CN105281770B - 一种模拟信号处理电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可同时采集电流信号和热电阻信号、更加安全的模拟信号处理电路，包括：至少一个电流信号采样电路以及与电流信号采样电路一一对应的电流信号调理及放大电路、与所述的电流信号调理及放大电路相配合的电流信号通道切换电路、至少一个电阻信号采样电路、与电阻信号采样电路一一对应的电阻信号放大电路、与电阻信号放大电路相配合的电阻信号通道切换电路、用于切换电流/电阻信号及模数转换的双通道模数转换电路、信号整形与隔离输出电路、以及为电流信号通道切换电路、电阻信号放大电路和电阻信号通道切换电路提供基准电压的基准电路。该模拟信号处理电路尤其适用于测量多路4‑20mA信号、同时需要测量热电阻的场合。
Description
技术领域
本发明涉及到对工控应用中采集到的多路传感器信号进行滤波、模数转换等处理的电路。
背景技术
随着物联网在工业应用的迅速发展，对信号检测与处理的要求不断提高，对采集到的模拟量的精度要求也越来越高，同时，模拟量的种类也越来越多。目前，传统的模拟信号处理电路(模拟信号采集器)大多都是功能单一、各自为政，不能同时处理和兼容多种同模拟量，通常只能采集同一种信号，例如：采集4-20mA的电流信号的电路，无法同时采集热电阻信号，这在很多既要采集电流信号，又要采集热电阻信号场合，通常需要两套单独的电路，处理起来比较麻烦，而且，使用成本也大幅增加；除此之外，传统的模拟信号处理电路在输出与输入之间没有设置隔离电路，给输出后的***带来了安全隐患。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种可同时采集电流信号和热电阻信号、更加安全的模拟信号处理电路。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种模拟信号处理电路，包括：至少一个电流信号采样电路以及与电流信号采样电路一一对应的电流信号调理及放大电路、与所述的电流信号调理及放大电路相配合的电流信号通道切换电路、至少一个电阻信号采样电路、与电阻信号采样电路一一对应的电阻信号放大电路、与电阻信号放大电路相配合的电阻信号通道切换电路、用于切换电流/电阻信号及模数转换的双通道模数转换电路、信号整形与隔离输出电路、以及为电流信号通道切换电路和电阻信号通道切换电路提供电源的模拟电源；为双通道模数转换电路提供正、负参考电压的基准电路、为信号整形与隔离输出电路的相应侧提供工作电压的隔离电源；
所述的电阻信号放大电路包括：提供基准电流的恒流源、测量放大电路和补偿放大电路，基准电流在通过热采样电阻和热采样电阻的连接线时转化成电压信号，这两个电压信号分别经过测量放大电路和补偿放大电路的放大，得到测量电压和补偿电压；
所述的电流信号通道切换电路，其作用是在多个电流信号采样电路中选通一路输出；
所述的电阻信号通道切换电路，其作用是在多个电阻信号采样电路中选通一路输出；
所述的双通道模数转换电路，其作用是：将所述的电流信号通道切换电路选通的一路电流信号采样电路以及所述的电阻信号通道切换电路选通的一路电阻采样信号进行模数转换；
所述的信号整形与隔离输出电路，其作用是：一方面将对双通道模数转换电路输出的数据进行整形并隔离输出，另一方面是将控制命令隔离后送给所述双通道模数转换电路的相应控制端。
作为一种优选方案，在所述的一种模拟信号处理电路中，所述的电阻信号采样电路采用了三线制热电阻，热电阻的三个引脚的引出线路上分别设置有静电释放电路。
作为一种优选方案，在所述的一种模拟信号处理电路中，所述的恒流源的具体结构包括：运算放大器，运算放大器的正向输入端通过正向输入匹配电阻与基准电路的正参考电压输出端相连，运算放大器的负向输入端通过负向输入匹配电阻接地，运算放大器的输出端分别通过一个输出匹配电阻与测量放大电路和补偿放大电路的相应端相连。
本发明的有益效果是：本发明可以同时采集电流信号和热电阻信号，解决了原来不能同时采集多种信号的问题；另外，热电阻使用恒流源驱动，大大减少了自身发热带来的影响；还通过信号整形与隔离输出电路，消除了数字信号的毛刺和谐波，增强驱动能力、信号的稳定性和***的安全性；除此之外，所述的恒流源还采用了基于运算放大器的独特电路，大大简化了电路结构，降低了成本；由于采用了三线制的电阻信号，大幅提高了采样精度。
附图说明
图1是本发明所述的模拟信号处理电路的电原理框图。
图2是图1的一个具体应用的电原理结构图。
具体实施方式
下面结合附图，详细描述本发明所述的一种模拟信号处理电路的具体实施方案：
如图1所示，本发明所述的模拟信号处理电路，包括：8路电流信号采样电路、与这8路电流信号采样电路一一对应的8路电流信号调理及放大电路、与这8路电流信号调理及放大电路相配合的电流信号通道切换电路、2路电阻信号采样电路、与这2路电阻信号采样电路一一对应的2路电阻信号放大电路、与这2路电阻信号放大电路相配合的电阻信号通道切换电路、用于切换电流/电阻信号及模数转换的双通道模数转换电路、信号整形与隔离输出电路、以及为电流信号通道切换电路和电阻信号通道切换电路提供电源的模拟电源、为双通道模数转换电路提供正、负参考电压的基准电路、为信号整形与隔离输出电路的相应侧提供工作电压的隔离电源；所述的电阻信号放大电路包括：提供基准电流的恒流源、测量放大电路和补偿放大电路，基准电流在通过热采样电阻和热采样电阻的连接线时转化成电压信号，这两个电压信号分别经过测量放大电路和补偿放大电路的放大，得到测量电压和补偿电压；
