一种宽电压数据采集装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种宽电压数据采集装置，旋钮选挡电路的挡位选定信号经过光电隔离电路隔离后输出到CPLD控制单元，再经过数字隔离器送至多路选择器选挡电路实现对通道的控制；外部采集的模拟电压信号经过匹配电阻输入电路进行信号的衰减，经过嵌位保护电路将信号送入多路选择器已选好的通道，输出信号送至放大缓冲电路的运算放大器，经嵌位保护电路保护送入模/数转化电路实现数据转换；转换后的数字信号经数字隔离电路送至CPLD控制单元进行数据的缓存，并输出最终测量结果。本实用新型专利技术能对-600V～+600V的模拟电压信号进行高速的数据采集，大大提高了整个装置的抗干扰能力。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种高速隔离的宽电压数据采集装置。
技术介绍
在工业生产控制领域，经常需要尽可能多地采集多方面的数据，并将采集的数据实现高速、隔离以及精准的转换，特别是在数据采集范围、速率及抗干扰性能要求高的图像处理系统、测控系统中。目前，市场上所通用的数据采集设备的输入电压范围基本为几十伏甚至几伏，抗干扰能力不够理想，并且大都采用的是单片机或数字信号处理器(DSP Digital Signal Processor)作为核心芯片，系统的采集速率较低、抗干扰能力相对较差，很难保证系统的稳定性与可靠性。随着电子技术的进步，采用高速数字隔离的方案可以很好地解决干扰的问题，输入电压范围的加宽也势必会使该采集装置应用于更多领域。而在 高速数据采集方面，复杂可编程逻辑器件(CPLD :Complex Programable Logic Device)具有单片机和DSP无法比拟的优势，能够将大量的逻辑功能集成于一个单片集成电路中，具有时钟频率高，内部延时小，速度快，效率高，组成形式灵活等特点。
技术实现思路
为了克服现有技术可测电压范围小、采集速率低以及抗干扰能力差等不足，本技术提供一种基于CPLD的宽电压数据采集装置，能对-600V +600V的模拟电压信号进行高速的数据采集。此装置多处利用隔离器件，对信号进行隔离，从而大大提高了整个装置的抗干扰能力。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是包括匹配电阻输入电路、嵌位保护电路、多路选择器选挡电路、放大缓冲电路、模/数转换电路、数字隔离电路、CPLD控制单元、光电隔离电路和旋钮选挡电路。所述旋钮选挡电路的挡位选定信号经过光电隔离电路隔离后输出到CPLD控制单元，成为多路选择器选挡电路的控制信号，再经过数字隔离器送至多路选择器选挡电路实现对通道的控制；外部采集的模拟电压信号经过匹配电阻输入电路进行信号的衰减，衰减后的模拟信号经过嵌位保护电路将信号送入多路选择器已选好的通道，输出信号送至放大缓冲电路的运算放大器反相端。同时通过运算放大器的反馈电阻，来提供不同的衰减比，即不同反馈电阻的匹配把可采集的输入信号分为了若干挡位，从而实现外部可采集宽至-600V +600V的模拟信号的功能。模/数转换电路内部2V的参考电压经过电压跟随器的电阻匹配和功率提升输入到运算放大器的正向端，使双极性电压信号转换成单极性，该信号经嵌位保护电路保护送入模/数转化电路的模拟信号输入端，模/数转换电路在CPLD送入时钟触发下实现数据转换。转换后的数字信号经数字隔离电路送至CPLD控制单元进行数据的缓存，并输出最终测量结果。所述旋钮选挡电路的外接旋钮端Rangel_Range4分别由两只500 Ω的电阻并联接到地，保证初始均为未选中状态，Rangel-Range4接并联的两只500Ω的电阻，再分别连接到光电耦合隔离器的2、4、6、8引脚，2、4、6、8引脚分别与供电电源间利用并联的二极管、电容和电阻元件电路消抖。所述反馈电阻的匹配电阻值分别为100k、20k、4k、lk，精度均为I %。本技术的有益效果是本技术从外部采集-600V +600V范围内的模拟信号，利用旋钮、光电耦合隔离器件设计巧妙的选挡电路，实现外接旋钮选挡电路与CPLD控制电路间的电气隔离并消除了噪音。光电耦合隔离器的输出信号经过CPLD控制单元产生多路选择器挡位选通的控制信号。采集的信号经过衰减后送入所选挡位通道再送入精密运放中进行信号的调理以使其满足模/数转化器采样所允许的OV 2V电压信号，利用可灵活编程的逻辑器件CPLD进行简单的预分频分出时钟脉冲以触发A/D转换，将转换后的数字信号实时的送入CPLD进行处理与缓存。本技术的特点在于(I)本技术以CPLD为核心处理芯片，其集成度高、体积小、功耗低、设计灵活等优势使该装置具有很好的灵活性、适应性和可靠性。(2)可以采集-600v至+600v较宽范围的模拟电压信号，弥补了通用采集装置采集电压范围窄而受限 的缺点，使其能够应用于更多领域。本技术把输入信号划分为四个挡位，在测量小信号时可以使用-6V +6V挡位，测量大信号时使用-600V +600V，这种方式可以大大提高测量的精度；(3)多处采用了隔离器件，有旋钮选挡时的光电耦合隔离、模/数转化器与CPLD之间进行数据和时钟传输时的数字隔离，这些隔离电路的使用不仅能有效地消除噪声，减少干扰，还能保护器件(或人)免受高电压的危害；(4)多处采用嵌位保护电路，如多路选择器选挡电路的模拟前端电压衰减、放大缓冲电路输出电压的嵌位保护以及进入模数转换电路的输入端等，防止了静电放电和浪涌损坏其它器件；(5)采用了精密的运算放大器(ADA4851)，其出色的差分增益(O. 08% )和差分相位(O. 09。)