一种自适应数据采集系统技术方案

本发明专利技术公开了一种自适应数据采集系统，其特征是：包括电源电路、CPU电路、校准电路、粗调放大电路、滤波电路、细调放大电路、AD转换电路、预测电路和通信电路，所述电源电路为系统供电，采集的数据信号依次经过校准电路、粗调放大电路、滤波电路、细调放大电路和AD转换电路，AD转换电路与CPU电路用SPI总线连接，所述细调放大电路同时将信号传给预测电路，预测电路连接CPU电路，CPU电路分别连接校准电路、粗调放大电路、细调放大电路和预测电路对信号进行反馈，CPU电路将最终采集结果发送给通信电路。与现有技术相比，本发明专利技术能够对采样信号进行预测，并调制合适的增益倍数，取得精确的采样数据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及数据采集
,具体地说是一种自适应数据采集系统。
技术介绍
数据采集系统是从数据源收集、识别和选取数据的过程，在智能控制中，数据采集系统作为测控系统不可缺少的部分,数据采集的性能特点直接影响到整个系统。在采集信号时，信号变化往往变化范围比较大，然而现有的采集系统的放大增益固定，造成小信号采样无法放大到合适区间的问题。在现成应用中，供电端受外界电压波动、电源杂波、负载变化等因素，影响采样精度。
技术实现思路
为克服上述现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种自适应数据采集系统，广泛应用于温度、压力、流量和湿度等前端传感器采集。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种自适应数据采集系统，其特征是：包括电源电路、CPU电路、校准电路、粗调放大电路、滤波电路、细调放大电路、AD转换电路、预测电路和通信电路，所述电源电路为系统供电，采集的数据信号依次经过校准电路、粗调放大电路、滤波电路、细调放大电路和AD转换电路，AD转换电路与CPU电路用SPI总线连接，所述细调放大电路同时将信号传给预测电路，预测电路连接CPU电路，CPU电路分别连接校准电路、粗调放大电路、细调放大电路和预测电路对信号进行反馈，控制校准电路、粗调放大电路、细调放大电路和预测电路相应支路的选通，重复调节，CPU电路将最终采集结果发送给通信电路。优选地，所述电源电路提供+5V、-5V、+3.3V、+5V四路电压，所述校准电路包括电子开关，电子开关的通断受CPU电路控制，所述粗调放大电路包括对输入信号实现1、4、16、64、256倍的放大的四级独立放大电路，所述滤波电路包括无源二阶滤波电路和有源压控带通滤波电路，所述细调放大电路包括衰减倍数为1、2、4、8、16的电阻网络衰减电路，用以对信号进行细调，所述预测电路包括可电控变换运放电路、比较电路和门电路，所述AD转换电路采用16位高精度4通道AD芯片U20，U20的型号为AD7175，所述CPU电路采用单片机U4，型号为STM32，所述通信电路包括收发器U6，型号为SP485。优选地，所述电源电路包括第一电压产生电路、第二电压产生电路、第三电压产生电路和第四电压产生电路；所述第一电压产生电路包括第一滤波电路、耗能元件R2和稳压芯片U1，所述第一滤波电路包括滤波电容C3～C11、滤波电感L3和第一二阶LC滤波电路，第一二阶LC滤波电路包括电感线圈L1和L2、电容C1和C2，所述电容C9的一端接地，另一端分别连接电源、电阻R2、电感线圈L1，电感线圈L1的另一端分别连接电容C1和电感线圈L2，电感线圈L2的另一端连接电容C2、电容C10、电容C3和稳压芯片U1的IN管脚，电阻R2、电容C1、电容C2、电容C10、电容C3的另一端以及稳压芯片U1的GND管脚均接地，稳压芯片U1的OUT管脚分别连接电容C4和电感线圈L3，电感线圈L3的另一端分别连接电容C5～C8、电容C11的一端，电容C4～C8、电容C11的另一端均接地，所述电容C11的一端输出+5V控制电压；所述第二电压产生电路包括稳压芯片U2、第二滤波电路和指示电路，所述第二滤波电路包括滤波电容C12～C14，所述指示电路包括耗能电阻R1和发光二极管D1，所述电感线圈L3的另一端还连接所述稳压芯片U2的Vin管脚，稳压芯片的GND管脚接地，Vout管脚分别连接电容C12～C14和电阻R1的一端，电容C12～C14的另一端均接地，电阻R1的另一端通过发光二极管D1接地，所述电容C14的一端输出3.