一種高壓交變信號(hào)采集系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及信號(hào)采集系統(tǒng)，尤其設(shè)及一種高壓交變信號(hào)采集系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有高壓交變信號(hào)采集系統(tǒng)包括降壓電路、整流電路、直流信號(hào)調(diào)理電路和AD采 集電路原理框圖。降壓電路：將高壓信號(hào)變換成AD采集電路輸入端所能承受的低壓信號(hào)； 整流電路：將交變信號(hào)整理成直流信號(hào)；直流信號(hào)調(diào)理電路：將AC-DC變換后的直流信號(hào)做 濾波等調(diào)理;AD采集電路：將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字量信號(hào)輸出。前述現(xiàn)有技術(shù)存在W下 缺點(diǎn)：
[0003] 1、采集精度低，且整流電路中的器件受溫度影響較大；
[0004] 2、高壓信號(hào)采集模塊在采集端電壓上電期間，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很高的高壓浪涌。極難 抑制此高壓浪涌，極易對(duì)AD采集電路造成不可恢復(fù)的損壞；
[0005] 3、利用現(xiàn)有技術(shù)的產(chǎn)品只能完成一種頻率的高壓信號(hào)采集，當(dāng)需要同時(shí)采集多種 頻率的電壓信號(hào)時(shí)，就需要多個(gè)品種的采集電路才能實(shí)現(xiàn)，使得產(chǎn)品的應(yīng)用有很大的局限 性；
[0006] 4、采用軟件算法實(shí)現(xiàn)，速度有局限性，對(duì)于外界干擾不易濾除，適應(yīng)性差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明是為了解決上述不足，提供了一種高壓交變信號(hào)采集系統(tǒng)。
[0008] 本發(fā)明的上述目的通過W下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：一種高壓交變信號(hào)采集系統(tǒng)，其 特征在于：由分壓電路、高速信號(hào)采集電路、隔離電路、單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理電路W及串行數(shù) 據(jù)總線組成；所述單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理電路通過數(shù)據(jù)擬合算法和加權(quán)處理，將高速信號(hào)采集 電路采集的高壓變頻信號(hào)進(jìn)行解算，并通過串行數(shù)據(jù)總線向外發(fā)送，從而實(shí)現(xiàn)高壓（36V~ 1000V)交變頻率（0化~440Hz)信號(hào)的實(shí)時(shí)采集和發(fā)送。
[0009] 所述分壓電路是將高壓交變信號(hào)變換為低壓交變信號(hào)；為達(dá)到有效抑制高壓浪涌 對(duì)后端電路的損壞，前端分壓電路將高壓信號(hào)降至80mV左右的低壓信號(hào)，高壓浪涌也隨之 減小；并且此技術(shù)減少了使用元器件種類和數(shù)量。
[0010] 所述高速信號(hào)采集電路采用24位高速AD轉(zhuǎn)換忍片，提高了采集精度，且AD轉(zhuǎn)換 后的數(shù)字量信號(hào)通過串行端口輸出；通過串行端口通信，大大降低了對(duì)后端電路損傷的可 能。
[0011] 所述隔離電路包括兩部分，第一部分是高速信號(hào)采集電路將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量信號(hào) 經(jīng)過隔離輸出至單片機(jī)；第二部分是單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理電路將數(shù)據(jù)處理后經(jīng)過隔離輸出至 RS232/RS422端口，再由RS232/RS422端口上報(bào)給上位機(jī)；RS232/RS422端口采用ESD技術(shù)， 有效防止靜電的損壞。
[0012] 所述單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理電路作為整個(gè)高壓交變信號(hào)采集系統(tǒng)的MCU，即控制著整 個(gè)系統(tǒng)的工作流程又處理所有由信號(hào)采集電路傳送的數(shù)據(jù)，最后完成于上位機(jī)的數(shù)據(jù)交 換。
[0013] 所述電源輸入采用了濾波、過流、過壓相關(guān)技術(shù)，且對(duì)反向直流電源輸入有保護(hù)裝 置；采用此技術(shù)有效的提高了產(chǎn)品的可靠性、安全性。
[0014] 所述串行數(shù)據(jù)總線通過RS232或RS422兩種端口與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，通信協(xié) 議分為3層：
[0015] 1、物理層：電氣連接采用RS232/RS422標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議；
[0016] 2、傳輸層協(xié)議：通信協(xié)議約定上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)帖的長(zhǎng)度為6字節(jié)，高壓交變信號(hào) 采集系統(tǒng)程序發(fā)送數(shù)據(jù)帖的長(zhǎng)度為29字節(jié)，1個(gè)起始位，8個(gè)數(shù)據(jù)位，無校驗(yàn)位，1個(gè)停止位； 波特率為9600bps，通信方式為單工通信方式；數(shù)據(jù)帖的頻率為4Hz;
[0017] 3、應(yīng)用層協(xié)議：數(shù)據(jù)通信W帖為單位進(jìn)行。
[0018] 表1數(shù)據(jù)通信帖格式
[0019]
[0020] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)是：
