/D轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行模擬量檢測(cè)的MCU控制器控制流程 圖。
[0035] 圖3為本發(fā)明使用多通道A/D轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行模擬量檢測(cè)時(shí)僅對(duì)單一通道的模擬量 進(jìn)行一次初檢測(cè)的MCU控制器控制流程圖。
[0036] 圖4為本發(fā)明使用多通道A/D轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行模擬量檢測(cè)時(shí)對(duì)所有通道的模擬量進(jìn) 行一次初檢測(cè)的MCU控制器控制流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 本申請(qǐng)人自認(rèn)為技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)員結(jié)合現(xiàn)有公知技術(shù)，并根據(jù)本申請(qǐng)文件所公開 的內(nèi)容即可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
[0038] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0039] 最大檢測(cè)范圍，即A/D轉(zhuǎn)換芯片所能檢測(cè)的最大數(shù)值區(qū)間值。
[0040] 實(shí)施例1 :
[0041] 一種檢測(cè)范圍自適應(yīng)的模擬量檢測(cè)電路，如圖1所示，包括依次連接的前端處理 電路、A/D轉(zhuǎn)換芯片及MCU處理器；
[0042] 所述前端處理電路，接收輸入模擬量，完成濾波操作，濾除不需要的雜波信號(hào)，并 將濾除雜波信號(hào)的模擬量信號(hào)輸入到A/D轉(zhuǎn)換芯片內(nèi)；
[0043] 所述A/D轉(zhuǎn)換芯片，接收來至前端處理電路的模擬量信號(hào)，并完成相應(yīng)的AD轉(zhuǎn)換， 同時(shí)受MCU處理器控制；
[0044] 所述MCU控制器，發(fā)送控制信號(hào)至A/D轉(zhuǎn)換芯片內(nèi)，根據(jù)實(shí)際模擬量實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)改變 A/D轉(zhuǎn)換芯片的檢測(cè)范圍。
[0045] 實(shí)施例2 :
[0046] 本實(shí)施例是在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化，進(jìn)一步的，為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明 所述電路，所述A/D轉(zhuǎn)換芯片為單通道A/D轉(zhuǎn)換芯片或多通道A/D轉(zhuǎn)換芯片，所述多通道A/ D轉(zhuǎn)換芯片的通道數(shù)為N，且N為自然數(shù)。
[0047] 實(shí)施例3 :
[0048] 本實(shí)施例是在上述任一實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化，進(jìn)一步的，為更好的實(shí)現(xiàn)本 發(fā)明所述電路，所述MCU處理器為單片機(jī)或DSP器件或FPGA器件或CPLD器件。
[0049] 實(shí)施例4 :
[0050] -種檢測(cè)范圍自適應(yīng)的模擬量檢測(cè)方法，其特征在于：包括以下步驟：
[0051] 步驟A、設(shè)定A/D轉(zhuǎn)換芯片的檢測(cè)范圍；
[0052] 步驟B、對(duì)輸入到A/D轉(zhuǎn)換芯片內(nèi)的模擬量進(jìn)行一次初檢測(cè)；
[0053] 步驟C、通過MCU處理器判斷所述步驟B的初檢測(cè)值，確定一個(gè)適合該初檢測(cè)值的 最小檢測(cè)范圍；
[0054] 步驟D，經(jīng)步驟C后，再進(jìn)行一次模擬量檢測(cè)，輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果；
[0055] 所述A/D轉(zhuǎn)換芯片為單通道A/D轉(zhuǎn)換芯片或多通道A/D轉(zhuǎn)換芯片，所述多通道A/ D轉(zhuǎn)換芯片的通道數(shù)為N，且N為自然數(shù)。
[0056] 實(shí)施例5 :
[0057] 本實(shí)施例是在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化，進(jìn)一步的，為更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明 所述方法，所述步驟A中，針對(duì)單通道A/D轉(zhuǎn)換芯片，將檢測(cè)范圍設(shè)定為最大，即將檢測(cè)范 圍設(shè)置為-IOV~+IOV或?qū)?yīng)的電流范圍；針對(duì)多通道A/D轉(zhuǎn)換芯片，將N個(gè)通道設(shè)置為 不同的檢測(cè)范圍，即將N個(gè)通道的檢測(cè)范圍分別設(shè)置為-IOV~+10V，-5V~+5V，-2. 5V~ +2. 5V，0~10V，0~5V等或?qū)?yīng)的電流范圍，在此不便窮舉；且將其中一個(gè)通道設(shè)置為最 大檢測(cè)范圍，即將其中一個(gè)通道的最大檢測(cè)范圍設(shè)置為-IOV~+IOV或?qū)?yīng)的電流范圍。
[0058] 實(shí)施例6 :
[0059] 本實(shí)施例是在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上進(jìn)一