基于线性算法的直流量采集系统技术方案

本发明专利技术为基于线性算法的直流量采集系统，包括信号隔离电路、稳压电路、放大电路、AD转换电路、单片机和液晶显示屏，电流信号依次经过信号隔离电路和放大电路后，转化为电压信号，再经过运放和光耦得到隔离后的电压值；至AD转换电路；AD转换电路通过SPI总线与单片机相连；单片机与液晶显示屏通讯相连，将SPI总线读取的AD采样数据转化为实际输入的直流量；直流电流信号采用4

【技术实现步骤摘要】
基于线性算法的直流量采集系统


[0001]本专利技术涉及一种直流量采集系统，具体涉及继电保护、测控装置的直流量采集系统。

技术介绍

[0002]4‑
20mA是工控行业常用的标准电流信号，主要用在工业传感器上，由于电流信号抗干扰能力强、不容易受外界因素干扰、可以远传，所以在传感器上应用比较多。传感器接入测控装置后，4
‑
20mA直流量采集的准确度直接影响传感器信号的分析，为节省成本采样电路一般选用非高精度运放及电阻，会导致各路采样值一致性不好，本专利技术就是基于线性算法原理，设定高低点采样值作为校准点，实现全量程范围内自动校准。
[0003]现在技术存在的问题：
[0004]1、4
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20mA直流电流信号经电阻变换为电压信号，再经过运放电路进行稳压后，经光电隔离进入运算放大器。在此传变过程中，累积了多次误差，且因工程成本因素，本电路选用精度为1％的电阻，不满足0.2％误差要求，导致在相同的输入量时，各回路的输出差别较大。
[0005]2、传统的校准方式为各回路分别乘以一个系数进行校准，但对于4
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20mA采集此种校准方式效果很不好，经校准后仍会出现小信号时计算值偏小，大信号时计算值偏大。
[0006]3、如果采用分区段系数校准，则需要设置多个校准系数，施加不同区段的标准源分别校准，此种方法测试周期长，相当于凑系数，效果不好。