以及IlMHz的O. IdB平坦度、130MHz的-3dB带宽和高压摆率可将采集的数据更准确的进行转换；(6)采用的芯片性价比都很高，从而使得整个装置在满足性能的前提下，大大节约了成本。附图说明图I是本技术所述宽电压数据采集装置的结构示意图。图中，I匹配电阻输入电路；2嵌位保护电路；3多路选择器选挡电路；4放大缓冲电路；5模/数转换电路；6数字隔离电路；7CPLD控制单元；8光电隔离电路；9旋钮选挡电路。具体实施方式本技术包括匹配电阻输入电路、嵌位保护电路、多路选择器选挡电路、放大缓冲电路、模/数转换电路、数字隔离电路、CPLD控制单元、光电隔离电路和旋钮选挡电路。本技术采用低廉的旋钮进行挡位选择，外接旋钮端(Rangel_Range4)由两只500 Ω的电阻并联接到地，保证初始均为未选中状态，Rangel-Range4接并联的两只500Ω的电阻，再分别连接到光电耦合隔离器的2、4、6、8引脚，其与5V电间利用二极管、电容、电阻元件并联电路消抖。挡位选定信号经光电耦合隔离器(PS2801-4)进行信号隔离，若选通某一挡位则光电耦合隔离器内部的发管二极管不导通，使其相应输出端在上拉电阻的作用下输出高电平，若导通则输出端输出低电平，即输出了 4位的二进制信号并输入到CPLD控制单元进行处理，转换成控制多路选择器四通道某一通道选通的控制信号S0、S1，这两位信号与多路选择器的使能信号EN再经过数字隔离器(ADUM1401)送至多路选择器选挡电路实现对四通道的控制；外部采集的模拟电压信号经过匹配电阻输入电路进行信号的衰减，衰减后的模拟信号经过嵌位保护电路将信号送入多路选择器已选好的通道，输出信号送至放大缓冲电路的运算放大器(AD4851)反相输入端(2脚)。同时通过匹配电阻值分别为100k、20k、4k、Ik精度均为1%的电阻作为运算放大器的反馈电阻，来提供四路衰减比(1/6、1/30、1/150、1/600)，即这四种电阻的匹配把可采集的输入信号分为了四个挡位(-6V +6V、-30V +30V、-150V +150V以及-600V +600V)，从而实现外部可采集宽至-600V +600V的模拟信号的功能。由模数转换器(AD9200)输出内部2V的参考电压，进行分压产生IV的电压， 经过电压跟随器的电阻匹配和功率提升输入到运算放大器的正向端(3脚)，使双极性电压信号转换成单极性，即转换成AD9200可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种宽电压数据采集装置，包括匹配电阻输入电路、嵌位保护电路、多路选择器选挡电路、放大缓冲电路、模/数转换电路、数字隔离电路、CPLD控制单元、光电隔离电路和旋钮选挡电路，其特征在于：所述旋钮选挡电路的挡位选定信号经过光电隔离电路隔离后输出到CPLD控制单元，成为多路选择器选挡电路的控制信号，再经过数字隔离器送至多路选择器选挡电路实现对通道的控制；外部采集的模拟电压信号经过匹配电阻输入电路进行信号的衰减，衰减后的模拟信号经过嵌位保护电路将信号送入多路选择器已选好的通道，输出信号送至放大缓冲电路的运算放大器反相端，同时通过运算放大器的不同反馈电阻把采集的输入信号分为了若干挡位，模/数转换电路内部2V的参考电压经过电压跟随器的电阻匹配和功率提升输入到运算放大器的正向端，使双极性电压信号转换成单极性，该信号经嵌位保护电路保护送入模/数转化电路的模拟信号输入端，模/数转换电路在CPLD送入时钟触发下实现数据转换；转换后的数字信号经数字隔离电路送至CPLD控制单元进行数据的缓存，并输出最终测量结果。

【技术特征摘要】
1.ー种宽电压数据采集装置，包括匹配电阻输入电路、嵌位保护电路、多路选择器选挡电路、放大缓冲电路、摸/数转换电路、数字隔离电路、CPLD控制单元、光电隔离电路和旋钮选挡电路，其特征在干所述旋钮选挡电路的挡位选定信号经过光电隔离电路隔离后输出到CPLD控制单元，成为多路选择器选挡电路的控制信号，再经过数字隔离器送至多路选择器选挡电路实现对通道的控制；外部采集的模拟电压信号经过匹配电阻输入电路进行信号的衰减，衰减后的模拟信号经过嵌位保护电路将信号送入多路选择器已选好的通道，输出信号送至放大缓冲电路的运算放大器反相端，同时通过运算放大器的不同反馈电阻把采集的输入信号分为了若干挡位，摸/数转换电路内部2V的參考电压经过电压跟随器的电阻匹配和功率提升输入到运算放大器的正向端，使双极性电压信号转...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鑫，卢刚，周勇，王严伟，杨静伟，周广伟，魏世克，张松松，江修立，张玉峰，周奇勋，孟凡军，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：实用新型
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