[002U 1、本發(fā)明采用的是24位的高速AD轉(zhuǎn)換忍片，且在數(shù)據(jù)處理方面做到了實(shí)時(shí)更新 和對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了加權(quán)處理。運(yùn)樣既解決了原有技術(shù)產(chǎn)品采集精度低、抗干擾能力弱的問題， 又解決了原有技術(shù)產(chǎn)品只能完成一種頻率的高壓信號(hào)采集的問題；
[0022] 2、現(xiàn)有技術(shù)中需使用半導(dǎo)體器件將交變信號(hào)轉(zhuǎn)換成直流信號(hào)，半導(dǎo)體器件（特別 是整流器）對(duì)溫度比較敏感，特別是在低溫條件下采集誤差達(dá)到±10%。本發(fā)明有效的避 開此技術(shù)缺陷，不進(jìn)行整流直接采集交變信號(hào)。使系統(tǒng)工作溫度滿足更高的要求；
[0023] 3、為了有效的抑制高壓浪涌，本系統(tǒng)將高壓信號(hào)降的非常低，同時(shí)高壓浪涌也得 到降低。同時(shí)，選用的AD轉(zhuǎn)換忍片可W承受交變信號(hào)的高壓浪涌；
[0024] 4、純硬件濾波、硬件算法，速度高，適應(yīng)性強(qiáng)；
[00巧]5、本發(fā)明的使用直接通過串行通信端口與主機(jī)通信，不需采用總線折展架構(gòu)，既 減少了AD采集擴(kuò)展板驅(qū)動(dòng)的編寫、調(diào)試，又減小了設(shè)備的復(fù)雜程度，提高了設(shè)備的可靠性。 [00%] 本發(fā)明由于采取上述設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了寬電壓、大范圍交變信號(hào)的實(shí)時(shí)采集和發(fā)送，簡(jiǎn) 化了產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)，提高了產(chǎn)品的可靠性，具有采集精度高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、抗干擾能力好、 結(jié)構(gòu)合理、自動(dòng)化程度高、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明高壓交變信號(hào)采集系統(tǒng)組成框圖。 陽(yáng)02引圖2是本發(fā)明中分壓電路的原理圖。
[0029] 圖3是本發(fā)明中高速數(shù)據(jù)采集電路的原理圖。
[0030] 圖4是本發(fā)明中單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理電路原理圖。
[0031] 圖5是本發(fā)明中串行數(shù)據(jù)總線的電路原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳述。
[003引如圖1所示，一種高壓交變信號(hào)采集系統(tǒng)，由分壓電路、高速信號(hào)采集電路、隔離 電路、單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理電路W及串行數(shù)據(jù)總線組成；所述單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理電路通過數(shù) 據(jù)擬合算法和加權(quán)處理，將高速信號(hào)采集電路采集的高壓變頻信號(hào)進(jìn)行解算，并通過串行 數(shù)據(jù)總線向外發(fā)送，從而實(shí)現(xiàn)高壓（36V~1000V)交變頻率（0化~440Hz)信號(hào)的實(shí)時(shí)采 集和發(fā)送。
[0034] 如圖2所示，將高壓交變信號(hào)轉(zhuǎn)變成低壓交變信號(hào)，采用的是電阻分壓。避免了傳 統(tǒng)變壓器降壓后干擾嚴(yán)重的問題，同時(shí)使用電阻分壓又節(jié)約了硬件成本。
[0035] 如圖3所示，高速信號(hào)采集電路通過控制CS-管腳可W實(shí)現(xiàn)定時(shí)采集交變信號(hào)，并 可通過控制RS-/TX-管腳將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量通過內(nèi)部總線SPI傳輸出去?？朔爽F(xiàn)有技術(shù) 的整流、濾波等繁瑣信號(hào)調(diào)理手段。本發(fā)明中運(yùn)用了SPI隔離忍片，有效的防止了前段的非 正常操作對(duì)MCU的損壞。
[0036] 如圖1、圖4所示，高速信號(hào)采集電路通過SPI總線將采集的數(shù)據(jù)傳輸給基于 C8051F04系列的數(shù)據(jù)處理單元，在該數(shù)據(jù)處理單元內(nèi)，由特定的數(shù)據(jù)擬合算法和加權(quán)處理 對(duì)所接收數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)解算，并得出高壓交變信號(hào)的實(shí)際值和有效值，然后通過串行數(shù)據(jù) 總線將最終計(jì)算結(jié)果發(fā)送出去。MCU與上位機(jī)數(shù)據(jù)交換的方式分為兩種：一種是上位機(jī)向 MCU發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求，MCU接到請(qǐng)求后發(fā)送處理完的采集數(shù)據(jù)。另一種是MCU上電自動(dòng)發(fā)送處 理完的最新數(shù)據(jù)，無需上位機(jī)發(fā)送任何指令。
[0037] 如圖5所示，本發(fā)明采用的是通過RS232或RS422串行通信方式與上位機(jī)進(jìn)行數(shù) 據(jù)交換，方便與上位機(jī)連接，只需上位機(jī)有串行通信端口即可。另外還可W根據(jù)需要更換其 他通信方式巧S485)。