技术实现思路

[0007]为了解决上述技术问题，本专利技术为基于线性算法的直流量采集系统，其技术方案为：
[0008]包括信号隔离电路、稳压电路、放大电路、AD转换电路、单片机和液晶显示屏，其特征在于，
[0009]稳压电路，将5V系统电源转换为2.5V基准电压，并经AD转换电路与单片机相连；
[0010]信号隔离电路，电流信号依次经过信号隔离电路和放大电路后，转化为电压信号，再经过运放和光耦得到隔离后的电压值；至AD转换电路；
[0011]AD转换电路，通过SPI总线与单片机相连；
[0012]单片机，与液晶显示屏通讯相连，将从AD转换电路收到的数据缓存，并进行算法处理，将AD转换电路收到的数据转化为实际输入的直流量；
[0013]液晶显示屏，设有校准界面和遥测信息界面，在校准界面实时显示从AD转换电路收到的采样数据；在遥测信息界面显示直流量实际输入值。
[0014]进一步地，所述AD转换电路采用12位AD7327模数转换芯片，支持8路信号采集。
[0015]进一步地，信号隔离电路、稳压电路和放大电路用于对直流电流信号的稳压和隔离处理。
[0016]进一步地，AD转换电路，用于模数信号转换。
[0017]进一步地，AD采样值取值范围为0～20mA；在4～20mA采集范围内AD采样值成线性比例关系。
[0018]进一步地，根据直流信号的斜率K不变，横轴代表AD采样值，用ADbuf表示；纵轴代表输入电流，用Idc表示；任一点的输入电流Idc1与采样值Buf的关系为：
[0019][0020]可得任一点的输入电流Idc1为：
[0021][0022]本专利技术的有益效果为：本专利技术为基于线性算法的直流量采集系统，直流电流信号采用4
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20mA采集，AD采样值成线性比例关系，从而得出各采样点对应的输入信号。本专利可视化校准界面，看到AD的值，各通道采集精度均能达到0.2级以上。解决了通道不一致的问题，且在全量程范围内保持高精度的采样准确度。
附图说明
[0023]图1为本专利技术结构框图；
[0024]图2为基准电压源；
[0025]图3信号隔离电路；
[0026]图4AD转换电路；
[0027]图5单片机最小系统电路；
[0028]图6直流采集参数校准界面；
[0029]图7直流校正量程最低点设置界面；
[0030]图8直流校正量程最高点设置界面；
[0031]图9为分别施加4mA、12mA、20mA时的实际采样值；
[0032]图10为函数实现方式；
[0033]图11本专利技术AD采样值与输入信号对应的线性比例关系图。
具体实施方式
[0034]如图所示，本专利技术为基于线性算法的直流量采集系统。如图1所示，包括硬件隔离、稳压、放大电路，用于对直流信号的抗电磁干扰处理；AD转换电路，用于模数信号转换；单片机用于采样计算、算法处理、实时通讯等，是装置的核心处理器；液晶显示用于数据校准、实时显示等人机交互功能。
[0035]稳压电路，将5V系统电源转换为高精度2.5V参考电压，为其提供2.5V基准电压。
[0036]信号隔离电路，首先将电流信号转化为电压信号，再经过运放和光耦的变换得到隔离后的电压值。
[0037]采用12位的AD7327模数转换芯片，支持8路信号采集，通过SPI总线传送给单片机读取数据。
[0038]单片机，将SPI总线读取的数据进行缓存，并进行算法处理，将AD采样值转化为实际输入的直流量大小。与液晶屏进行通讯，接收输入的校准值并进行保存，用于确定采样转换方程。
[0039]液晶显示，为320*240的高分辨率，在校准界面实时显示AD通道数据，并设置校准点，在遥测信息界面显示直流量实际输入值。
[0040]本专利技术能实现低成本硬件电路的高精度信号采集，硬件电路只需要保证线性变换，而不需要采用昂贵的高精度电阻及运放，通过软件设定校准方程，可实现0.2％的高精度直流量采集。本专利技术创新了直流量校准方式，根据两点确定一条直线的原理，采用可视化的校准技术，输入两个端点采样值，根据已知参数得出采样方程，得到全量程范围内的直流量实际值，大幅降低了硬件成本。
[0041]如图11所示，根据电路原理分析和实际加量测试，虽然各回路输出存在误差，但4
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20mA采集范围内，AD采样值成线性比例关系。因此，根据两点确定一条直线的原理，就可以绘出采样直线，从而得出各采样点对应的输入信号。
[0042]本电路可实现0
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20mA范围内的采集，本校准方程校准下限选择3.9mA，3.9mA以下认为0mA。如选择校准下限为4mA，4mA以下认为0，由于AD采样存在小范围内的飘动，当输入为4mA时，实测值会在0mA和4mA之间飘动，不能区分正常输入还是断线，因此，本专利选择的校准下限为3.9mA，校准上限值选择20mA。
[0043]本专利将AD芯片实时采样值上传到液晶显示的直流量采集校准界面，便于试验人员设置校准值。试验人员只需要施加3.9mA基准源，将此时显示的实时采样值记作Buf＿L并保存，施加20mA基准源，将此时显示的实时采样值记作Buf＿H并保存，软件即可生成计算公式，自动进行校准。
[0044]根据直线的斜率K不变，任一点的输入电流Idc1与采样值Buf的关系为：
[0045][0046]可得任一点的输入电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于线性算法的直流量采集系统，包括信号隔离电路、稳压电路、放大电路、AD转换电路、单片机和液晶显示屏，其特征在于，稳压电路，将5V系统电源转换为2.5V基准电压，并经AD转换电路与单片机相连；信号隔离电路，电流信号依次经过信号隔离电路和放大电路后，转化为电压信号，再经过运放和光耦得到隔离后的电压值；至AD转换电路；AD转换电路，通过SPI总线与单片机相连；单片机，与液晶显示屏通讯相连，将从AD转换电路收到的数据缓存，并进行算法处理，将AD转换电路收到的数据转化为实际输入的直流量；液晶显示屏，设有校准界面和遥测信息界面，在校准界面实时显示从AD转换电路收到的采样数据；在遥测信息界面显示直流量实际输入值。2.如权利要求1所述的基于线性算法的直流量采集系统，其特征在于，所述AD转换电...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜霞，陈磊，王刚，孟良，陈品富，米东文，杨东晓，
申请(专利权)人：山东泰开自动化有限公司，
类型：发明
国别省市：