3V控制电压；所述第三电压产生电路包括电压可调的功率放大电路和第三滤波电路，所述第三滤波电路包括滤波电容C17～C20，所述电压可调的功率放大电路包括稳压芯片U5和电阻R7、R9,还包括肖特基二极管D5，所述肖特基二极管的一端连接8V输入电压，另一端分别连接电容C17、C18的一端以及稳压芯片U5的IN管脚，电容C17、C18的另一端均接地，稳压芯片U5的OUT管脚分别连接电容C19、C20、电阻R7的一端，ADJ管脚分别连接电阻R7的另一端、电阻R9的一端，电阻R9、电容C19、C20的另一端接地，所述电容C20的一端输出+5V控制电压；所述第四电压产生电路包括负压产生电路、第四滤波电路、消谐电感L4、储能电感L8、二极管D7和放大扩流电路，所述负压产生电路包括负压产生芯片U8，电阻R14、R15和R12、电容C36，所述第四滤波电路包括滤波电容C22～C24和第二二阶LC滤波电路，第二二阶LC滤波电路包括电容C27、C28和电感线圈L5、L6，所述扩流放大电路包括第五滤波电路、稳压芯片U7和电阻R16、R17；所述第五滤波电路包括滤波电容C29～C35、电感线圈L7；所述芯片U8的第5管脚分别连接电阻R14、R15的一端，电阻R14、R15的另一端接地，负压产生芯片U8的第4管脚接地，第6管脚分别连接电阻R12、电容C22～C24、消谐电感L4的一端，电阻R12的另一端分别连接负压产生芯片U8的第1、7和8管脚，电容C22～C24的另一端接地，消谐电感L4的另一端接8V输入电源，负压产生芯片U8的第2管脚分别连接二极管D7和储能电感L8的一端，二极管D7和储能电感L8的另一端均接地，负压产生芯片U8的第3管脚通过电容C36接地，所述二极管D7的另一端还分别连接电感线圈L5和电容C27的一端，电感线圈L5的另一端分别连接电感线圈L6和电容C28的一端，电感线圈L6的另一端分别连接电容C29、C30、C34的一端和稳压芯片U7的IN管脚，电容C27～C30、C34的另一端均接地，稳压芯片U7的ADJ管脚分别连接电阻R16和R17的一端，OUT管脚分别连接电阻R16的另一端、电感线圈L7和电容C31的一端，电感线圈L7的另一端分别连接电容C32、C33和C35，电阻R17、电容C31～C33、C35的另一端均接地，所述电容C35的一端输出-5V的控制电压。优选地，所述校准电路包括三个电子开关U11A、U12C和U12D，还包括自恢复保险丝RP3和滤波电容C41，自恢复保险丝RP3的一端连接输入信号，另一端连接电子开关U11A的2管脚，电子开关U11A的1管脚分别连接电子开关U12C的4管脚、电子开关U12D的8管脚、电容C41的一端，电子开关U11A的13管脚、电子开关U12C的5管脚、电子开关U12D的6管脚分别连接单片机U4的34～36管脚，电子开关U12C的3管脚接地，U12D的6管脚接基准电压，电容C41的另一端接地。优选地，所述粗调放大电路包括第一控制芯片U15，受第一控制芯片控制的五个电子开关U11B、U11C、U11D、U12A和U12B，还包括四个级联的放大电路，每个放大电路包括放大倍数为4的放大单元和级间滤波电容，所述放大单元包括放大器、电源滤波电容和阻抗匹配电阻，所述级间滤波电容包括电容C41～C46，所述放大器包括U9A、U9B、U10A和U10B，所述电源滤波电容包括电容C37～C40，所述阻抗匹配电阻包括电阻R18～R29，所述第一控制芯片U15的15管脚连接电子开关U11B的12管脚，1管脚连接电子开关U11C的5管脚，2号管脚连接电子开关U11C的6管脚，3管脚连接电子开关U12A的13管脚，4管脚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自适应数据采集系统，其特征是：包括电源电路、CPU电路、校准电路、粗调放大电路、滤波电路、细调放大电路、AD转换电路、预测电路和通信电路，所述电源电路为系统供电，采集的数据信号依次经过校准电路、粗调放大电路、滤波电路、细调放大电路和AD转换电路，AD转换电路与CPU电路用SPI总线连接，所述细调放大电路同时将信号传给预测电路，预测电路连接CPU电路，CPU电路分别连接校准电路、粗调放大电路、细调放大电路和预测电路对信号进行反馈，控制校准电路、粗调放大电路、细调放大电路和预测电路相应支路的选通，重复调节，CPU电路将最终采集结果发送给通信电路。

【技术特征摘要】
