一种虚拟测控系统技术方案

本发明专利技术涉及一种虚拟测控系统，目的是提供一种具有低成本信号采集模块的实用的虚拟测控系统。包括接口电路和虚拟仿真设备，虚拟仿真设备通过接口电路与被测控制系统相连，接口电路包括处理器、模数转换电路、占空比测量电路、输入放大调整电路、T型转换电路、24位AD转换电路、输出放大调整电路、数模转换电路、开关量转换电路、通信接口及端子。提供了一种采用虚拟设备进行系统调试的系统，不需要昂贵的被控设备，使调试过程简单易行，提高产品开发的效率；在信号采集电路中可以对PWM信号、模拟量信号、开关量信号进行处理，并减少了处理器的I/O接口，结构简单，降低了设备成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及计算机虚拟测试领域，更具体的说，本专利技术是关于控制系统虚拟检测及控制的一种虚拟测控系统。
技术介绍
测控电子产品开发一般流程：方案设计→硬件设计→软件设计→系统调试→技术文件编写。其中系统调试是测控产品开发的关键环节之一。通常在调试过程需要实物对象进行调试，如电动车控制器的开发，需要电动车、电动车运行的场地、电池等才能进行调试，电加热炉温度控制系统需要电加热炉、交流电源等才能进行调试，由于在调试时受设备的运行条件影响，调试过程非常繁琐，并且对某些设备调试不当容易造成损坏。中国专利局于2010年6月23日公开了一份CN101749302A号文献，名称为一种液压设备在线虚拟测试分析系统，该系统利用计算机平台建立的,它包括:采集模块,它利用PXIe采集平台、SCXI信号调理平台和CDAQ便携式数据采集平台采集数据;管理模块,它包括一个数据管理子系统;报告模块,它将针对对象所作的试验结果以word报表方式显示出来;分析模块,它包括一个将数据测试部分采得的波形结果进行特征值采集,将需要的结果提取出来的分析子系统。该系统的缺点是信号采集模块由PXIe采集平台、SCXI信号调理平台和CDAQ便携式数据采集平台构成，结构复杂，成本高。
技术实现思路
本专利技术为解决现有技术中存在的信号采集结构复杂成本高的缺点，提供了一种具有低成本信号采集模块的实用的虚拟测控系统。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：本专利技术包括接口电路和虚拟仿真设备，虚拟仿真设备通过接口电路与被测控制系统相连，接口电路包括处理器、模数转换电路、占空比测量电路、输入放大调整电路、T型转换电路、24位AD转换电路、输出放大调整电路、数模转换电路、开关量转换电路、通信接口及端子，被测控制系统的信号输出端通过端子分别与占空比测量电路、输入放大调整电路、T型转换电路的输入端相连，占空比测量电路、输入放大调整电路的输出端与模数转换电路的输入端相连，模数转换电路的输出端与处理器的输入端相连，T型转换电路的输出端与24位AD转换电路的输入端相连，24位AD转换电路的输出端与处理器的输入端相连，处理器的输出端分别与数模转换电路、开关量转换电路的输入端相连，数模转换电路的输出端与输出放大调整电路的输入端相连，输出放大调整电路的输出端及开关量转换电路的输出端分别通过端子与被测控制系统的输入端相连；处理器通过通信接口与虚拟仿真设备相连；仿真设备包括PC机及3D虚拟软件，由3D虚拟软件在PC机中设定虚拟对象；占空比测量电路用于将被测控制系统输出的PWM类型的信号转换为与PWM信号的占空比成相关函数关系的模拟量电压信号，该模拟量电压信号经模数转换电路送处理器处理，并通过通信接口送到PC机对虚拟对象进行控制；-->输入放大调整电路用于将被测控制系统输出的电压或电流模拟信号转换成模拟量电压信号，该模拟量电压信号经模数转换电路送处理器处理，并通过通信接口送到PC机对虚拟对象进行控制；T型转换电路用于将被测控制系统输出的多路开关量信号转换为模拟信号，经24位AD转换电路转换为数字信号，该数字信号送处理器处理，并通过通信接口送到PC机对虚拟对象进行控制；虚拟对象输出的数据信号通过接口处理器的通信接口，经处理器送到数模转换电路送到输出放大调整电路输出模拟信号到被测控制系统，该信号也可作为虚拟对象的虚拟传感信号；虚拟对象输出的数字信号通过通信接口，经处理器的I/O口隔离输出，经输出转换电路进行转换，送到被测控制系统作为虚拟设备的开关状态输出。