[發明專利]多通道通用數據采集器

在審

• 申請號: 201610196658.3
• 申請日: 2016-03-31
• 公開（公告）號: CN105676751A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發明（設計）人: 鄒應全;彭榆淞;吳太龍;劉宜剛;劉鵬;代小崗;王丹
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務所(普通合伙) 51227
• 代理人: 李順德

技術領域

本發明涉及電子電路技術領域，具體的講是多通道通用數據采集器。

背景技術

傳統采集器主要以單一的數據采集類型為主。但是傳感器輸出信號類型是多種多樣的。 不僅不同類型的傳感器可能輸出不同的信號類型，例如風速傳感器輸出的是脈沖信號，而輻 射傳感器輸出的是電壓信號。而且同一類型傳感器也可能輸出不同的信號類型。水位傳感器 分為電壓輸出型和電流輸出型。因此，傳統采集器在數據采集過程中需要與傳感器具備一致 性。在同時對多種類型信號的采集系統中需要多種采集器，一定程度上增加了成本。

如今無論是氣象部門或者水質監測部門等在對氣象要素或者水質要素采集過程中往往需 要對多種數據類型進行測量。這樣就需要同時進行多種信號類型采集。傳統上采用多個不同 數據類型的采集器或者采用一個簡單集成的采集器來實現多種數據類型的采集。但是這兩種 方式往往需要根據實際數據類型采集需求對采集器進行定制，無形的增加系統的復雜性以及 成本，因此設計一種通用型的采集器是迫切需要的。

發明內容

本發明所要解決的技術問題，就是傳統采集器結構和功能單一，提供一種多通道通用數 據采集器。

本發明為解決以上問題提供的技術方案是，多通道通用數據采集器包含采集探頭、信號 通道、電路調理模塊和微控制器MCU，其中采集探頭包含電壓型探頭、電流型探頭、電阻型 探頭和脈沖頻率型探頭。信號通道包含電壓型通道、電流型通道、電阻型通道和脈沖頻率型 通道，。電路調理模塊包括電壓型調理電路、電流型調理電路、電阻型調理電路、脈沖頻率 型調理電路、數據選擇器和模數轉換器。數據選擇器分別與電壓型調理電路、電流型調理電 路和電阻型調理電路連接，模數轉換器與數據選擇器連接，微控制器MCU分別與模數轉換器 和脈沖頻率型調理電路連接。電壓型通道分別與電壓型探頭和電壓型調理電路連接，電流型 調理電路分別與電流型探頭和電流型調理電路連接，電阻型通道分別與電阻型探頭和電阻型 調理電路連接，脈沖頻率型通道分別與脈沖頻率型探頭和脈沖頻率型調理電路連接。與傳統 意義上簡單集成采集器不同的是本發明將采集器采集通道所接入的信號類型分為四種，電流 型，電壓型，脈沖頻率型以及電阻型。同一類型的通道可以接入與信號類型相一致傳感器。 采集器其采集通道所接入的信號類型是由硬件電路決定的，即同一通道能接入相同信號類型 的傳感器。接入數據類型可以通過上位機軟件配置，即同一通道可以接入不同的數據類型的 傳感器，由此大大提升本發明設計采集器的通用性。不僅如此，為了達到完全的通用性，數 據采集過程中每個通道接入的電信號量和測量量之間的換算關系可以通過上位機軟件來配 置。

進一步的，電壓型調理電路包含至少一個緩沖器、一個運算放大器和一個數模轉換器。 緩沖器的信號輸入端與電壓型通道連接，運算放大器的信號輸入端分別與緩沖器的信號輸出 端和數模轉換器的信號輸入端連接，運算放大器的信號輸出端與數據選擇器的信號輸入端連 接，數據選擇器的信號輸出端與模數轉換器的信號輸入端連接。選用緩沖器在于兼容類似于 酸堿度或者溶解氧這一類具有極高阻抗的傳感器。對于普通的傳感器可以在一定程度上提高 測量精度，選用運算放大器和數模轉換器連接的結構的目的在于在于兼容一些輸出負電壓范 圍信號的傳感器。通過運算放大器加入直流分量以后可以直接轉換為正電壓范圍信號。

進一步的，電流型調理電路包含至少一個電阻和一個運算放大器。運算放大器的信號輸 入端分別與電流型通道和電阻連接，電阻與電流型通道串聯，運算放大器的信號輸出端與數 據選擇器的信號輸入端連接，數據選擇器的信號輸出端與模數轉換器的信號輸入端連接。這 樣的結構通常情況下可以兼容0mA至20mA或者4mA至20mA電流。如果有其他電流范圍 的采集需求，可以通過在電流流至取樣電阻之前加上多路復用單元，后接多路不同阻值的采 樣電阻，這樣依然可以實現接入軟件可控的，不同電流范圍輸出的傳感器。

進一步的，電阻型調理電路包含至少一個電流源和一個電阻。電流源分別與電阻型通道 和數據選擇器連接，電阻分別與電阻型通道、數據選擇器和模數轉換器連接。