1.一种自适应数据采集系统，其特征是：包括电源电路、CPU电路、校准电路、粗调放大电路、滤波电路、细调放大电路、AD转换电路、预测电路和通信电路，所述电源电路为系统供电，采集的数据信号依次经过校准电路、粗调放大电路、滤波电路、细调放大电路和AD转换电路，AD转换电路与CPU电路用SPI总线连接，所述细调放大电路同时将信号传给预测电路，预测电路连接CPU电路，CPU电路分别连接校准电路、粗调放大电路、细调放大电路和预测电路对信号进行反馈，控制校准电路、粗调放大电路、细调放大电路和预测电路相应支路的选通，重复调节，CPU电路将最终采集结果发送给通信电路。2.根据权利要求1所述的一种自适应数据采集系统，其特征是：所述电源电路提供+5V、-5V、+3.3V、+5V四路电压，所述校准电路包括电子开关，电子开关的通断受CPU电路控制，所述粗调放大电路包括对输入信号实现1、4、16、64、256倍的放大的四级独立放大电路，所述滤波电路包括无源二阶滤波电路和有源压控带通滤波电路，所述细调放大电路包括衰减倍数为1、2、4、8、16的电阻网络衰减电路，用以对信号进行细调，所述预测电路包括可电控变换运放电路、比较电路和门电路，所述AD转换电路采用16位高精度4通道AD芯片U20，U20的型号为AD7175，所述CPU电路采用单片机U4，型号为STM32，所述通信电路包括收发器U6，型号为SP485。3.根据权利要求2所述的一种自适应数据采集系统，其特征是：所述电源电路包括第一电压产生电路、第二电压产生电路、第三电压产生电路和第四电压产生电路；所述第一电压产生电路包括第一滤波电路、耗能元件R2和稳压芯片U1，所述第一滤波电路包括滤波电容C3～C11、滤波电感L3和第一二阶LC滤波电路，第一二阶LC滤波电路包括电感线圈L1和L2、电容C1和C2，所述电容C9的一端接地，另一端分别连接电源、电阻R2、电感线圈L1，电感线圈L1的另一端分别连接电容C1和电感线圈L2，电感线圈L2的另一端连接电容C2、电容C10、电容C3和稳压芯片U1的IN管脚，电阻R2、电容C1、电容C2、电容C10、电容C3的另一端以及稳压芯片U1的GND管脚均接地，稳压芯片U1的OUT管脚分别连接电容C4和电感线圈L3，电感线圈L3的另一端分别连接电容C5～C8、电容C11的一端，电容C4～C8、电容C11的另一端均接地，所述电容C11的一端输出+5V控制电压；所述第二电压产生电路包括稳压芯片U2、第二滤波电路和指示电路，所述第二滤波电路包括滤波电容C12～C14，所述指示电路包括耗能电阻R1和发光二极管D1，所述电感线圈L3的另一端还连接所述稳压芯片U2的Vin管脚，稳压芯片的GND管脚接地，Vout管脚分别连接电容C12～C14和电阻R1的一端，电容C12～C14的另一端均接地，电阻R1的另一端通过发光二极管D1接地，所述电容C14的一端输出3.3V控制电压；所述第三电压产生电路包括电压可调的功率放大电路和第三滤波电路，所述第三滤波电路包括滤波电容C17～C20，所述电压可调的功率放大电路包括稳压芯片U5和电阻R7、R9,还包括肖特基二极管D5，所述肖特基二极管的一端连接8V输入电压，另一端分别连接电容C17、C18的一端以及稳压芯片U5的IN管脚，电容C17、C18的另一端均接地，稳压芯片U5的OUT管脚分别连接电容C19、C20、电阻R7的一端，ADJ管脚分别连接电阻R7的另一端、电阻R9的一端，电阻R9、电容C19、C20的另一端接地，所述电容C20的一端输出+5V控制电压；所述第四电压产生电路包括负压产生电路、第四滤波电路、消谐电感L4、储能电感L8、二极管D7和放大扩流电路，所述负压产生电路包括负压产生芯片U8，电阻R14、R15和R12、电容C36，所述第四滤波电路包括滤波电容C22～C24和第二二阶LC滤波电路，第二二阶LC滤波电路包括电容C27、C28和电感线圈L5、L6，所述扩流放大电路包括第五滤波电路、稳压芯片U7和电阻R16、R17；所述第五滤波电路包括滤波电容C29～C35、电感线圈L7；所述芯片U8的第5管脚分别连接电阻R14、R15的一端，电阻R14、R15的另一端接地，负压产生芯片U8的第4管脚接地，第6管脚分别连接电阻R12、电容C22～C24、消谐电感L4的一端，电阻R12的另一端分别连接负压产生芯片U8的第1、7和8管脚，电容C22～C24的另一端接地，消谐电感L4的另一端接8V输入电源，负压产生芯片U8的第2管脚分别连接二