CN112147399A - 一种模拟量采集模块及其类型自动识别电路 - Google Patents
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Abstract
一种模拟量采集模块及其类型自动识别电路，它包括：直流模拟量发生器、电阻分压电路R、差分输入端口滤波电路L、计量芯片U和MCU主控***，所述直流模拟量发生器连接电阻分压电路R，电阻分压电路R的采样电压输出端连接至差分输入端口滤波电路L的输入端，差分输入端口滤波电路L的输出端连接计量芯片U的差分输入端，由计量芯片U进行采样信号的放大和A/D转换，计量芯片U输出数字信号经串口传输至MCU主控***，在MCU主控***中进行模拟量反算和类型识别。直流电压、电流模拟量通过同一个采样电路进行采样，根据采样电压幅值范围判断外部接入的模拟量类型，无需切换外接端口，并且软件识别程序简单、易实现。
Description
技术领域
本发明涉及一种模拟量采集模块及其类型自动识别电路，应用于直流电流和电压模拟量采集电路，具体地说是一种用于专变或公变终端中模拟量采集电路。
背景技术
近年来，直流电压、电流模拟量采集电路普遍采用各自独立的采样通道，根据操作者外部接入不同的输入端子来辨别输入的模拟量类型，这种信号切换方式不仅浪费人力，而且软件识别程序较为复杂，需要不断扫描两个采样通道的信号输入加以判断。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提出一种模拟量采集模块及其类型自动识别电路；直流电压、电流模拟量通过同一个采样电路进行采样，根据采样电压幅值范围判断外部接入的模拟量类型，无需切换外接端口，并且软件识别程序简单、易实现。
本发明的技术方案是：
本发明提供一种模拟量采集模块及其类型自动识别电路，它包括：直流模拟量发生器、电阻分压电路R、差分输入端口滤波电路L、计量芯片U和MCU主控***，所述直流模拟量发生器连接电阻分压电路R，电阻分压电路R的采样电压输出端连接至差分输入端口滤波电路L的输入端，差分输入端口滤波电路L的输出端连接计量芯片U的差分输入端，由计量芯片U进行采样信号的放大和A/D转换，计量芯片U输出数字信号经串口传输至MCU主控***，在MCU主控***中进行模拟量反算和类型识别。
进一步地，所述电阻分压电路R包括串联的分压电阻R1、R2和基准电源，所述的基准电源为分压电阻R1和R2提供稳定的基准电压。
进一步地，所述的计量芯片U连接有模拟电源AVCC和数字电源VCC，所述的模拟电源AVCC和数字电源VCC之间设有隔离电路，前述隔离电路包括铁氧体磁珠LF1和瓷片电容C10-C13，所述模拟电源AVCC的一端串接并联的瓷片电容C10、C11之后接地，模拟电源AVCC的另一端接数字电源VCC的一端，数字电源VCC的另一端串接并联的瓷片电容C12、C13之后接地。
进一步地，所述差分输入端口滤波电路L采用低通滤波器LT，包括电阻R3、R4和电容C1、C2，所述的电阻R4的一端接分压电阻R1、R2的连接点，另一端接电容C2后接地，电阻R4和电容C2的连接点作为一输出端接计量芯片U的一差分采集信号输入端；所述的电阻R3的一端接分压电阻R1的接地端，另一端接电容C1后接地，电阻R3和电容C1的连接点作为另一输出端接计量芯片U的另一差分采集信号输入端。
进一步地，所述电阻分压电路R两端外接模拟量输入信号，连接双向TVS管D1到地，防止插拔产生过压损坏电路。
进一步地，所述电阻R1、R2的比值范围是：1/99-1/101。
进一步地，所述电阻R1、R2的比值是：1/100。
一种模拟量采集模块及其类型自动识别电路的识别方法，该方法包括以下步骤：
S1、MCU主控***通过串口读取计量芯片U采集到的输出数据CODE，采用下述公式获取输出电压VO；
CODE＝2N-1×AVO/VREF
其中：A表示计量芯片U内部PGA的增益；VREF表示计量芯片U内部的参考电压；N表示计量芯片U内部ADC的位数；
S2、当输出电压VO的幅值范围为80-450mV时，MCU主控***判断外部直流模拟量类型为直流电流信号；
当输出电压VO的幅值范围为0-55mV时，MCU主控***判断外部直流模拟量类型为直流电压信号；
当输出电压VO的幅值范围为其他参数时，MCU主控***判断故障，向用户发送告警信息。
进一步地，步骤S2中：直流电流信号的范围是4-20mA；直流电压信号的范围是0-5V。
本发明的有益效果：
本发明的模拟量采集模块及其类型自动识别电路，将直流电压、电流模拟量通过同一个采样电路进行采样，根据采样电压幅值范围判断外部接入的模拟量类型，无需切换外接端口，并且识别过程简单、易实现；能够节约采样通道资源和人工操作成本，电路简化易实现。
本发明的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1为本发明采用的直流模拟量采集原理图。
图2为本发明采用的模数电源原理图。
图3为本发明电路的硬件结构框图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然附图中显示了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。
如图1-图3所示，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分。
实施例1，一种模拟量采集模块及其类型自动识别电路，包括直流模拟量发生器、电阻分压电路R、差分输入端口滤波电路L、计量芯片U和MCU主控***，其特征在于，所述直流模拟量发生器连接电阻分压电路R，电阻分压电路R的采样电压连接至差分输入端口滤波电路L，滤波电路L连接计量芯片U的差分输入端，由计量芯片U进行采样信号的放大和A/D转换，最后计量芯片U将处理的数字信号经串口传输至MCU主控***，进行数字信号传输，从而实现模拟量反算和模拟量类型自动识别功能。