被测控制系统与处理器之间的信号分为PWM信号、模拟信号和开关量信号，被测控制系统输出的PWM信号经占空比测量电路转化为与PWM信号占空比成比例的模拟信号，模拟信号经模数转换送处理器处理，并通过通信接口送到PC机的虚拟对象进行控制；被测控制系统输出的模拟信号经电平转换及模数转换电路与处理器相联，被测控制系统输出的多路开关量控制信号经T型转换电路变为模拟信号，送24位AD转换器转换，并通过通信接口送到PC机的虚拟对象；接口电路内部的通信接口与PC机上的虚拟设备交换信息，虚拟设备根据被测控制系统的信号进行运行或提供相应信号给被测控制系统。作为优选，占空比测量电路包括保护电路、整流滤波电路以及单电源压控低通有源滤波电路；保护电路由二极管D1组成，整流滤波电路由二极管D2、电容C1、电阻R1组成，PWM输入信号，经D1限压送二极管D2、电容C1及电阻R1进行整流滤波，然后通过由电阻R2、R3、R4、R5、电容C2、C3及运算放大器A1组成的单电源压控低通有源滤波电路输出0-5V的直流信号。占空比测量电路由保护电路、整流滤波电路以及单电源压控低通有源滤波电路构成；1-30V的 PWM输入信号，经D1限压送二极管D、电容C1进行整流滤波，然后通过R2、R3、R4、R5、C2、C3及运算放大器A1组成的单电源压控低通有源滤波电路输出0-5V的直流信号。作为优选，输入放大调整电路将0-24V电压信号及0-20mA电流信号转换为0-5V电压信号。输入放大调整电路具有自动增益调整功能，将0-24V的电压信号及0-20mA电流信号转换为0-5V的模拟信号。作为优选，T型转换电路包括若干路T型电路、运算放大器A30、电阻R30及二极管D21，T型电路包括电阻R20、R21、R22、二极管D20、三极管Q20，其中电阻R21的阻值比所述电阻R20的阻值大一倍；电阻R20的一端与电阻R21的一端相连，电阻R21的另一端分别与二极管D20的正极、三极管Q20的集电极相连，三极管Q20的发射极与地相连，三极管Q20的基极通过电阻R22作为信号输入端与被测控制系统相连；T型电路连接时，第一路所述T型电路的电阻R20的另一端与电源正极相连，后面各路T型电路的电阻R20的另一端与前面一路T型电路中的电阻R20和R21的连接点相连接，最后一路T型电路的电阻R20通过二极管D21与地相连；各路T型电路的二极管D20的负极连接在一起与所述运算放大器A30的输入端负极相连，运算放大器A30的输入端正极与地相连，电阻R30的一端与运算放大器A30的输入端负极相连，电阻R30的另一端与运算放大器A30的输出端相连。被测控制系-->统的开关量信号分别通过电阻R22与一路T型电路的三极管Q20的基极相连，分别控制该路的三极管Q1的通断；当某一路的T型电路中的信号输入端为高电平时，该路三极管Q20导通，二极管D20静止，该路T型电路没有信号输出；当该T型电路的信号输入端为低电平时，三极管Q2O截止，该路二极管D2O导通，将该路三极管Q20集电极上的电压值传送到输出端；由于各路T型电路在本路三极管Q20截止时其集电极上的电压是不同的，因此对输出端的电压增加值也各不相同，由于，电阻R21的阻值比电阻R20的阻值大一倍，因此各路T型电路的输出电压对输出端电压的增加值按一定比例的权重展开；各路的二极管D20，保证信号的单向导通，二极管D21起平衡作用；运算放大器A30将各路T型电路的输出信号进行放大；T型转换电路的优点是可以减少被测控制系统到虚拟设备间的信号延迟；可以保证各开关量信号的同步输出，控制虚拟对象；可以级联扩展到24路开关信号的检测从而减少处理器的I/O口数量。作为优选，24位AD转换电本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．　