极管D7和储能电感L8的一端，二极管D7和储能电感L8的另一端均接地，负压产生芯片U8的第3管脚通过电容C36接地，所述二极管D7的另一端还分别连接电感线圈L5和电容C27的一端，电感线圈L5的另一端分别连接电感线圈L6和电容C28的一端，电感线圈L6的另一端分别连接电容C29、C30、C34的一端和稳压芯片U7的IN管脚，电容C27～C30、C34的另一端均接地，稳压芯片U7的ADJ管脚分别连接电阻R16和R17的一端，OUT管脚分别连接电阻R16的另一端、电感线圈L7和电容C31的一端，电感线圈L7的另一端分别连接电容C32、C33和C35，电阻R17、电容C31～C33、C35的另一端均接地，所述电容C35的一端输出-5V的控制电压。4.根据权利要求2所述的一种自适应数据采集系统，其特征是：所述校准电路包括三个电子开关U11A、U12C和U12D，还包括自恢复保险丝RP3和滤波电容C41，自恢复保险丝RP3的一端连接输入信号，另一端连接电子开关U11A的2管脚，电子开关U11A的1管脚分别连接电子开关U12C的4管脚、电子开关U12D的8管脚、电容C41的一端，电子开关U11A的13管脚、电子开关U12C的5管脚、电子开关U12D的6管脚分别连接单片机U4的34～36管脚，电子开关U12C的3管脚接地，U12D的6管脚接基准电压，电容C41的另一端接地。5.根据权利要求2所述的一种自适应数据采集系统，其特征是：所述粗调放大电路包括第一控制芯片U15，受第一控制芯片控制的五个电子开关U11B、U11C、U11D、U12A和U12B，还包括四个级联的放大电路，每个放大电路包括放大倍数为4的放大单元和级间滤波电容，所述放大单元包括放大器、电源滤波电容和阻抗匹配电阻，所述级间滤波电容包括电容C41～C46，所述放大器包括U9A、U9B、U10A和U10B，所述电源滤波电容包括电容C37～C40，所述阻抗匹配电阻包括电阻R18～R29，所述第一控制芯片U15的15管脚连接电子开关U11B的12管脚，1管脚连接电子开关U11C的5管脚，2号管脚连接电子开关U11C的6管脚，3管脚连接电子开关U12A的13管脚，4管脚连接电子开关U12B的12管脚，13管脚接地，10管脚接+5V电源，11、12和14管脚分别连接单片机U4的40、51和39管脚；电容C41的一端分别连接电子开关U12D的8管脚、电阻R26的一端，另一端接地，电阻R26的另一端分别连接电子开关U11B的10管脚和放大器U9A的3管脚，U9A的2管脚分别连接电阻R18和R22的一端，电阻R22的另一端接地，放大器U9A的1管脚分别连接电阻R18的另一端，电容C42、电阻R27的一端和电子开关U11C的3管脚，电容C42的另一端接地，U9A的4管脚接-5V电压，8管脚接+5V电压，电容C37的两端分别接U9A的8管脚和地；电阻R27的另一端连接放大器U9B的5管脚，U9B的6管脚分别连接电阻R19和R23的一端，电阻R23的另一端接地，放大器U9B的7管脚分别连接电阻R19的另一端，电容C43、C44，电阻R28的一端，电容C43、C44的另一端接地，U9B的4管脚接-5V电压，8管脚接+5V电压，电容C38的两端分别接U9B的8管脚和地；电阻R28的另一端分别连接电子开关U11D的9管脚和放大器U10A的3管脚，U10A的2管脚分别连接电阻R20和R24的一端，电阻R24的另一端接地，放大器U10A的1管脚分别连接电阻R20的另一端，电容C45、电阻R29的一端和电子开关U12A的2管脚，电容C45的另一端接地，U10A的4管脚接-5V电压，8管脚接+5V电压，电容C39的两端分别接U10A的8管脚和地；电阻R29的另一端连接放大器U10B的5管脚，U10B的6管脚分别连接电阻R21和R25的一端，电阻R25的另一端接地，放大器U10B的7管脚分别连接电阻R21的另一端、电容C46的一端和电子开关U12B的10管脚，电容C46的另一端接地，U10B的4管脚接-5V电压，8管脚接+5V电压，电容C40的两端分别接U10B的8管脚和地。6.根据权利要求2所述的一种自适应数据采集系统，其特征是：所述无源二阶滤波电路包括无源RC滤波电路和交流隔离滤波电路，无源RC滤波电路包括电阻R60和电容C53，交流隔离滤波电路包括电容C50和电阻R61...

【专利技术属性】
技术研发人员：窦圣堂，
申请(专利权)人：窦圣堂，
类型：发明
国别省市：山东;37