[0038] W上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā) 明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的技 術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高壓交變信號(hào)采集系統(tǒng)，其特征在于：由分壓電路、高速信號(hào)采集電路、隔離電 路、單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理電路以及串行數(shù)據(jù)總線組成；所述單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理電路通過數(shù)據(jù) 擬合算法和加權(quán)處理，將高速信號(hào)采集電路采集的高壓變頻信號(hào)進(jìn)行解算，并通過串行數(shù) 據(jù)總線向外發(fā)送，從而實(shí)現(xiàn)高壓（36V~1000V)交變頻率（OHz~440Hz)信號(hào)的實(shí)時(shí)采集 和發(fā)送。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓交變信號(hào)采集系統(tǒng)，其特征在于：所述分壓電路是 將高壓交變信號(hào)變換為低壓交變信號(hào)；為達(dá)到有效抑制高壓浪涌對(duì)后端電路的損壞，前端 分壓電路將高壓信號(hào)降至SOmV左右的低壓信號(hào)，高壓浪涌也隨之減小；并且減少了使用元 器件種類和數(shù)量。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓交變信號(hào)采集系統(tǒng)，其特征在于：所述高速信號(hào)采 集電路采用24位高速AD轉(zhuǎn)換芯片，提高了采集精度，且AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量信號(hào)通過串行 端口輸出；通過串行端口通信，大大降低了對(duì)后端電路損傷的可能。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓交變信號(hào)采集系統(tǒng)，其特征在于：所述隔離電路包 括兩部分，第一部分是高速信號(hào)采集電路將轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量信號(hào)經(jīng)過隔離輸出至單片機(jī)； 第二部分是單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理電路將數(shù)據(jù)處理后經(jīng)過隔離輸出至RS232/RS422端口，再由 RS232/RS422端口上報(bào)給上位機(jī)；RS232/RS422端口采用ESD技術(shù)，有效防止靜電的損壞。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓交變信號(hào)采集系統(tǒng)，其特征在于：所述單片機(jī)的數(shù) 據(jù)處理電路作為整個(gè)高壓交變信號(hào)采集系統(tǒng)的MCU，即控制著整個(gè)系統(tǒng)的工作流程又處理 所有由信號(hào)采集電路傳送的數(shù)據(jù)，最后完成于上位機(jī)的數(shù)據(jù)交換。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓交變信號(hào)采集系統(tǒng)，其特征在于：所述電源輸入采 用了濾波、過流、過壓技術(shù)，且對(duì)反向直流電源輸入有保護(hù)裝置。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高壓交變信號(hào)采集系統(tǒng)，其特征在于：所述串行數(shù)據(jù)總 線通過RS232或RS422兩種端口與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，通信協(xié)議分為3層： (1) 物理層：電氣連接采用RS232/RS422標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議； (2) 傳輸層協(xié)議：通信協(xié)議約定上位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)幀的長(zhǎng)度為6字節(jié)，高壓交變信號(hào)采集 系統(tǒng)程序發(fā)送數(shù)據(jù)幀的長(zhǎng)度為29字節(jié)，1個(gè)起始位，8個(gè)數(shù)據(jù)位，無校驗(yàn)位，1個(gè)停止位；波 特率為9600bps，通信方式為單工通信方式；數(shù)據(jù)幀的頻率為4Hz; (3) 應(yīng)用層協(xié)議：數(shù)據(jù)通信以幀為單位進(jìn)行。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高壓交變信號(hào)采集系統(tǒng)，由分壓電路、高速信號(hào)采集電路、隔離電路、單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理電路以及串行數(shù)據(jù)總線組成；所述單片機(jī)的數(shù)據(jù)處理電路通過數(shù)據(jù)擬合算法和加權(quán)處理，將高速信號(hào)采集電路采集的高壓變頻信號(hào)進(jìn)行解算，并通過串行數(shù)據(jù)總線向外發(fā)送，從而實(shí)現(xiàn)高壓交變頻率信號(hào)的實(shí)時(shí)采集和發(fā)送。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)是：本發(fā)明由于采取上述設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了寬電壓、大范圍交變信號(hào)的實(shí)時(shí)采集和發(fā)送，簡(jiǎn)化了產(chǎn)品硬件設(shè)計(jì)，提高了產(chǎn)品的可靠性，具有采集精度高、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、抗干擾能力好、結(jié)構(gòu)合理、自動(dòng)化程度高、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】G05B19/042
【公開號(hào)】CN105182856
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510615763
【發(fā)明人】朱震宇, 吳永忠, 金志坤, 明先軍
【申請(qǐng)人】北京雷博曼科技有限公司
【公開日】2015年12月23日
【申請(qǐng)日】2015年9月24日