一种多路数据采集系统技术方案

本实用新型专利技术公告了一种多路数据采集系统，包括选择器、放大器、模数转换模块和中央处理器，所述放大器连接在选择器和模数转换模块之间，所述中央处理器与放大器相连；所述选择器接收传感器的多路输出信号并在中央处理器的控制下分时将多路信号送至放大器进行放大，所述放大器将放大后的多路信号送至模数转换模块进行模数转换。本实用新型专利技术仅需一个放大器可对多路小信号进行高一致性的放大，这使本实用新型专利技术在电路的布局上不用考虑多个地线及参考点，布线结构简单、一致性强，而且可以很大程度上降低多路数据采集系统的成本。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种数据采集系统，尤其涉及一种多路数据采集系统。
技术介绍
目前在诸如轻触开关压力、多目标温度、电力等多通道的模拟量采集 中，通常的架构设计为在每一通道的桥式、单端传感器后使用一路由单片 或两片高线性、高精度、低漂移的高端运算放大器作信号放大，其后再使用一个多路复用器加单通道模数转换器(ADC)或直接选用多路输入的 ADC,时序控制另用一个中央处理器(MCU\DSP)。此种硬件架构中，每通 道都使用单独的放大电路，这使电路的布局走线(特别是地线的安排)有 相当的复杂性，每通道的一致性亦无法达成，而且成本方面高端的运算放 大器的价格是极高的。
技术实现思路
本技术就是为了克服以上的不足，提出了一种结构简单、低成本 的多路数据采集系统。本技术的技术问题通过以下的技术方案予以解决一种多路数据采集系统，包括选择器、放大器、模数转换模块和中央 处理器，所述放大器连接在选择器和模数转换模块之间，所述中央处理器 与放大器相连；所述选择器接收传感器的多路输出信号并在中央处理器的 控制下分时将多路信号送至放大器进行放大，所述放大器将放大后的多路 信号送至模数转换模块进行模数转换。所述选择器为多路复用器。所述模数转换模块集成在中央处理器内。所述传感器为压力传感器。本技术与现有技术对比的有益效果是本技术仅需一个放大 器可对多路小信号进行高一致性的放大，这使本技术在这使电路的布 局上不用考虑多个地线及参考点，布线结构简单、 一致性强，而且可以很大程度上降低多路数据采集系统的成本。而且，本技术的模数转换模 块集成在中央处理器内，可实现系统软件无缝集成且通信部分非常简单可 靠、不存在使用专用模数转换模块的逻辑控制及数据错码的问题。附图说明图1是本技术具体实施方式的电路原理框图； 图2是本技术具体实施方式的选择器的电路结构示意图； 图3是本技术具体实施方式的放大器的电路结构示意图； 图4是本技术具体实施方式的具体电路结构示意图；具体实施方式下面通过具体的实施方式并结合附图对本技术做进一步详细说明。如图1所示， 一种多路数据采集系统，包括选择器、放大器、模数转 换模块和中央处理器。所述放大器连接在选择器和模数转换模块之间，所 述中央处理器与放大器相连。所述选择器接收传感器的多路输出信号并在 中央处理器的控制下分时将多路信号送至放大器进行放大，所述放大器将 放大后的多路信号送至模数转换模块进行模数转换。所述模数转换模块可 以集成在中央处理器内。如图2所示，所述选择器为多路复用器。所述多路复用器可以为低电 压、单电源供电、低内阻的高速多路复用器。在本具体实施方式中，选用 美国模拟器件公司(Analog Devices)的型号为ADG706的芯片作为选择 器；选用美国模拟器件公司(Analog Devices)的型号为AD623的仪用放 大器作为放大器；选用意法半导体的型号STM32F10x的芯片作为中央处 理器，该中央处理器内部集成有高速模数转换(Analog/Digital Converter, 简称ADC)。中央处理器在AD方面只需完成对多路复用器进行通道切换 的工作，占用处理器资源极少。下面用一个更具体的实例，对本技术做进一步说明。在这个实例 中传感器采用压力传感器，具体而言，传感器为日本NMB传感器公司生 产的LSM-1K系列的桥式压力传感器，共16通道。在本实例中，由两片 ADG706构成双路单选式选择器。因桥式传感器存在一定的零点漂移的现 象，如在压力传感应用中，当传感器上无任何压力(即压力为0)的时候， 输出端应输出为0的，但实际上都会有较小的正向或是负向的输出值。因 此在单电源供电时，压力信号放大器的基准电压(REF)不可以电源电压或是0电压，而应将之设在被测值的摆幅内，否则会丢失压力值。