一種抗干擾高精度模擬量采樣方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種抗干擾高精度模擬量采樣方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 散料輸送領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)場時常需要采集如電流表、皮帶秤、變頻器、碎煤機振動檢測 儀表等設(shè)備提供的4_20mA模擬量信號，部分信號采樣如皮帶秤瞬時流量需要達到1%?；蚋?高的精度要求。現(xiàn)有的應(yīng)用于散料輸送領(lǐng)域的模擬量采樣方案，由于器件誤差、溫漂等各方 面的影響導(dǎo)致采樣精度無法滿足使用要求。同時，由于現(xiàn)場應(yīng)用環(huán)境惡劣，會產(chǎn)生各種各樣 的干擾噪聲影響采樣，輕則造成采樣值不準確而導(dǎo)致誤判誤動作，重則導(dǎo)致電路失效或者 損毀。
[0003] 因此，有必要設(shè)計一種抗干擾高精度模擬量采樣方法及裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種抗干擾高精度模擬量采樣方法及裝置，該 抗干擾高精度模擬量采樣方法及裝置易于實施，采樣精度高。
[0005] 發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：
[0006] -種抗干擾高精度模擬量采樣裝置，包括放大電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字信號處 理單元；模/數(shù)轉(zhuǎn)換器上連接有基準電壓發(fā)生器；
[0007] 放大電路的輸出端接模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端與數(shù)字信號 處理器的輸入端相連；
[0008] 所述的放大電路采用基于運算放大器的電壓跟隨器；
[0009] 被測信號由模擬信號輸入端輸入，模擬信號輸入端經(jīng)限流電阻R2與運算放大器 的同向輸入端相連，運算放大器的反向輸入端相連運算放大器的輸出端，運算放大器的輸 出端為放大電路的輸出端。
[0010] 放大電路的輸出端與模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端之間設(shè)有濾波電路；濾波電路包括電 阻R3和電容C2 ;電阻R3接在放大電路的輸出端與模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端之間；電容C2的 一端接模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端，另一端接地。
[0011] 模擬信號輸入端通過采樣電阻R1接地；采樣電阻R1并聯(lián)有電容C1。
[0012] 采樣電阻R1并聯(lián)有壓敏電阻Ml。
[0013] 運算放大器的同向輸入端與地之間接有靜電管D1。
[0014] 基準電壓發(fā)生器輸出2. 5V基準電壓。
[0015] 在與數(shù)字信號處理單元相連的存儲器中構(gòu)建一個濾波緩沖區(qū)，用于存儲連續(xù)的 ADC_FLITER_LEN個采樣值；連續(xù)的ADC_FLITER_LEN個采樣值的平均值作為最終的采樣值。
[0016] 為每一個采樣值設(shè)定一個時標timeMark[i]，i為序數(shù)，i為0,1，2，…，ADC_ FLITER_LEN-1 ;每增加一個采樣值，i增加1 ;當i=ADC_FLITER_LEN-1時，再增加1則清 零。【ADC_FLITER_LEN取值范圍為：1-16中的任意一個值，根據(jù)用戶要求選擇?！?br>[0017] ADC_FLITER_LEN取值為 20。
[0018] 一種抗干擾高精度模擬量采樣方法，采用前述的抗干擾高精度模擬量采樣裝置實 現(xiàn)抗干擾高精度模擬量采樣。
[0019] 本發(fā)明的所指的高精度是指達到1 %。或更高的精度要求。
[0020] 有益效果：
[0021] 本發(fā)明的抗干擾高精度模擬量采樣方法及裝置，通過搭建精密的前端信號處理電 路以及與之配套的基于取平均的算法，實現(xiàn)抗干擾和高精度的模擬量采樣。硬件部分主要 是模擬信號前端處理電路以及模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路等，在不考慮算法的基礎(chǔ)上盡量使采樣精度 靠近要求。數(shù)值計算部分以硬件電路為基礎(chǔ)，通過多次求值取平均值的方案確保計算的精 確性和科學(xué)性，從而提高系統(tǒng)的抗干擾能力。
[0022] 與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：精度高，采樣精度能達到1%。以上；抗 干擾能力強，能夠適應(yīng)惡劣的現(xiàn)場環(huán)境；穩(wěn)定性好，采樣數(shù)據(jù)無跳變。
[0023] 該方法應(yīng)用于散料輸送領(lǐng)域，且具有通用性。
【附圖說明】
[0024] 圖1為抗干擾高精度模擬量采樣硬件電路圖；
[0025] 圖2是抗干擾算法采樣流程圖；
[0026] 圖3是抗干擾算法計算流程圖。
【具體實施方式】
[0027] 以下將結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明：
[0028] 實施例1 :
[0029] 參見圖1，抗干擾高精度模擬量采樣裝置的硬件電路包括前端信號處理電路、電壓 跟隨器、基準電壓發(fā)生器、模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路[即模/數(shù)轉(zhuǎn)換器]以及數(shù)字信號處理單元。數(shù) 值計算部分則主要是通過多次采樣取平均值的方案，實現(xiàn)采樣抗干擾，防止數(shù)據(jù)跳變。
[0030] 所述前端信號處理電路由壓敏電阻M1、采樣電阻R1、濾波電容C1、限流電阻R2以 及靜電管D1組成。其中壓敏電阻Ml為保護電路不受外界沖擊電壓干擾，采樣電阻R1為精 度1%。以上的精密電阻，靜電管D1則為超低漏電流的靜電保護管，在不影響采樣精度的同 時保護運算放大器不被靜電干擾損壞。
[0031] 所述電壓跟隨器由運算放大器Ul、RC低通濾波器R3和C2組成，用于提高采樣信 號的輸入阻抗以提高電路的穩(wěn)定性。選用低失調(diào)低溫漂的精密運放D8694ARZ，降低運放對 采樣信號的影響以提高采樣精度。
[0032] 各電阻、電容以及二極管的規(guī)格：Ml:FPV201209S5R6PLT，R1 : AR12BTCU1000(100Q/2512)，R2 :RS-03K472FT，R3 :RS-03K102FT，Cl:0603B102K500NT，C2 : 0603B102K500NT，D1 :PESD5V0S1BA。