如图2所示，所述的基准电路主要由LM285D构成；所述的模拟电源主要由LM11117M-2.5构成，为电流信号通道切换电路和电阻信号通道切换电路提供电源的模拟电源提供2.5伏的工作电压；所述的电流信号通道切换电路由型号为ADG708的U1及其相关***电路构成，其作用是在8路电流信号采样电路中选通一路输出，所述的电阻信号通道切换电路由型号为ADG708的U3及其相关***电路构成，其作用是在2路电阻信号采样电路中选通一路输出，模拟开关ADG708具有仅3欧姆的电阻和仅14纳秒的切换时间，满足了高速、低损耗的需求；所述的双通道模数转换电路由型号为TM7705的U2及其相关***电路构成，其作用是：将所述的电流信号通道切换电路选通的一路电流信号采样电路以及所述的电阻信号通道切换电路选通的一路电阻采样信号进行模数转换；所述的信号整形与隔离输出电路，主要由光耦和运算放大器构成，其作用是：一方面将对双通道模数转换电路输出的数据进行整形并隔离输出，另一方面是将控制命令隔离后送给所述双通道模数转换电路的相应控制端；所述的电阻信号采样电路采用了三线制热电阻，热电阻的三个引脚的引出线路上分别设置有由TVS管构成的静电释放电路；所述的恒流源的具体结构包括：运算放大器，运算放大器的正向输入端通过正向输入匹配电阻与基准电路的正参考电压输出端相连，运算放大器的负向输入端通过负向输入匹配电阻接地，运算放大器的输出端分别通过一个输出匹配电阻与测量放大电路和补偿放大电路的相应端相连，以其中一路为例，所述恒流源的具体结构包括：作为运算放大器的IC5B(型号为LM324)、电阻R36、R40和R41，运算放大器的IC5B的正向输入端与基准电路的正参考电压输出端相连，正参考电压输出端输出的2.5伏电压满足了恒流源电压稳定性。综上所述，上述的模拟信号处理电路可同时支持10路模拟量的采集，其中，8路为4-20mA的电流信号，2路为热电阻信号。
本发明的热电阻采集的工作原理是：通过主要由LM324构成的恒流源产生1毫安(mA)的基准电流，1mA可以保证热电阻不会因为自身发热而对测量带来影响，1mA的电流通过热电阻转为几十毫伏(mv)的电压信号，此电压信号再通过高阻抗放大电路放大10倍后得到V1从而传递给测量电路；补偿电路通过另外一个通道测量一路导线引起的电压，采样后放大20倍后得到V2再传递给多通道测量电路，以供补偿使用，补偿是通过(V1/10-2×V2/20)得到热电阻上的真实电压V3，再通过欧姆定律R＝V3/I可获电阻阻值。查表后可获赠当前所测量的温度。
综上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，而并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所作的均等变化与修饰，均应包括在本发明的权利要求范围内。
Claims (3)
1.一种模拟信号处理电路，包括：至少一个电流信号采样电路以及与电流信号采样电路一一对应的电流信号调理及放大电路，其特征在于，所述的模拟信号处理电路还包括有：与所述的电流信号调理及放大电路相配合的电流信号通道切换电路、至少一个电阻信号采样电路、与电阻信号采样电路一一对应的电阻信号放大电路、与电阻信号放大电路相配合的电阻信号通道切换电路、用于切换电流/电阻信号及模数转换的双通道模数转换电路、信号整形与隔离输出电路、以及为电流信号通道切换电路和电阻信号通道切换电路提供电源的模拟电源；为双通道模数转换电路提供正、负参考电压的基准电路、为信号整形与隔离输出电路的相应侧提供工作电压的隔离电源；
所述的电阻信号放大电路包括：提供基准电流的恒流源、测量放大电路和补偿放大电路，基准电流在通过热采样电阻和热采样电阻的连接线时转化成电压信号，这两个电压信号分别经过测量放大电路和补偿放大电路的放大，得到测量电压和补偿电压；
所述的电流信号通道切换电路，其作用是在多个电流信号采样电路中选通一路输出；
所述的电阻信号通道切换电路，其作用是在多个电阻信号采样电路中选通一路输出；
所述的双通道模数转换电路，其作用是：将所述的电流信号通道切换电路选通的一路电流信号采样电路以及所述的电阻信号通道切换电路选通的一路电阻采样信号进行模数转换；
所述的信号整形与隔离输出电路，其作用是：一方面将对双通道模数转换电路输出的数据进行整形并隔离输出，另一方面是将控制命令隔离后送给所述双通道模数转换电路的相应控制端。
2.如权利要求1所述的模拟信号处理电路，其特征在于：所述的电阻信号采样电路采用了三线制热电阻，热电阻的三个引脚的引出线路上分别设置有静电释放电路。
3.如权利要求1或2所述的模拟信号处理电路，其特征在于：所述的恒流源的具体结构包括：运算放大器的正向输入端通过正向输入匹配电阻与基准电路的正参考电压输出端相连，运算放大器的负向输入端通过负向输入匹配电阻接地，运算放大器的输出端分别通过一个输出匹配电阻与测量放大电路和补偿放大电路的相应端相连。
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