一种虚拟测控系统，包括接口电路和虚拟仿真设备，所述虚拟仿真设备通过所述接口电路与被测控制系统相连，其特征在于：所述接口电路包括处理器、模数转换电路、占空比测量电路、输入放大调整电路、Ｔ型转换电路、２４位ＡＤ转换电路、输出放大调整电路、数模转换电路、开关量转换电路、通信接口及端子，所述被测控制系统的信号输出端通过所述端子分别与所述占空比测量电路、输入放大调整电路、Ｔ型转换电路的输入端相连，所述占空比测量电路、输入放大调整电路的输出端与所述模数转换电路的输入端相连，所述模数转换电路的输出端与所述处理器的输入端相连，所述Ｔ型转换电路的输出端与所述２４位ＡＤ转换电路的输入端相连，所述２４位ＡＤ转换电路的输出端与所述处理器的输入端相连，所述处理器的输出端分别与所述数模转换电路、开关量转换电路的输入端相连，所述数模转换电路的输出端与所述输出放大调整电路的输入端相连，所述输出放大调整电路的输出端及所述开关量转换电路的输出端分别通过所述端子与所述被测控制系统的输入端相连；所述处理器通过所述通信接口与所述虚拟仿真设备相连；所述仿真设备包括ＰＣ机及３Ｄ虚拟软件，由所述３Ｄ虚拟软件在所述ＰＣ机中设定虚拟对象；所述占空比测量电路用于将所述被测控制系统输出的ＰＷＭ类型的信号转换为与所述ＰＷＭ信号的占空比成相关函数关系的模拟量电压信号，该模拟量电压信号经所述模数转换电路送所述处理器处理，并通过所述通信接口送到所述ＰＣ机对所述虚拟对象进行控制；所述输入放大调整电路用于将所述被测控制系统输出的电压或电流模拟信号转换成模拟量电压信号，该模拟量电压信号经所述模数转换电路送所述处理器处理，并通过所述通信接口送到所述ＰＣ机对所述虚拟对象进行控制；所述Ｔ型转换电路用于将所述被测控制系统输出的多路开关量信号转换为模拟信号，经所述２４位ＡＤ转换电路转换为数字信号，该数字信号送所述处理器处理，并通过所述通信接口送到所述ＰＣ机对所述虚拟对象进行控制；所述虚拟对象输出的数据信号通过接口处理器的通信接口，经所述处理器送到数模转换电路送到输出放大调整电路输出模拟信号到所述被测控制系统，该信号也可作为所述虚拟对象的虚拟传感信号；所述虚拟对象输出的数字信号通过所述通信接口，经所述处理器的Ｉ／Ｏ口隔离输出，经所述输出转换电路进行转换，送到所述被测控制系统作为所述虚拟设备的开关状态输出。...

【技术特征摘要】
1. 一种虚拟测控系统，包括接口电路和虚拟仿真设备，所述虚拟仿真设备通过所述接口电路与被测控制系统相连，其特征在于：所述接口电路包括处理器、模数转换电路、占空比测量电路、输入放大调整电路、T型转换电路、24位AD转换电路、输出放大调整电路、数模转换电路、开关量转换电路、通信接口及端子，所述被测控制系统的信号输出端通过所述端子分别与所述占空比测量电路、输入放大调整电路、T型转换电路的输入端相连，所述占空比测量电路、输入放大调整电路的输出端与所述模数转换电路的输入端相连，所述模数转换电路的输出端与所述处理器的输入端相连，所述T型转换电路的输出端与所述24位AD转换电路的输入端相连，所述24位AD转换电路的输出端与所述处理器的输入端相连，所述处理器的输出端分别与所述数模转换电路、开关量转换电路的输入端相连，所述数模转换电路的输出端与所述输出放大调整电路的输入端相连，所述输出放大调整电路的输出端及所述开关量转换电路的输出端分别通过所述端子与所述被测控制系统的输入端相连；所述处理器通过所述通信接口与所述虚拟仿真设备相连；所述仿真设备包括PC机及3D虚拟软件，由所述3D虚拟软件在所述PC机中设定虚拟对象；所述占空比测量电路用于将所述被测控制系统输出的PWM类型的信号转换为与所述PWM信号的占空比成相关函数关系的模拟量电压信号，该模拟量电压信号经所述模数转换电路送所述处理器处理，并通过所述通信接口送到所述PC机对所述虚拟对象进行控制；所述输入放大调整电路用于将所述被测控制系统输出的电压或电流模拟信号转换成模拟量电压信号，该模拟量电压信号经所述模数转换电路送所述处理器处理，并通过所述通信接口送到所述PC机对所述虚拟对象进行控制；所述T型转换电路用于将所述被测控制系统输出的多路开关量信号转换为模拟信号，经所述24位AD转换电路转换为数字信号，该数字信号送所述处理器处理，并通过所述通信接口送到所述PC机对所述虚拟对象进行控制；所述虚拟对象输出的数据信号通过接口处理器的通信接口，经所述处理器送到数模转换电路送到输出放大调整电路输出模拟信号到所述被测控制系统，该信号也可作为所述虚拟对象的虚拟传感信号；所述虚拟对象输出的数字信号通过所述通信接口，经所述处理器的I/O口隔离输出，经所述输出转换电路进行转换，送到所述被测控制系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：马汝星，陈海荣，龚永坚，余红娟，
申请(专利权)人：金华职业技术学院，
类型：发明
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