[0033] 所述基準電壓發(fā)生器為標準的2. 5V基準電壓發(fā)生器，需選用工業(yè)級高精度低溫 漂基準電壓芯片美信MAX6008AESA。
[0034] 所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路接基準電壓發(fā)生器以及電壓跟隨器的輸出端，用于將所述的 基準電壓以及模擬量輸入信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，輸出至數(shù)字信號處理單元。模/數(shù)轉(zhuǎn)換電 路采用AD7192BRUZ芯片。
[0035] 所述數(shù)字信號處理單元為數(shù)字信號處理器或者單片機。
[0036] 所述軟件部分采用的是通過多次采樣取平均值的方案，采樣流程圖參見圖2。模/ 數(shù)轉(zhuǎn)換器采集ADC_FLITER_LEN次模擬量，取其平均值作為當前采樣值。計算流程圖參見圖 3,構(gòu)建一個濾波緩沖區(qū)，其大小為ADC_FLITER_LEN，作為模擬量輸入的一級緩沖。取緩沖 區(qū)模擬量求平均值作為當前采樣值。同時為每個模擬量采樣分配一個時標timeMark[i](i <ADC_FLITER_LEN)，用來記錄模擬量被存入緩沖區(qū)的時間，作為被采樣的模擬量是否是一 次實時數(shù)據(jù)的判斷標志。每執(zhí)行一次ADC采樣，時標值加1，當這個時標大于某個閥值時，例 如20,則認為這個對應(yīng)的采樣值是一個過時的數(shù)據(jù)，將不被作為平均的數(shù)據(jù)源，該模擬量值 將會被最新采樣的模擬量代替，即使用最新一輪平均值的運算替換已過時的數(shù)據(jù)。注意，流 程圖中的判斷值是為了方便理解而增加，可以根據(jù)需求進行更改。
[0037] 重要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：
[0038]
【主權(quán)項】
1. 一種抗干擾高精度模擬量采樣裝置，其特征在于，包括放大電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù) 字信號處理單元；模/數(shù)轉(zhuǎn)換器上連接有基準電壓發(fā)生器； 放大電路的輸出端接模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端與數(shù)字信號處理 器的輸入端相連； 所述的放大電路采用基于運算放大器的電壓跟隨器； 被測信號由模擬信號輸入端輸入，模擬信號輸入端經(jīng)限流電阻R2與運算放大器的同 向輸入端相連，運算放大器的反向輸入端相連運算放大器的輸出端，運算放大器的輸出端 為放大電路的輸出端。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗干擾高精度模擬量采樣裝置，其特征在于，放大電路的輸 出端與模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端之間設(shè)有濾波電路；濾波電路包括電阻R3和電容C2 ;電阻R3 接在放大電路的輸出端與模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端之間；電容C2的一端接模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸 入端，另一端接地。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗干擾高精度模擬量采樣裝置，其特征在于，模擬信號輸入 端通過采樣電阻R1接地；采樣電阻R1并聯(lián)有電容C1。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的抗干擾高精度模擬量采樣裝置，其特征在于，采樣電阻R1并 聯(lián)有壓敏電阻Ml。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗干擾高精度模擬量采樣裝置，其特征在于，運算放大器的 同向輸入端與地之間接有靜電管D1。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗干擾高精度模擬量采樣裝置，其特征在于，基準電壓發(fā)生 器輸出2. 5V基準電壓。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗干擾高精度模擬量采樣裝置，其特征在于，在與數(shù)字信號 處理單元相連的存儲器中構(gòu)建一個濾波緩沖區(qū)，用于存儲連續(xù)的ADC_FLITER_LEN個采樣 值；連續(xù)的ADC_FLITER_LEN個采樣值的平均值作為最終的采樣值。8. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的抗干擾高精度模擬量采樣裝置，其特征在于，為每一個采樣 值設(shè)定一個時標timeMark[i]，i為序數(shù)，i為0,1，2，…，ADC_FLITER_LEN-1 ;每增加一個 采樣值，i增加1 ;當i=ADC_FLITER_LEN-1時，再增加1則清零。9. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的抗干擾高精度模擬量采樣裝置，其特征在于，ADC_FLITER_ LEN取值為20。10. -種抗干擾高精度模擬量采樣方法，其特征在于，采用權(quán)利要求1-9任一項所述的 抗干擾高精度模擬量采樣裝置實現(xiàn)抗干擾高精度模擬量采樣。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種抗干擾高精度模擬量采樣方法及裝置，所述的裝置包括放大電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)字信號處理單元；模/數(shù)轉(zhuǎn)換器上連接有基準電壓發(fā)生器；放大電路的輸出端接模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端，模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出端與數(shù)字信號處理器的輸入端相連；所述的放大電路采用基于運算放大器的電壓跟隨器；被測信號由模擬信號輸入端輸入，模擬信號輸入端經(jīng)限流電阻R2與運算放大器的同向輸入端相連，運算放大器的反向輸入端相連運算放大器的輸出端，運算放大器的輸出端為放大電路的輸出端。該抗干擾高精度模擬量采樣方法及裝置易于實施，采樣精度高。
【IPC分類】H03M1/54
【公開號】CN105306060
【申請?zhí)枴緾N201510875418
【發(fā)明人】胡炎良, 晏超
【申請人】湖南先步信息股份有限公司
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年12月3日