在图2 中，AD623的REF接至了 2.5V的基准源，且采用的是反向放大方式，如 此在压力最大时输出的负向幅值为最大，即放大器AD623输出的直流电压 为最低，在压力最小为0时输出的幅值为最小，亦即放大器AD623输出的 直流电压为最高，整个压力传感器的摆幅均在中央处理器STM32F10x的 转换范围内。在本实例中，压力传感器、选择器ADG706、放大器AD623 均为单5V供电；中央处理器STM32F10x为单3.3V供电。电压的精度越 高ADC的值越精确。具体的工作过程如下在本实例中压力传感器在供电压力为0 500gf 时可输出0 2mV左右的差动电压，当然由于桥式传感器不可能在0压力时 输出0电压，它也可能输出一个较小的负电压值。因压力为线性参数，所 以我们在校正时应对0点和500gf的压力点进行核准，则单位gf的电压值 为1 (gf) = (V500-V0) /500。放大器AD623的增益设为60dB，因放 大器AD623的REF接2.5V基准电压且为反相放大形式，即放大器输出电 压约为2.5V 0.5,考虑传感器漂移，最高电压略高于2.5V但小于3.3V，所 以在中央处理器STM32F10x仍可得到线性的AD值，中央处理器 STM32F10x内置2个12位模数转换器，lus转换时间(16通道)，具有双采 样和保持功能，我们以2.5V、 3.3V、 2.5V 0.5理论值为设计参数(实际 值可由软件自动修正)可得出最终的压力算法，实测压力值二实测AD值 x500/ (500gf的AD值一0gf的AD值)；选择器ADG706的切换时间仅需 40ns，所以在进行16通道的压力采集时我们仍可以得到接近1MSPS的转 换性能，也就是说对16通道的压力值进行单次采集只需要约16us (实际 值通常短于这个值)，在1S的时间内可以进行62500次所有通道的压力转 换，以第10次转换作为一周期，再进行平均值处理，如此可以得到的压力 分辨率为500/4096x(2/3.3)=0.2(gf)，考虑实际的误差，我们能得到的测 量精度仍然优于0.3gf，在绝大部分的压力检测中这都是一个非常优秀的指 标。在实际测试中，对零点及500g量程值采用精度为O.lg的法码进行校 准，实测的检测精度优于0.3g。本技术所采用的元器件均为易购件，成本上有很大优势。而且在 中央处理器STM32F10x方面可以得到制造商全面的技术支持，在系统软 件方面有成熟且完全可移植的函数库。本技术实现了在较小的板件尺 寸上用较少的元件器实现高密度、高精度、高速且无须另外进行时序和数据通讯的可靠采集。与现有技术相比，本技术有诸多优势，亦减少了 开发人员的工作量，在智能家居、工业控制、汽车自动控制领域有广阔的 发展空间。以上内容是结合具体的优选实施方式对本技术所作的进一步详细 说明，不能认定本技术的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新 型所属
的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下， 还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本技术的保护范围。权利要求1. 一种多路数据采集系统，包括选择器、放大器、模数转换模块和中央处理器，所述放大器连接在选择器和模数转换模块之间，所述中央处理器与放大器相连；所述选择器接收传感器的多路输出信号并在中央处理器的控制下分时将多路信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多路数据采集系统，包括选择器、放大器、模数转换模块和中央处理器，所述放大器连接在选择器和模数转换模块之间，所述中央处理器与放大器相连；所述选择器接收传感器的多路输出信号并在中央处理器的控制下分时将多路信号送至放大器进行放大，所述放大器将放大后的多路信号送至模数转换模块进行模数转换。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈培智，刘凯，
申请(专利权)人：深圳市英唐智能控制股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：94[中国|深圳]