实施例2，如实施例1所述电阻分压电路R具备直流电流、电压模拟量采集和自动识别功能。可用于采集4-20mA直流电流信号和0-5V直流电压信号，模拟量类型可根据采样电压的幅值范围判断采集的模拟量是电压还是电流，采样电压进入计量芯片U的电流采样通道进行采样。
实施例3，如实施例1所述计量芯片U的模拟电源AVCC和数字电源VCC之间采用铁氧体磁珠、瓷片电容进行高频噪声的隔离和去耦，防止数字电源VCC的高频噪声影响模拟电源AVCC工作。
实施例4，如实施例1所述差分输入端口滤波电路L通过低通滤波器LT，滤除计量芯片U差分采集通道正、负端口的共模高频干扰，提高采样精度和电路抗干扰性能。
实施例5，如实施例1所述计量芯片U具备多个采样输入通道，内部集成可编程增益运算放大器、A/D转换器和串口通信，采样分辨率高，动态范围宽，可校正零漂。
实施例6，如实施例2所述电阻分压电路R两端外接模拟量输入信号，连接双向TVS管D1到地，防止插拔产生过压损坏电路；并且电阻分压电路R中的采样电阻R1采用是高精度、低温漂的电阻。
工作原理：
电阻分压电路R：VO(输出)＝VIN(输入)×R1/(R1+R2)；
VO(输出)＝IIN(输入)×R1
计量芯片U：CODE(输出)＝2N-1×A(增益)VO(输出)/VREF；
具体识别时，S1、MCU主控***通过串口读取计量芯片U采集到的输出数据CODE，采用下述公式获取输出电压VO；
CODE＝2N-1×AVO/VREF
其中：A表示计量芯片U内部PGA的增益；VREF表示计量芯片U内部的参考电压；N表示计量芯片U内部ADC的位数；
S2、当输出电压VO的幅值范围为80-450mV时，MCU主控***判断外部直流模拟量类型为4-20mA直流电流信号；
当输出电压VO的幅值范围为0-55mV时，MCU主控***判断外部直流模拟量类型为0-5V直流电压信号；
当输出电压VO的幅值范围为其他参数时，MCU主控***判断故障，向用户发送告警信息。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
Claims (9)
1.一种模拟量采集模块及其类型自动识别电路，其特征在于：它包括：直流模拟量发生器、电阻分压电路R、差分输入端口滤波电路L、计量芯片U和MCU主控***，所述直流模拟量发生器连接电阻分压电路R，电阻分压电路R的采样电压输出端连接至差分输入端口滤波电路L的输入端，差分输入端口滤波电路L的输出端连接计量芯片U的差分输入端，由计量芯片U进行采样信号的放大和A/D转换，计量芯片U输出数字信号经串口传输至MCU主控***，在MCU主控***中进行模拟量反算和类型识别。
2.根据权利要求1所述的一种模拟量采集模块及其类型自动识别电路，其特征在于所述电阻分压电路R包括串联的分压电阻R1、R2和基准电源，所述的基准电源为分压电阻R1和R2提供稳定的基准电压。
3.根据权利要求1所述的一种模拟量采集模块及其类型自动识别电路，其特征在于所述的计量芯片U连接有模拟电源AVCC和数字电源VCC，所述的模拟电源AVCC和数字电源VCC之间设有隔离电路，前述隔离电路包括铁氧体磁珠LF1和瓷片电容C10-C13，所述模拟电源AVCC的一端串接并联的瓷片电容C10、C11之后接地，模拟电源AVCC的另一端接数字电源VCC的一端，数字电源VCC的另一端串接并联的瓷片电容C12、C13之后接地。
4.根据权利要求1所述的一种模拟量采集模块及其类型自动识别电路，其特征在于所述差分输入端口滤波电路L采用低通滤波器LT，包括电阻R3、R4和电容C1、C2，所述的电阻R4的一端接分压电阻R1、R2的连接点，另一端接电容C2后接地，电阻R4和电容C2的连接点作为一输出端接计量芯片U的一差分采集信号输入端；所述的电阻R3的一端接分压电阻R1的接地端，另一端接电容C1后接地，电阻R3和电容C1的连接点作为另一输出端接计量芯片U的另一差分采集信号输入端。
5.根据权利要求1或2所述的一种模拟量采集模块及其类型自动识别电路，其特征在于所述电阻分压电路R两端外接模拟量输入信号，连接双向TVS管D1到地，防止插拔产生过压损坏电路。
6.根据权利要求1或2所述的一种模拟量采集模块及其类型自动识别电路，其特征在于所述电阻R1、R2的比值范围是：1/99-1/101。
7.根据权利要求6所述的一种模拟量采集模块及其类型自动识别电路，其特征在于所述电阻R1、R2的比值是：1/100。
8.一种权利要求1-7之一所述的模拟量采集模块及其类型自动识别电路的识别方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
S1、MCU主控***通过串口读取计量芯片U采集到的输出数据CODE，采用下述公式获取输出电压VO；
CODE＝2N-1×AVO/VREF
其中：A表示计量芯片U内部PGA的增益；VREF表示计量芯片U内部的参考电压；N表示计量芯片U内部ADC的位数；
S2、当输出电压VO的幅值范围为80-450mV时，MCU主控***判断外部直流模拟量类型为直流电流信号；
当输出电压VO的幅值范围为0-55mV时，MCU主控***判断外部直流模拟量类型为直流电压信号；
当输出电压VO的幅值范围为其他参数时，MCU主控***判断故障，向用户发送告警信息。
9.根据权利要求8所述的一种模拟量采集模块及其类型自动识别电路，其特征在于：步骤S2中：直流电流信号的范围是4-20mA；直流电压信号的范围是0-5V。
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